Проведение неконсолидированного быстрого среза

 

5.1.5.1 Рабочее кольцо с образцом грунта помещают в срезную коробку и закрепляют в ней. Далее устанавливают сплошной штамп, регулируют механизм нагрузки, устанавливают зазор между подвижной и неподвижной частями срезной коробки в соответствии с 5.1.4.5, устанавливают устройство для измерения деформации среза и записывают его начальное показание.

5.1.5.2 На образец грунта передают в одну ступень нормальное давление р, при котором будет проводиться срез образца. Значения ,  и  принимают в соответствии с рекомендациями 5.1.4.1. При отсутствии указанных данных значения р принимают по таблице 5.5. Если при каком-либо давлении происходит выдавливание грунта в зазор между подвижной и неподвижной частями срезной коробки, то его необходимо уменьшить на 0,025-0,05 МПа.

 

Таблица 5.5 - Значения нормальных давлений при срезе

 

Грунты	Нормальное давление р, МПа
Глинистые и органо-минеральные грунты с показателями текучести:
	0,05; 0,1; 0,15
	0,025; 0,075; 0,125

 

5.1.5.3 Сразу после передачи нормальной нагрузки приводят в действие механизм создания горизонтальной нагрузки и проводят срез образца грунта не более чем за 2 мин с момента приложения нормальной нагрузки.

При статическом режиме нагружения ступени горизонтальной нагрузки не должны превышать 10% значения нормального давления, при котором проводится срез (см. 5.1.5.2), и приложение ступеней должно следовать через каждые 10-15 с.

При кинематическом режиме нагружения скорость среза принимают в интервале 2-3 мм/мин так, чтобы срез длился не более 2 мин.

5.1.5.4 Момент окончания испытания устанавливают в соответствии с 5.1.4.18. По окончании испытания следует зафиксировать максимальную срезающую нагрузку в процессе испытания и провести операции, предусмотренные 5.1.4.19.

 

Обработка результатов

 

5.1.6.1 По измеренным в процессе испытания значениям горизонтальной срезающей и нормальной нагрузок вычисляют касательные и нормальные напряжения  и , МПа, по формулам:

 

; (5.3)

 

, (5.4)

 

где Q и F - горизонтальная срезающая и нормальная сила к плоскости среза соответственно, кН;

А - площадь образца, .

Определение т необходимо проводить не менее чем при трех различных значениях р. Из каждого значения  вычитают поправку на преодоление трения подвижной части срезной коробки по заранее построенной тарировочной кривой (см. 5.1.2.3). При автоматизации хода испытаний в полученную диаграмму среза также вносят поправку на трение в приборе.

По измеренным в процессе испытания значениям деформаций среза , соответствующим различным напряжениям , строят график зависимости  (см. приложение Б).

За предельное сопротивление грунта срезу принимают максимальное значение , полученное по графику  или по диаграмме среза на отрезке , где относительная деформация не превышает 10%.

Если значение  возрастает монотонно, то за сопротивление грунта срезу следует принимать значение т при деформации , соответствующей относительной деформации образца 10%.

По полученным значениям строят график зависимости  (см. приложение Б).

5.1.6.2 Угол внутреннего трения  и удельное сцепление с определяют как параметры линейной зависимости

 

, (5.5)

 

где  и  определяют по формулам (5.3) и (5.4).

При проведении среза "плашка по плашке" зависимость (5.5) записывают в виде

 

, (5.6)

 

где  - остаточная прочность;

 и  - характеристики остаточной прочности.

5.1.6.3 Угол внутреннего трения  и удельное сцепление с, МПа, вычисляют по формулам (5.7) и (5.8), полученным обработкой экспериментальных точек  методом наименьших квадратов, или определяют по графику , проводя прямую наилучшего приближения к экспериментальным точкам (см. приложение Б):

 

; (5.7)

 

, (5.8)

 

где  - опытные значения сопротивления срезу, определенные при различных значениях , и относящиеся к отдельному монолиту грунта (при ) или одному инженерно-геологическому элементу;

n - число испытаний.

Аналогичным образом определяют параметры остаточной прочности  и .

 

Метод одноосного сжатия

 

Сущность метода

 

5.2.1.1 Испытание грунта методом одноосного сжатия проводят для определения предела прочности на одноосное сжатие  для полускальных и глинистых грунтов с .

По специальному заданию для полускальных грунтов может быть определен модуль деформации, модуль упругости, коэффициент поперечной деформации и коэффициент Пуассона.

5.2.1.2 Предел прочности на одноосное сжатие  определяют как отношение приложенной к образцу вертикальной нагрузки, при которой происходит разрушение образца, к площади его первоначального поперечного сечения.

Примечание - Предел прочности образца глинистого грунта, имеющего относительную вертикальную деформацию в момент разрушения , определяют с учетом увеличения площади его поперечного сечения.

 

5.2.1.3 Для испытаний используют образцы грунта ненарушенного сложения.

Для полускальных грунтов влажность образца должна соответствовать природной влажности, воздушно-сухому или водонасыщенному состоянию, для глинистых грунтов - природной влажности.

5.2.1.4 Для полускальных грунтов образец должен иметь форму цилиндра или прямоугольного параллелепипеда (квадратного сечения) диаметром (стороной квадрата) от 40 до 100 мм и отношением высоты к диаметру, равным 1,8-2,0. Максимальный линейный размер зерен (неоднородностей) в образце должен быть не более 1/10 диаметра (стороны квадрата) образца. Образцы полускального грунта изготавливают в соответствии с ГОСТ 30416.

Для глинистых грунтов образец должен иметь форму цилиндра диаметром не менее 38 мм и отношением высоты к диаметру, равным 1,8-2,5. Максимальный размер фракции грунта (включений, агрегатов) в образце должен быть не более 1/6 диаметра образца.

Примечания

1 Диаметр (сторона квадрата) образца трещиноватого или выветрелого полускального грунта должен(а) быть не менее 60 мм.

2 Образец полускального грунта, имеющий сквозные трещины, видимые невооруженным глазом, к испытанию не допускается.

 

Оборудование и приборы

 

В состав установки для испытания грунта на одноосное сжатие должны входить:

- механизм для вертикального нагружения образца;

- устройство для измерения вертикальной деформации образца;

- устройство для измерения поперечной деформации образца (по заданию).

Примечание - Плиты пресса для нагружения образца должны быть отполированы или применены другие способы для уменьшения трения.

 

Подготовка к испытанию

 

5.2.3.1 Образец грунта изготавливают с учетом требований 5.2.1.3 и 5.2.1.4.

Для всех образцов, помимо определения необходимых физических характеристик, должны быть отмечены характерные особенности (слоистость, трещиноватость, наличие включений и др.).

5.2.3.2 Образец глинистого грунта, изготовленный методом режущего кольца, извлекают из кольца с помощью выталкивателя.

5.2.3.3 Образец грунта помещают в центре опорной плиты пресса и приводят в соприкосновение с ним верхнюю площадку пресса.

5.2.3.4 Устанавливают устройства для измерения вертикальной нагрузки, вертикальной и поперечной деформации образца и записывают их начальные показания.

 

Проведение испытания

 

5.2.4.1 Нагружение образца полускального грунта проводят равномерно, без ударов, увеличивая нагрузку непрерывно с заданной скоростью нагружения или ступенями. Скорость непрерывного нагружения образца полускального грунта должна составлять в зависимости от значения  0,1-0,5 МПа/с, а при ступенчатом нагружении - приниматься равной 10% значения .

Нагружение образца глинистого грунта проводят с заданной скоростью приращения относительной вертикальной деформации образца, выбирая ее в зависимости от предполагаемой прочности грунта  так, чтобы время проведения испытания составило 2-15 мин, что обычно соответствует скорости 0,5%-2% за 1 мин. Более низкую скорость выбирают для образцов с меньшими деформациями при разрушении.

5.2.4.2 Вертикальные деформации образца измеряют с погрешностью 0,01 мм для глинистых грунтов и 0,001 мм - для полускальных грунтов и регистрируют их в процессе нагружения не менее чем при 10 значениях напряжения до разрушения.

5.2.4.3 Испытание проводят до разрушения образца, т.е. до достижения максимального значения вертикальной нагрузки. В случае испытания образца глинистого грунта при отсутствии видимых признаков разрушения испытание прекращают при относительной вертикальной деформации образца =15%.

5.2.4.4 Для определения модуля деформации и модуля упругости полускального грунта испытание не доводят до разрушения образца, останавливая его при напряжении 50%-60% значения . При необходимости проводят разгрузку образца в той же последовательности, что и нагрузку.

5.2.4.5 Для определения коэффициента поперечной деформации и коэффициента Пуассона полускального грунта в процессе испытания измеряют поперечные деформации образца при нагружении и разгрузке.

 

Обработка результатов

 

5.2.5.1 Предел прочности на одноосное сжатие , МПа, полускального грунта и глинистого при  вычисляют с точностью 0,1 МПа по формуле

 

, (5.9)

 

где F - нагрузка, при которой происходит разрушение, кН;

 - начальная площадь поперечного сечения образца грунта, .

Предел прочности глинистых грунтов при >0,1 вычисляют по формуле (5.9), где вместо  принимают текущую площадь А среднего поперечного сечения образца, вычисленную по результатам измерения поперечной деформации образца, или в соответствии с приложением В.

5.2.5.2 Для вычисления деформационных характеристик полускальных грунтов по измеренным в процессе испытания значениям вертикальных и поперечных деформаций образца, соответствующим различным вертикальным напряжениям , строят графики зависимости  и  (см. приложение Г), где  и  - продольные и поперечные относительные деформации образца.

5.2.5.3 Модуль деформации Е и коэффициент поперечной деформации  в заданном диапазоне напряжений  вычисляют по нагрузочным ветвям зависимостей  и  по формулам:

 

; (5.10)

 

. (5.11)

 

Модуль упругости  и коэффициент Пуассона  вычисляют в этом же диапазоне напряжений по формулам (5.10) и (5.11), в которых значения  и  принимают по разгрузочным ветвям зависимостей  и  .

 

Метод трехосного сжатия

 

Сущность метода

 

5.3.1.1 Испытание грунта методом трехосного сжатия проводят для определения следующих характеристик прочности и деформируемости в соответствии с заданием и программой испытаний: угла внутреннего трения , удельного сцепления с, сопротивления недренированному сдвигу , коэффициента фильтрационной консолидации , для водонасыщенных в природных условиях песков, глинистых, органо-минеральных и органических грунтов и модуля деформации Е и коэффициента поперечной деформации  для любых дисперсных грунтов.

5.3.1.2 Эти характеристики определяют по результатам испытаний образцов в камерах трехосного сжатия, дающих возможность бокового расширения образца грунта в условиях трехосного осесимметричного статического нагружения при

 

,

 

где  - максимальное главное вертикальное напряжение;

,  - минимальные, они же промежуточные главные горизонтальные напряжения.

5.3.1.3 Испытания по определению прочностных характеристик проводят до разрушения образца приложением вертикальной нагрузки при заданном всестороннем давлении (давлении в камере) на образец .

Примечание - При соответствующем обосновании могут быть приняты другие траектории нагружения образца грунта при испытаниях.

 

5.3.1.4 Испытания для определения частных значений  и с проводят не менее чем для трех идентичных образцов исследуемого грунта при различных значениях всестороннего давления на образец.

Испытания для определения характеристик деформируемости проводят приложением вертикальной нагрузки при заданном всестороннем давлении на образец.

5.3.1.5. Испытания проводят по следующим схемам:

- неконсолидированно-недренированное (НН) испытание - для определения сопротивления недренированному сдвигу  водонасыщенных в природных условиях глинистых, органо-минеральных и органических грунтов природной плотности;

- консолидированно-недренированное (КН) испытание с измерением порового давления - для определения характеристик прочности  и с и консолидации  для водонасыщенных в природных условиях дисперсных грунтов;

- консолидированно-дренированное (КД) испытание - для определения характеристик прочности  и с и коэффициента консолидации  водонасыщенных в природных условиях дисперсных грунтов и характеристик деформируемости Е и  для любых дисперсных грунтов.

5.3.1.6 Для испытаний используют образцы грунта ненарушенного сложения с природной влажностью или образцы нарушенного сложения с заданными значениями плотности и влажности.

5.3.1.7 Образцы должны иметь форму цилиндра диаметром не менее 35 мм и отношением высоты к диаметру от 1,85 до 2,25.

Диаметр образца выбирается так, чтобы максимальный размер включений не превышал 1/6 его диаметра.

 

Оборудование и приборы

 

5.3.2.1 В состав установки для испытания грунтов методом трехосного сжатия должны входить:

- камера трехосного сжатия с набором жестких сплошных и перфорированных штампов и уплотнителей к ним;

- устройство для создания, поддержания и измерения давления в камере;

- механизм для вертикального нагружения образца;

- устройства для измерения вертикальных и объемных деформаций образца;

- устройства для измерения порового давления, основанные на компенсационном принципе, и датчики давления высокой жесткости;

- система противодавления.

Принципиальная схема камеры трехосного сжатия приведена в разделе Д.1, а блок-схема - в разделе Д.2 приложения Д.

5.3.2.2 Конструкция камеры трехосного сжатия должна обеспечивать:

- боковое расширение образца;

- отжатие воды из образца;

- герметичность основных деталей;

- минимально возможное трение штока во втулке камеры;

- измерение объема жидкости, закачиваемой в камеру.

5.3.2.3 Измерительные устройства (приборы) должны обеспечивать погрешность измерений не более:

- при измерении вертикальной нагрузки на образец - 2% нагрузки при разрушении образца;

- при измерении напряжения от веса штампа - 1 кПа;

- при измерении давления в камере - 2% заданного;

- при измерении вертикальной деформации образца - 0,01 мм;

- при измерении объемных деформаций образца - 0,05% начального объема образца.

5.3.2.4 Камеру трехосного сжатия тарируют в соответствии с требованиями приложения Д, раздел Д.3.

 

Подготовка к испытанию

 

5.3.3.1 Образец грунта вырезают из монолита при помощи металлического цилиндра с заостренным нижним концом либо струной на специальном поворотном столике по шаблону с учетом требований 5.3.1.7.

Примечание - Для уменьшения трения в процессе вырезания образца с помощью цилиндрической формы ее внутренний диаметр должен быть на 0,5-1,0 мм больше внутреннего диаметра режущей кромки.

 

5.3.3.2 При помощи выталкивателя образец извлекают из цилиндра, измеряют его высоту и диаметр и взвешивают. Для ускорения процесса консолидации образца глинистого грунта при КН и КД испытаниях рекомендуется наклейка на образец вертикальных полос влажной фильтровальной бумаги, покрывающей не более 50% окружности образца.

5.3.3.3 Систему противодавления камеры прибора трехосного сжатия, подводящей воду к штампам, и отверстия в штампах заполняют дистиллированной дезаэрированной водой путем поднятия давления в системе противодавления с полным вытеснением пузырьков воздуха. Излишек воды убирают фильтровальной бумагой.

5.3.3.4 Торцы образца покрывают влажными бумажными фильтрами и помещают его на основание камеры, снабженной насыщенным водой пористым диском. С помощью расширителя на образец надевают резиновую оболочку. Расширитель снимают. Сверху устанавливают верхний штамп. Закрепляют оболочку на боковых поверхностях штампов резиновыми или металлическими уплотнителями.

Примечание - Диаметр резиновой оболочки в нерастянутом состоянии должен составлять 0,95-1,0 диаметра образца, толщина - не более 1% диаметра образца и модуль упругости при растяжении - не более 1600 кПа (для оболочки из латексной резины модуль упругости равен 1400 кПа).

 

5.3.3.5 Образец связного грунта нарушенного сложения с заданными значениями плотности и влажности изготавливают в разъемной форме по ГОСТ 30416.

Образец несвязного грунта (песок) нарушенного сложения формируют непосредственно в камере прибора трехосного сжатия, для этого на внутреннюю поверхность разъемной формы предварительно помещают резиновую оболочку, концы которой загибают на края формы. Разъемную форму устанавливают на основание камеры. Нижний край оболочки фиксируется на основании камеры.

5.3.3.6 Формирование образца песка ведут методом сухой послойной отсыпки или методом послойного осаждения песка из его взвеси в воде. Сверху на сформированный образец укладывается бумажный фильтр и устанавливается верхний штамп, на котором закрепляют верхний край резиновой оболочки (см. 5.3.3.4). Перед снятием формы в образце создают небольшое отрицательное поровое давление (не более 0,01 МПа).

Перед водонасыщением образца сухого песка рекомендуется продуть его углекислым газом  под давлением не более 10 кПа в течение 30 мин, который впоследствии растворится в воде без защемления пузырьков газа.

5.3.3.7 После помещения образца как ненарушенного, так и нарушенного сложения на основание камеры проводят следующие операции:

- корпус камеры с поднятым в верхнее положение и зафиксированным штоком устанавливают на основание и проверяют положение штока по отношению к центру образца;

- корпус камеры закрепляют на основании;

- заполняют камеру рабочей жидкостью (дезаэрированной водой) с полным удалением пузырьков воздуха;

- устанавливают устройство для измерения вертикальной деформации образца;

- присоединяют устройства для измерения объемной деформации образца и (или) порового давления (в зависимости от схемы испытаний);

- записывают начальные показания всех измерительных устройств.