Файл: Скотников В.А. Основы теории проходимости гусеничных мелиоративных тракторов [учеб. пособие].pdf

Условие предельного напряженного состояния (1.48) можно выразить и через главные напряжения в виде уравнения

<*i + ° з + tg<P

которое получается из рассмотрения диаграммы сдвига и широ­ ко распространено в практических расчетах.

Г'

Экспериментальное определение сопротивления торфяного грунта сдвигу производится в лабораторных и полевых условиях. Распространенными методами этих испытаний в лабораторных условиях являются испытания при прямом срезе и на трехосное сжатие.

Испытания п р и п р я м о м с р е з е производятся на одноили 'двухсрезных приборах, когда сдвиг грунта происходит по заранее фиксированной поверхности (рис. 1.21). Сопротивление

где Р — вертикальная нагрузка;

F— площадь среза;

Т— наибольшее сдвигающее усилие.

Наибольшее сдвигающее усилие, как было показано выше, зависит от уплотняющей нагрузки на грунт. Поэтому сопротив­ ление сдвигу определяют для разных вертикальных нагрузок (не менее трех) и по полученным данным строят график сопротив­ ления сдвигу, или диаграмму сдвига (рис. 1.23).

42

на сдвиг после предварительного уплотнения вертикальной на­ грузкой до полной стабилизации осадки (прямая 1), другие об­ разцы испытывались на срез сраз*у после приложения уплотняю­ щего давления (прямая 2). В этой связи в зависимости от усло­ вий, в которых будет находиться торфяной грунт под действием приложенных нагрузок, различают два вида испытаний на срез: консолидированно-дренированный, когда вертикальная нагрузка полностью передается на скелет грунта, и неконсолидированный, когда за время действия сдвигающей нагрузки плотность и влаж­ ность грунта изменяются незначительно.

На сдвигающее усилие 'большое влияние оказывает также и время его действия. С увеличением времени действия сдвигаю­ щей нагрузки сопротивление сдвигу уменьшается. Предельно длительное сопротивление сдвигу (когда каждая ступень сдви­ гающей нагрузки прикладывается после практически полного затухания горизонтальных деформаций от предыдущей), как по­ казывают исследования, примерно в 2—2,5 раза меньше мгно­

П р и м е ч а й и е. Сдвигающие усилия даны для древесно-тростникового торфа (/?=• =35 - 40%) .

Таким образом, сопротивление торфяных грунтов сдвигу, помимо влажности, плотности и нормального напряжения, зави­ сит еще и от времени. Соответственно этому условие предель­ ного напряженного состояния торфяных грунтов должно быть записано так:

43

где с( и ф,— соответственно сцепление и угол внутреннего трения, изменяющиеся в зависимости от време­ ни действия сдвигающей нагрузки от мгновен­ ных с м г „ п ф м п , до предельно длительных сд л и фл л .

Испытания на т р е х о с н о е с ж а т и е позволяют в лабо­ раторных условиях исследовать прочностные и деформативные

" Г Г Т

б,

Образец

свойства торфяных грунтов при объемном напряженном состоя­ нии. Принцип трехосного сжатия заключается в том, что к об­ разцу грунта, помещенному в тонкую резиновую оболочку, при­ кладывается всестороннее гидравлическое давление ("рис. 1.24), а разрушение производят увеличением вертикальной нагрузки при постоянном горизонтальном давлении. В этом случае' обра­ зец грунта имеет возможность ограниченного бокового расшире­ ния и испытание ближе соответствует работе грунта в естествен­ ных условиях. Поэтому испытания на трехосное сжатие дают наиболее надежные результаты сопротивления сдвигу.

Напряженное состояние образца грунта во время опыта ха­ рактеризуется тем, что два равных друг другу горизонтальных напряжения аз создаются всесторонним давлением, а вертикаль­ ное напряжение — давлением ai = a% + q, представляющим собой

сумму всестороннего (сг3) и осевого [я ~ ~~р~) Д а в л е н ™ .

прямую) к кругам Мора, построенным для двух-трех испытаний (рис. 1.25).

44

настоящее время широко распространен в практике исследований свойств пластичных грунтов (глинистых, илистых, мерзлых, тор­ фяных) .

Сущность метода заключается в том, что силы сцепления определяются по отпечатку, получающемуся в результате вдав­

где Р — нагрузка на штамп; D — диаметр сферы;

s — осадка сферического штампа в торф;

М — коэффициент, зависящий от угла внутреннего трения:

зей практически прекратится. Опыты показывают, что предельно длительное сцепление торфов примерно в два раза меньше мгно­ венного (определенного по осадке штампа в течение 3—5 секунд после приложения нагрузки).

46

Г л а в а 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

СОПРОТИВЛЕНИЯ ТОРФЯНЫХ ГРУНТОВ ВДАВЛИВАНИЮ ШТАМПОВ

§ 2.1. Общие сведения

Прочностные и деформативные характеристики торфяных грунтов наиболее полно и качественно можно изучить на мате­ риалах исследований, проведенных в натурных условиях посред­ ством вдавливания штампа. В этом случае грунт исследуется с сохранением структуры, что в лабораторных условиях выпол­ нить весьма трудно. Кроме того, использование штампов со сравнительно большими площадями позволяет прикладывать к ним значительные усилия, а следовательно, получить значитель­ ные осадки, которые можно замерить с большой точностью и исключить влияние погрешностей.

Полевыми опытными нагрузками в основном решают две задачи:

1) определение модуля деформации грунта в условиях его естественного залегания;

2) выяснение величины и характера деформаций, а также определение предела несущей способности грунта.

§ 2.2. Характер разрушения торфяных грунтов

при вдавливании штампа

В процессе приложения нагрузки на штамп, расположенный на минеральном грунте, можно различить три характерные фа­ зы напряженного состояния грунта под штампом (по Н. М. Гер­

тем, что при загрузке штампа скорость деформации с течением

предела, в этой фазе пористость грунта уменьшается, т. е. грунт уплотняется.

В т о р а я ф а з а ( ф а з а с д в и г о в ) характерна тем, что скорость деформации грунта не затухает, а приобретает постоян­ ное значение (рис. 2.1,6), т. е. во второй фазе напряженного

47

состояния грунта возникают незатухающие с течением времени деформации ползучести. Состояние грунта во второй фазе обус­ ловливается возникновением в грунте площадок сдвигов, причем незатухающие деформации — следствие ряда следующих друг

время возрастает (рис. 2.1,б), вызывая полное нарушение усло­ вий прочности грунта.

Рис. 2.1. Фазы напряженного состояния минерального грунта под штампом.

Исследования Н. А. Цытовича, С. С. Вялова и других пока­ зали, что для пластичных грунтов фаза сдвигов всегда перехо­ дит в фазу прогрессирующего течения. В связи с этим Н. А. Цытович'ем предложено рассматривать не три фазы напряженного состояния грунтов, а две:

1)фазу уплотнения и локальных сдвигов;

2)фазу развития значительных сдвигов.

В первой фазе зависимость между напряжениями и дефор­ мациями с достаточной для практических целей точностью может приниматься линейной. При дальнейшем росте нагрузки у краев штампа образуются локальные сдвиги, а под штампом начинает формироваться уплотненное ядро, т. е. наступает вторая фаза — фаза развития значительных сдвигов. Во время окончания фор­ мирования уплотненного ядра несущая способность грунта ис­ черпывается полностью. Это состояние соответствует предельной нагрузке на грунт или максимальной несущей способности грун­ та. Происходит выпирание грунта на поверхность и в стороны, т-. е. потеря устойчивости основания.

Для торфяных грунтов деформированное состояние оказы­ вается отличным от описанной выше схемы.

Опыты С. С. Корчунова, П. А. Дрозда и других показали, что фаза выпирания у торфяных грунтов отсутствует как при быстром возрастании нагрузки, так и при длительных испы­ таниях.

48