3.5. Испытание грунтов методами вращательного, кольцевого и поступательного срезов
Эти методы для определения угла внутреннего трения грунта φ и удельного сцепления с в скважинах нормированы ГОСТами [6,10,18, 19,21,23]. Их используют не только для определения указанных характеристик грунта, но и для оценки пространственной изменчивости прочности породы для песков, глинистых, органоминеральных и органических грунтов, в том числе с крупнообломочными включениями размерами 2-10 мм, в количестве не более 15% по массе. Схемы испытаний приведены на рис. 3.6.
Рис. 3.6. Схемы испытаний грунта в скважинах на срез:
а - вращательный срез крыльчаткой; б - кольцевой срез продольными лопастями;
в - поступательный срез поперечными лопастями;
1 - лопасти, 2 - распорные штампы, 3 - скважина, 4 - штанга, 5 - устройство для создания и измерения усилия
В методе вращательного среза используется крыльчатка, вдавливаемая в забой буровой скважины (рис. 3.6, а).
В методе кольцевого среза грунта используется распорный штамп с продольными лопастями (рис. 3.6, б), а в методе поступательного среза - распорный штамп с поперечными лопастями (рис. 3.6, в).
Испытание вращательным срезом проводят в условиях отсутствия дренирования путем приложения горизонтальной касательной нагрузки и смещения грунта по цилиндрической поверхности, образуемой вращением крыльчатки ниже забоя скважины или в массиве.
Этот метод целесообразно использовать для определения прочностных свойств главным образом глинистых грунтов текучей и мягкопластичной консистенции, илов и заторфованных грунтов. Метод может быть применен для установления прочностных свойств рыхлых водонасыщенных песков при условии сохранения последними естественного сложения. Метод позволяет определить только общее сопротивление сдвигу грунта, для разделения которого на показатели трения и сцепления необходимо его комплексирование с другими методами. Для глинистых грунтов данный метод дает результаты, сопоставимые с результатами испытания грунтов в лабораториях на срезных приборах по схеме быстрого (неконсолидированно-недренированного) сдвига. Глубина испытания до 20 м. По данным ряда авторов [16], при заглублении верха крыльчатки от забоя не менее чем на 5 ее диаметров можно определить модуль деформации грунта Е.
Испытания кольцевым срезом предварительно уплотненного или неуплотненного нормальным давлением грунта проводят путем приложения горизонтальной касательной нагрузки и смещения грунта по цилиндрической поверхности, образуемой в скважине вращением рабочего наконечника с продольными лопастями. Грунт срезается вследствие приложения крутящего момента.
Испытания поступательным срезом предварительно уплотненного или неуплотненного нормальным давлением грунта проводят путем приложения вертикальной касательной нагрузки и смещения грунта по боковой поверхности, образуемой в скважине вертикальным перемещением наконечника с поперечными лопастями. Срез грунта производится вследствие приложения выдергивающей силы.
Испытания поступательным и кольцевым срезами проводят по следующим схемам:
- консолидированный срез - для определения характеристик прочности песков, средней плотности и рыхлых, маловлажных и влажных, а также глинистых и органоминеральных грунтов с показателем текучести 0 ≤ JL ≤ 0,75 в стабилизированном состоянии;
-неконсолидированный срез для определения характеристик прочности водонасыщенных глинистых грунтов (Sr ≥ 0,85) с показателем текучести Jl > 0,50 в нестабилизированном состоянии.
Условия применимости методов приведены в табл. 3.6.
Таблица 3.6