Контроль прочности грунтов по методу сдвига

Расчетными характеристиками земляного полотна являются модуль упругости и сопротивления сдвигу грунтов. Оперативные же методы позволяют определить лишь плотность и их влажность. Гипродорнии предложил конструкцию прибора, основанную на методе вращательного среза грунта, с помощью которого определяют сопротивление сдвига грунтов б, но можно контролировать и его плотность ρ (рис. 16.12). Модуль же упругости грунта Ео, как известно, является функцией сопротивления сдвигу: Ео =f(δ).

К достоинствам прибора относится следующее: 1) грунт срезывается по торцевой круговой поверхности вращения; 2) на одном и том же образце можно производить несколько вращательных срезов; 3) исключается влияние бокового давления грунтов на результаты испытания; 4) на поверхность испытуемого грунта оказывают нормальное давление, моделирующее напряженное его состояние с учетом проектной дорожной одежды и расчетной нагрузки.

Рис. 16.12. Схема приборов вращательного среза для определения плотности и расчетных прочностных характеристик грунтов :
а — СПГ для контроля грунтов в скважинах; б — то же, для испытания на поверхности; в — СПГ-2п для контроля плотности грунтов; 1—динамометр сжатия; 2 — домкрат; 3 — динамометрический ключ (рукоятка); 4 — столик; 5 — штанга; 6 — переходная муфта; 7 — крыльчатка с тонкостенным стаканом; 8 — устройство для распределения давления; 9 — упорная гайка; 10 — тренога; 11 — грузы; 12 — распределительное устройство; 13—опорная площадка; 14 — нагрузочное устройство

При вращении крыльчатки возникает трение между боковой поверхностью тонкостенного цилиндра и грунтом. Чтобы его исключить, дополнительно замеряют усилие вращением аналогичного тонкостенного цилиндра (см. рис. 16.12),
Максимальное значение сопротивления сдвигу δ составляет:
δ = (3М+ΔМ)/2πR3,
где М — максимальное значение крутящего момента; ΔМ =M—М1, М1 — величина, характеризующая упругие свойства грунта в момент повтори сдвига по той же поверхности среза, произведенного после восстановлен сцепления — связности; R — радиус кривой поверхности среза крыльчатки.

Предварительно делают срез при оптимальной влажности грунта Wо, чтобы для сравнения получить значение δ. В этом случае, определив при отсыпке каждого слоя грунта сопротивление сдвигу, соответствующее δ1 при его фактической влажности Wф, можно судить, требуется доуплотнять грунт или нет. Предлагаемый метод также позволяет проектировщику, пользуясь переходным коэффициентом К= δ / δn, где δn — сопротивление сдвигу при расчетной влажности Wp, выявить насколько плотность уплотненного грунта соответствует предусмотренному значению в проекте.

Для определения прочностных параметров, а именно трения φ и суммарного сцепления Cw, обычно испытывают грунт на сдвиг при различных нормальных напряжениях σ1 и σ2, определяя соответствующие значения сопротивляемости сдвигу δ1 и δ2. Решая систему двух уравнений
δ1 = σ1 tg φ+Cw   и   δ2 = σ2 tg φ+Cw
или строя графическую зависимость δ =f(σ), находят искомые прочностные характеристики. В случае графического построения φ является углом наклона прямой δ =f(σ) к оси абцисс σ, а С — отрезком оси ординат δ, отсекаемым этой прямой от начала координат. Значения структурного сцепления Сс и сцепления-связности Σw определяют аналитически:
Сс=2ΔМ/пR3; Σм = Cw—Сс.

Если фактическая влажность грунта земляного полотна в районе строительства близка к расчетной, то, пользуясь значениями С и φ, уточняют в порядке рабочего проектирования проектную толщину дорожной одежды согласно нормативам.

К недостаткам метода относится длительность испытания: не менее 10 мин. При минимальной трехкратной повторяемости в одном месте-лунке и толщине уплотняемого слоя 30 см (в плотном теле) суммарная продолжительность испытания достигает 20—30 мин. Максимальный крутящий момент составляет 13 кН-см. Высота прибора 1070 мм. Масса столика с треногой и штанги равны соответственно 10 и 12 кг. Масса гирь, т. е. грузов около 20 кг. Прибор обслуживают 2 чел.