3.2. Испытание грунтов методом сдвига (среза) целиков грунта

Этим методом определяют прочностные характеристики для крупнообломочных грунтов, песков и глинистых грунтов. Для этого необходимо провести испытание на сдвиг не менее трех монолитов столбчатого типа, вырезанных в массиве грунта (в котловане, шурфе) с сохранением естественного состояния влажности и структуры, поддерживая в каждом случае условия испытаний и изменяя лишь величину нагрузки, действующей нормально к плоскости сдвига. Срез проводят по фиксированной плоскости сдвигающей нагрузкой при одновременном нагружении целика грунта нагрузкой, нормальной к плоскости среза. Сопротивление грунта срезу определяют как предельное среднее касательное напряжение, при котором целик грунта срезается по фиксированной плоскости при заданном нормальном давлении. Для определения φ и С проводят не менее трех срезов целиков грунта при различных значениях нормального давления в одной выработке и на одной глубине.

Испытания можно выполнять для следующих состояний грунта:

• природного сложения и природной влажности;

• природного сложения с замачиванием до полного водонасыщения;

• насыпных и намывных грунтов независимо от влажности.

В зависимости от цели и задач испытания проводят по следующим схемам: консолидированный срез - для определения характеристик прочности крупнообломочных грунтов, песков и глинистых грунтов с показателем текучести J_L< 1 в стабилизированном состоянии; неконсолидированный срез - для определения характеристик прочности глинистых водонасыщенных грунтов (при Sr > 0,85) с показателем текучести J_L > 0,5 в нестабилизированном состоянии.

Оборудование и приборы

В состав установки для испытания целиков грунта методом среза входят: кольцо с внутренним диаметром D = 400 мм и высотой Н= 220 мм; жесткие штампы размерами, соответствующими внутреннему диаметру кольца; устройство для вертикального нагружения целика грунта; устройство для создания касательной нагрузки с анкерным приспособлением; устройства для измерения деформаций целика грунта и величин прикладываемых вертикальных и горизонтальных нагрузок (рис. 3.1).

Рис 3.1. Схема установки для испытания целика грунта на сдвиг:

1 - целик грунта; 2 - металлическое кольцо; 3 - штамп;

4 - домкрат с манометром; 5 - упорный щит; 6 - динамометр;

7 - подвижная тележка; 8 - упорная балка; 9 - груз

Конструкция установки должна обеспечить:

-приложение сдвигающей нагрузки в фиксированной плоскости среза, которая прикладывается на 30 мм выше этой плоскости;

• передачу вертикальной или нормальной и сдвигающей нагрузок ступенями или в виде непрерывно возрастающей нагрузки с постоянной скоростью;

• градуировку измерительных приборов и измерения деформаций и перемещений целика грунта и величин сдвигающих и вертикальных нагрузок.

Для создания сдвигающей и вертикальной нагрузок применяются домкраты.

Измерение перемещений целика грунта и деформации сжатия осуществляют при помощи прогибомеров и индикаторов, которые должны быть надежно закреплены на металлической реперной системе.

Подготовка к проведению испытаний

В шурфе или котловане на отметке испытаний вырезают целик грунта размером 50 × 50 см и высотой 25 см. Его размер должен на 5 - 10 см превышать размеры кольца - обоймы, в которую будет заключен этот грунт. Кольцо-обойму диаметром 400 мм и высотой 220 мм обмазывают с внутренней стороны тонким слоем вазелина, устанавливают на выровненную горизонтальную поверхность грунта и вдавливают в грунт с помощью домкрата или вручную, обрезая грунт вокруг кольца, которое должно без перекосов входить в грунт.

Поверхность целика в кольце выравнивают и на нее укладывают слой маловлажного мелкого или средней крупности песка толщиной 1 - 2 см для глинистых грунтов и 3 см - для крупнообломочных грунтов. Между нижним краем кольца-обоймы и поверхностью грунта в основании выработки должен быть оставлен зазор размером 1,2 см. По этому зазору будет проходить плоскость среза при испытании.

На песчаную подготовку внутри кольца-обоймы устанавливают штамп (рис.3.1). На штамп устанавливают вертикальный домкрат. Между домкратом и подвижной тележкой, которая должна перемещаться при сдвиге по упорной балке, помещают динамометр для регистрации вертикальной нагрузки, приложенной к монолиту грунта. Упорная балка должна быть неподвижной и строго горизонтальной. На балке размещается неподвижный груз.

Для передачи сдвигающей нагрузки служит горизонтальный домкрат, который упирается в неподвижный щит.

Для измерения деформаций сжатия и сдвига целика грунта при испытании монтируется неподвижная реперная система, на которой крепятся индикаторы и прогибомеры. Эта система на рис 3.1 не показана.

Деформации сдвига регистрируются двумя прогибомерами так же, как и деформации сжатия. Поэтому их следует определять как среднеарифметическое двух приборов, фиксирующих смещение противоположных сторон кольца в направлении приложения сдвигающей нагрузки в плоскости среза, и осадку противоположных сторон штампа от вертикальной нагрузки.

После монтажа установки и измерительной системы записывают в журнал испытаний начальные показания приборов. Форма журнала испытаний целиков грунта на сдвиг приведена в табл. 3.1.

Испытания начинают с обжатия целика грунта, заключенного в кольцо, заданной вертикальной нагрузкой, которую прикладывают ступенями. Вертикальную нагрузку, доведенную до заданной величины, поддерживают постоянной до конца опыта. Горизонтальную нагрузку прикладывают ступенями с интервалами по времени, достаточными для взятия отчетов по приборам.

Момент наступления сдвига образцов характеризуется падением давления в манометре домкрата, создающего сдвигающие усилия, при непрерывном увеличении деформаций, которые фиксируются приборами. Испытания прекращаются при смещении кольца-обоймы на 2 – З см.

Испытания последующих образцов грунта проводят в таком же порядке, с той лишь разницей, что сдвиг осуществляется при иной заданной вертикальной нагрузке.

Таблица 3.1