ID: 5163

Название работы: Определение прочностных характеристик грунта

Категория: Лабораторная работа

Предметная область: Информатика, кибернетика и программирование

Описание: Определение прочностных характеристик грунта Цель работы:освоить методику испытания грунта методом одноплоскостного среза для определения прочностных характеристик грунтов (сопротивления грунта срезу угла внутреннего трения и удельного сцепле...

Язык: Русский

Дата добавления: 2012-12-03

Размер файла: 114 KB

Работу скачали: 33 чел.

Определение прочностных характеристик грунта

Цель работы: освоить методику испытания грунта методом одноплоскостного среза для определения прочностных характеристик грунтов (сопротивления грунта срезу; угла внутреннего трения и удельного сцепления).

Приборы и оборудование: установка для испытания грунта методом одноплоскостного среза; режущее кольцо (цилиндрическая форма с режущим краем, рабочее кольцо прибора для испытаний); гладкие пластинки (стекло, металл и т.п.); винтовой пресс; насадка для вдавливания колец; выталкиватель для извлечения образца из кольца; штангенциркуль по ГОСТ 166; плоская лопатка; нож с прямым лезвием; лабораторные весы по ГОСТ 24104 с гирями по ГОСТ 7328.

Порядок выполнения работы.

Сопротивление грунта срезу определяют как предельное среднее касательное напряжение, при котором образец грунта срезается по фиксированной плоскости при заданном нормальном напряжении. Для определения с и φ необходимо провести не менее трех испытаний при различных значениях нормального напряжения (ГОСТ 12248-96).

В состав установки для испытания грунта методом одноплоскостного среза входит: срезная коробка (рис. 1), состоящая из подвижной и неподвижной частей и включающая рабочее кольцо и жесткие штампы; механизм для вертикального нагружения образца; механизм создания касательной нагрузки; устройства для измерения деформаций образца и прикладываемой нагрузки.

Предельное сопротивление сдвигу и прочностные характеристики грунтов определяются разными методами - прямым одноплоскостным срезом, трехосным сжатием, а в полевых условиях - сдвигом грунтовых призм по заранее заданной поверхности, лопастными крыльчатками. Испытания проводят при разных значениях вертикальных напряжений:

.

Чем больше , тем больше сопротивление грунта сдвигу.

Предельное сопротивление сыпучих грунтов сдвигу прямо пропорционально нормальному напряжению - закон Кулона для несвязных фунтов:

.

Предельное сопротивление связных грунтов сдвигу при завершенной их консолидации есть функция первой степени нормальных напряжений - закон Кулона для связных грунтов:

,

где ,  - напряжение связности.

Для не полностью консолидированных грунтов

,

где и - поровое давление, соответствующее данной степени консолидации. Испытания проводят по следующим схемам:

• консолидированно-дренированное испытание - для песков и глинистых грунтов независимо от их степени влажности в стабилизированном состоянии;

• неконсолидированно-недренированное испытание для водонасыщенных глинистых и органо-минеральных грунтов в нестабилизированном состоянии и просадочных грунтов, приведенных в водонасыщенное состояние замачиванием без приложения нагрузки.

Для испытаний используют образцы грунта ненарушенной структуры с природной влажностью или в водонасыщенном состоянии, или образцы нарушенной структуры с заданными значениями плотности и влажности (в том числе при полном водонасыщении). При этом образцы просадочных грунтов испытывают в водонасыщенном состоянии, а набухающих - при природной влажности. Образцы должны иметь форму цилиндра диаметром не менее 70 мм и высотой 1/2... 1/3 диаметра.

Изготовленный образец взвешивают и в зависимости от схемы испытания и вида грунта приступают или к его предварительному уплотнению, или сразу к испытанию на срез. Предварительное уплотнение образца при консолидированно-дренированном испытании проводят непосредственно в рабочем кольце срезного прибора или в уплотнителе. Для испытаний образцов грунта в условиях полного водонасыщения необходимо предварительно замочить образцы, заполнив ванну уплотнителя водой.

Проведение консолидированно-дренированного испытания

Предварительное уплотнение образца, за исключением образцов просадочных грунтов, испытываемых в водонасыщенном состоянии, производят при нормальных давлениях . при которых определяют сопротивление срезу . Нормальные давления передают на образец грунта ступенями .

Каждую ступень давления при предварительном уплотнении выдерживают в течение времени, указанного в методическом пособии по выполнению лабораторной работы, а конечную ступень - до достижения условной стабилизации деформаций сжатия образца грунта.

За критерий условной стабилизации деформации принимают ее приращение, не превышающее 0,01 мм за время.

В процессе предварительного уплотнения образцов грунта, а при их испытаниях в водонасыщенном состоянии и в период замачивания регистрируют в журнале испытаний вертикальные деформации образцов. В конце каждой ступени нагружения записывают показания приборов для измерения деформаций, а на последней ступени так, чтобы зафиксировать наступление условной стабилизации деформации сжатия образца грунта.

После предварительного уплотнения, если оно проводилось в уплотнителе, следует быстро разгрузить образец и перенести рабочее кольцо с образцом в срезную коробку. Далее закрепляют рабочее кольцо в срезной коробке, устанавливают перфорированный штамп, производят регулировку механизма нагрузки, устанавливают зазор 0,5...1 мм между подвижной и неподвижной частями срезной коробки, устанавливают измерительную аппаратуру для регистрации вертикальных деформаций образца и записывают ее начальное показание в журнале испытаний. На образец грунта передают то же нормальное давление, при котором происходило предварительное уплотнение грунта, за исключением образцов просадочного грунта, испытываемых в водонасыщенном состоянии. В этом случае нормальное давление при срезе должно составлять 0,1; 0,2; 0,3 МПа.

Нормальную нагрузку следует передать на образец в одну ступень и выдержать ее не менее: для песков — 5 мин; для супесей — 15 мин; для суглинков и глин — 30 мин.

При передаче касательной нагрузки ступенями их значения должны составлять 5 % от значения нормальной нагрузки, при которой производят срез. На каждой ступени нагружения записывают показания приборов для измерения деформаций среза через каждые 2 мин, уменьшая интервал между измерениями до 1 мин в период затухания деформации до ее условной стабилизации. За критерий условной стабилизации

деформации среза принимают скорость деформации, не превышающую 0,01 мм/мин.

Испытание следует считать законченным, если при приложении очередной ступени касательной нагрузки происходит мгновенный срез (срыв) одной части образца по отношению к другой или общая деформация среза превысит 5 мм.

Проведение неконсолидированно-недренированного испытания

Рабочее кольцо с образцом грунта помещают в срезную коробку и закрепляют в ней. Далее устанавливают сплошной штамп, производят регулировку механизма нагрузки, устанавливают зазор 0,5...1 мм между подвижной и неподвижной частями срезной коробки, устанавливают приборы для измерения деформации среза и записывают начальные показания.

На образец грунта передают сразу в одну ступень нормальное давление , при котором будет производиться срез образца. Если при давлениях 0,125 и 0,15 МПа происходит выдавливание грунта в зазор между подвижной и неподвижной частями срезной коробки, необходимо их уменьшить на 0,025 МПа.

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

При передаче касательной нагрузки ступенями их значения не должны превышать 10 % значения нормального давления, при котором производится срез, и приложение ступеней должно следовать через каждые 10...15 с.

Момент окончания испытания устанавливают так же как и при консолидированно-дренированном испытании.

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

; ,

где Q и F - соответственно касательная и нормальная силы к плоскости среза, кН; А - площадь среза, см².

По измеренным в процессе испытания значениям деформаций среза , соответствующим различным напряжениям , строят график зависимости . За сопротивление грунта срезу принимают максимальное значение , полученное по графику  или по диаграмме среза на отрезке , не превышающем 5 мм. Если  возрастает монотонно, то за сопротивление грунта срезу следует принимать  при  мм. Угол внутреннего трения  и удельное сцепление с определяют как параметры линейной зависимости .

Угол внутреннего трения  и удельное сцепление с, МПа, вычисляют по формулам:

; ,

где  - опытные значения сопротивления срезу, определенные при различных значениях  и относящиеся к одному инженерно-геологическому элементу или отдельному монолиту грунта (при п > 3); п - число испытаний.

Таблица 1.

Результаты проведения испытаний.

Нормальные напряжения, , МПа	Касательные напряжения, , кг/МПа
0,2	4/0,01
0,3	7/0,0175

Рис.2. График зависимости касательных напряжений от нормальных.

Расчеты.

;

 МПа.

Вывод: судя по тому, что значение связности получилось отрицательным, можно сказать, что связных свойств исследованный грунт не проявляет и относится к несвязным.