Национальный стандарт РФ ГОСТ Р 71042-2023 "Грунты. Определение характеристик прочности методом простого сдвига" (утв. и введен в действие приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 27 октября 2023 г. N 1267-ст)

Национальный стандарт РФ ГОСТ Р 71042-2023
"Грунты. Определение характеристик прочности методом простого сдвига"
(утв. и введен в действие приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 27 октября 2023 г. N 1267-ст)

Soils. Determination of strength characteristics by simple shear method

УДК 624.131.4.001.4:006.354
ОКС 93.020

Дата введения - 1 ноября 2023 г.
Введен впервые

Предисловие

1 Разработан Акционерным обществом "Научно-исследовательский центр "Строительство" (АО "НИЦ "Строительство") - Научно-исследовательским, проектно-изыскательским и конструкторско-технологическим институтом оснований и подземных сооружений им. Н.М. Герсеванова (НИИОСП им. Н.М. Герсеванова) при участии Геологического факультета Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова (Геологический факультет МГУ им. М.В. Ломоносова) и Общества с ограниченной ответственностью "Научно-производственное предприятие "Геотек" (ООО "НПП "Геотек")

2 Внесен Техническим комитетом по стандартизации ТК 465 "Строительство"

3 Утвержден и введен в действие Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 27 октября 2023 г. N 1267-ст

4 Введен впервые

Введение

Настоящий стандарт разработан с учетом требований федеральных законов от 27 декабря 2002 г. N 184-ФЗ "О техническом регулировании" и от 30 декабря 2009 г. N 384-ФЗ "Технический регламент о безопасности зданий и сооружений".

Настоящий стандарт разработан авторским коллективом АО "НИЦ "Строительство" - НИИОСП им. Н.М. Герсеванова (руководитель разработки - канд. техн. наук А.В. Ростовцев).

1 Область применения

Настоящий стандарт распространяется на дисперсные грунты и устанавливает требования к методам определения характеристик прочности при лабораторных исследованиях этих грунтов для строительства.

Стандарт не распространяется на средне- и сильнозаторфованные грунты и торф.

2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие документы:

ГОСТ 5180 Грунты. Методы лабораторного определения физических характеристик

ГОСТ 12071 Грунты. Отбор, упаковка, транспортирование и хранение образцов

ГОСТ 12248.1 Грунты. Определение характеристик прочности методом одноплоскостного среза

ГОСТ 12536 Грунты. Методы лабораторного определения гранулометрического (зернового) и микроагрегатного состава

ГОСТ 25100 Грунты. Классификация

ГОСТ 30416 Грунты. Лабораторные испытания. Общие положения

СП 22.13330 "СНиП 2.02.01-83* Основания зданий и сооружений"

Примечание - При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов (сводов правил) 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 документ, на который дана недатированная ссылка, то рекомендуется использовать действующую версию этого документа с учетом всех внесенных в данную версию изменений. Если заменен ссылочный документ, на который дана датированная ссылка, то рекомендуется использовать версию этого документа с указанным выше годом утверждения (принятия). Если после утверждения настоящего стандарта в ссылочный документ, на который дана датированная ссылка, внесено изменение, затрагивающее положение, на которое дана ссылка, то это положение рекомендуется применять без учета данного изменения. Если ссылочный документ отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, рекомендуется применять в части, не затрагивающей эту ссылку. Сведения о действии сводов правил целесообразно проверить в Федеральном информационном фонде стандартов.

3 Термины и определения

В настоящем стандарте применены термины по ГОСТ 25100, ГОСТ 30416, а также следующие термины с соответствующими определениями:

3.1 дискретность: Цена деления для механических или разрешающая способность для электронных измерительных устройств.

3.2 консолидированно-дренированный сдвиг; КД: Испытание грунта, предварительно уплотненного вертикальной нагрузкой, проводимое в кинематическом режиме с постоянной заданной скоростью сдвига для определения характеристик прочности - эффективных значений угла внутреннего трения и сцепления грунтов с при условии рассеивания избыточного порового давления в образце за счет дренажа.

3.3 консолидированно-недренированный сдвиг; КН: Испытание образца грунта с предварительной консолидацией образца вертикальной нагрузкой для определения эффективных значений угла внутреннего трения и сцепления грунтов с при отсутствии дренажа и измерении порового давления.

3.4 модуль сдвига: Характеристика сопротивления грунта деформации сдвига, равная отношению приращения напряжения сдвига к приращению деформаций сдвига, вызванной этим напряжением.

3.5 неконсолидированно-недренированный сдвиг; НН: Испытание грунта после быстрого приложения вертикальной нагрузки для определения недренированного сопротивления сдвигу c _u при невозможности дренажа поровой жидкости.

3.6 предварительное уплотнение грунта: Уплотнение заданной вертикальной нагрузкой грунта до полной консолидации, предшествовавшее испытанию на сдвиг в режимах КД и КН.

3.7 прибор простого [многоплоскостного] сдвига: Прибор многоплоскостного сдвига, в котором конструктивно не зафиксировано положение поверхности (поверхностей) сдвига, определяемое в основном неоднородностью строения образца.

3.8 сопротивление грунта сдвигу: Сопротивление смещению грунта под действием сдвигающей нагрузки, характеризуемой величиной касательного напряжения, при котором происходит сдвиг одной части образца относительно другой части или изменение его формы.

3.9 угол дилатансии: Характеристика изменения объема грунтов при деформациях сдвига, проявляющихся в увеличении (дилатансии) или уменьшении (контракции) объема.

Примечание - Определяют как отношение объемной деформации при сдвиге к деформации сдвига.

3.10 удельное сцепление: Параметр линейной зависимости сопротивления грунтов срезу от вертикального давления  = f(), определяемый как отрезок, отсекаемый прямой на оси ординат.

3.11 угол внутреннего трения: Угол наклона прямой зависимости сопротивления срезу грунта от вертикального давления  = f() к оси абсцисс.

4 Общие положения

4.1 Общие требования к лабораторным испытаниям грунтов, оборудованию, приборам и лабораторным помещениям приведены в ГОСТ 30416.

4.2 Общие требования к отбору монолитов, сохранению структуры и влажности испытуемых грунтов приведены в ГОСТ 12071 и ГОСТ 30416.

4.3 Для испытуемых грунтов должны быть определены основные физические характеристики по ГОСТ 5180: влажность, плотность грунта, плотность частиц, для глинистых грунтов - влажность на границах текучести и раскатывания, гранулометрический состав грунтов по ГОСТ 12536, а также вычислены плотность скелета грунта, коэффициент пористости, степень влажности, а для связных грунтов дополнительно - число пластичности и показатель текучести.

4.4 Результаты испытаний грунтов и обработка полученных данных должны быть отражены в паспорте (протоколе) испытаний (приложение А).

4.5 Паспорт (протокол) испытания должен включать в себя:

- идентификацию образца (сведения об объекте, номер буровой скважины, номер пробы, номер испытания, глубину отбора и т.п.);

- метод подготовки образца (ненарушенного или нарушенного сложения, предварительное водонасыщение);

- данные о характеристиках образца (начальные размеры, физические характеристики (плотность, влажность, плотность скелета грунта, коэффициент пористости) до и после выполнения испытания и др.);

- использованный метод испытания;

- таблицы результатов испытания (нагрузки - деформации, результаты измерения порового давления и т.д.);

- графики испытаний;

- числовые значения полученных характеристик грунта.

5 Сущность метода

5.1 Испытание грунта методом простого сдвига проводят при отсутствии фиксированной поверхности среза путем принудительного скашивания образца горизонтальной сдвигающей нагрузкой при заданном нормальном напряжении.

5.2 При испытаниях по методу простого сдвига определяют прочностные характеристики грунта: угол внутреннего трения - , удельное сцепление - с и сопротивление недренированному сдвигу - c _u.

Примечание - По результатам испытания на приборах прямого сдвига с кинематической связью срезных колец (приборы типа II, см. 6.2) дополнительно определяют деформационные характеристики: угол дилатансии и модуля сдвига G.

5.3 Сопротивление грунта сдвигу определяют как предельное касательное напряжение, при котором в образце грунта развиваются горизонтальные перемещения без увеличения касательного напряжения или равные 20 % диаметра образца при заданном нормальном напряжении.

Для определения частных значений и с необходимо провести не менее трех испытаний идентичных образцов из одного монолита или изготовленных с заданными характеристиками плотности и влажности при различных значениях нормального напряжения.

Для определения сопротивления недренированному сдвигу c _u проводят испытание при одном значении нормального напряжения, назначаемом в соответствии с 8.3.3.

5.4 Испытания на простой сдвиг проводят в кинематическом режиме приложением сдвигающей нагрузки с заданной постоянной скоростью сдвига по следующим схемам: консолидированно-дренированной, консолидированно-недренированной и неконсолидированно-недренированной.

Примечание - По заданию допускается проводить испытания по схеме с постоянным объемом (ПО). Методика проведения испытаний и обработки результатов приведены в приложении Б.

Допускается применять другие методы испытаний и конструкции приборов, обеспечивающие моделирование процесса нагружения грунта и условий его работы в основании.

5.5 Консолидированно-дренированные испытания проводят для определения эффективных параметров прочности (удельного сцепления с и угла внутреннего трения ) с предварительной консолидацией образца вертикальной нагрузкой и последующим сдвигом при открытом дренаже и полном рассеивании порового давления.

5.6 Консолидированно-недренированные испытания (КН) проводят для определения эффективных параметров прочности: удельного сцепления с и угла внутреннего трения , с предварительной консолидацией образца вертикальной нагрузкой и последующим сдвигом в недренированных условиях с измерением порового давления.

5.7 Неконсолидированно-недренированные испытания проводят для определения недренированного сопротивления сдвигу грунта c _u в условиях перекрытого дренажа без предварительной консолидации.

5.8 Для испытаний используют образцы грунта ненарушенного сложения с природной влажностью или в предварительно водонасыщенном состоянии, или образцы нарушенного сложения с заданными значениями плотности и влажности, подготавливаемые в соответствии с требованиями ГОСТ 30416 для проведения лабораторных испытаний. При этом образцы просадочных грунтов испытывают с предварительным водонасыщением, а набухающих - при природной влажности.

5.9 При проведении испытаний методом простого сдвига образцы должны быть в виде цилиндра диаметром не менее 70 мм и высотой от 0,25 до 0,4 диаметра. Диаметр образца выбирают так, чтобы максимальный размер включений не превышал 1/5 его минимального размера.

6 Оборудование и приборы

6.1 Для проведения испытаний методом простого сдвига используют оборудование, включающее:

- сдвиговую коробку, состоящую из неподвижной и подвижной кареток;

- сдвиговые кольца, устанавливаемые между верхней и нижней каретками сдвиговой коробки с внутренними размерами в соответствии с 5.9 и максимальной толщиной кольца меньше 1/10 высоты образца испытуемого грунта;

- жесткие перфорированные и сплошные штампы для передачи нормальных нагрузок на образец;

- приспособления для фиксации оболочки на верхнем и нижнем штампе;

- устройства для измерения порового давления при проведении недренированного сдвига;

- механизм для вертикального нагружения образца;

- механизм создания горизонтальной сдвигающей нагрузки;

- устройства для измерения вертикальных и горизонтальных перемещений и прикладываемых нагрузок.

Принципиальная схема приборов простого сдвига приведена в приложении В.

6.2 По конструктивной схеме устройства срезной части приборы простого сдвига разделяют на тип I - без кинематической связи между сдвиговыми кольцами и тип II (приборы скашивания) - с кинематической связью в виде вертикальных скользящих направляющих, эластичной мембраны, армированной металлической спиралью, и др.

Приборы типа II, кроме угла внутреннего трения и сцепления грунтов с, позволяют определять угол дилатансии и модуль сдвига G.

6.3 Нижняя подвижная каретка должна опираться на основание прибора с помощью опор низкого трения, обеспечивающих ее горизонтальное перемещение.

6.4 Верхняя неподвижная каретка с верхним штампом должна быть обеспечена возможностью свободного вертикального перемещения (при проведении испытаний с постоянным вертикальным давлением) либо жесткой фиксации (при проведении испытаний с постоянным объемом).

6.5 Для увеличения сцепления с образцом при сдвиге на верхнем и нижнем штампах допускается использование зацепов в виде острых шипов или пластин высотой не более 1/10 высоты испытуемого образца.

6.6 Все контактирующие с грунтом и водой части сдвигового прибора должны быть изготовлены из коррозионно-стойких материалов достаточной жесткости, чтобы исключить деформации во время испытания.

6.7 Механизм для вертикального нагружения образца должен обеспечивать постоянное нормальное напряжение во время его уплотнения и сдвига, а также возможность фиксации вертикальных перемещений с контролем вертикального напряжения. Допускается использование различных конструкций устройств для нагружения - рычажного, механического, гидравлического, пневматического и др. Воздействия на образец (нагрузки и перемещения) должны создавать с точностью менее 5 % требуемой величины воздействия.

6.8 Механизм для горизонтального нагружения должен обеспечивать линейное горизонтальное смещение не менее 20 % диаметра образца при простом сдвиге.

Устройство сдвига и нагрузочное устройство должны обеспечивать скорости кинематического смещения в диапазоне от 0,005 мм/мин до 1 мм/мин.

6.9 Измерительные устройства (приборы) должны обеспечивать измерения:

- вертикальной и горизонтальной нагрузки на образец с дискретностью менее 2 % максимальной нагрузки при испытании;

- вертикальной деформации образца с дискретностью менее 0,02 % начальной высоты образца или 0,02 мм в зависимости от того, какое значение больше;

- при измерении горизонтальной деформации образца с дискретностью менее 0,1 % диаметра образца или 0,02 мм в зависимости от того, какое значение больше.

6.10 С периодичностью не реже одного раза в год и при замене механических частей оборудования следует определять трение подвижной части срезной коробки. Соответствующие тарировочные поправки должны быть внесены в паспорт оборудования (для неавтоматизированных приборов) либо их автоматически учитывает программное обеспечение. Поправку необходимо учитывать в случае, если ее значение превышает 2 % максимальной нагрузки при испытании.

6.11 Консолидацию образца перед проведением сдвиговых испытаний выполняют в уплотнителе или камере сдвигового прибора, позволяющем проводить уплотнение при заданном давлении и природной или предварительно заданной влажности, а также в условиях предварительного водонасыщения.

Уплотнитель должен включать следующие основные узлы: обойму для размещения образца; жесткий перфорированный штамп; ванну для водонасыщения; механизм для вертикального нагружения; устройства для измерения вертикальных деформаций образца.

Требования к механизму вертикального нагружения приведены в 6.7, к измерительным устройствам - в 6.9.

7 Подготовка к испытанию

7.1 Образец грунта изготавливают с учетом требований 5.8, 5.9 и 6.11.

7.2 Для проведения сдвиговых испытаний по консолидированно-дренированной и консолидированно-недренированной схемам проводят предварительное уплотнение образца непосредственно в рабочих кольцах прибора или уплотнителе.

7.3 Предварительное уплотнение (консолидация) испытуемого образца проводят ступенчатым приложением вертикальной нагрузки на образец. Сдвиговые кольца с образцом испытуемого грунта устанавливают в обойму уплотнителя на перфорированный вкладыш (предварительно торцы образца необходимо покрыть влажным бумажным фильтром). Далее следует установить на образец перфорированный штамп, провести регулирование механизма нагрузки, установить приборы для измерения вертикальных деформаций грунта и записать их начальные показания.

7.4 Для проведения сдвиговых испытаний в условиях полного водонасыщения следует предварительно замочить образец через систему дренажа до появления воды на поверхности.

Время насыщения образцов водой должно быть не менее: 10 мин для песков; для глинистых грунтов, в том числе для просадочных: при I _p < 0,07 - 3 ч, при I _p 0,07-0,12 - 6 ч, при I _p 0,12-0,22 - 12 ч и при I _p > 0,22 - 16 ч и органоминеральных грунтов - 36 ч. По окончании водонасыщения регистрируют вертикальные деформации образцов.

7.5 Замачивать образцы грунта следует дистилированной водой или водой питьевого качества. В отдельных случаях, определенных заданием, образцы следует замачивать грунтовой водой с места отбора образца или химическими растворами.

7.6 При проведении испытаний грунтов по консолидированно-недренированной схеме образец грунта помещают в кольца в эластичной оболочке и водонасыщают, при необходимости, непосредственно в камере прибора до начала предварительного уплотнения грунта.

8 Проведение испытания

8.1 Проведение консолидированно-дренированного испытания

8.1.1 Консолидированно-дренированные испытания методом простого сдвига выполняют для определения прочностных характеристик и с водонасыщенных и неводонасыщенных в природных условиях песчаных и пылевато-глинистых грунтов.

8.1.2 Консолидацию образцов перед испытанием следует проводить при трех и более различных значениях эффективного вертикального напряжения консолидации , назначаемых в задании как часть максимального эффективного напряжения консолидации (например, ; и т.д.).

Максимальное эффективное напряжение консолидации определяют суммой расчетной нагрузки от сооружения и вертикального эффективного напряжения от собственного веса грунта , на глубине отбора образца.

Примечание - Вертикальное эффективное напряжение от собственного веса грунта определяют в соответствии с СП 22.13330.

При отсутствии указанных данных значения допускается принимать по аналогии с ГОСТ 12248.1 по таблице 8.1.

Таблица 8.1 - Значения эффективного напряжения консолидации

Вид грунта	Эффективное напряжение консолидации , МПа	Ступени давления , МПа
Пески гравелистые, крупные и средней крупности плотные; глины с I L 0,25	0,1; 0,3; 0,5	0,1 до р = 0,1 и далее 0,2
Пески гравелистые, крупные и средней крупности средней плотности; пески мелкие и пылеватые плотные и средней плотности; супеси, суглинки, слабозаторфованные и органоминеральные грунты с I L 0,5; глины с 0,25 < I L 0,5	0,1; 0,2; 0,3	0,05 до 0,1 и далее 0,1
Пески гравелистые, крупные и средней крупности, мелкие и пылеватые рыхлые; супеси, суглинки, глины, слабозаторфованные и органоминеральные грунты с 0,5 < I L 1,0	0,1; 0,15; 0,2	0,025 до 0,05 и далее 0,05
Супеси, суглинки, глины, слабозаторфованные и органоминеральные грунты с I L 1,0	0,025; 0,075; 0,125	0,025 до 0,075 далее 0,05
Примечание - Ступени давления для крупнообломочных грунтов с заполнителем назначают по характеристикам заполнителя при его содержании свыше 40 % для песчаных и свыше 30 % для глинистых грунтов. При испытании крупнообломочных грунтов без заполнителя ступени давления назначают как для песков гравелистых, крупных и средней крупности плотных.

8.1.3 Для водонасыщенных глинистых и органоминеральных грунтов консолидацию образцов и испытание на сдвиг проводят в соответствии с 8.1.3.1-8.1.3.8.

8.1.3.1 Для водонасыщенных связных грунтов эффективное напряжение консолидации следует передавать на образец ступенями , величину которых назначают в соответствии с таблицей 8.1 или равными удвоенным значениям предыдущей ступени.

Нагрузку на ступени следует передавать плавно в течение не более 2 с. При этом в конце приложения ступени нагрузки регистрируются показания приборов для измерения вертикальных деформаций образца.

Каждую ступень выдерживают 10-15 мин. Конечную ступень выдерживают до завершения 100 %-ной фильтрационной консолидации образца.

За критерий условной стабилизации деформации образца на последней ступени принимают ее приращение, не превышающее 0,05 % высоты образца за время, указанное (по аналогии с ГОСТ 12248.1) в таблице 8.2.

Таблица 8.2 - Время выдержки ступеней давления и условной стабилизации деформаций

Вид грунта	Время выдерживания ступеней, не менее	Время условной стабилизации деформаций сжатия на конечной ступени, не менее
Пески	5 мин	0,5 ч
Супеси		3 ч
Суглинки с I p 0,12		6 ч
Суглинки с I p 0,12-0,17	30 мин	12 ч
Глины с I p 0,17-0,22		12 ч
Глины с I p 0,22		18 ч
Органоминеральные	1 ч	24 ч

8.1.3.2 Если предварительное уплотнение грунта проводилось в отдельном уплотнителе, следует быстро разгрузить образец за время не более 2 с, извлечь его из кольца и поместить в оболочку внутри стопки колец. Затем перенести в камеру сдвигового прибора, установить верхний штамп и передать на него вертикальное напряжение консолидации с выдержкой не менее 15 мин для супесей и 30 мин для суглинков и глин.

Сборку и уплотнение образцов несвязного грунта проводят непосредственно в камере прибора в оболочке.

Примечание - При необходимости определения модуля сдвига G и угла дилатансии дополнительно монтируют систему кинематической связи между отдельными кольцами прибора (режим перекашивания).

8.1.3.3 После выдержки образца под вертикальной нагрузкой приводят в рабочее состояние механизм создания