Приложение 6. Методика определения расчетных значений сопротивления песчаных грунтов сдвигу

Приложение 6

Методика
определения расчетных значений сопротивления песчаных грунтов сдвигу

Расчетные значения угла внутреннего трения и удельного сцепления С определяют при испытании образцов грунта в лаборатории.

Образцы испытывают на приборах трехосного сжатия (стабилометрах), оборудованных специальным устройством, позволяющим проводить испытания грунтов как в статическом режиме нагружения, так и в условиях повторного воздействия нагрузки.

Для получения расчетных величин прочностных характеристик образцы грунта испытывают при влажности и плотности, соответствующих состоянию грунта в расчетный период.

Испытания проводят на образцах-цилиндрах при отношении диаметра к высоте 1:2. Минимальный диаметр образца при максимальном размере зерен песчаного грунта 5 мм принимают равным 60 мм. Образцы из песчаных грунтов приготовляют в разъемной металлической форме, в которую предварительно устанавливают тонкую резиновую оболочку с перфорированным зажимом, поддерживающим образец снизу. Уплотненный послойно до требуемой плотности образец вместе с формой помещают в камеру прибора. После удаления разъемной формы камеру заполняют водой.

Испытания проводят по открытой схеме при трех различных значениях бокового давления в диапазоне реально действующих напряжений в дорожной конструкции.

В начальной стадии статических испытаний нагружение осуществляется двумя-тремя ступенями (не превышающими величину бокового давления ) с выдерживанием каждой ступени до условной стабилизации осевой деформации (0,01 мм за 5 мин), после чего производят разгрузку образца и фиксируют величину упругой восстанавливающейся деформации для расчета модуля упругости Е грунта по формуле

, (1)

где - девиатор осевой нагрузки, МПа; - относительная величина восстанавливающейся деформации.

Необходимо отметить, что ступени нагрузки подбирают таким образом, чтобы их суммарная величина была меньше начальной критической нагрузки на грунт*.

Дальнейшее нагружение образца осуществляют непрерывно с помощью отрегулированной струи воды или песка с постоянной скоростью 0,01 - 0,02 МПа/мин.

В процессе нагружения фиксируют вертикальные и объемные деформации образца. Нагружение проводят до достижения интенсивного роста осевой или объемной деформации.

По результатам испытаний строят графики зависимостей осевой и объемной деформаций от нагрузки (рис. 1 данного приложения), по которым определяют критические напряжения .

Величина критического напряжения соответствует минимуму объемной деформации образца грунта.

На основании данных определения для различных значений после статистической обработки строят диаграмму Мора (рис. 2) и определяют статические значения расчетного угла внутреннего трения и удельного сцепления грунта при данных влажности и плотности.

Динамические испытания заключаются в приложении к испытываемому образцу грунта осевых повторных нагрузок с параметрами нагружения, соответствующими реально действующим на автомобильной дороге (амплитуда нагрузки МПа, время действия с при тех же значениях бокового давления, что и при статических испытаниях. В течение одного испытания повторные нагрузки остаются постоянными. Испытания проводятся во всем диапазоне действующих в реальных условиях нагрузок, начиная с минимальной. Последующие испытания осуществляют при нагрузках, больших предыдущих на величину, не превышающую значение бокового давления, при котором проводятся испытания.

При небольшой динамической нагрузке испытания проводят до 10 тыс. циклов нагружения. Серия испытаний при определенном значении бокового давления прекращается испытанием нагрузкой, воздействие которой вызывает интенсивное накопление осевых и объемных деформаций через 1000 циклов приложения нагрузки.

В ходе испытания с помощью специальной измерительной аппаратуры регистрируют изменения осевой и объемной деформаций образца, а также режим нагружения.

По результатам испытаний для определенного количества циклов воздействия нагрузки (100, 500, 1000, 5000 и 10 000 циклов) строятся зависимости накопления осевой и объемной деформаций от действующей динамической нагрузки (рис. 3 настоящего приложения).

По этим и аналогичным им статическим зависимостям определяют коэффициенты динамической устойчивости песчаного грунта для указанного количества циклов:

, (2)

, (3)

где , - напряжение, соответствующее определенной величине накопленной осевой (объемной) деформации образца при повторном воздействии нагрузки для определенного количества циклов ее приложения; , - напряжение, соответствующее той же величине осевой (объемной) деформации образца при статическом воздействии нагрузки.

После статистической обработки результатов определения и для определенного количества воздействий нагрузки N по расчетным значениям строится зависимость (рис. 4), по которой графически (экстраполяцией) определяется значение для количества циклов воздействия нагрузки N > 10 000.

По данным определения для различных значений вычисляют величины , строят диаграмму Мора и определяют расчетные критические значения прочностных характеристик грунта и при повторном нагружении.

При невозможности проведения испытаний образцов грунта в условиях воздействия повторных нагрузок расчетные величины угла внутреннего трения и удельного сцепления крупных, средней крупности и мелких песков для заданного количества циклов нагружения можно приближенно определять по результатам статических испытаний.

По данным определения статических расчетных значений , используя полученные в результате выполненных экспериментальных исследований эмпирические зависимости, устанавливают по формуле

, (4)

где - интенсивность снижения коэффициента динамической устойчивости.

Для песчаных грунтов при степени их влажности

; (5)

а при

. (6)

По данным определения для различных значений строят диаграмму Мора и определяют угол внутреннего трения и удельное сцепление .

______________________________

* При нагрузке, называемой начальной критической, грунт переходит из фазы уплотнения в фазу сдвига с появлением отдельных площадок скольжения и сдвига.