3.4. Испытание грунтов на сдвиг методами обрушения и выпирания целиков грунта в шурфах

Методы обрушения и выпирания целиков грунта в шурфах применяют для определения прочностных показателей грунта (угла внутреннего трения φ и удельного сцепления с) из условия предельного равновесия обрушаемого и выпираемого грунта [15,16,19,21,22].

Метод обрушения грунта заключается в том, что в шурфе вырезается призма грунта, прислоненная к одной из его стен. Размер призмы в плане, как рекомендуют литературные источники [21,22], должен быть в плане 0,4 x 0,4м, а высота 0,8 м до дна шурфа.

Метод используется в грунтах, влажность и структурная прочность которых позволяют этим грунтам сохранять определенное время вертикальные откосы. Этим методом можно определить только общее сопротивление грунта сдвигу, без разделение его на трение и сцепление. Разрушение призмы обрушения грунта производится вертикально приложенной нагрузкой. Схема установки для испытания грунта этим методом обрушения приведена на рис. 3.4.

В шурфе на целик грунта 1 кладется жесткий штамп 3, на который устанавливается домкрат 4 и динамометр 5, которые упираются в неподвижную балку 6, нагруженную грузом 7. Груз должен в 1,5-2 раза превышать усилие сдвига.

Рис. 3.4. Схема установки для испытания целика грунта на сдвиге методом обрушения:

1- целик грунта; 2- поверхность сдвига; 3 - штамп; 4 - домкрат с манометром;

5 - динамометр; 6 - упорная балка; 7 - груз

Нагрузку на целик грунта передают ступенями по 0,01 - 0,1 МПа (0,1 - 1,0 кг/см²) до полного его обрушения. Обрушение грунта происходит по криволинейной поверхности, очертание которой и ее площадь тщательно фиксируются. Для определения прочностных показателей грунта необходимо обрушить не менее двух целиков. После этого вычерчивают объемы обрушенных тел. Тела обрушения разбивают на блоки и записывают уравнения равновесия обрушенных объемов грунта. Проведя обрушение двух призм грунта и решая систему двух уравнений равновесия, находят угол внутреннего трения φ и удельное сцепление с.

Метод выпирания используется для определения сопротивления сдвигу песчаных, глинистых и крупнообломочных грунтов, влажность и структурная прочность которых позволяют сохранить им вертикальные откосы. Раздельное определение угла внутреннего трения и удельного сцепления указанным методом затруднительно. В отличие от метода обрушения разрушение призмы грунта производится горизонтально приложенной нагрузкой.

Для испытаний грунта на сдвиг методом выпирания в шурфе вырезается блок. Высота блока h = 0,5 м. Длина блока составляет l= (2,5 - 3)h. Блок отделен от стенок шурфа боковыми прорезями, расстояние между которыми принимается 1 метр. Таким образом, размеры жесткого штампа составляют 0,5 x 1,0 м. Длина тела выпирания принимается 3h = 3 x 0,5 = 1,5 м [21]. Схема установки для испытания грунта на сдвиг методом выпирания показана на рис. 3.5.

Рис. 3.5. Схема установки для испытания целиков грунта на сдвиг методом выпирания:

1 - целик грунта в шурфе; 2 - поверхность сдвига; 3 - штамп; 4 - домкрат с манометром; 5 - динамометр; 6 - упорный щит; 7 - подставка под домкрат

Испытание на сдвиг заключается в смещении целика грунта 1 под действием горизонтального домкрата 4, установленного в распор между упорным щитом 6 и жестким штампом 3, который размещен на фронтальной поверхности блока выпирания 1. Между домкратом и жестким штампом установлен динамометр 5 для регистрации передаваемой на грунт горизонтальной нагрузки. Выпирание грунта происходит по криволинейной поверхности 2.

Сдвиг блока выполняют ступенями нагрузки по 0,1 МПа (1 кг/см²), выдерживая каждую ступень нагрузки по 15 минут [21]. Испытания считаются законченными, после того как достигнуто максимальное сдвигающее усилие, а сам блок сдвинут на 10-15 см. После сдвига тщательно фиксируется поверхность выпирания 2. Таких сдвигов грунта нужно произвести два. После этого поверхность скольжения обнажают, тщательно освобождая ее от разрушенной при сдвиге породы. Сдвинутые блоки грунта с их поверхностями скольжения вычерчивают на бумаге, разбивают на отдельные части, веса которых можно легко определить, записывают уравнения предельного равновесия. Определяя удельное сцепление по разности между максимальным и минимальным значениями сдвигающего усилия, из уравнения равновесия вычисляют угол внутреннего трения.