Испытание на сдвиг крыльчаткой

Определение сопротивления на сдвиг методом вращательного среза.

Лабораторные методы исследования свойств грунтов не учитывают особенности макроструктуры, специфику его естественного строения и залегания, а также характер распределения в нем неоднородностей и включений.

Для глинистых грунтов текучей и мягкопластичной консистенции, торфяных и сапропелевых отложений, рыхлых песков из-за сложности, а в некоторых случаях невозможности отбора образцов ненарушенного сложения при бурении скважин испытания на сдвиг лопастными приборами являются практически единственным достоверным методом определения их прочностных свойств.

Погрешности лабораторных испытаний в значительной мере обусловлены нарушением естественной структуры и напряженного состояния образца при его извлечении из природной толщи грунта.

Поэтому результаты испытаний грунта могут быть использованы для прогнозирования несущей способности или осадки грунтовых оснований с определенным приближением.

В отличие от лабораторных, полевые методы изучения механический свойств грунтов дают более объективную информацию и создают необходимые предпосылки для вероятностной оценки исследуемых процессов и явлений.

Наиболее важными параметрами грунтов, определяемыми на месте, являются: угол внутреннего трения, сцепление и модуль деформации, которые позволяют дать полную инженерную оценку основанию с учетом его физических свойств.

Из применяемых в настоящее время в практике методов оценки прочностных свойств грунтов наибольшее распространение получил вращательный срез.

Впервые данный метод был предложен в Швеции под названием «Vane test» (лопастные испытания).

В практике инженерно-геологических исследований слабых грунтов широкое применение получили полевые сдвигомеры-крыльчатки СК-8 и СК-10 конструкции Л.С. Амаряна. Сдвигомер-крыльчатка служит для определения удельного сцепления С и сопротивления сдвигу τ слабых грунтов в естественном залегании путем установления максимального крутящего момента при вращении четырехлопастной крыльчатки, погруженной в массив грунта.

Сущность метода заключается в том, что в толщу грунта задавливается, а затем поворачивается четырехлопастная крыльчатка.

Сопротивление сдвигу τ грунта оценивается по величине крутящего момента и константы крыльчатки.

Крыльчатка СК-10 дает общее напряжение сдвигу без разделения на сцепление и внутреннее трение.

Для слабых грунтов в условиях естественного залегания внешнее давление, равное природному бытовому давлению, с достаточной для практических целей точностью может быть принято равным нулю, т. е.:

Следовательно, в этом случае зависимость Кулона примет вид:

В состав установки для испытания грунта вращательным срезом должны входить:

- рабочий наконечник с лопастями (крыльчатка);

- штанги;

- устройства для создания и измерения крутящего момента;

- устройство для вдавливания крыльчатки в грунт.

Для испытания грунта в массиве установку дополняют устройством для отключения крыльчатки от штанг, позволяющим измерять трение штанг о грунт при неподвижной крыльчатке.

Конструкция установки должна обеспечивать:

- вдавливание крыльчатки в грунт ниже забоя опытной скважины или в массив и фиксацию ее на заданной глубине;

- передачу крутящего момента на крыльчатку;

- градуировку устройства для измерения крутящего момента;

- фиксирование штанг на заданной глубине, исключающее самопроизвольное вертикальное и горизонтальное перемещения штанг и крыльчатки.

Пиковое значение сопротивления грунта срезу:

Остаточное значение сопротивления грунта срезу:

где – максимальный крутящий момент

– постоянная крыльчатки

Постоянная крыльчатки:

где – высота крыльчатки

– диаметр крыльчатки

 

Модуль деформации:

где – угол поворота крыльчатки при крутящем моменте М