Прочность грунтов на срез и ее испытания

Прочность грунта на срез можно определить как сопротивление нагрузкам на срез и последующую тенденцию к деформации сдвига. Прочность грунта на срез обусловлена следующими факторами

Сопротивление, обусловленное сцеплением частиц

Сопротивление трению между отдельными зернами почвы

Сцепление между частицами почвы или когезия.

Различные виды испытаний на сдвиг и условия дренажа

Прямое испытание почвы на сдвиг

• Аппарат
• Испытание
• Представление результатов
• Достоинства
• Недостатки

Испытание на трехосное сжатие

• Трехосное испытание на связном грунте
• Трехосное испытание на грунте без связности
• Достоинства
• Недостатки
• Вычисление различных параметров

Испытание грунта на сжатие без ограничения прочности

• Представление результатов
• Достоинства
• Недостатки
• Испытание на сдвиг лопасти
• Достоинства
• Достоинства

Основные плоскости и основные напряжения грунта

В точке напряженного материала каждая плоскость подвергается нормальному или прямому напряжению и напряжению сдвига. Главная плоскость определяется как плоскость, на которой напряжение полностью нормальное, или плоскость, которая не несет напряжения сдвига.
Нормальные напряжения, действующие на эти главные плоскости, называются главными напряжениями. В любой точке напряженного материала существуют три главные плоскости. Эти три главные плоскости взаимно перпендикулярны.
В порядке уменьшения величины главные плоскости обозначаются как главная главная плоскость, малая главная плоскость и промежуточная главная плоскость, и соответствующие главные напряжения обозначаются таким же образом.


Из этого рисунка,


Эти уравнения дадут напряжения на наклонной плоскости, составляющей угол с главной основной плоскостью.

Круг напряжений Мора для грунтов

Отто Мор, немецкий ученый, разработал графический метод определения напряжений на плоскости, наклоненной к основным главным плоскостям. Графическое построение известно как круг Мора. В этом методе выбирается начало координат O, и нормальные напряжения откладываются по горизонтальной оси, а напряжения сдвига – по вертикальной.

Чтобы построить круг Мора, сначала отметьте главные и второстепенные главные напряжения на оси X, отметьте центральную точку этой оси как C. Рисуется окружность с центром c и радиусом CF. Каждая точка на окружности дает напряжения ? и ? на определенной плоскости. Точка E называется полюсом окружности.

Круг Мора может быть построен для системы напряжений с главными плоскостями, наклоненными к координатным осям.

Система напряжений с вертикальными и горизонтальными плоскостями, не являющимися главными плоскостями.

Теория Мора-Кулона

Почва – это твердый материал. Сдвиговое разрушение в почвах происходит в результате проскальзывания частиц под действием сдвиговых напряжений. По мнению Мора, разрушение вызывается критической комбинацией нормальных и сдвиговых напряжений. Почва разрушается, когда напряжение сдвига на плоскости разрушения при разрушении является уникальной функцией нормального напряжения, действующего на эту плоскость.
Поскольку напряжение сдвига в плоскости разрушения определяется как прочность на сдвиг (s), уравнение для этого можно записать как

S= f ()

В теории Мора рассматривается напряжение сдвига в плоскости разрушения при разрушении. Можно построить график между напряжениями сдвига и нормальным напряжением при разрушении. Кривая, определяемая этим графиком, известна как огибающая разрушения.
Прочность грунта на сдвиг в точке на определенной плоскости была выражена Кулоном как линейная функция нормального напряжения на этой плоскости,

При этом C равно перехвату на оси Y, а phi – угол, который огибающая составляет с осью X.

Различные виды испытаний на сдвиг и условия дренажа

Для измерения прочности почвы на сдвиг используются следующие испытания

Испытание на прямой сдвиг

Испытание на трехосное сжатие

Испытание на сжатие в неограниченном пространстве

Испытание на сдвиг с помощью лопасти

В зависимости от условий дренажа, существует три типа испытаний

• Неконсолидированное – недренированное состояние
• Консолидированное – недренированное состояние
• Консолидированное – дренированное состояние

Прямое испытание почвы на сдвиг

Аппарат

Испытание проводится на образце грунта в ящике для сдвига, который разделен на две половины по горизонтальной плоскости посередине. Размер коробки 60 x 60 x 50 мм. Коробка разделена по горизонтали так, что плоскость раздела проходит через центр.
Обе половины удерживаются вместе с помощью стопорных штифтов. Коробка также снабжена захватными пластинами, простыми или перфорированными в соответствии с условиями испытаний.

Испытание

Берется образец грунта размером 60 x 60 x 25 мм. Он помещается в ящик прямого сдвига и уплотняется. На образец укладывается верхняя решетчатая плита, пористый камень и нажимная подушка. Нормальная нагрузка и нагрузка сдвига прикладываются до разрушения.

Представление результатов

Кривая напряжение – деформация

Огибающая разрушения

Круг Мора

Достоинства

подготовка образца проста

поскольку толщина образца очень мала, дренаж происходит быстро

идеально подходит для проведения дренажных испытаний на несвязных грунтах

аппарат относительно дешев

Недостатки

напряженное состояние известно только в момент разрушения

распределение напряжений на плоскости разрушения не является равномерным

площадь сдвига постепенно уменьшается по мере проведения испытания

ориентация плоскости разрушения фиксирована

очень трудно контролировать условия дренажа

измерение давления поровой воды невозможно

Испытание на трехосное сжатие

Он используется для определения характеристик сдвига всех типов почв при различных условиях дренажа. При этом цилиндрический образец подвергается нагрузке в условиях осевой симметрии. На первом этапе испытания образец подвергается всестороннему ограничивающему давлению по бокам, сверху и снизу.
Эта стадия известна как стадия консолидации. На второй стадии испытания, называемой стадией среза, к верхней части образца через плунжер прикладывается дополнительное осевое напряжение и напряжение отклонения. Таким образом, общее напряжение в осевом направлении в момент среза равно ограничивающему напряжению плюс отклоняющее напряжение.
Вертикальные стороны образца являются главными плоскостями. Ограничивающее давление является малым главным напряжением. Сумма ограничивающего и отклоняющего напряжений является главным главным напряжением. Триаксиальный прибор состоит из круглого основания с центральным пьедесталом. Образец помещается на постамент.
Пьедестал имеет одно или два отверстия, которые используются для функции дренажа или измерения порового давления. На постамент устанавливается трехосная ячейка. Она представляет собой цилиндр из персекса. Есть три тяги, которые поддерживают ячейку. Центральный плунжер служит для приложения осевого напряжения. К ячейке прикреплены клапан выпуска воздуха и клапан выпуска масла.
Аппарат также имеет такие особенности, как,

система контроля ртути

Устройство для измерения давления поровой воды

Измерение изменения объема

Триаксиальное испытание связного грунта

Испытания CU, UU и CD могут проводиться на образце грунта. Образец помещается в пьедестал внутри резиновой мембраны. Опорное давление и осевое давление прикладывается до разрушения.

Трехосное испытание на несвязном грунте

Процедура такая же, как и для связного грунта, только подготовка образца отличается. Для подготовки пробы используются металлический формирователь, мембрана и воронка.

Имеется полный контроль над условиями дренирования

Изменения порового давления и объемные изменения могут быть измерены напрямую

Распределение напряжения в плоскости разрушения является равномерным

Образец свободно разрушается по наиболее слабой плоскости

Известно состояние напряжения на всех промежуточных этапах до разрушения

Испытание подходит для точной исследовательской работы

Аппаратура сложная, дорогостоящая и громоздкая

Дренированное испытание занимает больше времени по сравнению с испытанием на прямой сдвиг

Условия деформации в образце не являются однородными

Невозможно точно определить площадь поперечного сечения образца при больших деформациях

Испытание моделирует только осесимметричные проблемы

Консолидация образца при испытании является изотропной, в то время как в полевых условиях консолидация обычно анизотропна.

Вычисление различных параметров

Размеры после консолидации
Площадь поперечного сечения на стадии сдвига
Напряжения
Девиаторное напряжение=P/A
Главные напряжения

Прочность на сжатие
Девиаторное напряжение при разрушении известно как прочность грунта на сжатие.
Представление результатов трехосного испытания

Кривые напряжения-деформации

Оболочки Мора в терминах полного напряжения и эффективного напряжения

Испытание грунта на сжатие без нагрузки

Испытание на сжатие при неограниченном сжатии – это особая форма трехосного испытания, при котором давление сжимающего слоя равно нулю. Это испытание можно проводить только на глинистых почвах, которые могут стоять без ограничения. Существует два типа машин UCC – машина с пружиной и машина с проверочным кольцом.
К образцу прикладывается сжимающее усилие до разрушения. Сжимающая нагрузка может быть измерена с помощью проверочного кольца.
В этом испытании малое главное напряжение равно нулю. Главное напряжение равно девиаторному напряжению. Круг Мора может быть нарисован для условий напряжения при разрушении.

Испытание удобно, просто и быстро

Оно идеально подходит для измерения прочности при сдвиге неконсолидированного нерастянутого грунта в неповрежденных насыщенных глинах

Чувствительность грунта может быть легко определена

Испытание нельзя проводить на трещиноватых глинах

Испытание может быть ошибочным для грунтов, у которых угол сопротивления сдвигу не равен нулю.

Испытание на сдвиг лопаткой

Прочность мягких глин без деформации может быть определена в лаборатории с помощью испытания на сдвиг лопатки. Испытание также может быть проведено в полевых условиях на грунте на дне скважины. Прибор состоит из вертикального стального стержня с четырьмя тонкими лопастями из нержавеющей стали, закрепленными на его нижнем конце.
Высота лопатки должна быть равна удвоенному диаметру. Для проведения испытания в лаборатории готовится образец диаметром 38 мм и высотой 75 мм, который крепится к основанию аппарата.
Лопатка медленно опускается в образец, пока верхняя часть лопатки не окажется на глубине от 10 до 20 мм ниже верха образца. Снимаются показания индикатора деформации и индикатора крутящего момента.
Прочность на сдвиг S

Где T = приложенный крутящий момент
D = Диаметр лопатки
H1 = Высота лопатки

Испытание является простым и быстрым

Оно идеально подходит для определения прочности при сдвиге без деформации на месте в не трещиноватой, полностью насыщенной глине.

Испытание может быть удобно использовано для определения чувствительности грунта.

Испытание нельзя проводить на трещиноватой глине или глине, содержащей слои ила или песка

Испытание не дает точных результатов, если огибающая разрушения не горизонтальна.

Читайте далее:

• Испытание грунта на трехосный сдвиг – процедура, преимущества.
• Прочность грунта на сдвиг с помощью испытания на сдвиг лопастью.
• ГЕОТЕХНИЧЕСКИЕ ЛАБОРАТОРНЫЕ ИСПЫТАНИЯ.
• Прочность грунта на сдвиг с помощью испытания на прямой сдвиг.
• Концепция проектирования высотных зданий из железобетона.
• Что такое сжимаемость и консолидация грунта?.
• Турбина Френсиса – ее компоненты, работа и применение.