Прочность грунтов – Рекомендации «Рекомендации по учету ползучести при назначении прочностных характеристик грунтов малой степени литификации при проектировании оснований»

2.6. Прочность грунтов

Прочность грунтов – это их способность сопротивляться разрушению. В инженерно-геологических целях важно знать механическую прочность грунтов, т.е. способность сопротивляться разрушению под воздействием механических напряжений. Если деформационные характеристики определяются при напряжениях, не приводящих к разрушению (т.е. до критических), то параметры прочности грунтов определяются при нагрузках, приводящих к разрушению грунта (т.е. предельных).

Физическая природа прочности грунтов определяется силами взаимодействия между частицами, т.е. зависит от прочности структурных связей. Чем больше силы взаимодействия между частицами грунта, тем выше его прочность в целом. Установлено, что разрушение грунта происходит при сдвиге одной его части по другой под действием касательных напряжений от внешней нагрузки. Грунт оказывает при этом сопротивление сдвигающим усилиям: в несвязных грунтах это сопротивление внутреннего трения, а для связных грунтов, кроме того, сопротивление сил сцепления.

Параметры прочности чаще определяют в лабораторных условиях на одноплоскостных приборах прямого среза и стабилометрах. Схема прибора прямого среза изображена на рис. 2.13. Он представляет собой обойму из двух металлических колец, между которыми оставлен зазор (около 1 мм). Нижнее кольцо укреплено неподвижно, верхнее может смещаться горизонтально.

Испытания проводят на нескольких образцах, предварительно уплотненных разными вертикальными давлениями р. Величина нормального напряжения σ от нагрузки уплотнения составит , гдеA – площадь образца. Затем ступенями прикладываем горизонтальные нагрузки Т, под действием которых в зоне ожидаемого сдвига развиваются касательные напряжения . При некотором значениинаступает предельное равновесие и происходит перемещение верхней части образца по нижней. За предельное сопротивление грунта сдвигу принимают касательные напряжения от той ступени загружения, при которой развитие деформаций сдвига не прекращается.

При сдвиге (одноплоскостном срезе) прочность грунта зависит от соотношения нормального сжимающего и касательного сдвигающегонапряжений, действующих на одной площадке: чем больше вертикальная сжимающая нагрузка на образец грунта, тем большее сдвигающее напряжение надо приложить к образцу для его среза. Взаимосвязь предельных касательных и нормальных напряженийописывается линейным уравнением, представляющим собой уравнение предельного равновесия (закон Кулона)

tg

+ c, (2.22)

где – угол внутреннего трения, град; tg– коэффициент внутреннего трения;с – сцепление, МПа. Здесь равен углу наклона прямой в координатах, а величина сцепленияс равна отрезку, отсекаемому на оси , т.е. при(рис. 2.14). Для сыпучих грунтов, не обладающих сцеплением (с = 0), закон Кулона упрощается:

tg . (2.23)

Таким образом, ис являются параметрами прочности грунта на сдвиг.

С углом внутреннего трения в некоторых случаях отождествляетсяугол естественного откоса , определяемый у несвязных грунтов. Углом естественного откоса называется угол наклона поверхности свободно насыпанного грунта к горизонтальной плоскости. Он формируется за счет сил трения частиц.

При трехосном сжатии прочность грунта зависит от соотношения главных нормальных напряжений

и. Испытания производят на приборе стабилометре (рис. 2.15). Образец грунта цилиндрической формы заключают в водонепроницаемую резиновую оболочку и вначале подвергают его всестороннему гидравлическому давлению, а затем к образцу ступенями прикладывают вертикальное давление, доводя образец до разрушения. Напряженияиполучают из опыта.

Испытания на трехосное сжатие проводят по такой схеме соотношения главных напряжений, когда >. В этом случае зависимостьстроится с помощью кругов Мора, радиус которых(рис. 2.16). Проводя испытания на трехосное сжатие грунта не менее двух образцов и построив с помощью кругов Мора предельную огибающую к ним вида

, согласно теории прочности Кулона-Мора определяют значенияис, которые в условиях трехосного сжатия являются параметрами прочности грунта.

Давление связности (суммарно заменяющее действие сил сцепления и трения) определяется по формуле

ctg

Для главных напряжений условие Кулона-Мора имеет вид

. (2.24)

Прочность грунта - sprosigeologa.ru

Виды прочности грунта

Длительная прочность – ПГ при длительном действии нагрузки. Характеризуется кривой длительной прочности. Она зависит, в основном от прочности структурных связей грунта.

У грунтов с крепкими кристаллизационными и конденсационными связями прочность до их разрушения снижается до 70-90% от начальной (для большинства скальных грунтов до 60-80%). При наличии самых слабых структурных связей (коагуляционных) длительная прочность уменьшается до 20-60% от начальной.

В глинистых грунтах длительная ПГ зависит также от их влажности и консистенции. У глинистых грунтов пластичной консистенции прочность с течением времени при постоянной нагрузке снижается сравнительно быстро, и длительная ПГ для текучепластичных глин составляет от 20-40% до 50-60% для тугопластичных глин от начальной прочности. У мёрзлых грунтов длительная ПГ составляет 15-50% от начальной прочности, длительная ПГ льда уменьшается до нуля. При сжатии прочность снижается в меньшей мере, чем при сдвиге и тем более при растяжении. В условиях сложного напряжённого состояния, чем больше среднее нормальное напряжение, тем в меньшей степени снижается прочность. С ростом температуры снижение ПГ идет интенсивнее.

Контактная прочность – характеристика твёрдости породы, определяемая при вдавливании штампа в необработанную поверхность образца и составляющая, например, для песчаников 3,5 – 18,0 МПа, для сланцев 3,0 – 7,0 МПа.

Мгновенная прочность – ПГ при мгновенном приложении нагрузки.

Прочность грунта на сжатие – разрушение грунта при сжатии. Проводится в условиях свободного бокового расширения (такое испытание называется простым или одноосным сжатием) или при его ограничении. Она характеризуется пределом прочности на одноосное сжатие Rс и равно частному от деления максимальной разрушающей нагрузки на площадь поперечного сечения образца до испытания. По величине Rс приближённо оценивается несущая способность свай. Она прямо пропорциональна предельной расчётной величине прочности на одноосное сжатие. Величина Rс используется также для определения устойчивости массива грунтов, в котором происходит подземная выработка, величин его смещения, нагрузок на крепь и параметров крепи. По значению Rс вычисляют коэффициент крепости по Протодьяконову.

Предел прочности на одноосное сжатие в лабораторных условиях изучают на образцах правильной (кубической или цилиндрической) и неправильной форм. Между пределом прочности на одноосное сжатие для образцов правильной Rс и неправильной Rс.н. формсуществует эмпирическая взаимосвязь Rс=5,3 Rс.н. Предел прочности на одноосное сжатие зависит от трещиноватости грунта, размера, формы и характера упаковки слагающих грунт частиц, прочности структурных связей между частицами, степени насыщения грунта водой или льдом.

Стандартная прочность – ПГ (песчаных и глинистых), оцениваемая методом медленного сдвига после предварительного полного их уплотнения при давлении, соизмеримом с давлением, создаваемым инженерным сооружением.

Структурная прочность – ПГ, обусловленная структурными связями между компонентами грунта, преимущественно твёрдыми. Она зависит от вида компонент и их физической природы, отвечает величине нагрузки, при которой начинается деформирование грунта. Различают структурную прочность при сжатии и сдвиге. Структурная ПГ при сжатии ориентировочно определяется по формуле: σ

стр=2с cosφ /(1-sinφ), где φ – угол внутреннего трения; с – сцепление.

Прочность грунта фильтрационная – сопротивление грунтов, главным образом песчаных, разрушению при действии на них фильтрационного потока.

Прочность остаточная – минимальное касательное напряжение при данной величине деформации, которое грунт выдерживает без деформирования и разрушения.

Прочность пластическая – предельное сопротивление сдвигу глинистых грунтов, определяемое по результатам лабораторных пенетрационных исследований по формуле: Рm=KaP/h2, где Ka – константа конуса, равная 0,959 при угле вершины конуса 300; Р – усиление пенетрации; h – глубина погружения конического наконечника под действием усилия Р.

 

Главная-->Справочник геолога-->Прочность грунта

Прочностные характеристики грунтов, необходимые для строительства

Роль грунта в строительстве

Грунт представляет собой основание здания, его не видно, он находится под сооружением, но его роль в строительстве огромна. От прочности основания зависит срок службы здания, сколько дом простоит, сколько землетрясений он выдержит. На устойчивость и долговечность будущего построенного сооружения влияют прочностные характеристики грунта, которые отвечают за то, чтобы здание не просело и не наклонялось.

Схемы нагружения образцов грунта

Схемы нагружения образцов грунта: а – истинное трехосное сжатие- б – плоская деформация- б – трехосное сжатие.

Грунт имеет деформационные свойства, о которых не стоит забывать!

Прочность основания зависит от того, какое напряжение оно сможет выдержать, при этом не смещаясь и не деформируясь. Вспомните Пизанскую башню, которая с каждым годом все больше и больше наклоняется к земле. Это произошло, потому что архитектор, который создавал эту легендарную башню, не учел, что почва под башней недостаточно прочная для такого сооружения.

Определение прочностных характеристик грунтов с заданной надежностью.

Для того чтобы не происходило таких казусов, грунт должен соответствовать определенным стандартам — ГОСТам. Если бы строители и архитекторы не учитывали деформационные свойства почвы и воздействие внешних факторов, то количество руин возросло. Нужно не только учитывать все возможные факторы влияния на будущие здания, но также рассчитывать максимальное значение этого влияния.

В физике характеристика прочности грунтов характеризуется условием прочности Кулона-Мора. Если полностью окунуться в физику, то прочностные характеристики грунта определяются такими показателями сил трения, как угол внутреннего трения и сцепление. Эти характеристики позволяют построить устойчивое здание, которое не будет проседать и наклоняться.

Состояние земли не статично, оно меняется под влиянием природных и искусственных факторов. Из-за переменчивого состояния почвы возникает необходимость изучать ее свойства и взаимодействие с внешней средой.

Существует несколько прочностных характеристик грунтов, совокупность их показателей определяет надежность и прочность основания. Человеку, который не имеет отношения к физике или строительству, трудно будет разобраться, но вам всегда помогут профессиональные строители и геодезисты. Подготовка к строительству дома — трудоемкий и ответственный процесс, от качества строительства зависит жизнь будущих жильцов дома. По этой причине государственные органы следят, чтобы строительство отвечало всем установленным нормам и стандартам.

Основные прочностные характеристики грунта

Схема испытаний грунта в зависимости от его исходного состояния

Схема испытаний грунта в зависимости от его исходного состояния.

  1. Гранулометрический состав почвы — доля частиц разного размера, которые образуют данную почву (выражается в процентном отношении). Размер частиц у каждой породы свой: у глинистых пород — миллиметры, у крупнообломочных пород — сотни и десятки сантиметров.
  2. Объемная масса — это величина массы земли, объем которой 1 куб. см. Важным условием является то, что масса должна определяться, при естественной влажности и пористости земли.
  3. Объемная масса является одной из главных характеристик, которая определяет прочность грунтов. Она зависит от влажности и пористости земных пород. Также рассчитывается объемная масса твердой фазы, то есть масса единица земли, но без массы воды.
  4. Естественная влажность — количество воды в почве при естественных условиях. Влажность сильно варьируется в зависимости от исследуемой породы. Величина влажности может сделать одну и ту же породу разной прочности. От естественной влажности напрямую зависит устойчивость основания.
  5. Пористость грунтов. Если рассмотреть эту характеристику со стороны физики, то ее можно определить как отношение объема пор почвы ко всему его объему, соответственно, пористость выражается в процентах. Пористость является основной характеристикой плотности основания, от которой напрямую зависят прочностные характеристики.
  6. Пластичность грунтов — тоже важный фактор при определении прочностных характеристик грунта. Пластичность является показателем того, какую нагрузку почва может выдержать без разрыва сплошности. Также пластичность означает сохранение полученной формы после оказания на почву внешнего воздействия. Пластичность зависит от влажности и состава земли.
  7. Клейкость или липкость грунтов — способность почвы при определенном количестве воды в нем прилипать к инструментам и строениям.
  8. Набухание и усадка почвы. Если в грунте увеличить содержание воды, то он увеличится в объеме — это набухание, а если уменьшить, то его объем станет меньше — это усадка.

Схема нарушения структуры грунта основания при промерзании за счёт сил пучения и при оттаивании за счёт снижения прочностных свойств из-за обильного водонасыщения основания.

Пожалуй, это самые необходимые характеристики прочности грунтов. При строительстве нужно учитывать каждый фактор по отдельности и их совокупность. Если один показатель в норме, это совсем не означает, что другой тоже будет соответствовать строительным стандартам. Перед началом строительства обязательно должен быть проведен комплекс геолого-геодезических работ. После разведочных работ вы получаете геолого-геодезическое заключение, на основании которого можно осуществлять расчетные работы.

Инженерно-геологические изыскания дают вам комплексную картину и характеристики района или необходимого вам участка под строительство. Данные изыскания — трудоемкий процесс, который требует много времени и конкретную информацию. Основная задача изыскания — определение геологического разреза, уровня вод и отбор почвы.

Данные изыскательные работы невозможно избежать перед началом строительства, только на основании полученных фактов вы сможете приступить к строительству дома своей мечты.

The role of soil in the construction

The soil is the foundation of the building, it is not visible, it is under construction, but its role in the construction of huge. From the base of the strength of the life of a building depends on how much a house will stand as it will withstand earthquakes. On the stability and durability of the future built structures affect the strength characteristics of the soil, which are responsible for ensuring that the building has not subsided, and do not tilt.

loading soil samples Schemes

Schemes loading soil samples: a — a true triaxial szhatie- b — b flat deformatsiya- — triaxial.

Soil has deformation properties, which do not forget!

The strength of the base depends on how much voltage it can withstand, without being displaced or deformed. Remember the Leaning Tower of Pisa, which is every year more and more tilted towards the ground. This happened because the architect who created the legendary tower, does not take into account that the soil under the tower is not strong enough for such a structure.

Determination of the strength characteristics of soils with a given reliability.

In order to avoid such incidents occurred, the soil has to meet certain standards — GOST. If the builders and architects do not take into account the deformation properties of the soil and the impact of external factors, the number increased ruins. We should not only take into account all the possible factors of influence on the future of the building, but also to calculate the maximum value of this influence.

In physics, the characteristic strength of the soil condition is characterized by the strength of the Coulomb-Mohr. If you plunge into physics, the strength of soil characteristics determined by such indicators of friction, the angle of internal friction and cohesion. These characteristics make it possible to build a sustainable building that will not sag and tilt.

State land is not static, it changes under the influence of natural and man-made factors. Due to the changeable soil conditions it is necessary to study its properties and interactions with the environment.

There are a few strength characteristics of soils, the totality of their performance determines the reliability and strength of the base. A man who has nothing to do with physics or building, it will be difficult to understand, but you will always help professional builders and surveyors. Preparation for construction of the house — time-consuming and responsible process, the quality of construction depends on the life of future tenants. For this reason, public authorities follow to building met all the established norms and standards.

The main strength of soil characteristics

Scheme soil tests, depending on its initial state

Scheme soil tests, depending on its initial state.

  1. Grain size distribution of the soil — the proportion of different-sized particles, which form this soil (expressed in percentage terms). The particle size of each breed her: in clay rocks — millimeters, from coarse rock — hundreds or tens of centimeters.
  2. Bulk weight — is the amount of land mass, the volume of which 1 cc. cm. An important condition is that the weight should be determined at the natural moisture content and porosity of the earth.
  3. Bulk weight is one of the main characteristics that determines the strength of the soil. It depends on the humidity and porosity of the earth formations. the bulk density of the solid phase is also calculated, that is, the mass of a unit of land, but without water supply.
  4. Natural humidity — the amount of water in the soil under natural conditions. Humidity varies greatly depending on the studied species. The amount of moisture can make the same breed of varying strength. From natural moisture directly dependent on the stability of the base.
  5. The porosity of the soil. If we consider this characteristic from physics it can be defined as the ratio of pore volume to the soil around its volume, respectively, a porosity expressed in percentage. Porosity is the main characteristic of the base density, from which depends directly on the strength characteristics.
  6. The plasticity of the soil — is also an important factor in determining the strength characteristics of soil. Plasticity is an indication of what kind of load can withstand soil without discontinuity. Also plasticity means the conservation of the resulting shape after the provision on the ground of external influence. Plasticity depends on the humidity and the composition of the earth.
  7. Tack or stickiness of the soil — the ability of the soil at a certain amount of water in it to stick to the tools and structures.
  8. Swelling and shrinkage of soil. If the increase in the water content of the soil, it will increase in volume — this swelling, and if reduce its volume becomes less — this shrinkage.

Driving violations foundation soil structure during freezing due to frost heave forces and thawing due to a decrease in strength properties due to the abundant water saturation of the base.

Perhaps this is the most essential characteristics of the soil strength. During the construction of should consider each factor separately and their combination. If one indicator is normal, it does not mean that the other will also comply with building standards. Before the construction must be carried out complex geological and geodetic works. After exploration you get geological and geodetic conclusion, on the basis of which it is possible to carry out the design work.

Engineering and geological surveys give you a comprehensive picture of the characteristics of the area and you or the necessary land for construction. These surveys — a laborious process that requires a lot of time and specific information. The main objective of research — the definition of the geological section, water level and soil selection.

These survey work can not be avoided prior to construction, only on the basis of these facts, you will be able to start the construction of their dream home.

Роль грунту в будівництві

Грунт являє собою підставу будівлі, його не видно, він знаходиться під спорудою, але його роль в будівництві величезна. Від міцності підстави залежить термін служби будівлі, скільки будинок простоїть, скільки землетрусів він витримає. На стійкість і довговічність майбутнього побудованого споруди впливають міцності грунту, які відповідають за те, щоб будівля не просіло і не нахилялося.

Схеми навантаження зразків грунту

Схеми навантаження зразків грунту: а — справжнє тривісне сжатіе- б — плоска деформація- б — тривісне стиснення.

Грунт має деформаційні властивості, про які не варто забувати!

Міцність підстави залежить від того, яка напруга воно зможе витримати, при цьому не зміщуючись і не деформуючись. Згадайте Пізанську вежу, яка з кожним роком все більше і більше нахиляється до землі. Це сталося, тому що архітектор, який створював цю легендарну вежу, не врахував, що грунт під вежею недостатньо міцна для такої споруди.

Визначення міцності грунтів із заданою надійністю.

Для того щоб не відбувалося таких казусів, грунт повинен відповідати певним стандартам — ГОСТам. Якби будівельники та архітектори не враховували деформаційні властивості грунту і вплив зовнішніх чинників, то кількість руїн зросла. Потрібно не тільки враховувати всі можливі фактори впливу на майбутні будівлі, але також розраховувати максимальне значення цього впливу.

У фізиці характеристика міцності грунтів характеризується умовою міцності Кулона-Мора. Якщо повністю зануритися в фізику, то міцності грунту визначаються такими показниками сил тертя, як кут внутрішнього тертя і зчеплення. Ці характеристики дозволяють побудувати стійке будівля, яка не буде просідати і нахилятися.

Стан землі не статично, воно змінюється під впливом природних і штучних чинників. Через мінливого стану грунту виникає необхідність вивчати її властивості і взаємодію із зовнішнім середовищем.

Існує кілька міцності грунтів, сукупність їх показників визначає надійність і міцність основи. Людині, яка не має відношення до фізики або будівництва, важко буде розібратися, але вам завжди допоможуть професійні будівельники та геодезисти. Підготовка до будівництва будинку — трудомісткий і відповідальний процес, від якості будівництва залежить життя майбутніх мешканців будинку. З цієї причини державні органи стежать, щоб будівництво відповідало всім встановленим нормам і стандартам.

Основні характеристики міцності грунту

Схема випробувань грунту в залежності від його вихідного стану

Схема випробувань грунту в залежності від його вихідного стану.

  1. Гранулометричний склад грунту — частка частинок різного розміру, які утворюють дану грунт (виражається в процентному відношенні). Розмір частинок у кожної породи свій: у глинистих порід — міліметри, у великоуламкових порід — сотні і десятки сантиметрів.
  2. Об'ємна маса — це величина маси землі, обсяг якої 1 куб. см. Важливою умовою є те, що маса повинна визначатися, при природній вологості і пористості землі.
  3. Об'ємна маса є однією з головних характеристик, яка визначає міцність грунтів. Вона залежить від вологості і пористості земних порід. Також розраховується об'ємна маса твердої фази, тобто маса одиниця землі, але без маси води.
  4. Природна вологість — кількість води в грунті при природних умовах. Вологість сильно варіюється в залежності від досліджуваної породи. Величина вологості може зробити одну і ту ж породу різної міцності. Від природної вологості безпосередньо залежить стійкість підстави.
  5. Пористість грунтів. Якщо розглянути цю характеристику з боку фізики, то її можна визначити як відношення обсягу пір грунту до всього його обсягу, відповідно, пористість виражається у відсотках. Пористість є основною характеристикою щільності підстави, від якої безпосередньо залежать характеристики.
  6. Пластичність грунтів — теж важливий фактор при визначенні міцності грунту. Пластичність є показником того, яке навантаження грунт може витримати без розриву суцільності. Також пластичність означає збереження отриманої форми після надання на грунт зовнішнього впливу. Пластичність залежить від вологості і складу землі.
  7. Клейкість або липкість грунтів — здатність грунту при певній кількості води в ньому прилипати до інструментів і будівлям.
  8. Набухання і усадка грунту. Якщо в грунті збільшити вміст води, то він збільшиться в об'ємі — це набухання, а якщо зменшити, то його обсяг стане менше — це усадка.

Схема порушення структури грунту основи при промерзанні за рахунок сил обдимання і при розморожуванні за рахунок зниження міцності властивостей через рясний водонасичення підстави.

Мабуть, це найнеобхідніші характеристики міцності грунтів. При будівництві потрібно враховувати кожен фактор окремо і їх сукупність. Якщо один показник в нормі, це зовсім не означає, що інший теж буде відповідати будівельним стандартам. Перед початком будівництва обов'язково повинен бути проведений комплекс геолого-геодезичних робіт. Після розвідувальних робіт ви отримуєте геолого-геодезичне висновок, на підставі якого можна здійснювати розрахункові роботи.

Інженерно-геологічні вишукування дають вам комплексну картину і характеристики району або необхідного вам ділянки під будівництво. Дані дослідження — трудомісткий процес, який вимагає багато часу і конкретну інформацію. Основне завдання дослідження — визначення геологічного розрізу, рівня вод і відбір ґрунту.

Дані вишукувальні роботи неможливо уникнути перед початком будівництва, тільки на підставі отриманих фактів ви зможете приступити до будівництва будинку своєї мрії.

1.5. Прочность грунтов

Сопротивление грунта срезу характеризуется касательными напряжениями в предельном состоянии, когда наступает разрушение грунта [4]. Соотношение между предельными касательными τ и нормальными к площадкам сдвига σ напряжениями выражается условием прочности Кулона-Мора

Цытович И.А. Механика грунтов

τ = σ tgφ + c,

(1.5)

где φ — угол внутреннего трения; с — удельное сцепление.

Характеристики прочности φ и с определяют в лабораторных и полевых условиях. Для предварительных, а также окончательных расчетов оснований зданий и сооружений II и III класса допускается принимать значения φ и с по табл. 1.17 и 1.18.

ТАБЛИЦА 1.17. НОРМАТИВНЫЕ ЗНАЧЕНИЯ УДЕЛЬНЫХ СЦЕПЛЕНИИ c, кПа, И УГЛОВ ВНУТРЕННЕГО ТРЕНИЯ φ, град, ПЕСЧАНЫХ ГРУНТОВ

ПесокХарактеристикаЗначения с и φ при коэффициенте пористости e
0,450,550,650,75
Гравелистый и крупныйс
φ
2
43
1
40
0
38

Средней крупностис
φ
3
40
2
38
1
35

Мелкийс
φ
6
38
4
36
2
32
0
28
Пылеватыйс
φ
8
36
6
34
4
30
2
26

Примечание. Приведенные в таблице значения относятся к кварцевым пескам (см. табл. 1.12).

ТАБЛИЦА 1.18. НОРМАТИВНЫЕ ЗНАЧЕНИЯ УДЕЛЬНЫХ СЦЕПЛЕНИЯ c, кПа, И УГЛОВ ВНУТРЕННЕГО ТРЕНИЯ φ, град, ПЫЛЕВАТО-ГЛИНИСТЫХ ГРУНТОВ ЧЕТВЕРТИЧНЫХ ОТЛОЖЕНИЙ

ГрунтПоказатель текучестиХарактеристикаЗначения с и φ при коэффициенте пористости е
0,450,550,650,750,850,951,05
Супесь0 < IL ≤ 0,25с
φ
21
30
17
29
15
27
13
24



0,25 < IL ≤ 0,75с
φ
19
28
15
26
13
24
11
21
9
18


Суглинок0 < IL ≤ 0,25с
φ
47
26
37
25
31
24
25
23
22
22
19
20

0,25 < IL ≤ 0,5с
φ
39
24
34
23
28
22
23
21
18
19
15
17

0,5 < IL ≤ 0,75с
φ


25
19
20
18
16
16
14
14
12
12
Глина0 < IL ≤ 0,25с
φ

81
21
68
20
54
19
47
18
41
16
36
14
0,25 < IL ≤ 0,5с
φ


57
18
50
17
43
16
37
14
32
11
0,5 < IL ≤ 0,75с
φ


45
15
41
14
36
12
33
10
29
7

Примечание. Значения с и φ не распространяются на лёссовые грунты.

1.5.1. Определение прочностных характеристик в лабораторных условиях

В практике исследований грунтов применяют метод среза грунта по фиксированной плоскости в приборах одноплоскостного среза. Для получения φ и с необходимо провести срез не менее трех образцов грунта при различных значениях вертикальной нагрузки. По полученным в опытах значениям сопротивления срезу τ строят график линейной зависимости τ = f(σ) и находят угол внутреннего трения φ и удельное сцепление с (рис. 1.5).

Рис. 1.5. Зависимость сопротивления срезу грунта τ от нормального напряжения σ

Различают две основные схемы опыта: медленный срез предварительно уплотненного до полной консолидации образца грунта (консолидировано-дренированное испытание) и быстрый срез без предварительного уплотнения (неконсолидировано-недренированное испытание).

Значения φ и с, полученные по методике медленного консолидированного среза, используются для определения расчетного сопротивления грунта, а также для оценки несущей способности основания, находящегося в стабилизированном состоянии (все напряжения от внешней нагрузки восприняты скелетом грунта). Значения φ и с, полученные по методике быстрого неконсолидированного среза, используются для определения несущей способности медленно уплотняющихся водонасыщенных суглинков и глин, илов, сапропелей, заторфованных грунтов и торфов. В таких грунтах возможно возникновение нестабилизированного состояния (наличие избыточного давления в поровой воде) вследствие их медленной консолидации или быстрой передачи нагрузки от сооружения (силосы, резервуары, склады сырья и т.п.).

Метод определения характеристик прочности φ и с в условиях трехосного сжатия в большей степени соответствует напряженному состоянию грунта в основании сооружения. Испытание проводится на приборе, в котором образец грунта подвергается всестороннему гидростатическому давлению и добавочному вертикальному (осевому). Для определения прочностных характеристик грунтов проводят серию испытаний при различных соотношениях давлений, доводя образец до разрушения, в результате каждого опыта получают значения наибольшего σ1 и наименьшего σ3 главных нормальных напряжений в момент разрушения. Графически зависимость между главными касательными и нормальными напряжениями представляют с помощью кругов Мора, каждый из которых строится на разности напряжений σ1 и σ3(рис. 1.6).

Рис. 1.6. Круги Мора по результатам испытания грунта в приборе трехосного сжатия

Общая касательная к этим кругам удовлетворяет условию прочности (1.5) и позволяет определить характеристики φ и с.

В приборах трехосного сжатия проводят следующие испытания:

  • – недренированное — дренирование воды из образца грунта отсутствует в течение всего опыта;
  • – консолидировано-недренированное — дренирование обеспечивается в процессе приложения гидростатического давления и образец полностью уплотняется, в процессе приложения осевых нагрузок дренирование отсутствует;
  • – дренированное — дренирование обеспечивается в течение всего испытания.

Недренированные испытания водонасыщенных грунтов проводят для определения прочностных характеристик, выражаемых через общие (тотальные) напряжения. Дренированные испытания проводят для определения прочностных характеристик, выражаемых через эффективные напряжения. При этом в процессе опыта должно быть достигнуто полностью консолидированное состояние грунта. Прочностные характеристики грунтов, выражаемые через эффективные напряжения, могут быть определены также для образцов грунта, испытанных в неполностью консолидированном состоянии, при условии измерения в процессе опыта давления в поровой воде.

Количественной характеристикой прочности скальных грунтов является предел прочности на одноосное сжатие Rc, определяемый раздавливанием образца грунта и вычисляемый по формуле

Rс = P/F,

(1.6)

где Р — нагрузка в момент разрушения образца грунта; F — площадь поперечного сечения образца грунта.

1.5.2. Определение прочностных характеристик в полевых условиях

Полевое испытание на срез в заданной плоскости целика грунта, заключенного в кольцевую обойму, аналогично лабораторному испытанию на срез в одноплоскостных срезных приборах. Испытания проводятся в шурфах, котлованах, штреках и т.д. Для получения характеристик φ и с определяют сопротивление срезу не менее чем трех целиков при различных вертикальных нагрузках. Схемы испытаний принимаются те же, что и в лабораторных условиях. Значения φ и с находят на основе построения зависимости (1.5), как это показано на рис. 1.5.

Полевое определение характеристик φ и с в стенах буровой скважины проводится методами кольцевого и поступательного среза. Схемы испытаний приведены на рис. 1.7. Эти методы применяются для испытаний грунтов на глубинах до 10 м (кольцевой срез) и до 20 м (поступательный срез). В методе кольцевого среза используется распорный штамп с продольными лопастями, в методе поступательного среза — с поперечными лопастями. С помощью распорного штампа лопасти вдавливаются в стенки скважины и создастся нормальное давление на стенки. В методе кольцевого среза грунт срезается вследствие приложения крутящего момента, а в методе поступательного среза — выдергивающей силы. Для получения φ и с необходимо провести не менее трех срезов при различных нормальных давлениях на стенки скважины и построить зависимость τ = f (σ) (см. рис. 1.5).

Рис. 1.7. Схемы испытаний грунта в скважинах на срез

а — кольцевой; б — поступательный; в — вращательный крыльчаткой: 1 — лопасти; 2 — распорные штампы; 3 — скважины; 4 — штанги; 5 — устройства для создания и измерения усилия

Метод вращательного среза с помощью крыльчатки, вдавливаемой в массив грунта или в забой буровой скважины (см. рис. 1.7), позволяет определить сопротивление срезу τ, поэтому его рекомендуется применять при слабых пылевато-глинистых грунтах, илах, сапропелях, заторфованных грунтах и торфах, так как для них угол внутреннего трения практически равен нулю и можно принять с = τ. Испытания крыльчаткой проводят на глубинах до 20 м.

Для определения характеристик прочности в полевых условиях применяют методы выпирания и обрушения грунта в горных выработках. Значения φ и с вычисляют из условий предельного равновесия выпираемого и обрушаемого массива грунта.

Угол внутреннего трения песчаных грунтов может быть определен с помощью статического и динамического зондирования. По данным статического зондирования угол φ имеет следующие значения:

qc, МПа1247122030
φ, град26283032343638

Значения φ по данным динамического зондирования приведены в табл. 1.19. Для сооружений I и II класса является обязательным сопоставление данных зондирования с результатами испытаний тех же грунтов на срез. Для сооружений III класса допускается определять φ только по результатам зондирования.

ТАБЛИЦА 1.19. ЗНАЧЕНИЯ УГЛОВ ВНУТРЕННЕГО ТРЕНИЯ φ ПЕСЧАНЫХ ГРУНТОВ ПО ДАННЫМ ДИНАМИЧЕСКОГО ЗОНДИРОВАНИЯ

ПесокЗначения φ, град, МПа при qd, МПа
23,57111417,5
Крупный и средней крупности303333384041
Мелкий283033353738
Пылеватый282830323435

Прочностные характеристики грунтов

Прочность грунта определяет его способность удерживать строение в вертикальном положении. От прочностных характеристик зависит, насколько глубоким должен быть фундамент, насколько высоким может быть строение. Прочность грунтового основания обеспечивает вертикальное положение стен, отсутствие наклонов, трещин, просаживаний и других капитальных разрушений. Как определяются прочностные характеристики для грунтов? Какие приборы и методы используются для исследования качества грунтов перед капитальным строительством?

Как определяют прочность?

Для определения прочности любого материала его подвергают воздействию нагрузки и отслеживают наличие и размер деформаций после нагружения. В зависимости от деформационных свойств, материал может выдерживать определённую нагрузку без изменений размеров и  формы или деформироваться под воздействием внешних сил.

Виды грунтов

 

Почва или грунт – это материалы, у которых есть определённая прочность и стойкость к деформациям. Плотная почва (глина) хорошо держит нагрузку и не деформируется. Сыпучий грунт (песок) нагрузки не выдерживает, сдвигается и вызывает разрушение стен строения. Кроме того, способность не деформироваться под нагрузкой зависит от состояния грунта (насыщенности водой, промерзания). Какие нагрузки должен выдерживать грунт под фундаментом здания?

Какие нагрузки выдерживает здание

Силы, которые воздействуют на строение

 

Здание испытывают воздействие вертикальных нагрузок (давление атмосферы, снега, дождя) и горизонтальных нагрузок (давление ветра). Поэтому испытание на лабораторных приборах определяет способность образцов грунта выдерживать вертикальные и горизонтальные нагрузки. В ходе испытаний также определяется критическое значение, при котором образец грунта разрушается (сдвигается, получает значительную деформацию или рассыпается).

 

Среди прочностных характеристик грунтов наиболее  важна стойкость к касательным (сдвигающим) деформациям (горизонтальным нагрузкам).

Лабораторные испытания прочности грунта

Для определения прочностных характеристик грунтов проводят лабораторные испытания грунтовых проб на специальных приборах. Способы и методы исследований определяются ГОСТом 12248-96.

 

Чаще испытание проводят на приборе, который прилагает усилие сдвига в одной плоскости. Такое исследование называют «методом одноплоскостного среза». Сначала к образцам грунта (не меньше 3-х) прикладывают горизонтальную сдвигающую нагрузку и наращивают её до разрушения образца. После , к трём другим образцам грунта прикладывают вертикальную нагрузку и также наращивают её до разрушения образца.

Медленное наращивание нагрузки увеличивается с шагом 0,1а (где «а» – атмосферное давление). Нагрузку наращивают до тех пор, пока образец не разрушится или пока его деформация (сдвиг) не превысит 5 мм.

График лабораторных исследований

 

Данные исследований заносят в график, где вдоль осей обозначают размер нагрузки (сдвигающего усилия) и величину сдвига. По данному графику определяют внутреннее трение грунта, удельное сопротивление срезу и его удельное сцепление.

Полученные показатели сравнивают с обозначенными допустимыми характеристиками грунтов, указанными в ГОСТе. После выносят рекомендации о возможности строительства здания на данном грунте.

В лаборатории исследования грунтов

 

Когда проводят исследование

Исследование прочностных характеристик грунтов проводится в ходе геолого-разведывательных работ перед строительством здания. Особенно это важно для высотных многоэтажных построек, которые имеют значительный вес и должны выдерживать большие ветровые нагрузки.

Забор грунта для испытаний на приборах называют монолитом. Его берут из шурфов – скважин, глубина которых равна глубине фундамента будущего дома. Пробу грунтов берут через каждые 1-2 м вдоль всей глубины шурфа. В качестве образцов для исследований берут пробы с неразрушенной внутренней структурой грунта (без перекапывания, рыхления и др.).

 

Испытания на приборах проводят на образцах в сухом и водонасыщенном (намокшем) состоянии, а также на предварительно уплотнённых образцах или без их предварительного уплотнения.

Геодезическая разведка . Так выглядит проба грунта

Приборы для определения прочности

Для лабораторных исследований используются следующие приборы:

  • Устройство компрессионного сжатия ГТ1.1.4 – измеряет деформируемость, просадочность почвы.
  • Установки трёхосного сжатия ГТ0.3.10., ГТ0.3.13., ГТ0.3.14.
  • Установки для одноплоскостного среза ГТ0.2.1., ГТ1.2.9.
  • Установка предварительного уплотнения образцов ГТ1.2.5. и прибор для уплотнения ГТ1.4.1
  • Установки одноосного сжатия ГТ0.5.3., ГТ0.5.4
  • Установки сжатия и растяжения для исследования скальных грунтов ГТ0.6.3., ГТ0.6.4.
  • Установка одноплоскостного среза для мёрзлого грунта ГТ0.2.2.
  • Приспособления для подготовки образцов.
Установка одноплоскостного среза

 

С помощью лабораторных исследований определяют прочностные характеристики грунта.

Прочность грунтов: характеристики

Деформационные свойства почвы измеряются следующими показателями:

  • Прочность грунта – способность сопротивляться внешнему воздействию – оценивается пределом прочности на одноосное сжатие (максимальной нагрузкой, которую грунт выдерживает без разрушения). Измеряется в МПа.
  • Угол трения – зависит от вида грунта, для песчаников равен 25-45 единиц, для пылеватых глин – от 7 до 30 единиц. Также показателем прочностных характеристик грунта является коэффициент внутреннего трения.
  • Удельное сцепление – сопротивление удельных связей внутри грунта перемещению его частиц. Измеряется в кПа или кгс/см2.
  • Модуль деформации Е (характеристика жёсткости грунта) – коэффициент зависимости деформации от напряжения.

Характеристики прочности грунта могут изменяться в зависимости от времени года, водонасыщения, температуры.

 

Что влияет на прочность грунта?

Что влияет на деформационные характеристики грунтов:

  • Гранулометрический состав грунта (размер его частиц). Чем мельче частицы, тем выше плотность и ниже деформационные свойства.
  • Пористость почвы (чем плотнее почва, тем выше её прочностные характеристики и ниже способность деформироваться под нагрузкой).
  • Влажность грунта (намокание грунта снижает характеристики прочности).
  • Колебания подземных вод (подъём их уровня снижает прочностные свойства грунта).
Работа геодезистов – начало строительства

 

Определение деформационных свойств грунтов требует профессиональных знаний и геологических расчетов.

 

ГОСТ Р 54476-2011


ГОСТ Р 54476-2011

ОКС 13.080
ОКСТУ 5709

Дата введения 2012-05-01

Предисловие

1 РАЗРАБОТАН Открытым акционерным обществом "Дорожный научно-исследовательский институт "СоюздорНИИ" (ОАО "СоюздорНИИ") при участии Государственного технического университета МАДИ (ГТУ МАДИ)

2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 465 "Строительство"

3 УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 20 октября 2011 г. N 475-ст

4 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

5 ПЕРЕИЗДАНИЕ. Июль 2019 г.


Правила применения настоящего стандарта установлены в статье 26 Федерального закона от 29 июня 2015 г. N 162-ФЗ "О стандартизации в Российской Федерации". Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в ежегодном (по состоянию на 1 января текущего года) информационном указателе "Национальные стандарты", а официальный текст изменений и поправок - в ежемесячном информационном указателе "Национальные стандарты". В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ближайшем выпуске ежемесячного информационного указателя "Национальные стандарты". Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет (www.gost.ru)

1 Область применения


Настоящий стандарт устанавливает методы лабораторного определения характеристик сопротивляемости сдвигу грунтов, используемых в строительстве автомобильных дорог [1] в качестве оснований насыпей, а также материала насыпей и имеющих в природных условиях низкую прочность вследствие особенностей состава и высокой влажности. К таким грунтам следует относить особые грунты, определяемые как "слабые", а также глинистые грунты с повышенной влажностью и переувлажненные (см. раздел 3). Указанные выше грунты в качестве естественных оснований других инженерных сооружений обычно не используются. При воздействии на грунтовую толщу, сложенную такими грунтами, самых малых (менее 0,05 МПа) нагрузок, в частности от типовых насыпей высотой до 3 м, грунты могут работать на сдвиг в неконсолидированном состоянии.

Характеристики прочности используемых в дорожном строительстве и не относящихся к упомянутым выше грунтов определяют по методике неконсолидированных - недренированных (быстрых) сдвигов по ГОСТ 12248.

2 Нормативные ссылки


В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие стандарты:

ГОСТ 5180 Грунты. Методы лабораторного определения физических характеристик

ГОСТ 12248 Грунты. Методы лабораторного определения характеристик прочности и деформируемости

ГОСТ 22733 Грунты. Метод лабораторного определения максимальной плотности

ГОСТ 30416 Грунты. Лабораторные испытания. Общие положения

Примечание - При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет или по ежегодному информационному указателю "Национальные стандарты", который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по выпускам ежемесячного информационного указателя "Национальные стандарты" за текущий год. Если заменен ссылочный стандарт, на который дана недатированная ссылка, то рекомендуется использовать действующую версию этого стандарта с учетом всех внесенных в данную версию изменений. Если заменен ссылочный стандарт, на который дана датированная ссылка, то рекомендуется использовать версию этого стандарта с указанным выше годом утверждения (принятия). Если после утверждения настоящего стандарта в ссылочный стандарт, на который дана датированная ссылка, внесено изменение, затрагивающее положение, на которое дана ссылка, то это положение рекомендуется применять без учета данного изменения. Если ссылочный стандарт отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, рекомендуется применять в части, не затрагивающей эту ссылку.

3 Термины и определения


В настоящем стандарте применены следующие термины с соответствующими определениями:

3.1 слабые грунты: Связные грунты, имеющие прочность на сдвиг в условиях природного залегания менее 0,075 МПа (при испытании приборами вращательного среза) или модуль осадки более 50 мм/м при нагрузке 0,25 МПа (модуль деформации ниже 5 МПа). При отсутствии данных испытаний к слабым грунтам следует относить торф и заторфованные грунты, илы, сапропели, глинистые грунты с коэффициентом консистенции свыше 0,5, иольдиевые глины, грунты мокрых солончаков.

3.2 максимальная плотность и оптимальная влажность: Параметры, определяемые при испытании грунта методом стандартного уплотнения по ГОСТ 22733 .

3.3 максимальная влажность: Наибольшая влажность, при которой возможно получить коэффициент уплотнения 0,9 по ГОСТ 22733

3.4 допустимая влажность: Максимальная влажность, при которой еще возможно при устройстве земляного полотна автомобильных дорог уплотнение грунта до требуемого коэффициента уплотнения.

3.5 грунты с повышенной влажностью: Глинистые грунты с влажностью от допустимой до максимальной.

3.6 грунты переувлажненные: Глинистые грунты с влажностью, превышающей максимальную.

3.7 коэффициент уплотнения: Отношение плотности сухого грунта к максимальной плотности сухого грунта при испытании по методу стандартного уплотнения по ГОСТ 22733.

4 Общие положения

4.1 Настоящий стандарт устанавливает метод лабораторного определения характеристик прочности немерзлых слабых грунтов ненарушенной структуры и нарушенной (искусственно уплотненных) при испытании на одноплоскостный срез.

4.2 Общие требования к лабораторным испытаниям грунтов, оборудованию и приборам, лабораторным помещениям, способам изготовления образцов для испытаний приведены в ГОСТ 30416.

4.3 Для учета статистического характера распределения прочностных свойств грунтов в пределах выделенного инженерно-геологического элемента (ИГЭ) для испытания используют образцы грунта, имеющие природную влажность, близкую к среднемедианному (среднеарифметическому) или к заданному расчетному значению (с заданной обеспеченностью) для данного ИГЭ.

4.4 Для испытываемых грунтов должны быть определены физические характеристики по ГОСТ 5180*: влажность, плотность, плотность частиц, влажность на границах раскатывания и текучести, гранулометрический состав, а для грунтов, используемых в насыпях, - параметры стандартного уплотнения по ГОСТ 22733. При этом должны быть вычислены все требующиеся в соответствии с заданием на проведение испытаний характеристики, в том числе обязательно определяют степень водонасыщения испытываемых образцов.
_______________
* Допускается использовать ускоренные методы, если это предусмотрено заданием на испытания.

4.5 В процессе испытаний на сдвиг ведут журнал, форма которого приведена в приложении А.

5 Метод определения характеристик прочности при одноплоскостном срезе

5.1 Сущность метода и исходные предпосылки

5.1.1 Испытания на сдвиг проводят для определения сдвиговых характеристик (удельного сцепления и угла внутреннего трения ), в зависимости от влажности грунта в момент сдвига. Принципиальная схема испытаний на одноплоскостный сдвиг представлена в ГОСТ 12248.

5.1.2 При проведении испытаний и последующей интерпретации результатов исходят из положений, что сопротивляемость сдвигу практически полностью водонасыщенного грунта описывается выражением

, (5.1)


где - полное нормальное давление на площадке сдвига, МПа;

- угол внутреннего трения, соответствующий плотности - влажности грунта в момент сдвига, град;

- удельное сцепление, также соответствующее плотности - влажности в момент сдвига.

В общем случае удельное сцепление может состоять из двух частей:

, (5.2)


где - часть полного сцепления, имеющая водно-коллоидную природу и обусловленная наличием восстанавливающихся связей;

- часть полного сцепления, имеющая невосстанавливающийся характер.

Для грунтов, входящих в область применения настоящего стандарта, значение обычно пренебрежимо мало. В случае, если оно существенно, его можно выделить испытанием "плашка по плашке" в соответствии с ГОСТ 12248.

5.2 Оборудование и приборы

5.2.1 Принципиальная схема установки для испытаний представлена в ГОСТ 12248.

5.2.2 Конструкция срезного (сдвигового) прибора должна обеспечивать передачу первоначального вертикального давления на образец (от веса штампа и измерительных приборов) не более 0,01 МПа.

5.2.3 При тарировании срезной коробки для прибора устанавливают поправки на преодоление трения подвижной части коробки.

5.2.4 Для уменьшения изменения влажности образца в процессе испытания применяют штампы без перфорации или с водонепроницаемыми прокладками.

5.3 Проведение испытаний

5.3.1 Определяют начальную (исходную) влажность образцов, предназначенных для испытаний.

5.3.2 Выбирают значения нормальных нагрузок, при которых будет проводиться срез, исходя из следующих основных условий:

- максимальные нормальные напряжения принимаются на 30%-50% больше значения вертикальных нормальных напряжений, которые могут возникнуть в грунте под расчетной нагрузкой от проектируемого сооружения, но не выше значений напряжений, при которых может происходить выдавливание грунта через зазоры в сдвиговом приборе;

- минимальная нагрузка принимается такой, чтобы значение сопротивляемости грунта сдвигу под нагрузкой оказалась не более значения этой нагрузки, в противном случае получаемую экспериментальную точку при окончательной обработке результатов и их анализе не учитывают;

- промежуточное значение нормальной нагрузки назначают равным среднеарифметическому максимального и минимального значений.

Примечание - Максимальное и минимальное значения нагрузки следует уточнять в процессе проведения испытания первого образца.

5.3.3 Проводят сдвиг под каждой из установленных по 5.3.2 нормальных нагрузок, как правило, не менее четырех образцов*, имеющих разную влажность. Сдвиг проводят по схеме неконсолидированных - недренированных испытаний (быстрый сдвиг). Допускается проводить по два сдвига на каждом образце под двумя разными нагрузками (сначала под меньшей, а затем под большей), что позволяет сократить число образцов для испытания. В этом случае начальная высота образца должна быть не менее 3 см.
_______________
* Допускается уменьшение числа срезов в процессе испытаний в зависимости от получаемых результатов (от практического влияния плотности - влажности в рассматриваемом диапазоне ее значений на сопротивляемость сдвигу).


Различие образцов во влажности в момент сдвига достигается следующими различными способами:

- выдерживанием каждого из серии образов, предназначенных для сдвига в течение различного времени, при той же нормальной нагрузке, под которой проводится сдвиг. В этом случае первый образец сдвигают немедленно после приложения заданной нормальной нагрузки, а второй образец - только после выдерживания его под этой нагрузкой до практически полного завершения консолидации; два других образца перед сдвигом выдерживают под нагрузкой с таким расчетом, чтобы влажность их в момент сдвига имела два различных промежуточных значения в интервале между значениями влажности первого и второго образцов;

- выдерживанием образцов в течение различного времени под одной и той же достаточно большой уплотняющей нагрузкой, значение которой должно быть не менее значения максимальной нормальной нагрузки при сдвиге. Предельное значение уплотняющей нагрузки определяют в этом случае возможностью ее передачи на образец без выдавливания грунта в зазоры. Чем больше уплотняющая нагрузка (в пределах возможного), тем меньше времени будет затрачено на проведение испытания. В этом случае испытывают по одному образцу под каждой нормальной нагрузкой без предварительного выдерживания под уплотняющей нагрузкой;

- выдерживанием (с целью ускорения консолидации) образцов до практически полной консолидации под четырьмя различными нагрузками, значение наибольшей из которых должно быть примерно в полтора-два раза больше значения максимальной нормальной нагрузки при сдвиге. При этом три образца из серии также не подвергают предварительному уплотнению.

Примечания

1 Предварительное выдерживание образцов под нагрузкой может проводиться как в самих сдвиговых приборах (до установки зазора), так и в стандартных приборах предварительного уплотнения.

2 Оперативный контроль за изменением влажности образца во времени при их предварительном уплотнении может осуществляться по значениям осадков образцов, фиксируемых мессурами.

5.3.4 Каждый из четырех образцов с различной влажностью испытывают на сдвиг под одной и той же нормальной нагрузкой. Аналогично проводят испытания образцов под остальными двумя нормальными нагрузками.

5.3.5 Если предварительное уплотнение проводилось в приборе предварительного уплотнения, то после загрузки образца в сдвиговый прибор и приложения к нему заданной нормальной нагрузки сдвиг следует проводить немедленно, не дожидаясь завершения вертикальной деформации.

5.3.6 Предварительное уплотнение и сдвиг рассматриваемых грунтов следует проводить без насыщения образцов водой.

5.3.7 Интенсивность сдвига должна быть такой, чтобы сдвиг произошел за 1-3 мин.

При ступенчатом приложении сдвигающей нагрузки (гири) очередную ступень сдвигающей нагрузки следует прикладывать, не дожидаясь прекращения деформации от предыдущей ступени. Достаточно убедиться в том, что деформация сдвига носит затухающий характер, что устанавливается путем сопоставления 4-5 отсчетов с интервалом 3-5 с.

5.3.8 При использовании ступенчатой нагрузки следует применять небольшие ступени сдвигающей нагрузки (100-200 г на рычаг) в зависимости от консистенции грунта.

Сдвиг считается завершенным при получении незатухающей деформации, завершающейся срывом образца.

При применении автоматического записывающего устройства и непрерывного нагружения момент завершения сдвига определяют непосредственно по диаграмме.

5.3.9 Немедленно после завершения сдвига и извлечения образца из прибора из зоны сдвига отбирают пробу на влажность (в случае срыва пробу отбирают из обеих половинок образца).

5.4 Обработка результатов испытаний

5.4.1 Результаты каждого отдельного испытания наносят в виде экспериментальных точек на полулогарифмическую сетку координат, где по оси абсцисс откладывают влажность грунта в зоне сдвига в линейном масштабе, а по оси ординат - значение сопротивляемости сдвигу в логарифмическом масштабе. Точки, относящиеся к одной и той же нормальной нагрузке при сдвиге, обозначают одинаково и через них проводят осредняющие прямые (см. рисунок 1а), отражающие собой зависимости сопротивляемости испытываемого грунта сдвигу при заданной нормальной нагрузке от его влажности в момент сдвига в зоне сдвига. Построенные по точкам прямые необходимо графически проэкстраполировать до значения исходной влажности грунта.

5.4.2 Полученный график перестраивают в графики зависимости значений от значений нормальной нагрузки (см. рисунок 1б) для различных влажностей. Через полученные точки проводят осредняющие прямые, соответствующие двучленной линейной зависимости, параметры которой определяют искомые сдвиговые характеристики и .

5.4.3 Затем строят графики искомых зависимостей и , являющиеся конечным результатом обработки экспериментальных данных (см. рисунок 1в). Значения , град, следует устанавливать с точностью до 30', a , МПа, - с точностью до третьего знака после запятой.


Рисунок 1 - Пример обработки результатов сдвиговых испытаний

Приложение А. Журнал испытаний грунта на сдвиг по методике "плотность - влажность"

Приложение А
(обязательное)


Исходные данные

Дата отбора проб

Дата испытаний

Объект

Данные прибора:

ПК

Поперечник N

Сдвиговой прибор:

Глубина отбора монолита

- одноплоскостной

- двухплоскостной

Передаточное число рычагов для:

Инженерно-геологический

элемент

- нормальной нагрузки

Природная влажность

- сдвиговой нагрузки

Коэффициент заполнения пор водой

Высота образца, см

Режим загружения


Результаты испытаний

Нормальные напряжения при сдвиге, МПа

Предельное сдвигающее напряжение, МПа

Сопротивляемость сдвигу, МПа

Плотность - влажность грунта в зоне сдвига, %

Примечание

Испытание провел:

Проверил:

Библиография

УДК 624.131:006.354

ОКС 13.080

ОКСТУ 5709

Ключевые слова: слабые грунты, земляное полотно, основание, сопротивляемость сдвигу




Электронный текст документа
подготовлен АО "Кодекс" и сверен по:
официальное издание
М.: Стандартинформ, 2019

1.3. Классификация грунтов

Грунты оснований зданий и сооружений подразделяются на два класса [1]: скальные (грунты с жесткими связями) и нескальные (грунты без жестких связей).

ГОСТ 25100-95 Грунты. Классификация

В классе скальных грунтов выделяют магматические, метаморфические и осадочные породы, которые подразделяются по прочности, размягчаемости и растворимости в соответствии с табл. 1.4. К скальным грунтам, прочность которых в водонасыщенном состоянии менее 5 МПа (полускальные), относятся глинистые сланцы, песчаники с глинистым цементом, алевролиты, аргиллиты, мергели, мелы. При водонасыщении прочность этих грунтов может снижаться в 2—3 раза. Кроме того, в классе скальных грунтов выделяются также искусственные — закрепленные в естественном залегании трещиноватые скальные и нескальные грунты.

ТАБЛИЦА 1.4. КЛАССИФИКАЦИЯ СКАЛЬНЫХ ГРУНТОВ

ГрунтПоказатель
По пределу прочности на одноосное сжатие в водонасыщенном состоянии, МПа
Очень прочныйRc > 120
Прочный120 ≥ Rc > 50
Средней прочности50 ≥ Rc > 15
Малопрочный15 ≥ Rc > 5
Пониженной прочности5 ≥ Rc > 3
Низкой прочности3 ≥ Rc ≥ 1
Весьма низкой прочностиRc < 1
По коэффициенту размягчаемости в воде
НеразмягчаемыйKsaf ≥ 0,75
РазмягчаемыйKsaf < 0,75
По степени растворимости в воде (осадочные сцементированные), г/л
НерастворимыйРастворимость менее 0,01
ТруднорастворимыйРастворимость 0,01—1
Среднерастворимый– || – 1—10
Легкорастворимый– || – более 10

Эти грунты подразделяются по способу закрепления (цементация, силикатизация, битумизация, смолизация, обжиг и др.) и по пределу прочности на одноосное сжатие после закрепления так же, как и скальные грунты (см. табл. 1.4).

Нескальные грунты подразделяют на крупнообломочные, песчаные, пылевато-глинистые, биогенные и почвы.

К крупнообломочным относятся несцементированные грунты, в которых масса обломков крупнее 2 мм составляет 50 % и более. Песчаные — это грунты, содержащие менее 50 % частиц крупнее 2 мм и не обладающие свойством пластичности (число пластичности Iр < 1 %).

ТАБЛИЦА 1.5. КЛАССИФИКАЦИЯ КРУПНООБЛОМОЧНЫХ И ПЕСЧАНЫХ ГРУНТОВ ПО ГРАНУЛОМЕТРИЧЕСКОМУ СОСТАВУ

ГрунтРазмер частиц, ммМасса частиц, % от массы
воздушно-сухого грунта
Крупнообломочный:
   валунный (глыбовый)
   галечниковый (щебенистый)
   гравийный (дресвяный)

> 200
> 10
> 2
> 50
Песок:
   гравелистый
   крупный
   средней крупности
   мелкий
   пылеватый

> 2
> 0,5
> 0,25
> 0,1
> 0,1

> 25
> 50
> 50
≥ 75
 < 75

Крупнообломочные и песчаные грунты классифицируются по гранулометрическому составу (табл. 1.5) и по степени влажности (табл. 1.6).

ТАБЛИЦА 1.6. ПОДРАЗДЕЛЕНИЕ КРУПНООБЛОМОЧНЫХ И ПЕСЧАНЫХ ГРУНТОВ ПО СТЕПЕНИ ВЛАЖНОСТИ Sr

ГрунтСтепень влажности
Маловлажный0 < Sr ≤ 0,5
Влажный0,5 < Sr ≤ 0,8
Насыщенный водой0,8 < Sr ≤ 1

Свойства крупнообломочного грунта при содержании песчаного заполнителя более 40 % и пылевато-глинистого более 30 % определяются свойствами заполнителя и могут устанавливаться по испытанию заполнителя. При меньшем содержании заполнителя свойства крупнообломочного грунта устанавливают испытанием грунта в целом. При определении свойств песчаного заполнителя учитывают следующие его характеристики — влажность, плотность, коэффициент пористости, а пылевато-глинистого заполнителя — дополнительно число пластичности и консистенцию.

Основным показателем песчаных грунтов, определяющим их прочностные и деформационные свойства, является плотность сложения. По плотности сложения пески подразделяются по коэффициенту пористости е, удельному сопротивлению грунта при статическом зондировании qс и условному сопротивлению грунта при динамическом зондировании qd (табл. 1.7).

При относительном содержании органического вещества 0,03 < Iот ≤ 0,1 песчаные грунты называют грунтами с примесью органических веществ. По степени засоленности крупнообломочные и песчаные грунты подразделяют на незасоленные и засоленные. Крупнообломочные грунты относятся к засоленным, если суммарное содержание легко- и среднерастворимых солей (% от массы абсолютно сухого грунта) равно или более:

  • – 2 % — при содержании песчаного заполнителя менее 40 % или пылевато-глинистого заполнителя менее 30 %;
  • – 0,5 % — при содержании песчаного заполнителя 40 % и более;
  • – 5 % — при содержании пылевато-глинистого заполнителя 30 % и более.

Песчаные грунты относятся к засоленным, если суммарное содержание указанных солей составляет 0,5 % и более.

Пылевато-глинистые грунты подразделяют по числу пластичности Ip (табл. 1.8) и по консистенции, характеризуемой показателем текучести IL (табл. 1.9).

ТАБЛИЦА 1.7. ПОДРАЗДЕЛЕНИЕ ПЕСЧАНЫХ ГРУНТОВ ПО ПЛОТНОСТИ СЛОЖЕНИЯ

ПесокПодразделение по плотности сложения
плотныйсредней плотностирыхлый
По коэффициенту пористости
Гравелистый, крупный и средней крупностиe < 0,550,55 ≤ e ≤ 0,7e > 0,7
Мелкийe < 0,60,6 ≤ e ≤ 0,75e > 0,75
Пылеватыйe < 0,60,6 ≤ e ≤ 0,8e > 0,8
По удельному сопротивлению грунта, МПа, под наконечником (конусом) зонда при статическом зондировании
Крупный и средней крупности независимо от влажностиqc > 1515 ≥ qc ≥ 5qc < 5
Мелкий независимо от влажностиqc > 1212 ≥ qc ≥ 4qc < 4
Пылеватый:
   маловлажный и влажный
   водонасыщенный

qc > 10
qc > 7

10 ≥ qc ≥ 3
7 ≥ qc ≥ 2

qc < 3
qc < 2
По условному динамическому сопротивлению грунта МПа, погружению зонда при динамическом зондировании
Крупный и средней крупности независимо от влажностиqd > 12,512,5 ≥ qd ≥ 3,5qd < 3,5
Мелкий:
   маловлажный и влажный
   водонасыщенный

qd > 11
qd > 8,5

11 ≥ qd ≥ 3
8,5 ≥ qd ≥ 2

qd < 3
qd < 2
Пылеватый маловлажный и влажныйqd > 8,88,5 ≥ qd ≥ 2qd < 2

ТАБЛИЦА 1.8. ПОДРАЗДЕЛЕНИЕ ПЫЛЕВАТО-ГЛИНИСТЫХ ГРУНТОВ ПО ЧИСЛУ ПЛАСТИЧНОСТИ

ГрунтЧисло пластичности, %
Супесь1 < Ip ≤ 7
Суглинок7 < Ip ≤ 17
ГлинаIp > 17

Среди пылевато-глинистых грунтов необходимо выделять лёссовые грунты и илы. Лёссовые грунты — это макропористые грунты, содержащие карбонаты кальция и способные при замачивании водой давать под нагрузкой просадку, легко размокать и размываться. Ил — водонасыщенный современный осадок водоемов, образовавшийся в результате протекания микробиологических процессов, имеющий влажность, превышающую влажность на границе текучести, и коэффициент пористости, значения которого приведены в табл. 1.10.

ТАБЛИЦА 1.9. ПОДРАЗДЕЛЕНИЕ ПЫЛЕВАТО-ГЛИНИСТЫХ ГРУНТОВ ПО ПОКАЗАТЕЛЮ ТЕКУЧЕСТИ

ГрунтПоказатель текучести
Супесь:
   твердая
   пластичная
   текучая
 
IL < 0
0 ≤ IL ≤ 1
IL > 1
Суглинок и глина:
   твердые
   полутвердые
   тугопластичные
   мягкопластичные
   текучепластичные
   текучие
 
IL < 0
0 ≤ IL ≤ 0,25
0,25 ≤ IL ≤ 0,5
0,5 ≤ IL ≤ 0,75
0,75 ≤ IL ≤ 1
IL > 1

ТАБЛИЦА 1.10. ПОДРАЗДЕЛЕНИЕ ИЛОВ ПО КОЭФФИЦИЕНТУ ПОРИСТОСТИ

ИлКоэффициент пористости
Супесчаныйе ≥ 0,9
Суглинистыйе ≥ 1
Глинистыйе ≥ 1,5

Пылевато-глинистые грунты (супеси, суглинки и глины) называют грунтами с примесью органических веществ при относительном содержании этих веществ 0,05 < Iот ≤ 0,1. По степени засоленности супеси, суглинки и глины подразделяют на незаселенные и засоленные. К засоленным относятся грунты, в которых суммарное содержание легко- и среднерастворимых солей составляет 5 % и более.

Среди пылевато-глинистых грунтов необходимо выделять грунты, проявляющие специфические неблагоприятные свойства при замачивании: просадочные и набухающие. К просадочным относятся грунты, которые под действием внешней нагрузки или собственного веса при замачивании водой дают осадку (просадку), и при этом относительная просадочность εsl ≥ 0,01. К набухающим относятся грунты, которые при замачивании водой или химическими растворами увеличиваются в объеме, и при этом относительное набухание без нагрузки εsw ≥ 0,04.

В особую группу в нескальных грунтах выделяют грунты, характеризуемые значительным содержанием органического вещества: биогенные (озерные, болотные, аллювиально-болотные). В состав этих грунтов входят заторфованные грунты, торфы и сапропели. К заторфованным относятся песчаные и пылевато-глинистые грунты, содержащие в своем составе 10—50 % (по массе) органических веществ. При содержании органических веществ 50 % и более грунт называется торфом. Сапропели (табл. 1.11) — пресноводные илы, содержащие более 10 % органических веществ и имеющие коэффициент пористости, как правило, более 3, а показатель текучести более 1.

ТАБЛИЦА 1.11. ПОДРАЗДЕЛЕНИЕ САПРОПЕЛЕЙ ПО ОТНОСИТЕЛЬНОМУ СОДЕРЖАНИЮ ОРГАНИЧЕСКОГО ВЕЩЕСТВА

СапропельОтносительное содержание вещества
Минеральный0,1 < Iот ≤ 0,3
Среднеминеральный0,3 < Iот ≤ 0,5
СлабоминеральныйIот > 0,5

Почвы — это природные образования, слагающие поверхностный слой земной коры и обладающие плодородием. Подразделяют почвы по гранулометрическому составу так же, как крупнообломочные и песчаные грунты, а по числу пластичности, как пылевато-глинистые грунты.

К нескальным искусственным грунтам относятся грунты, уплотненные в природном залегании различными методами (трамбованием, укаткой, виброуплотнением, взрывами, осушением и др.), насыпные и намывные. Эти грунты подразделяются в зависимости от состава и характеристик состояния так же, как и природные нескальные грунты.

Скальные и нескальные грунты, имеющие отрицательную температуру и содержащие в своем составе лед, относятся к мерзлым грунтам, а если они находятся в мерзлом состоянии от 3 лет и более, то к вечномерзлым.

About Author


admin

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о