Угол внутреннего трения насыпного грунта таблица – Методические рекомендации «Методические рекомендации по сбору инженерно-геологической информации и использованию табличных геотехнических данных при проектировании земляного полотна автомобильных дорог»

1.2 Основные физико-механические свойства карьерных и намывных грунтов

Эффективность намыва и качество возводимых намывных сооружений в наибольшей степени зависят от характеристик грунта.

В гидромеханизированном процессе намыва необходимо рассматривать технологически взаимосвязанный комплекс работ:

• подводная разработка грунта;
• гидротранспортировка грунта;
• намыв и укладка грунта в сооружения или отвалы.

В зависимости от вида технологического процесса необходимо рассматривать соответственно и физико-механические свойства грунтов (табл. 1.1) [54].

Таблица 1.1

Физико-механические свойства грунтов

Технологический процесс	Свойства грунтов, влияющие на технологический процесс
1.Подводная разработка грунта	·   гранулометрический состав; ·   плотность; ·   удельное сцепление; ·   угол внутреннего трения; ·   пластичность; ·   прилипаемость; ·   форма частиц; ·   окатанность; ·   засоренность инородными телами (корнями растений, валунами и т.д.)
2.     Гидротранспортировка грунта	·   гранулометрический состав; ·   плотность; ·   гидравлическая крупность; ·   форма частиц; ·   окатанность; ·   измельчаемость при гидравлическом транспортировании; ·   абразивность
3.    Намыв грунтовых сооружений и укладка грунта	·   гранулометрический состав; ·   плотность; ·   водоотдача; ·   водоудерживающая способность; ·   гидравлическая крупность; ·   водопроницаемость; ·   угол внутреннего трения; ·   удельное сцепление; ·   угол откоса при намыве; ·   набухание

Под гранулометрическим составом грунта понимается процентное содержание по массе частиц грунта различной крупности — фракционности.

Фракция грунта — это группа частиц (зерен) грунта, близких по размерам и свойствам.

Наиболее распространена классификация грунтов по гранулометрическому составу, в которой учитываются следующие четыре основные фракции, входящие в состав большинства разрабатываемых грунтов (табл. 1.2).

Таблица 1.2

Фракции грунта

Фракции	Размеры частиц, мм
Гравийная	крупнее 2
Песчаная	от 2 до 0,05
Пылевая	от 0,05 до 0,005
Глинистая	менее 0,005

Размеры выделяемых фракций зависят от состава и назначения грунта.

При определении гранулометрического состава грунтов, используемых для намыва земляных сооружений, учитываются следующие фракции (табл. 1.3) [55]. 

Таблица 1.3

Фракции грунта, учитывающиеся при определении гранулометрического состава грунтов для намыва земляных сооружений

Грунт	Фракции, мм
Глинистые частицы	Менее 0,005
Пыль: – мелкая – крупная	0,005–0,01 0,01–0,05
Песчаные частицы: – тонкие (пылеватые) – мелкие – средней крупности – крупные	0,05–0,1 0,1–0,25 0,25–0,5 0,5–1; 1–2
Гравийные зерна – мелкие – средние – крупные	2–5 5–10 10–20
Галька: – мелкая – средняя – крупная – очень крупная	20–40 40–60 60–80; 80–100 100–150; 150–200

 

Гранулометрический состав грунта определяют путем анализа каждой из проб грунта.

Средневзвешенный размер (диаметр) частиц грунта

d_ср по отдельной скважине или по всему карьерному полю определяют:

d_ср= (d₁B₁ + d₂B₂ +…+ d_nB_n)/100,

где d₁, d₂, … d_n — среднеарифметическое значение диаметра частиц грунта по фракциям, мм; В₁, В₂, … В_n — средневзвешенное содержание фракций грунта, %.

Плотность грунта ρ представляет собой отношение массы грунта к занимаемому объему, г/см³, кг/м³, т/м³

(табл. 1.4).

Плотность грунта непостоянна и зависит от условий естественного залегания (влажность, количество воды в порах и т. д.), так как включает отношение общей массы грунта m_гр, включая массу воды в его порах, в естественном состоянии к занимаемому этим грунтом объему V_гр

ρ = m_гр/V_гр.

Плотность сухого грунта ρ — это отношение массы сухого грунта m_тв (исключая массу воды в порах) к занимаемому этим грунтом объему V_гр (включая имеющиеся в этом грунте поры), или масса твердой части грунта в единице его объема ненарушенной структуры:

ρ_d = m_тв/V_гр; ρ_d = ρ/(1+0,01W),

где W — природная влажность грунта, %.

Плотность частиц грунта ρ_S (табл. 1.5) — это отношение массы сухого грунта m_тв (исключая массу воды в его порах) к объему твердой части этого грунта V_тв

ρ_S = m_тв/V_тв. 

Таблица 1.4

Среднее значение плотности грунтов в естественном состоянии

Грунт	Плотность ρ, кг/м3
Грунт растительного слоя	800–1200
Торф	800–1200
Чернозем	1200–1300
Ил речной	1800
Песок: мокрый сухой без примесей с примесью частиц гальки, гравия до 10% то же, более 10% бархатистый и дюнный	1950 1600 1650 1700 1600
Гравий сухой	1800
Гравий мокрый	2000
Галечно-гравийно-песчаные грунты при размере частиц, мм: до 80 свыше 80 свыше 80 с содержанием валунов до 10% то же, до 30% то же, до 70%	1750 1950 1950 2000 2300
Валунный грунт (содержание частиц крупнее 200 мм более 50%)	2500
Щебень при размере частиц, мм: до 40 до 150	1750 1950
Пески, супески и суглинки при пористости: более 0,5% и содержании частиц крупнее 2 мм до 10% до 0,5% глины при влажности более 0,5% и содержании частиц крупнее 2 мм до 10%	1600 1800
Глины при влажности до 0,5% и содержании частиц крупнее 2 мм до 10%	1850
Пески, супеси, суглинки и глины при: влажности и пористости до 0,5% и содержании частиц крупнее 2 мм: до 35%, до 65%, более 65% пористости до 0,5% и содержании частиц крупнее 2 мм: до 35%, до 65%, более 65%	1800, 1900, 1950   2000, 2100, 2300
Супесь: пластичная без примесей твердая без примесей, а также пластичная и твердая с примесью щебня, гальки до 10% пластичная и твердая с примесью щебня, гальки более 10%	1650 1650 1850
Суглинок: мягкопластичный без примесей то же, с примесью частиц щебня и гравия до 10% и тугопластичный без примесей мягкопластичный с примесью гальки более 10% тяжелый	1700 1750 1750 1900
Глина: мягко- и тугопластичная без примесей то же, с примесью гальки и гравия до 10% то же, более 10% полутвердая, твердая плотная, вязкая	1800 1750 1900 1950 2100
Лёсс: мягкопластичный тугопластичный, твердый	1600 1800

Таблица 1.5

Значение плотности частиц песчано-глинистых грунтов

Грунт	Плотность ρS, кг/м3
Песок	2,66
Супесь	2,70
Суглинок	2,71
Глина	2,74

 

Плотность частиц грунта ρ_S выражается через плотность грунта в естественном состоянии ρ и коэффициент пористости е:

ρ_S = ρ/(1–е).

Пористость грунта n — отношение объема пор (пустот) V_п в грунте к общему объему грунта V_гр, %:

n = (V_п / V_гр)100%,

n = (1 – ρ_d /ρ_S)100%.

Пористость зависит от гранулометрического состава грунта, формы частиц и плотности их сложения (табл. 1.6). Чем больше пористость и рыхлость грунта, тем легче он поддается гидравлическому размыву.

Таблица 1.6

Значение пористости для некоторых грунтов

Грунт	Пористость грунта n, %
Глины	35–50
То же, ленточные	47–52
То же, коренные, пластичные (юрские, майкопские, сарматские)	52–56
Суглинки: лёссовидные моренные покровные	42–47 25–26 28–40
Супески	25–30
Пески	30–45
Ил	60–90

 

Коэффициент пористости грунта е — отношение объемов пор в грунте V_п к объему твердой фазы грунта V_тв, %:

e = V_п /V_тв = (ρ_S /ρ_d) – 1,

e = n/(1 – n).

Коэффициент пористости e характеризует плотность укладки зерен грунта (чем меньше е, тем плотнее грунт). В зависимости от коэффициента пористости е песчаные грунты делят по плотности сложения на плотные, средней плотности и рыхлые (табл. 1.7).

Таблица 1.7

Классификация песков по пористости

Пески	Коэффициент пористости, е
	Плотные	Средней плотности	Рыхлые
Гравелистые крупные и средней крупности	Менее 0,55	0,55–0,7	Более 0,7
Мелкие	Менее 0,6	0,6–0,75	Более 0,75
Пылеватые	Менее 0,6	0,6–0,8	Более 0,8

 

Гидравлическая крупность частиц грунта ω, см/с — скорость падения частиц грунта в спокойной воде (табл. 1.8), которая зависит от формы, размеров и плотности частиц грунта, вязкости и плотности среды.

Гидравлическая крупность частиц грунта используется при расчетах процессов всасывания, осаждения, гидравлической классификации и др.

При гидравлических расчетах процессов гидромеханизации учитывают усредненную гидравлическую крупность стесненного падения частиц грунта различной крупности, равную среднеарифметическому значению:

ω_i = (ω₁ + ω₂)/2

или среднегеометрическому значению гидравлической крупности отдельных фракций (при числе фракций i):

Таблица 1.8

Гидравлическая крупность частиц грунта при свободном падении в спокойной воде

Диаметр частиц, мм	ωсв, см/с, при температуре воды
	5°С	10°С	15°С	20°С
0,001	0,000126	0,00049	0,00005	0,00006
0,01	0,0043	0,0049	0,0056	0,0064
0,05	0,106	0,124	0,148	0,16
0,10	0,386	0,46	0,535	0,61
0,125	0,55	0,66	0,78	0,89
0,25	1,84	2,05	2,26	2,46
0,50	5,34	5,67	6,0	6,33
0,75	8,81	9,23	9,65	10,07
1,0	11,20	11,68	12,17	12,66
1,5	15,15	15,65	16,15	16,65
2,0	18,25	18,75	19,25	19,75
2,5	20,42	20,92	21,42	21,92
3,0	22,25	22,75	23,25	23,75
3,5	–	24,53	–	–
4,0	–	26,85	–	–
5,0	–	30,00	–	–
6,0	–	32,8	–	–
7,0	–	35,5	–	–
8,0	–	38,0	–	–
9,0	–	40,3	–	–
10,0	–	42,5	–	–
15,0	–	52,0	–	–
20,0	–	60,2	–	–
25,0	–	67,2	–	–
30,0	–	73,6	–	–

В таблице приведены данные для грунтов плотностью частиц ρ_S = 2,65 т/м³.

Влажность грунта W, % — это отношение массы воды в порах грунта к массе сухого грунта m_c в данном объеме, выражаемое в процентах или долях единицы:

где m_вл, m_c — масса грунта соответственно до и после высушивания.

Влажность грунта влияет на связь (сцепление) между частицами и состояние грунта, особенно на его консистенцию.

Объемная влажность:

W_об = Wρ_d.

Абсолютная влажность (полная влагоемкость) W_полн, % представляет заполнение всех пор водой:

где ρ_в — плотность воды.

Коэффициент (индекс) водонасыщенности K_w — это отношение фактической влажности W к абсолютной W_полн:

К_w = W/W_полн.

Коэффициент водонасыщенности K_w (табл. 1.9, 1.10) характеризует степень насыщения грунта водой (в долях единицы).

Таблица 1.9

Коэффициент водонасыщенности

Песок	Kw, доли единицы
Сухой (маловлажный)	< 0,5
Влажный	0,5–0,8
Водонасыщенный	0,8–1,0

Таблица 1.10

Предельное значение влажности грунтов природного сложения

Грунт	W, %
Песок	1–10
Супесь	10–15
Суглинок	15–25
Глина	25–35

 

Набухание — это способность грунта при увеличении его влажности увеличиваться в объеме.

Процесс, обратный набуханию, происходящий при высыхании грунта, называют его усадкой.

Коэффициент набухания К_н — это отношение объема грунта после насыщения его водой к объему его в естественном состоянии:

К_н = V_н/V_ест.

Коэффициент набухания К_нучитывают при определении объема гидроотвала (табл. 1.11).

Таблица 1.11

Коэффициент набухания некоторых грунтов

Грунт	Кн, доли единицы
Глины: тяжелые вязкие обычные пластичные	2–1,5 1,5
Суглинки: тяжелые средние легкие	1,5–1,45 1,45–1,2 1,2
Супеси	1,15–1,05
Пески: пылеватые глинистые крупнозернистые	1,1 1,05 1,0

 

Коэффициент разрыхления грунта К_р — это отношение объема разрыхленного грунта к объему грунта в природном состоянии (табл. 1.12).

Таблица 1.12

Коэффициент разрыхления грунтов

Грунт	Кр, доли единицы
Чистый песок и гравий	1,05–1,2
Суглинистый и супесчаный грунт	1,2–1,25
Глина и плотная глина с галькой	1,3–1,4
Щебенистый грунт	1,4–1,45

 

Угол естественного откоса φ_е — это наибольший (предельный) угол наклона откоса уступа к горизонту с сохранением устойчивого состояния (когда грунт не осыпается и не оплывает). Этот угол зависит от характера и влажности грунтов (табл. 1.13).

Таблица 1.13

Угол естественного откоса

Грунт	Угол естественного откоса φе в градусах для грунта
	сухого	влажного	мокрого
Растительный	40	35	25
Песок крупный	30–35	32–40	25–27
Песок средний	28–30	35	25
Песок мелкий	25	30–35	15–20
Суглинок	40–50	35–40	25–30
Глина жирная	40–45	35	15–20
Гравий	35–40	35	25–30
Торф (без корней)	40	25	15

 

Сцепление С — свойство грунта, характеризующее его связность. Чем больше сцепление грунта, тем грунт прочнее и тем больший расход воды требуется на его размыв (табл. 1.14).

 

Таблица 1.14

Удельное сцепление частиц грунта и расход воды на его размыв

Грунт	Сцепление, C МПа	Удельный расход воды q, м3, на размыв 1 м3 грунта
Песок пылеватый	0,004–0,008	4–6
Супесь	0,007–0,042	4–10
Суглинок	0,019–0,068	10–16
Глина	0,037–0,082	12–18
Жирная глина	0,047–0,094	14–20

Угол внутреннего трения φ характеризует сопротивление грунта сдвигу.

Для сыпучих рыхлых грунтов угол внутреннего трения приближается к углу естественного откоса (табл. 1.15)

Таблица 1.15

Угол внутреннего трения φ для несвязанных грунтов

Грунт	Угол внутреннего трения φ, в градусах для грунтов
	сухого	влажного	водонасыщенного
Песок крупный и гравелистый средней крупности мелкий пылеватый	33–37 30–33 27–33 27–33	30–35 27–30 25–30 22–25	30–35 25–28 22–28 18–22
Гравий и галька	40	40	40
Супесь	22–27	20–25	15–18
Торф	25	20	15
Растительный грунт	40	35	25

 

Водопроницаемость — это способность грунтов пропускать воду под действием силы тяжести или гидростатического напора.

Водопроницаемость оценивается коэффициентом фильтрации К_ф, который зависит от состава, степени уплотненности, структуры и сложения грунтов. Обычно коэффициент фильтрации К_ф выражается в единицах скорости, м/сут, м/с (табл. 1.16).

Таблица 1.16

Коэффициент фильтрации для некоторых видов грунтов

Грунт	Коэффициент фильтрации Кф, м/сут
Песок: пылеватый, фракции 0,01–0,05 мм мелкозернистый, фракции 0,1–0,25 мм среднезернистый, фракции 0,25–0,5 мм крупнозернистый, фракции 0,5–1,0 мм	0,5–1,0 10–15 20–25 60–75
Супесь: плотная рыхлая	0,1–0,01 1,0–0,1
Суглинок: тяжелый легкий и средний	0,05–0,01 0,04–0,005
Глина	менее 0,001
Галечник: с песком чистый	20–100 до 200
Гравий: с песком чистый	75–150 100–200

 

Абразивность грунта — это способность разрабатываемых грунтов истирать (изнашивать) рабочие органы и оборудование гидромеханизации.

Абразивные свойства грунта зависят от гранулометрического состава, степени окатанности и твердости зерен. Абразивность грунта в зависимости от степени окатанности и твердости его частиц учитывается коэффициентом абразивности К_а по шкале, разработанной Б.М. Шкун­ди­ным,  которая  составлена  на основании  твердости минералов по Моосу (табл. 1.17) [9].

Таблица 1.17

Коэффициенты абразивности грунтов (по Б.М. Шкундину)

Грунт	Степень окатанности зерен грунта	Ка при средней твердости по Моосу
		5	6	7
Песок мелкий и средней крупности	>8 8–6,5 <6,5	0,2 0,3 0,4	0,5 0,8 1,3	0,6 0,9 1,5
Песок разнозернистый крупный и гравелистый	>8 8–6,5 <6,5	0,3 0,4 0,7	0,9 1,3 2,2	1,0 1,5 2,5
Песчано-гравийный грунт	>8 8–6,5 <6,5	0,9 1,3 2,2	2,7 4,0 6,5	3,0 4,5 7,5

Если известна интенсивность износа трубопроводов, рабочих органов и другого оборудования гидромеханизации при некоторых средних значениях условий эксплуатации, то, пользуясь этой таблицей, можно прогнозировать износ и в других условиях.

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

Цытович И.А. Механика грунтов

τ = σ tgφ + c,

(1.5)

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.

ТАБЛИЦА 1.17. НОРМАТИВНЫЕ ЗНАЧЕНИЯ УДЕЛЬНЫХ СЦЕПЛЕНИИ c, кПа, И УГЛОВ ВНУТРЕННЕГО ТРЕНИЯ φ, град, ПЕСЧАНЫХ ГРУНТОВ

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).

ТАБЛИЦА 1.18. НОРМАТИВНЫЕ ЗНАЧЕНИЯ УДЕЛЬНЫХ СЦЕПЛЕНИЯ c, кПа, И УГЛОВ ВНУТРЕННЕГО ТРЕНИЯ φ, град, ПЫЛЕВАТО-ГЛИНИСТЫХ ГРУНТОВ ЧЕТВЕРТИЧНЫХ ОТЛОЖЕНИЙ

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).

Рис. 1.5. Зависимость сопротивления срезу грунта τ от нормального напряжения σ

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).

Значения φ и с, полученные по методике медленного консолидированного среза, используются для определения расчетного сопротивления грунта, а также для оценки несущей способности основания, находящегося в стабилизированном состоянии (все напряжения от внешней нагрузки восприняты скелетом грунта). Значения φ и с, полученные по методике быстрого неконсолидированного среза, используются для определения несущей способности медленно уплотняющихся водонасыщенных суглинков и глин, илов, сапропелей, заторфованных грунтов и торфов. В таких грунтах возможно возникновение нестабилизированного состояния (наличие избыточного давления в поровой воде) вследствие их медленной консолидации или быстрой передачи нагрузки от сооружения (силосы, резервуары, склады сырья и т.п.).

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).

Рис. 1.6. Круги Мора по результатам испытания грунта в приборе трехосного сжатия

Общая касательная к этим кругам удовлетворяет условию прочности (1.5) и позволяет определить характеристики φ и с.

В приборах трехосного сжатия проводят следующие испытания:

• – недренированное — дренирование воды из образца грунта отсутствует в течение всего опыта;
• – консолидировано-недренированное — дренирование обеспечивается в процессе приложения гидростатического давления и образец полностью уплотняется, в процессе приложения осевых нагрузок дренирование отсутствует;
• – дренированное — дренирование обеспечивается в течение всего 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.

Количественной характеристикой прочности скальных грунтов является предел прочности на одноосное сжатие R_c, определяемый раздавливанием образца грунта и вычисляемый по формуле

R_с = P/F,

(1.6)

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).

Рис. 1.7. Схемы испытаний грунта в скважинах на срез

а — кольцевой; б — поступательный; в — вращательный крыльчаткой: 1 — лопасти; 2 — распорные штампы; 3 — скважины; 4 — штанги; 5 — устройства для создания и измерения усилия

Метод вращательного среза с помощью крыльчатки, вдавливаемой в массив грунта или в забой буровой скважины (см. рис. 1.7), позволяет определить сопротивление срезу τ, поэтому его рекомендуется применять при слабых пылевато-глинистых грунтах, илах, сапропелях, заторфованных грунтах и торфах, так как для них угол внутреннего трения практически равен нулю и можно принять с = τ. Испытания крыльчаткой проводят на глубинах до 20 м.

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:

qc, МПа	1	2	4	7	12	20	30
φ, град	26	28	30	32	34	36	38

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

Песок	Значения φ, град, МПа при qd, МПа
	2	3,5	7	11	14	17,5
Крупный и средней крупности	30	33	33	38	40	41
Мелкий	28	30	33	35	37	38
Пылеватый	28	28	30	32	34	35

elima.ru › Скрипты › Таблицы 1

Присхождение и возраст грунтов		Наименование грунтов и пределы нормативных значений их показателя текучести		Модуль деформации грунтов Е, [МПа] (кгс/см2), при коэффициенте пористости е, равном
				0,35	0,45	0,55	0,65	0,75	0,85	0,95	1,05	1,2	1,4	1,6
Четвертичные отложения	Аллювиальные, делювиальные	Супеси	0<IL≤0,75	–	32(320)	24(240)	16(160)	10(100)	7(70)	–	–	–	–	–
		Суглинки	0<IL≤0,75 0,25<IL≤0,5 0,5<IL≤0,75	– – –	34(340) 32(320) –	27(270) 25(250) –	22(220) 19(190) 17(170)	17(170) 14(140) 12(120)	14(140) 11(110) 8(80)	11(110) 8(80)) 6(60)	– – 5(50)	– – –	– – –	– – –
	Озерные, озерно- аллювиальные	Глины	0<IL≤0,75 0,25<IL≤0,5 0,5<IL≤0,75	– – –	– – –	28(280) – –	24(240) 21(210) –	21(210) 18(180) 15(150)	18(180) 15(150) 12(120)	15(150) 12(120) 9(90)	12(120) 9(90) 7(70)	– – –	– – –	– – –
	Флювиогля- циальные	Супеси	0<IL≤0,75	–	33(330)	24(240)	17(170)	11(110)	7(70)	–	–	–	–	–
		Суглинки	0<IL≤0,75 0,25<IL≤0,5 0,5<IL≤0,75	– – –	40(400) 35(350) –	33(330) 28(280) –	27(270) 22(220) 17(170)	21(210) 17(170) 13(130)	– 14(140) 10(100)	– – 7(70)	– – –	– – –	– – –	– – –
	Моренные	Супеси суглинки	IL≤0,5	75(750)	55(550)	45(450)	–	–	–	–	–	–	–	–
Юрские отложения оксфордского яруса		Глины	-0,25<IL≤0 0<IL≤0,25 0,25<IL≤0,5	– – –	– – –	– – –	– – –	– – –	– – –	27(270) 24(240) –	25(250) 22(220) –	22(220) 19(190) 16(160)	– 15(150) 12(120)	– – 10(100)

31. Сопротивление грунтов сдвигу. Основные понятия.

При рассмотрении равновесия отдельной частицы песчаного грунта на открытом откосе.

φ – угол естественного откоса.

Из рассматриваемого равновесия этой частицы можно написать следующее уравнение: f = T/N= (Gsinφ)/(Gcosφ) =tgφ,T- сдвигающая сила,S– удерживающая сила,G– сила тяжести,N– нормаль к плоскости сдвига,f– коэффициент трения.

Под действием внешней нагрузки в отдельных точках грунтового массива напряжения могут превысить связи между частицами. При этом возникают скольжения и сдвиги одних частиц или агрегатов по другим и может нарушиться сплошность грунта, т.е. прочность его будет превышена. Под прочностью подразумевается свойство материала сопротивляться разрушению или развитию больших пластичных деформаций, приводящих к недопустимым искажениям формы тела.

С – удельное сцепление грунта — характеризует связность грунта, зависит от наличия жестких и водно-коллоидных связей, структуры грунта.

Внутренние сопротивления препятствуют сдвигу частиц. В идеально сыпучих телах будет лишь трение, возникающее в точках контакта частиц. В идеально связных грунтах (вязкие дисперсные глины) перемещение частиц будут сопротивления только внутренних структур связей и вязкость водно-коллоидных оболочек. Природные глины обладают как вязкими (водно-коллоидными) так и жесткими кристаллическими связями, до тех пор пока действие напряжений внутренних связей не преодолены. Глины ведут себя как твердые тела, обладающие лишь упругими связями сцепления. Под силами сцепления будем подразумевать сцепление структурных связей всякому перемещению связных частиц независимо от величины внешнего давления. Если нагрузка будет такова, что эффективные напряжения превзойдут прочность жестких структурных связей. То в точках контакта частиц и по поверхности их водно-коллоидных оболочек сдвижению частиц будут сопротивляться еще оставшиеся и вновь возникающие водно-коллоидные связи.

Для характеристики сил трения между частицами внутри массива вводиться понятие угла внутреннего трения — φи уд. сцепление – С.

tgφ– характеризует соотношение между нормальным и сдвиговым напряжениями внутри массива, а С – сопротивление структурных связей всякому перемещению.

φ и С – основные прочностные показатели сопротивления грунта сдвигу.

32. Угол внутреннего трения и удельное сцепление

Для характеристики сил трения между частицами внутри массива вводиться понятие угла внутреннего трения — φи уд. сцепление – С.

tgφ– характеризует соотношение между нормальным и сдвиговым напряжениями внутри массива, а С – сопротивление структурных связей всякому перемещению.

φ и С – основные прочностные показатели сопротивления грунта сдвигу.

Под действием внешней нагрузки в отдельных точках грунтового массива напряжения могут превысить связи между частицами. При этом возникают скольжения и сдвиги одних частиц или агрегатов по другим и может нарушиться сплошность грунта, т.е. прочность его будет превышена. Под прочностью подразумевается свойство материала сопротивляться разрушению или развитию больших пластичных деформаций, приводящих к недопустимым искажениям формы тела.

С – удельное сцепление грунта — характеризует связность грунта, зависит от наличия жестких и водно-коллоидных связей, структуры грунта.

11.2.1. Общие положения по проектированию оснований на насыпных грунтах

11.2.1. Общие положения

К насыпным грунтам относятся:

• – грунты с нарушенной естественной структурой;
• – отвалы отходов различных производств;
• – свалки всевозможных материалов, напластования которых образовались в результате засыпки оврагов, котлованов, карьеров, местных понижений при планировке территорий грунтами, полученными при разработке котлованов, траншей, планировке территорий срезкой, вскрышных работах при открытой разработке полезных ископаемых и т. д., а также отходами различных производств.

В зависимости от способа укладки, однородности состава и сложения, вида исходного материала, степени самоуплотнения от собственного веса насыпные грунты подразделяются на отдельные группы и виды согласно табл. 11.13 [7].

Насыпные грунты в материалах инженерно-геологических изысканий, а также в проектах оснований и фундаментов именуются с дополнительным указанием их видов в зависимости от: однородности состава и сложения, способа укладки, вида исходного материала, составляющего основную часть насыпи, и степени уплотнения их от собственного веса. При наличии крупных включений, имеющих контакты между собой, насыпные грунты именуются по виду этих включений с указанием материалов, заполняющих поры и пустоты.

К планомерно возведенным относятся насыпи, сооружаемые по заранее разработанному проекту из однородных грунтов или отходов производств (без содержания органических включений) путем отсыпки их в целях планировки территорий и использования ее под застройку с уплотнением грунтов до заданной по проекту плотности.

ТАБЛИЦА 11.13. КЛАССИФИКАЦИЯ НАСЫПНЫХ ГРУНТОВ

Подразделение насыпных грунтов	Виды насыпных грунтов и их характеристика
По способу укладки	1. Отсыпанные автомобильным или железнодорожным транспортам, скреперами, бульдозерами и т.п.
По однородности состава и сложения	1. Планомерно возведенные насыпи (обратные засыпки) и подсыпки (подушки), характеризующиеся практически однородным составом, сложением и равномерной сжимаемостью 2. Отвалы грунтов и отходов производств, имеющие практически однородный состав и сложение, но неравномерную плотность и сжимаемость 3. Свалки грунтов, отходов производств и бытовых отходов, характеризующиеся неоднородным составом и сложением, неравномерной плотностью и сжимаемостью, а также содержанием органических включений
По виду исходного материала, составляющего основную часть насыпи	1. Естественные грунты: крупнообломочные, песчаные, глинистые 2. Отходы производств: шлаки, золы, формовочная земля, хвосты обогатительных фабрик и т.п. 3. Бытовые отходы
По степени уплотнения от собственного веса	1. Слежавшиеся — процесс уплотнения от собственного веса закончился 2. Неслежавшиеся — процесс уплотнения от собственного веса продолжается

Планомерно возведенные насыпи обычно сооружаются с соответствующей подготовкой поверхности для ее отсыпки, включающей: полную или частичную планировку, срезку растительного заторфованного слоя, уборку мусора, отходов органического происхождения и т.п. [3].

Отвалы грунтов и отходов производств представляют собой отсыпки различных видов грунтов, полученных при разработке котлованов, срезке площадей, при их планировке, проходке подземных выработок и т.п., или отходов производств: шлаков, золы, формовочной земли, отходов обогащения полезных ископаемых и т.п., содержащих органические включения не более 0,05 по весу.

Свалки грунтов, отходов производств и бытовых отходов представляют собой отсыпки, образовавшиеся в результате неорганизованного накопления различных материалов и обычно характеризующиеся повышенным (более 0,5) содержанием органических включений.

Ориентировочные периоды времени самоуплотнения насыпных грунтов от их собственного веса, по истечении которых грунты могут быть отнесены к слежавшимся, принимаются по табл. 11.14.

ТАБЛИЦА 11.14. ОРИЕНТИРОВОЧНЫЕ ПЕРИОДЫ ВРЕМЕНИ, НЕОБХОДИМЫЕ ДЛЯ САМОУПЛОТНЕНИЯ НАСЫПНЫХ ГРУНТОВ

Виды грунтов	Период времени, год
Планомерно возведенные насыпи (при их недостаточном уплотнении):    из песчаных грунтов    из глинистых грунтов	0,5—2 2—5
Отвалы грунтов и отходов производств:    из песчаных грунтов    из глинистых грунтов    из шлаков, формовочной земли    из золы, колошниковой пыли	2—5 10—15 2—5 5—10
Свалки грунтов и отходов производств:    из песчаных грунтов, шлаков    из глинистых грунтов	5—10 10—30

Основания, сложенные насыпными грунтами, проектируются с учетом специфических особенностей этих грунтов, заключающихся в возможной значительной неоднородности по составу, толщине, неравномерной сжимаемости, самоуплотнении от собственного веса, особенно при вибрациях от работающего оборудования, городского и промышленного транспорта, при изменениях гидрогеологических условий, замачивании насыпных грунтов, разложении органических включений.

Неравномерная сжимаемость оснований, сложенных насыпными грунтами, обычно вызывается:

• – изменением состава насыпных грунтов в плане и по глубине;
• – неравномерной плотностью насыпных грунтов;
• – изменением влажности, в особенности для глинистых грунтов;
• – различной толщиной слоя насыпных грунтов в основании;
• – наличием в насыпных грунтах сильносжимаемых слоев и прослойков;
• – повышенным содержанием органических включений;
• – залеганием ниже насыпных грунтов сильносжимаемых подстилающих грунтов и изменением их толщины на застраиваемом участке;
• – наличием в насыпных грунтах крупных включений или пустот, соизмеримых с шириной фундаментов.

Исходными данными по проектированию оснований и фундаментов на насыпных грунтах являются материалы инженерно-геологических изысканий, содержащие данные по способу отсыпки, составу, однородности сложения, давности отсыпки, виду, толщине слоя насыпных грунтов, их физико-механических характеристик, в том числе изменчивость сжимаемости, содержание органических включений.

Крутов В.И., Эйдук Р.П. Устройство обратных засыпок котлованов

СНиП 2.02.01-83* Основания зданий и сооружений

Насыпной грунт характеристики

Вернуться на страницу «Расчет оснований и фундаментов»

Согласно СП 22.13330.2011:

Таблица В.9 — Расчетные сопротивления R₀ насыпных грунтов

 

 

Характеристика насыпи	R0, кПа
	Пески крупные, средней крупности и мелкие, шлаки и т.п. при степени влажности		Пески пылеватые, супеси, суглинки, глины, золы и т.п. при степени влажности
	Sr ≤ 0,5	Sr ≥ 0,8	Sr ≤ 0,5	Sr ≥ 0,8
Насыпи, планомерно возведенные с уплотнением	250	200	180	150
Отвалы грунтов и отходов производств:
с уплотнением	250	200	180	150
без уплотнения	180	150	120	100
Свалки грунтов и отходов производств:
с уплотнением	150	120	120	100
без уплотнения	120	100	100	80
Примечания Примечания: 1. Значения R0 в настоящей таблице относятся к насыпным грунтам с содержанием органических веществ Iom ≤ 0,1. 2. Для неслежавшихся отвалов и свалок грунтов и отходов производств значения R0 принимаются с коэффициентом 0,8.