Грунтоведение

 

Современная грунтовая лаборатория

 

 

 

Достаточно ли строителю знать только один модуль деформации? Оказывается, нет. Есть еще один важный показатель — сопротивление сдвигу.

 

Представим себе песчаный откос насыпи или выемки перед. том. Давайте попытаемся сделать его вертикальным. Как бы мы ли старались, у нас ничего не получится. Песок будет осыпаться и скользить к подошве откоса. Однако, уменьшая угол откоса, мы достигнем момента, когда он окажется достаточно устойчивым. Чтобы понять, почему не держится вертикальный откос, посмотрит© схему на  40. Единственная сила, которая здесь действует,— сила тяжести грунта (или его вес). По известному правилу параллелограмма ее можно легко разложить на силу, действующую вниз по^клону, Т, и силу, направленную перпендикулярно к откосу, N. HIT вызывает сомнений, что сила Т стремится сдвинуть грунт вниз, а сила N прижимает песчинки к массиву и препятствует этому движению. Здесь следует заметить, что отношение этих сил представляет собой коэффициент внутреннего трения грунта /. Значит, f=T/N, и тогда сдвигающая сила T=fN. Из  40 видно, что f является тангенсом угла <р, так как Т и N образуют катеты треугольника и относятся к этому углу. Угол ф получил название угла внутреннего трения грунта. В песках он равен а — углу откоса.

 

Давайте посмотрим, как будет обстоять дело в откосах, сложенных глиной. Силы, действующие в грунтовом массиве, останутся те же, но появится один новый фактор — сцепление между частицами глины. В этом случае сопротивление грунта сдвигу будет зависеть не только от трения между зернами, но и от действующих связей между глинистыми частицами. Величина этих связей может быть весьма существенной и достигать (1—2) -104 Па.

 

Теперь ясно, что в глине противодействует движению откоса не только трение, но еще и сила сцепления С. Отсюда устойчивость такого откоса будет определяться простым уравнением 7=iVtgq)+ 4-С. Если сила сдвига Т окажется больше удерживающих сил, то склон начнет скользить вниз, а если меньше, то он будет стоять неподвижно.

Мы уже знакомы с тем, что при чрезмерном весе постройки и появлении значительной горизонтальной силы, превышающей сопротивление грунта сдвигу, возникает его выпучивание.

 

Нетрудно заметить, что эти процессы в откосе и основании имеют один и тот же характер. Вот поэтому закономерности сопротивления грунта в обоих случаях одинаковы.

Подведем итог. Для оценки прочности грунта или его сопротивле- ния сдвигу необходимо знать величину трения и сцепления между частицами.

 

Как же определить эти важные характеристики? Долгое время искали пути их оценки. В конце концов решили попросту моделировать процесс сдвига.

 

В полевых условиях (на месте строительства) делается шурф,на дне которого оставляется кубический монолитный «останец» . Сверху и снизу к нему с помощью домкратов прилагаются давления, имитирующие соответственно вертикальную силу N и горизонтальную силу Т. Сначала устанавливают вертикальное давление 0,1—0,3 МПа, а затем прикладывают горизонтальное усилие. Последнее постепенно увеличивают до момента возникновения сдвига монолита. Его значение и будет соответствовать разрушающей силе Т.

 

В полевых условиях для определения сопротивления грунта сдвигу применяются и другие, уже известные нам методы — прессио- метрия и зондирование.

 

Эту важную характеристику грунтов можно определить и в лаборатории. Наиболее распространен один из самых старых методов — одноплоскостной сдвиг. Он напоминает собой только что рассмотренный полевой опыт. В отличие от него определение осуществляется в небольшом образце, врезаемом в бронзовую обойму (примерно такую же, как при испытании на сжимаемость). Ее характерная черта заключается в том, что она состоит из двух колец, верхнего и нижнего. Это и позволяет сдвигать заряженный образец грунта за счет перемещения одного из колец по другому ( 42,а). Вертикальное давление прикладывается через штамп к верхней части образца, а сдвигающая (горизонтальная) сила — к подвижному кольцу. Последняя увеличивается до момента возникновения смещения .

 

Ну, а как дальше? Срезали образец и получили значения при определенных вертикальных давлениях сдвигающей силы Т. А ведь для пользования формулой, приведенной выше, нужно знать не только N и 7*, но еще и угол трения <р и коэффициент сцепления С. Здесь необходимо немного вспомнить геометрию.

 

Для получения этих величин производят испытание трех образцов на срез с тремя значениями вертикального давления. Имея эти дан-) ные, можно построить график, в котором по оси абсцисс (ось N)* откладываем вертикальные давления, а по оси ординат (ось Т) наносятся значения сдвигающих усилий. По трем точкам (трем испытаниям), отложенным на графике, проводится прямая линия. Отре-эок, который она отсечет на оси Т, равен величине сцепления & Угол, образованный проведенной линией с осью N, является углом трения грунта <р. Теперь давайте совершим экскурсию в грунтовую (инженерно- геологическую) Лабораторию. Вот перед нами отдел гранулометрических анализов. На столах стоят блестящие цилиндры. Здесь одновременно в 12—15 установках идет определение содержания в грунтах частиц разных размеров. Следующий зал наполнен различными приборами. С их помощью определяются физические свойства грунтов: плотность, объемная масса (масса 1 см3 грунта с порами и влагой), пластичность, липкость и др. Переходим в отдел водно-физических свойств. Посреди зала расположен бетонный лоток, где изучается размываемость грунтов. У стенок размещены приборы для определения водопроницаемости, размокаемости, влагоемкости и других свойств.

 

Пойдем дальше. Перед нами святая святых лаборатории— зал механических испытаний. Рядами стоят поблескивающие никелем комп- • рессионные приборы, стабилометры и сдвигающие установки. Некоторые из них снабжены микроЭВМ, которые направляют работу приборов по заданным программам.

А вот следующее помещение. Здесь изучаются состав и строение грунтов. На столах оптические микроскопы разных типов. В одной пристройке разместился растровый электронный микроскоп, а в другой — оборудование для рентгеноструктурного анализа.

 

Коридор выводит нас в большой зал. В нем находятся крупные лотки и устройства, напоминающие краны. Это отдел лаборатории, занимающийся моделированием грунтов и процессов, протекающих в массивах.

В следующей комнате обрабатывают полученные результаты* В ее центре находится современная ЭВМ, с огромной скоростью выдающая обобщения, статистические данные и выводы по выполненным исследованиям.

 

Но это еще не все. Давайте спустимся в полуподвальное помещение— зал, залитый ярким светом люминесцентных ламп. Здесь

фоят различные прессы, на которых идет исследование прочности Скальных пород.

Отсюда мы попадает в специальную комнату, где происходит подготовка образцов к исследованиям. Выполняются самые различные операции: зарядка колец для механических испытаний, вырезка и шлифовка кубиков скальных грунтов для раздавливания на прессах.

 

Подготовленные образцы на подъемниках подаются наверх в только что осмотренные нами залы.

 Такова современная грунтовая лаборатория.

 

 

 Смотрите также:

 

ГРУНТОВЕДЕНИЕ. Общее грунтоведение, базируясь на...

Общее грунтоведение, базируясь на генетическом принципе, дает возможность понять и объяснить, почему те или иные грунты обладают различными свойствами.

 

ИНЖЕНЕРНАЯ ГЕОЛОГИЯ. В инженерной геологии изучаются...

Соответственно этому инженерная геология разделяется на 3 осн. раздела: грунтоведение, инженерная динамич. геология (инженерная геодинамика) и региональная инженерная геология.

 

ГРУНТЫ - строительные свойства и классификация грунтов

Грунтами называют породы, залегающие в верхних слоях земной коры. К ним относят растительный грунт, песок, супесь, гравий, глину, суглинок, торф, плывуны, различные...