Коэффициент трения щебня по грунту

Обновлено: 28.04.2024

Механические свойства грунтов проявляются при воздействии на грунт разных типов нагрузок. Эти характеристики показывают, насколько прочным является материал, склонен ли он к деформациям. Свойства зависят в первую очередь от типа связи между отдельными частицами грунта , химического состава. Влияют на них и некоторые физические характеристики – влажность, пористость, степень выветривания.

Механические свойства грунтов
Сжимаемость
Просадочность
Набухание
Морозное пучение
Прочность
Упругость, или модуль упругости
Угол внутреннего трения
Сцепление
Сопротивление грунтов сдвигу
Угол естественного откоса
Граница текучести и раската
Липкость

К механическим свойствам относятся:

Сжимаемость
Просадочность
Набухание
Морозное пучение
Прочность
Упругость, или модуль упругости
Угол внутреннего трения
Сцепление
Сопротивление сдвигу
Угол естественного откоса
Граница текучести и раската
Липкость

Подробнее о каждом из них мы расскажем ниже

Сжимаемость

Под воздействием внешней нагрузки грунт сжимается. Это происходит за счет вытеснения из пор и капилляров воды и газов. Твердые частицы смещаются и деформируются, из-за этого материал уменьшается в объеме. Сжимаемость зависит от гранулометрического состава, пористости, влажности , прочности грунта. У грунтов с рыхлой структурой, с незначительным содержанием влаги этот показатель всегда больше, чем у плотных и водонасыщенных.

Определяют сжимаемость, чтобы рассчитать усадку под давлением фундамента, дорожного полотна, транспорта и т.д. Испытания проводят в лаборатории с помощью одометра. В прибор помещают образец грунта, а затем уплотняют его. Результаты фиксируют в виде компрессионной кривой; она показывает, насколько изменилась пористость материала, по сравнению с исходным состоянием.

Подробнее об этом читайте в статье Сжимаемость грунта.

Просадочность

Способность грунта сжиматься при замачивании под собственным весом или минимальной внешней нагрузкой и возможности бокового расширения. Свойство характерно для грунтов с высоким содержанием пылевидных частиц (лессов и лессовидных суглинков). Оно ярко проявляется при увлажнении грунта. На просадочных грунтах трудно возводить фундаменты, они требуют уплотнения или укрепления.

Измеряется просадочность все так же – с помощью одометра. В зависимости от результатов принимают решение о необходимости укрепления материала. Если проигнорировать это свойство, в дальнейшем грунт может просесть, что приведет к разрушению построек, деформации дорожного полотна и другим неприятным последствиям.

Подробнее об этом читайте в статье Просадочность грунта.

Набухание

Свойство глинистого грунта увеличиваться в объеме при увлажнении. Это происходит за счет связывания молекул воды глинистыми частицами. Вокруг них образуется пленка , расстояние между отдельными зернами грунта увеличивается. В итоге материал теряет плотность и прочность, становится пластичным.

Все грунты разделяются на несколько групп – от ненабухающих до сильнонабухающих. На последних, например, нельзя строить здания. Они требуют замены на более устойчивый к увлажнению материал.

Подробнее об этом читайте в статье Набухание грунта.

Морозное пучение

Увеличение объема при замерзании. Свойство выражено в пористых грунтах с высокой влагоемкостью. Они содержат много воды, которая после замерзания увеличивается в объеме. Морозное пучение более характерно глинам и суглинкам, чем пескам и супесям. Последние не задерживают воду, а пропускают ее в нижние горизонты грунтового массива.

Набухание и морозное пучение – негативные явления, которые ведут к разрушению построек. Увеличивающийся в объеме грунт оказывает давление на конструкцию, равное нескольким десяткам тонн. В результате фундамент может выдавливаться из земли и разрушаться, на асфальтовом полотне появляются бугры и трещины.

Подробнее об этом читайте в статье Морозное пучение грунта.

Прочность

Способность грунта сопротивляться внешним воздействиям (сжатию, разрыву, скалыванию, сдвигу). Она зависит от силы воздействия, вида и состава грунта, взаимодействия между отдельными частицами, температуры, влажности. Материалы с низкой прочностью не используются в ответственных работах. На них нельзя строить здания , их невозможно применить для приготовления бетона и других строительных смесей.

Высокой прочностью обладают скальные грунты, состоящие из пород магматического или метаморфического происхождения, сухие пластичные глины. Обретают прочность грунты, которые длительное время находились в воде (галька, речной и морской песок). Вода вымывает слабые породы из этих материалов. Показатель падает в процессе выветривания, при появлении трещин и расколов. Например, гравий, образовавшийся в результате разрушения плотных горных пород, имеет настолько низкую прочность, что некоторые зерна можно спокойно раскрошить голыми руками.

Подробнее об этом читайте в статье Прочность грунта.

Упругость, или модуль упругости

Соотношение между вертикальным давлением и степенью деформации грунта. Для определения показателя образец сначала сжимают, а потом снимают давление. Характеристика важна для расчета предполагаемой усадки фундамента.

Подробнее об этом читайте в статье Упругость грунта.

Угол внутреннего трения

Характеризует сопротивление грунта вертикальному срезу. Он зависит от силы воздействия и трения между отдельными частицами. У разных грунтов показатель колеблется от 1 5° до 43°. Показывает устойчивость материалов к сдвигу и динамическим нагрузкам.

Подробнее об этом читайте в статье Угол внутреннего трения грунта.

Сцепление

Под сцеплением понимают степень взаимодействия частиц грунта между собой. Определяется при вертикальном срезе и напрямую зависит от силы давления, которое прилагается в ходе исследования. На сцепление влияет тип связи между отдельными частицами. Оно высокое у скальных грунтов (кристаллические связи), глины (коллоидные связи). Также на него влияет степень трения, сцепление выше между зернами с шероховатой поверхностью.

Сцепление уменьшается в грунтах с большим содержанием мелких частиц, которые обволакивают более крупные, делая их поверхность гладкой. Плохо сцепляются между собой окатанные зерна речного и морского песка, гальки.

Подробнее об этом читайте в статье Сцепление грунта.

Сопротивление грунтов сдвигу

Сопротивление грунтов сдвигу – это способность выдерживать горизонтальные нагрузки без нарушения структуры. Она зависит от прочности молекулярных связей и трения частиц между собой. Показатель всегда выше у скальных, связных дисперсных и мерзлых грунтов.

В практическом смысле сопротивление сдвигу важно учитывать при возведении фундаментов зданий. Если грунт потеряет устойчивость , то постройка может разрушиться под воздействием сдвига. Чтобы избежать этого, грунт испытывают в лаборатории в приборе одноплоскостного среза.

Подробнее об этом читайте в статье Сопротивление грунта сдвигу.

Угол естественного откоса

Это угол между горизонтальной площадкой и конусом, который образовался при свободной засыпке грунта. Зависит от угла внутреннего трения и сцепления. Показатель важен для расчета высоты насыпей, откосов, глубины выемок.

Подробнее об этом читайте в статье Угол естественного откоса грунта.

Граница текучести и раската

Показатель влажности при потере пластичности, определяется для глинистых грунтов. Граница текучести – это влажность при переходе грунта из пластичного состояния в текучее. Граница раската – это минимальная влажность, при которой грунт сохраняет пластические свойства (раскатывается и сохраняет свою форму).

Подробнее об этом читайте в статье Граница текучести и раската грунта.

Липкость

Способность влажного грунта прилипать к поверхности. Свойство характерно для глины, суглинка, частично для почвы с высоким содержанием гумуса. Зависит от пластичности и текучести. Липкий грунт цепляется к инструментам и технике, шинам автомобилей, гусеницам тракторов. Поэтому его не рекомендуют использовать для грунтовых и временных дорог.

Подробнее об этом читайте в статье Липкость грунта.

Определение механических свойств грунта – важный этап подготовки ст р оительства зданий или дорог. От качества его проведения зависит сам проект и особенности его реализации. Детальнее об этих характеристиках вы можете прочитать в соответствующих статьях нашего сайта.

Анализ устойчивости сооружения

Горизонтальные силы, действующие на сооружение , могут сдвинуть его непосредственно по плоскости подошвы фундамента. При этом сдвигу препятствуют силы трения и сцепления по подошве фундамента и силы горизонтального давления грунта по его граням ( рис. 8.9 ).

Рис. 8.9. Схема действия сил при плоском сдвиге фундамента по подошве

Расчет фундамента на сдвиг по его подошве или по подошве грунтовой подушки по схеме плоского сдвига производится, если не выполняется условие

где δ— угол наклона равнодействующей нагрузки к вертикали; φ 1 — угол внутреннего трения.

В общем случае устойчивость сооружения на плоский сдвиг определяется выражением

где и — соответственно суммы проекций на плоскость скольжения сдвигающих и удерживающих сил; γ с — коэффициент условий работы, принимаемый: для песков, кроме пылеватых — 1,0; для песков пылеватых, а также глинистых грунтов в стабилизированном состоянии — 0,85; для скальных грунтов: невывет-релых и слабовыветрелых — 1,0; выветрелых— 0,9; сильно выветрелых — 0,8; γ n — коэффициент надежности по назначению сооружения, принимаемый равным 1,2; 1,15; 1,10 соответственно для зданий I, II и III классов.

Суммы сдвигающих и удерживающих сил определяются по формулам

где F h — горизонтальная составляющая нагрузки, действующей на основание в уровне подошвы фундамента; Е а и Е р — равнодействующие активного и пассивного давления грунта на боковые грани фундамента ; F v — вертикальная составляющая нагрузки, действующей на основание в уровне подошвы фундамента; U — взвешивающее давление воды на подошву фундамента при высоком значении уровня подземных вод; А — площадь подошвы фундамента; c 1 — расчетное удельное сцепление грунта.

Коэффициент трения ƒ зависит от шероховатости подошвы и вида грунта основания. Для фундаментов с повышенной шероховатостью подошвы:

а для гладкой подошвы фундамента ƒ принимается по табл. 8.10 в зависимости от вида грунта основания или подготовки.

Таблица 8.10. Коэффициент трения грунтов на поверхности сдвига

Вид грунта основания или подготовки	Значения f
Бетон или кладка из бетонных камней	0,70
Скальные грунты с неомывающейся поверхностью	0,60
Гравийные и галечниковые грунты	0,50
Пески: маловлажные влажные и водонасыщенные	0,50 0,45
Супеси: J L < 0,25 J L ≥ 0,25	0,50 0,30
Суглинки: J L < 0,25 J L ≥ 0,25	0,40 0,20
Глины: J L < 0,25 J L ≥ 0,25	0,30 0,15
Скальные грунты с омывающейся поверхностью (глинистые известняки,скальные и т.п.)	0,25

Согласно СНиП 2.02.02—85 расчет устойчивости по схеме плоского сдвига, т.е. без поворота, производится для сооружений , расположенных на основаниях песчаных, крупнообломочных, твердых и полутвердых, глинистых грунтов, если выполняется условие

а для оснований, сложенных пластичными, туго- и мягкопластичными грунтами, кроме условия (8.51), должны выполняться следующие условия:

В формулах (8.51)—(8.53):

N σ — число моделирования; σ max — максимальное нормальное напряжение под подошвой сооружения; b — ширина подошвы фундамента; γ I — удельный вес грунта с учетом взвешивающего действия воды; N o — безразмерный критерий N o = 3 для всех грунтов, кроме песков плотных, для которых N o = 1; tg ψ I — расчетное значение коэффициента сдвига; σ m — среднее напряжение по подошве сооружения; с 0 v — коэффициент степени консолидации; t o — продолжительность возведения сооружения; m o — коэффициент уплотнения грунта; γ ω — удельный вес воды; h o — расчетная толщина консолидируемого слоя, определяется по табл. 8.11.

Таблица 8.11. Толщина консолидируемого слоя

Тип основания Расчетная формула

Однослойное, водоупор на глубине h 1 ≤Н c
( Н с - сжимаемая толща)
Дренирующий слой на глубине
h 1 ≤ H c
Двухслойное с толщиной слоев
h 1 и h 2 (h 1 + h 2 ≤Н С ), к ƒ1 ≈ k ƒ2
То же, при дренирующем слое на глубине
h 1 + h 2

H o = d 1 + 0,5(b-b d )
( b d - ширина участков с дренажем)

h о = 0,5h 1 + 0,5( b-b d )

h o = ( h 1 + h 2 ) + 0,5( b-b d )

h о = 0,5( h 1 + h 2 ) + 0,5( b + b d )

При инженерных расчетах удобно использовать коэффициент устойчивости k s , который определяется как отношение удерживающих сил к сдвигающим. При k s < 1,0 происходит сдвиг, т.е. прочность объекта не обеспечена; при k s = 1,0 массив находится в состоянии критического (предельного) равновесия; при k s >1,0 система устойчива с определенным запасом.

Таким образом, коэффициент запаса устойчивости для случая плоского сдвига можно определить по формуле

Трение между грунтом и задней поверхностью конструкции

Значение соответственно активного или пассивного давления грунта зависит не только от выбранной теории решения, но и от трения между грунтом и задней поверхностью конструкции, а также когезии грунта к стене строительной конструкции, представленной углом δ . При угле δ = 0 давление грунта σ действует перпендикулярно на заднюю поверхность стены, и равнодействующая давления грунта P также перпендикулярна отмносительно задней поверхности конструкции.(см. Рис.):

Распределение давления грунта вдоль конструкции для δ = 0

Если в анализе давления грунта учитывается трение между грунтом и задней поверхностью стены, давление грунта σ и его равнодействующая P наклонены от задней поверхности стены на угол δ . Координаты углов трения δ от прямого угла к задней поверхности стены необходимо вводить в соответствии с взаимным движением конструкции и грунта. При увеличении значения δ значение активного давления грунта уменьшается, т.е. равнодействующая сила активного давления грунта отклоняется от нормального направления (см.Рис.):

Распределение давления грунта вдоль конструкции для δ ≠ 0

Значение угла δ обычно находится в пределах от δ ≤ 1/3φ до δ = 2/3φ . Ориентировочные значения угла трения между конструкцией и грунтом указаны в таблице значений δ для разных границ и в таблице рекомендованных значений |δ|/φ . Значение δ≤ 1/3φ можно использовать в случае гладкой отделки задней поверхности ограждающей конструкции (фольга и покрытия для защиты от грунтовой воды). Для неотделанной поверхности не следует превышать значение δ = 2/3φ . Определяя величину угла δ, следует учитывать и остальные условия, в частности, условие равновесия в вертикальном направлении. Необходимо определить способность конструкции передавать вертикальную пригрузку от трения грунта на ее заднюю поверхность, не вызывая при этом значительную вертикальную деформацию. В обратном случае следует уменьшить значение δ , т..к. может произойти лишь частичное воздействие трения на заднюю поверхность стены. В случае неуверенности более безпопасно принимать более низкое значение δ .

Цели и принципы стандартизации в Российской Федерации установлены Федеральным законом от 27 декабря 2002 г. N 184-ФЗ "О техническом регулировании", а правила разработки - постановлением Правительства Российской Федерации от 19 ноября 2008 г. N 858 "О порядке разработки и утверждения сводов правил".

1 ИСПОЛНИТЕЛИ - Научно-исследовательский, проектно-изыскательский и конструкторско-технологический институт оснований и подземных сооружений им. Н.М.Герсеванова - институт ОАО "НИЦ "Стрительство" (НИИОСП им. Н.М.Герсеванова)

4 УТВЕРЖДЕН приказом Министерства регионального развития Российской Федерации (Минрегион России) от 28 декабря 2010 г. N 823 и введен в действие с 20 мая 2011 г.

Информация об изменениях к настоящему своду правил публикуется в ежегодно издаваемом информационном указателе "Национальные стандарты", а текст изменений и поправок - в ежемесячно издаваемых информационных указателях "Национальные стандарты". В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего свода правил соответствующее уведомление будет опубликовано в ежемесячно издаваемом информационном указателе "Национальные стандарты". Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования - на официальном сайте разработчика (Минрегион России) в сети Интернет

ВНЕСЕНА опечатка, опубликованная в Информационном Бюллетене о нормативной, методической и типовой проектной документации N 8, 2011 г.

Настоящий документ содержит указания по проектированию оснований зданий и сооружений, в том числе подземных, возводимых в различных инженерно-геологических условиях, для различных видов строительства.

Разработан НИИОСП им. Н.М.Герсеванова - институтом ОАО "НИЦ "Строительство" (д-ра техн. наук В.П.Петрухин, Е.А.Сорочан, канд. техн. наук И.В.Колыбин - руководители темы; д-ра техн. наук: Б.В.Бахолдин, А.А.Григорян, П.А.Коновалов, В.И.Крутов, Н.С.Никифорова, Л.Р.Ставницер, В.И.Шейнин; канд. техн. наук: А.Г.Алексеев, Г.И.Бондаренко, В.Г.Буданов, Ф.Ф.Зехниев, М.Н.Ибрагимов, О.И.Игнатова, В.А.Ковалев, В.К.Когай, В.В.Михеев, B.C.Поляков, В.В.Семкин, В.Г.Федоровский, М.Л.Холмянский, О.А.Шулятьев; инженеры: А.Б.Мещанский, О.А.Мозгачева).

1 Область применения

Настоящий свод правил (далее - СП) распространяется на проектирование оснований вновь строящихся и реконструируемых зданий и сооружений в котлованах.

Примечание - Далее вместо термина "здания и сооружения" используется термин "сооружения", в число которых входят также подземные сооружения.

Настоящий СП не распространяется на проектирование оснований гидротехнических сооружений, дорог, аэродромных покрытий, сооружений, возводимых на вечномерзлых грунтах, а также оснований глубоких опор и фундаментов машин с динамическими нагрузками.

Угол внутреннего трения (ϕ) – это отношение вертикального или нормального напряжения к горизонтальному (касательному). Их совместное действие провоцирует смещение частиц грунта относительно друг друга. На показатель влияет сила трения. Его определяют при испытаниях связных и несвязных дисперсных грунтов на устойчивость к сдвигу.

Угол внутреннего трения грунта
От чего зависит и на что влияет угол внутреннего трения
Как определить угол внутреннего трения
Лабораторные испытания
Методы полевых испытаний
Оборудование
Подготовка к испытаниям
Обработка результатов
Практическое применение показателя

От чего зависит и на что влияет угол внутреннего трения

Для понимания сути этого параметра нужно представить себе откос, на который действует гравитация. Чем больше крутизна стенок , тем сильнее напряжение, которое возникает из-за силы тяжести. В какой-то момент сцепление между частицами разрушается, и они смещаются.

Наклон стенки по отношению к основанию, при котором она остается стабильной, называют углом естественного откоса. У дисперсных несвязных грунтов он совпадает с углом внутреннего трения. Зерна в них скрепляются только за счет трения между собой. В связных и скальных грунтах устойчивость к сдвигу обеспечивается еще и сцеплением, которое обеспечивается более прочными связями – коллоидными, цементационными и кристаллическими. Детальнее о них вы можете прочитать в статье Прочность грунта.

В таблице даны значения углов естественного откоса для разных типов грунтов.

Угол естественного откоса в природном сложении, утрамбованном и разрыхленном состоянии отличается. В следующей таблице мы разместили значения показателя для некоторых грунтов и пород после их разрыхления.

При испытаниях на сопротивляемость сдвигу на грунт воздействуют две силы – одна направлена сверху вниз (нормальная, или вертикальная нагрузка), другая горизонтально (касательная). Угол внутреннего трения напрямую зависит от вертикального давления. По вектору своего действия она похожа на гравитацию – сила направлена сверху вниз.

Как видно из приведенных выше описаний , показатель находится в прямой зависимости от силы трения.

На нее, в свою очередь, влияют:

Текстура поверхности
Зерна с гладкой поверхностью легче смещаются относительно друг друга.
Форма
Контакты между частицами неправильной формы более прочные, чем между круглыми.
Гранулометрический состав
В мелкозернистых грунтах больше суммарная площадь поверхности элементов. Это значит, что количество контактов между ними тоже больше.
Пористость
В материале с большим количеством пор частицы находятся на большем расстоянии и слабее контактируют между собой. В результате они легче сдвигаются.

Прочность на сдвиг во многом зависит от угла внутреннего трения. Чем большее вертикальное давление может выдержать массив без деформации, перемещения частиц и потери целостности, тем выше его несущая способность.

Дальше мы рассмотрим, как определяется показатель.

Как определить угол внутреннего трения

Испытания грунта на определение исключительно угла внутреннего трения не проводят. Показатель вычисляют опытным путем, во время которого определяется прочность грунтов на сдвиг. Испытания проводятся в лабораторных или полевых условиях.

Лабораторные испытания

Они включают:

Одноплоскостной срез
Трехосное сжатие

Каждый из них также в свою очередь делится на несколько методов.

Одноплоскостной срез может быть:

Быстрым неконсолидированным – для водонасыщенных просадочных, глинистых и плодородных грунтов с текучестью менее 0,5
Медленным консолидировано-дренированным – для всех остальных грунтов без учета влаги в порах

Трехосное сжатие включает в себя методы:

Неконсолидировано-недренированный – для материалов с природным сложением, без отведения влаги в дренаж
Консолидировано-недренированный – с насыщенным влагой и р азуплотненным грунтом
Консолидировано-дренированный – грунт сначала насыщают влагой и разуплотняют, затем отводят воду через дренаж и повторно уплотняют

Детальнее об этих методиках вы можете прочитать в статье Прочность грунта на сдвиг.

При использовании метода одноплоскостного среза сначала вычисляют вертикальное (σ) и касательное (τ) напряжение по формулам:

Испытания проводятся минимум 3 раза. Полученные цифры отмечают на графике.

Угол внутреннего трения зависит от τ и σ. Он выражается уравнением:

При наличии более прочных связей в грунтах добавляют еще показатель сцепления (с).

Уравнение выглядит так:

Чтобы точно вычислить угол внутреннего трения, обрабатывают экспериментальные данные τ, отмеченные точками на графике.

Затем проводят расчеты по формуле:

При трехосном сжатии вычисляют эффективный угол внутреннего трения (ϕ’).
Используют формулу:

Методы полевых испытаний

Для определения показателя непосредственно в массиве используется метод среза целиков грунта – небольших образцов, только частично отделенных от массива. Грунт испытывают в строительных котлованах, карьерах, шахтах. Его срезают в заданной фиксированной плоскости , одновременно сжимая сверху вниз. Описание методики можно найти в ГОСТ 20276-2012.

Испытывать можно грунты со следующими параметрами:

Естественным сложением и влажностью
Насыпные и намывные с любой влажностью
Крупнообломочные, с нарушенным сложением, определенными параметрами влажности и плотности

Чтобы найти угол внутреннего трения, опыт повторяют трижды. Срезают грунт в одном месте и на одинаковой глубине.

Оборудование

В исследовании используются такие приборы:

Кольцо, диаметр которого по внутреннему ободку 200 мм, а высота составляет его половину
Штампы жесткие, которые свободно помещаются в кольце, но плотно прилегают к его стенкам
Приспособления для создания давления на грунт
Срезающий механизм с анкером; он обеспечивает касательную нагрузку в строго определенной плоскости, с разрешенными колебаниями не более 30 мм
Прибор, измеряющий деформации и давление

Испытания проводятся со ступенчатой или непрерывной нагрузкой.

Подготовка к испытаниям

С помощью кольца из массива вырезают образец грунта.

Порядок работы:

Стенки кольца изнутри покрывают жиром.
Грунт разравнивают и ставят на него кольцо , при этом внимательно следят, чтобы оно не перекосилось.
На кольцо надавливают руками или домкратом, чтобы оно вошло в массив. Грунт вокруг обрезают и удаляют.
Когда над ободком появится грунт, его выравнивают. Сверху насыпают слой песка с низкой влажностью, толщиной 1-2 см для глинистого и 3 см для крупнообломочного грунта. Это необходимо для лучшего выравнивания поверхности и контакта со штампом, чтобы нагрузка равномерно распределялась на весь объем грунта.
Под кольцом, между его краем и массивом, оставляют зазор 1-2 см (но не менее половины от наибольшего диаметра зерен и включений грунта). В этом месте будет проходить срез. Крупнообломочные грунты отделяют от массива на 1-2 см ниже кольца, закрывают его и переносят образец к испытательному механизму.
Когда все готово, штамп припасовывают к кольцу и готовят срезной механизм.
Далее измерительный прибор, которым будут фиксировать смещение грунта и уменьшение его высоты, приводят в готовность.

Для проведения опыта выбирают один из трех методов:

Медленный консолидированно-дренированный
Быстрый неконсолидированный
Метод «плашек» на специально подготовленной поверхности

Детальнее о них читайте в продолжении текста.

Медленный консолидировано-дренированный срез

Образец уплотняют штампом. Нужно создать давление (р), при котором грунт будут срезать для определения его сопротивления (τ). Давление увеличивают ступенями, их показатели мы разместили в таблице.

Стабильное давление на каждой ступени выдерживают:

Пески и грунты из крупных обломков – 5 мин
Глинистые грунты – 30 мин
Органические почвы – 60 мин

Последняя ступень выдерживается до момента, когда частицы перестают смещаться, а объем пробы остается одинаковым (наступает стабилизация деформаций). Этот момент наступает приблизительно за одинаковое время у однотипных грунтов.

В таблице показаны цифры давления, при котором происходит стабилизация деформаций при сжатии и срезе.

Когда образец уплотняют, фиксируют его сжатие (изменение высоты, деформацию):

У крупнообломочных грунтов данные отмечают в начале и конце промежуточных ступеней. На последней порядок фиксации следующий: первые 30 мин – записывают изменения каждые 10 мин, вторые 30 мин – каждые 15 мин. Дальше фиксацию проводят каждые полчаса , пока высота пробы не перестанет изменяться.
При испытании глинистых грунтов на промежуточных ступенях изменения высоты отмечают каждые 10 мин. Порядок фиксации деформаций на последней ступени: первый час – каждые 15 мин, второй час – каждые 30 мин, после этого ежечасно до момента стабилизации высоты.

Когда грунт уплотнен и зазор установлен, переходят к следующему этапу – плавному или ступенчатому срезанию.

При ступенчатом срезе нагрузка по касательной на каждой ступени не должна превосходить вертикальное давление больше, чем на 10%. Деформации замеряют каждые 2 минуты, пока они не стабилизируются.

Стабилизацией считают момент, когда за определенный отрезок времени кольцо перемещается не более, чем на 1 мм. Значения времени для разных типов грунтов даны в таблице выше.

Опыт заканчивается, если после очередного увеличения нагрузки грунтовые пласты резко смещаются по отношению друг к другу (срываются) либо если образец деформирован больше, чем на 10%.

Если грунт срезают непрерывно, деформации также фиксируются каждые 2 минуты. Скорость среза для некоторых разновидностей грунтов подана в таблице.

Непрерывное срезание заканчивают тогда , когда скорость повышается до максимума и начинает снижаться либо возникает деформация, превосходящая 10%.

После окончания опыта с применением любого из описанных способов отбирают часть грунта, чтобы определить влажность.

Неконсолидированный быстрый срез

Быстрым неконсолидированным срезом проводят испытания глинистых грунтов. Вертикальное давление передается в одну ступень. В таблице поданы его значения. Именно при таком давлении будет проводиться срез.

Если грунт под давлением выдавливается из кольца, опыт повторяют со сниженной нагрузкой. В этом случае она может не соответствовать приведенным в таблице данным.

Когда давление достигает нужных цифр, грунт срезают. Сделать это нужно не позднее, чем через 5 минут после начала подачи нагрузки.

При ступенчатом способе среза давление по горизонтали не должно превышать нагрузку по вертикали больше, чем на 10%. Перерывы между ступенями делают в 10-30 с. При непрерывном методе грунт срезают со скоростью 5-20 мм/мин.

Метод «плашек»

Метод применяется на глинистых грунтах, если к объекту предъявляются особые требования. Опыт проводят после завершения испытаний образцов с природной влажностью и естественным сложением. Перед его началом поверхность подготавливают.

Порядок проведения работ:

Все механизмы (кроме анкера), которые остались в земле после предыдущего опыта, извлекают.
Кольцо с его содержимым переворачивают вверх той поверхностью, на которой срезался грунт.
Выемку зачищают и р азравнивают. Участок округляют, его диаметр должен на 20-30 см превосходить диаметр кольца.
Кольцо опять переворачивают и ставят его на выравненный участок.
Кольцо поднимают на 5-10 мм, чтобы между его нижним ободком и массивом получился зазор.
Монтируют оборудование.
Грунт срезают до тех пор, пока его сопротивление сдвигу не достигнет стабильных цифр.

После завершения среза часть оборудования убирают, давление домкрата снижают до ноля. Фиксируют изменение высоты грунтовой пробы. Данные горизонтальных сдвигов берут из предыдущих опытов.

Гидродомкратом, закрепленным на стенке, грунт передвигают на место, которое он занимал до срезания. В этот момент приборы зафиксируют нулевую отметку. Домкрат убирают и проводят опыт методом медленного сдвига.

Обработка результатов

Вычисление результатов после завершения испытаний любым из описанных методов будет одинаковым.

На основании трех проведенных опытов строят график. На оси абсцисс отмечают вертикальное или нормальное напряжение, на оси ординат – касательное. Точки соединяют линией. Затем перпендикулярно оси ординат проводят условную линию. Угол между этой прямой и графиком и будет углом внутреннего трения.

На практике часто польз у ются готовыми значениями угла внутреннего трения для разных грунтов. Они фиксируются при стандартных нагрузках – 1 кг/м2.

Данные угла внутреннего трения разных типов грунтов вы можете найти в таблицах. Они соответствуют требованиям СП 22.13330.2016.

Угол внутреннего трения для песков

Угол внутреннего трения для глинистых грунтов

Практическое применение показателя

Угол внутреннего трения и еще один показатель – сцепление – используются для расчета сопротивления грунтов сдвигу.

Сопротивление сдвигу, или прочность на сдвиг важно знать в таких ситуациях:

При постройке зданий
При строительстве автомобильных и железных дорог
При возведении дамб и плотин
При разработке закрытых шахт и открытых карьеров
Для прогноза риска оползней в горной местности
Для укрепления крутых склонов и берегов рек

Детальнее об этом вы можете узнать в статье Прочность грунта на сдвиг.

Угол внутреннего трения – это один из параметром , определяющий устойчивость грунтов к сдвигу. Вычисляют его после лабораторных или полевых испытаний. На практике часто пользуются готовыми показателями. Для проведения исследований необходима профессиональная техника и опыт. Услугу оказывают геодезические компании. Заказать ее стоит перед началом любого строительства, ведь от качества грунтового основания зависит прочность и долговечность всего здания или дороги.

Читайте также: