Угол внутреннего трения грунта что это
1.5. ПРОЧНОСТЬ ГРУНТОВ
Сопротивление грунта срезу характеризуется касательными напряжениями в предельном состоянии, когда наступает разрушение грунта [4]. Соотношение между предельными касательными τ и нормальными к площадкам сдвига σ напряжениями выражается условием прочности Кулона-Мора
где φ — угол внутреннего трения; с — удельное сцепление.
Характеристики прочности φ и с определяют в лабораторных и полевых условиях. Для предварительных, а также окончательных расчетов оснований зданий и сооружений II и III класса допускается принимать значения φ и с по табл. 1.17 и 1.18.
Песок | Характеристика | Значения с и φ при коэффициенте пористости e | |||
0,45 | 0,55 | 0,65 | 0,75 | ||
Гравелистый и крупный | с φ | 2 43 | 1 40 | 0 38 | – – |
Средней крупности | с φ | 3 40 | 2 38 | 1 35 | – – |
Мелкий | с φ | 6 38 | 4 36 | 2 32 | 0 28 |
Пылеватый | с φ | 8 36 | 6 34 | 4 30 | 2 26 |
Примечание. Приведенные в таблице значения относятся к кварцевым пескам (см. табл. 1.12).
Грунт | Показатель текучести | Характеристика | Значения с и φ при коэффициенте пористости е | ||||||
0,45 | 0,55 | 0,65 | 0,75 | 0,85 | 0,95 | 1,05 | |||
Супесь | 0 IL ≤ 0,25 | с φ | 21 30 | 17 29 | 15 27 | 13 24 | – – | – – | – – |
0,25 IL ≤ 0,75 | с φ | 19 28 | 15 26 | 13 24 | 11 21 | 9 18 | – – | – – | |
Суглинок | 0 IL ≤ 0,25 | с φ | 47 26 | 37 25 | 31 24 | 25 23 | 22 22 | 19 20 | – – |
0,25 IL ≤ 0,5 | с φ | 39 24 | 34 23 | 28 22 | 23 21 | 18 19 | 15 17 | – – | |
0,5 IL ≤ 0,75 | с φ | – – | – – | 25 19 | 20 18 | 16 16 | 14 14 | 12 12 | |
Глина | 0 IL ≤ 0,25 | с φ | – – | 81 21 | 68 20 | 54 19 | 47 18 | 41 16 | 36 14 |
0,25 IL ≤ 0,5 | с φ | – – | – – | 57 18 | 50 17 | 43 16 | 37 14 | 32 11 | |
0,5 IL ≤ 0,75 | с φ | – – | – – | 45 15 | 41 14 | 36 12 | 33 10 | 29 7 |
Примечание. Значения с и φ не распространяются на лёссовые грунты.
1.5.1. Определение прочностных характеристик в лабораторных условиях
В практике исследований грунтов применяют метод среза грунта по фиксированной плоскости в приборах одноплоскостного среза. Для получения φ и с необходимо провести срез не менее трех образцов грунта при различных значениях вертикальной нагрузки. По полученным в опытах значениям сопротивления срезу τ строят график линейной зависимости τ = f(σ) и находят угол внутреннего трения φ и удельное сцепление с (рис. 1.5).
Различают две основные схемы опыта: медленный срез предварительно уплотненного до полной консолидации образца грунта (консолидировано-дренированное испытание) и быстрый срез без предварительного уплотнения (неконсолидировано-недренированное испытание).
Метод определения характеристик прочности φ и с в условиях трехосного сжатия в большей степени соответствует напряженному состоянию грунта в основании сооружения. Испытание проводится на приборе, в котором образец грунта подвергается всестороннему гидростатическому давлению и добавочному вертикальному (осевому). Для определения прочностных характеристик грунтов проводят серию испытаний при различных соотношениях давлений, доводя образец до разрушения, в результате каждого опыта получают значения наибольшего σ1 и наименьшего σ3 главных нормальных напряжений в момент разрушения. Графически зависимость между главными касательными и нормальными напряжениями представляют с помощью кругов Мора, каждый из которых строится на разности напряжений σ1 и σ3 (рис. 1.6).
В приборах трехосного сжатия проводят следующие испытания:
Недренированные испытания водонасыщенных грунтов проводят для определения прочностных характеристик, выражаемых через общие (тотальные) напряжения. Дренированные испытания проводят для определения прочностных характеристик, выражаемых через эффективные напряжения. При этом в процессе опыта должно быть достигнуто полностью консолидированное состояние грунта. Прочностные характеристики грунтов, выражаемые через эффективные напряжения, могут быть определены также для образцов грунта, испытанных в неполностью консолидированном состоянии, при условии измерения в процессе опыта давления в поровой воде.
где Р — нагрузка в момент разрушения образца грунта; F — площадь поперечного сечения образца грунта.
1.5.2. Определение прочностных характеристик в полевых условиях
Полевое испытание на срез в заданной плоскости целика грунта, заключенного в кольцевую обойму, аналогично лабораторному испытанию на срез в одноплоскостных срезных приборах. Испытания проводятся в шурфах, котлованах, штреках и т.д. Для получения характеристик φ и с определяют сопротивление срезу не менее чем трех целиков при различных вертикальных нагрузках. Схемы испытаний принимаются те же, что и в лабораторных условиях. Значения φ и с находят на основе построения зависимости (1.5), как это показано на рис. 1.5.
Полевое определение характеристик φ и с в стенах буровой скважины проводится методами кольцевого и поступательного среза. Схемы испытаний приведены на рис. 1.7. Эти методы применяются для испытаний грунтов на глубинах до 10 м (кольцевой срез) и до 20 м (поступательный срез). В методе кольцевого среза используется распорный штамп с продольными лопастями, в методе поступательного среза — с поперечными лопастями. С помощью распорного штампа лопасти вдавливаются в стенки скважины и создастся нормальное давление на стенки. В методе кольцевого среза грунт срезается вследствие приложения крутящего момента, а в методе поступательного среза — выдергивающей силы. Для получения φ и с необходимо провести не менее трех срезов при различных нормальных давлениях на стенки скважины и построить зависимость τ = f (σ) (см. рис. 1.5).
Для определения характеристик прочности в полевых условиях применяют методы выпирания и обрушения грунта в горных выработках. Значения φ и с вычисляют из условий предельного равновесия выпираемого и обрушаемого массива грунта.
Угол внутреннего трения песчаных грунтов может быть определен с помощью статического и динамического зондирования. По данным статического зондирования угол φ имеет следующие значения:
Значения φ по данным динамического зондирования приведены в табл. 1.19. Для сооружений I и II класса является обязательным сопоставление данных зондирования с результатами испытаний тех же грунтов на срез. Для сооружений III класса допускается определять φ только по результатам зондирования.
ТАБЛИЦА 1.19. ЗНАЧЕНИЯ УГЛОВ ВНУТРЕННЕГО ТРЕНИЯ φ ПЕСЧАНЫХ ГРУНТОВ ПО ДАННЫМ ДИНАМИЧЕСКОГО ЗОНДИРОВАНИЯ
Сорочан Е.А. Основания, фундаменты и подземные сооружения