Спосіб випробування грунтів на зрізування

Спосіб випробування грунтів на зрізування, що включає розміщення зразка грунту в металевому кільці, розташування його в приладі для випробовування на пряме зрізування, нижня половина якого нерухома, а верхня може переміщуватися під дією горизонтального навантаження, прикладення до зразка грунту вертикального наванта 35879 Випробування проводять не менше трьох раз при різних значеннях вертикального навантаження Рi За їх результатами будують другий графік – у координатах: граничний опір зрізуванню tim - вертикальна напруга s, який, як показали численні дослідження [2], являє собою пряму. При цьому вертикальну напругу визначають з виразу випробувань грунту на зрізування в координатах: граничний опір зрізуванню tim - вертикальна напруга si; на фіг. 3 подано ще один приклад графіку результатів випробування грунту на зрізування в координатах: опір зрізуванню t - горизонтальна деформація зразка Dl; на фіг. 4 - графік результатів цих випробувань грунту на зрізування в координатах: граничний опір зрізуванню tim - вертикальна напруга si. Суть винаходу полягає в тому, що кожному значенню вертикального навантаження на зразок грунту Рi відповідає граничний опір зрізуванню tim, який приймають як відношення граничного горизонтального навантаження Тim до площі поперечного перерізу зразка А: s = P / A. Ознаками, загальними з даним об'єктом, є: розміщення зразка грунту в металеве кільце, розташування його в приладі для випробовування на пряме зрізування, нижня половина якого нерухома, а верхня може переміщуватися під дією горизонтального навантаження, прикладення до зразка грунту вертикального навантаження, прикладення до верхньої частини приладу зростаючого горизонтального навантаження ступенями. Недоліками прототипу є висока трудомісткість цього способу випробування грунтів на зрізування, внаслідок необхідності проведення не менше трьох дослідів при різних значеннях вертикального навантаження Рi та складність підготовчих робіт до нього, що зумовлене необхідністю випробувань кількох зразків грунту, які б знаходились в однаковому стані, так звані "зразки-близнюки". В основу винаходу поставлена задача удосконалення способу випробування грунтів на зрізування, в якому новим режимом прикладення до зразка грунту вертикального та горизонтального навантажень забезпечується можливість визначення граничного опору зрізуванню tim при різних значеннях вертикального навантаження Рi та побудови графіку в координатах "граничний опір зрізуванню tim - вертикальна напруга s" у межах одного випробування й за рахунок цього кількість дослідів обмежується одним і відпадає необхідність підготовки кількох зразків грунту, які б знаходились в однаковому стані. Поставлена задача вирішується тим, що в способі випробування грунтів на зрізування, який включає розміщення зразка грунту в металевому кільці, розташування його в приладі для випробовування на пряме зрізування, нижня половина якого нерухома, а верхня може переміщуватися під дією горизонтального навантаження, прикладення до зразка грунту вертикального навантаження, прикладення до верхньої частини приладу зростаючого горизонтального навантаження ступенями, згідно винаходу, до зразка грунту послідовно прикладається не менше двох значень вертикального навантаження, причому кожне наступне більше попереднього, а горизонтальне навантаження, яке прикладається на кожному із значень вертикального, доводиться до величини, при якій приріст горизонтальної деформації зразка на кожному із значень вертикального навантаження досягає величини, що дорівнює відношенню граничного значення горизонтальної деформації зразка, наприклад, 5 мм до кількості значень вертикального навантаження на зразок, після чого вертикальне навантаження доводиться до наступного значення. На фіг. 1 зображено приклад графіку результатів випробування грунту на зрізування в координатах: опір зрізуванню t - горизонтальна деформація зразка Dl; на фіг. 2 - графік результатів цих t im = Tim / A. Тому на кожному значенні вертикального навантаження на зразок грунту Рi горизонтальне навантаження ступенями доводиться до величини, при якій приріст горизонтальної деформації зразка Dlim досягає величини, що дорівнює: Dlim = Dlm / n , де Dlm - граничного значення горизонтальної деформації зразка, яке за ДСТУ Б В.2.1-4-96 [3, с. 11], може бути прийняте Dlm = 5 мм; n - кількість значень вертикального навантаження на зразок, яке звичайно складає 2-3. Отже, приріст горизонтальної деформації зразка Dlim на кожному із значень вертикального навантаження при кількості вертикальних навантажень на зразок n = 2 складає Dlim = 5/2 = 2.5 мм, а при n = 3 Dlim = 5/3 = 1.67 мм. Величину ступеня горизонтального навантаження, що відповідає кожному значенню вертикального навантаження на зразок грунту Рi, приймають рівною: DTi = 0.05s i A, де si - вертикальна напруга в зразку грунту від дії вертикального навантаження Рi яку визначають з виразу: s i = Pi / A. Значення горизонтальної деформації зразка Dl фіксують індикатором, наприклад, годинникового типу із точністю до 0.01 мм. При цьому значення горизонтальної деформації зразка Dl з початку випробування і до його закінчення фіксують наростаючим підсумком. Значення граничного опору зрізуванню tim, що відповідає кожному значенню вертикального навантаження на зразок грунту Рi визначаються шляхом апроксимації експериментальних даних залежності опору зрізуванню t від горизонтальної деформації зразка Dl з подальшою екстраполяції їх до величини граничного опору зрізуванню tim , що відповідає горизонтальній деформації зразка Dl = 5 мм, наприклад за логарифмічною функцією. На останньому значенні вертикального навантаження Рn коли горизонтальна деформація зразка Dl доводиться до значення Dlm = 5 мм, апроксимація та екстраполяція експериментальних даних залежності опору зрізуванню t від горизонтальної деформації зразка Dl не виконується. За граничний опір зрізуванню приймається опір зрізуванню t, що 2 35879 мація та екстраполяція експериментальних даних залежності опору зрізуванню т від горизонтальної деформації зразка Dl не виконувались. Горизонтальне навантаження склало T3 = 810 Н, що відповідає опору зрізування t = 0.203 МПа. Тому при третьому значенні вертикального навантаження Р3 = 1.2 кН граничний опір зрізуванню дорівнює t3m = 0.203 МПа. На фіг. 1 подано графік у координатах: опір зрізуванню t - горизонтальна деформація зразка Dl, побудований за результатами дійсного випробування. На фіг. 2 подано графік у координатах: граничний опір зрізуванню tim - вертикальна напруга si - також побудований за результатами дійсного випробування. За графіком на фіг. 2 встановлені значення характеристик міцності важкого пилуватого суглинку, а саме: кут внутрішнього тертя j = 28.3° та питоме зчеплення с = 39.5 кПа. До речі, значення цих же характеристик, що були встановлені за методикою способу-прототипу [2], але з використанням трьох зразків та трьох дослідів, практично не відрізнялися. Прикладом 2 реалізації способу є аналогічні випробування з іншим зразком суглинку природної вологості, які виконувались при двох послідовних значеннях вертикального навантаження Рi : P1 = = 0.4 кН; P2 = 1.2 кН, що відповідає значенням вертикальної напруги si,: s1 = 0.1 МПа; s2 = 0.3 МПа. Після прикладення до зразка грунту першого значення вертикального навантаження Р1 = 0.4 кН горизонтальне навантаження до верхньої частини приладу прикладалося ступенями по DT1 = 20 Н. При значенні горизонтальної деформації зразка Dl = 2.5 мм горизонтальне навантаження склало T1 = 370 Н, що відповідає опору зрізування t = 0.093 МПа. Після апроксимації дослідних даних логарифмічною функцією отримана залежність опору зрізуванню t від горизонтальної деформації зразка Dl у такому вигляді: відповідає горизонтальній деформації зразка Dl = 5 мм. Після визначення всіх (звичайно їх два-три) значень tim для одного зразка грунту встановлюють залежність граничного опору зрізуванню tim від вертикальної напруги si, наприклад, графічним шляхом. За залежністю граничного опору зрізуванню tim від вертикальної напруги si, яка звичайно лінійна, визначають характеристики міцності грунту, а саме, - кут внутрішнього тертя j та питоме зчеплення c. Прикладом 1 реалізації способу може служити визначення характеристик міцності важкого пилуватого суглинку, зразок якого об'ємом 140 см3 було розміщено в металевому кільці площею поперечного перерізу 40 см2, в приладі для випробовування на пряме зрізування і випробувано при трьох послідовних значеннях вертикального навантаження на зразок грунту Рi : Р1 = 0.4 кН; P2 = 0.8 кН; Р3 = 1.2 кН, що відповідає значенням вертикальної напруги si: s1 = 0.1 МПа; s2 = 0.2 МПа; s3= 0.3 МПа. Після прикладення до зразка грунту першого значення вертикального навантаження P1 = 0.4 кН горизонтальне навантаження до верхньої частини приладу прикладалося ступенями по DT1 = 20 Н. При значенні горизонтальної деформації зразка Dl = 1.67 мм горизонтальне навантаження склало T1 = 290 Н, що відповідає опору зрізування t = 0.0727 МПа. Після апроксимації дослідних даних логарифмічною функцією отримана залежність опору зрізуванню t від горизонтальної деформації зразка Dl у такому вигляді: t = 0.04547 lg Dl + 0.06262, при коефіцієнті кореляції r = 0.994. При екстраполяції цієї залежності до Dl = 5мм значення граничного опору зрізуванню склало tim = 0.095 МПа. Тому при першому значенні вертикального навантаження P1 = 0.4 кН граничний опір зрізуванню дорівнює tim = 0.095 МПа. Після цього вертикальне навантаження доводилося до значення P2 = 0.8 кН, а горизонтальне навантаження до верхньої частини приладу прикладалося ступенями по DT2 = 40 Н. При значенні горизонтальної деформації зразка Dl = 3.33 мм горизонтальне навантаження склало Т2 = 500 Н, що відповідає опору зрізування t = 0.125 МПа. Після апроксимації дослідних даних логарифмічною функцією отримана залежність опору зрізуванню t від горизонтальної деформації зразка Dl у такому вигляді: t = 0.04547 lg Dl + 0.075, при коефіцієнті кореляції r = 0.994. При екстраполяції цієї залежності до Dl = 5мм значення граничного опору зрізуванню склало tim =0.107 МПа. Тому при першому значенні вертикального навантаження P1=0.4 кН граничний опір зрізуванню дорівнює tim =0.107 МПа. Після цього вертикальне навантаження доводилося до значення Р3 = 1.2 кН, а горизонтальне навантаження до верхньої частини приладу прикладалося ступенями по DT3 = 60 Н. При значенні горизонтальної деформації зразка Dl = 5,0 мм, що дорівнює його граничному значенню Dlm , апроксимація та екстраполяція експериментальних даних залежності опору зрізуванню r від горизонтальної деформації зразка Dl не виконувались. Горизонтальне навантаження склало T3 = 750 Н, що відповідає опору зрізування t = 0.187 МПа. Тому при другому значенні вертикального навантаження P3 = 1.2 кН граничний опір зрізуванню дорівнює t3m = 0.187 МПа. На фіг. 3 подано графік у координатах: опір зрізуванню t - горизонтальна деформація зразка Dl, побудований за результатами дійсного випробування. На фіг. 4 подано графік у координатах: t = 0.125 lg Dl + 0.0595, при коефіцієнті кореляції r = 0.992. При екстраполяції цієї залежності до Dl = 5мм значення граничного опору зрізуванню склало t2m = 0.146 МПа. Тому при другому значенні вертикального навантаження P2 = 0.8 кН граничний опір зрізуванню дорівнює t2m = 0.146 МПа. Після цього вертикальне навантаження доводилося до значення Р3 = 1.2 кН, а горизонтальне навантаження до верхньої частини приладу прикладалося ступенями по DT3 = 60 Н. При значенні горизонтальної деформації зразка Dl = 5.0 мм, що дорівнює його граничному значенню Dlm , апрокси 3 35879 граничний опір зрізуванню tim - вертикальна напруга si, - також побудований за результатами дійсного випробування. Як видно з фіг. 4, значення характеристик міцності суглинку склали: кут внутрішнього тертя j = 22° та питоме зчеплення с = 67 кПа. Значення цих же характеристик, що були встановлені за методикою способу-прототипу [2], але з використанням трьох зразків та трьох дослідів, практично не відрізнялися. Таким чином, описаний спосіб дозволяє при випробуванні грунтів на зрізування обмежити кількість дослідів і зразків грунту для них одним. Ефективність способу полягає в скороченні матеріальних витрат і витрат часу для визначення характе ристик міцності грунтів при проведенні інженерногеологічних вишукувань для будівництва. Джерела інформації, на які є посилання в описі: 1. Справочник по инженерной геологии. - М.: Недра, 1968. - 540 с. 2. Інженерна геологія: Механіка грунтів, основи і фундаменти: Підручник // М.Л.Зоценко, B.I.Коваленко, В.Г.Хілобок, А.В.Яковлев. - К.: Вища шк., 1992. - 408 с. 3. ДСТУ Б В.2.1-4-96. Грунти. Методи лабораторного визначення характеристик міцності і деформованості. Введений з 15.05.96. - К.: Державний комітет України у справах містобудування і архітектури, 1997. - 101 с. фіг. 1 фіг.2 4 35879 фіг. 3 фіг. 4 __________________________________________________________ ДП "Український інститут промислової власності" (Укрпатент) Україна, 01133, Київ-133, бульв. Лесі Українки, 26 (044) 295-81-42, 295-61-97 __________________________________________________________ Підписано до друку ________ 2001 р. Формат 60х84 1/8. Обсяг ______ обл.-вид. арк. Тираж 50 прим. Зам._______ ____________________________________________________________ УкрІНТЕІ, 03680, Київ-39 МСП, вул. Горького, 180. (044) 268-25-22 ___________________________________________________________ 5