Способ определения прочности грунтов и устройство для его осуществления а.я.егорова

 

Использование: в строительстве и горном деле при определении прочности грунта на сдвиг при анализе устойчивости откосов выемок. Сущность: способ определения прочности грунтов включает построение расчетного поперечника исследуемого откоса выемки, установление основного деформирующегося горизонта и расчетной линии по данным натурных измерений и геологической разведки, выделение расчетных отсеков с различным напряженным состоянием и гидрогеологическими условиями и проведение сдвиговых испытаний грунта. Для этих испытаний образцы грунта отбирают из каждого расчетного отсека и помещают их в прямоугольные сдвиговые обоймы по количеству расчетных отсеков, которые соединяют последовательно. Обоймы имеют длину, пропорциональную в выбранном масштабе длине участка расчетной линии скольжения по каждому расчетному отсеку. Нижняя обойма 13 превышает по длине верхнюю 11 в направление сдвига, а обнаженную поверхность образца в нижней обойме 24 подготавливают до состояния поверхности скольжения. Нагрузку на образец в каждой обойме принимают равной среднему значению бытовой нагрузки от веса грунта по соответствующему отдельно взятому расчетному отсеку с учетом разложения сил по наклонной поверхности скольжения и воздействия природных сил. После отбора образцов предварительно проводят опытные испытания путем отдельного и совместного одновременного сдвигов всех образцов с фиксацией суммарного сопротивления сдвигу пикового и установившегося в процессе перемещения обойм с постоянной скоростью. Тип соединения обойм подбирают в зависимости от возможного механизма и условий деформирования откоса. Основные испытания выполняют по схеме одновременного и совместного сдвига, при которой в опытных испытаниях получены наименьшие значения суммарного сопротивления сдвигу, причем величину последнего по каждой отдельно взятой обойме рассчитывают по формуле с учетом измеренных данных. Устройство для реализации способа содержит верхние подвижные 11 и раздвижные по длине и нижние 13 неподвижно закрепленные в станине 20 обоймы. Обоймы установлены по одной линии с возможностью соединения гибкими тягами 17 и размещения между ними съемных прокладок 18. Обоймы имеют индивидуальные штампы 15. 2 с. п. ф-лы, 4 ил. 7 табл.

Изобретение относится к горному делу и строительству, предназначено для определения прочности грунтов на сдвиг при анализе устойчивости откосов выемок.

Известны способы [1 и 2] и многочисленные устройства для определения прочности грунтов, включающие отбор образцов грунта, заключение их в жесткие обоймы, приложение вертикальных и сдвигающих нагрузок, раздельное проведение сдвигов по каждой обойме при различных стандартных вертикальных нагрузках, в общем виде учитывающих состояние грунтов и условия их работы.

Общий недостаток этих известных технических решений заключается в том, что они не позволяют учесть конкретные условия и механизм деформирования откосов в натурных условиях.

Наиболее близким к изобретению является способ, заключающийся в построении расчетного поперечника по данным натурных измерений, установление по данным геологической разведки основного деформирующегося горизонта (ОДГ) и расчетной линии скольжения, выделение расчетных отсеков с различным напряженным состоянием и гидрогеологическими условиями, проведение сдвиговых испытаний грунта с приложением вертикальных и горизонтальных нагрузок через сдвиговые обоймы и оценку прочности по полученным данным [3] Недостатком этого способа является то, что оно не позволяет учесть характер взаимодействия оползневых блоков, возникающих при деформировании откосов при проведении сдвиговых испытаний.

Наиболее близким к изобретению также является устройство, включающее станину, жесткую сдвиговую пару обойм прямоугольной формы с превышением длины нижней обоймы в направлении сдвига, противодеформационную стенку, штамп, силонагружатели и измерительные приспособления [2] Недостатком этого устройства является то, что оно не позволяет испытывать грунты ненарушенной структуры, а также учитывать характер взаимодействия оползневых блоков при деформировании откосов.

Технической задачей изобретения является повышение точности экспериментов за счет более полного отражения условий и механизма деформирования откосов выемок.

Техническая задача решается тем, что в способе определения прочности грунтов, включающем построение расчетного поперечника исследуемого откоса выемки по данным натурных измерений, установление по данным геологической разведки основного деформирующегося горизонта и расчетной линии скольжения, выделение расчетных отсеков с различным напряженным состоянием и гидрогеологическими условиями, проведение сдвиговых испытаний грунта с приложением вертикальной и горизонтальной нагрузок через сдвиговые обоймы и оценку прочности по полученным данным, для сдвиговых испытаний из каждого расчетного отсека основного деформирующегося горизонта отбирают образцы грунта и помещают их в соединенные последовательно прямоугольные сдвиговые обоймы по количеству расчетных отсеков, имеющие длину, пропорциональную в выбранном масштабе длине участка расчетной линии скольжения по каждому расчетному отсеку и превышение нижней обоймы над верхней в направлении сдвига и подготавливают поверхность образцов грунта в пределах удлиненных частей нижних обойм до состояния сдвиговой поверхности скольжения, а вертикальную нагрузку на образце в каждой обойме принимают равной среднему значению бытовой нагрузки от веса грунта по соответствующему отдельно взятому расчетному отсеку с учетом разложения сил по наклонной поверхности скольжения и сил воздействия природных и антропогенных и при сдвиге фиксируют суммарное сопротивление сдвигу пиковое и установившееся в процессе перемещения обойм с постоянной скоростью, при этом после отбора образцов грунта предварительно проводят опытные испытания образцов грунта путем сдвига каждого образца отдельно и путем одновременного и совместного сдвига всех образцов, помещенных в соединенные обоймы, тип соединения которых подбирают в зависимости от возможного механизма и условий деформирования откоса, а дальнейшие сдвиговые испытания выполняют по схеме одновременного и совместного сдвига, при которой в опытных испытаниях получены наименьшие значения суммарного сопротивления сдвигу, причем сопротивление сдвигу по каждой отдельно взятой обойме рассчитывают по формуле g^o_1,2,3...n= m_1,2,3...n (1) где m_1,2,3...n коэффициент пропорциональности по каждой сдвиговой обойме, равный · g^p_1,2,3...n (2) n количество ступеней нагрузок, равное количеству расчетных отсеков; Σ g_i^p суммарное сопротивление сдвигу (вычисленное) при раздельных сдвигах, кГ; Σ g_i^o то же, определенное прямым измерением при совместном и одновременном сдвиге, кГ; g_1,2,3...n ^p сопротивление сдвигу, определенное прямым измерением при раздельном сдвиге по отдельно взятой обойме, кГ.

Техническая задача решается также тем, что устройство для определения прочности грунтов, включающее станину, жесткую сдвиговую пару обойм прямоугольной формы с превышением длины нижней обоймы в направлении сдвига, штамп, силонагружатели и измерительные приспособления, согласно изобретению, снабжено дополнительными парами сдвиговых обойм со штампами, съемными прокладками и гибкими тягами с направляющими роликами, установленными на передней части станины, при этом верхние обоймы снабжены крючками для закрепления гибких тяг и выполнены раздвижными по длине с вырезами в нижней части по торцам и имеют большую по отношению к нижним обоймам ширину, а нижние обоймы жестко закреплены на станине, причем обоймы установлены на одной линии с возможностью соединения гибкими тягами и размещения между ними съемных прокладок.

На фиг.1 изображен типичный расчетный поперечник, построенный по данным натурных измерений морфологии уступа и геологической разведки; на фиг.2 схема сдвигового устройства, вид сверху; на фиг.3 вид А-А на фиг.2; на фиг.4 приведен паспорт прочности, построенный по данным экспериментов.

На чертеже даны следующие обозначения:
1 верхняя граница основного деформирующегося горизонта (ОДГ); 2 нижняя граница ОДГ; 3 ОДГ, представленный обводненными слоистыми трещиноватыми глинами с падением слоев в сторону выработанного пространства; 4 расчетная линия скольжения; 5 граница расчетного отсека; 6 номер расчетного отсека; 7 свободная поверхность подземных вод; 8 дневная поверхность уступа выемки; 9 подстилающие ОДГ породы: пески-песчаники; 10 место отбора проб грунта для экспериментов; 11 верхняя разъемная обойма; 12 вырез в нижней части подвижной обоймы; 13 нижняя неподвижная обойма; 14 удлиненная по направлению сдвига часть неподвижной обоймы; 15 индивидуальный штамп; 16 крючок для зацепления петли гибкой тяги; 17 гибкая тяга с петлями; 18 съемная деревянная прокладка; 19 цементная подушка с ячейками; 20 металлическая станина короб; 21 направляющий ролик для гибкой тяги; 22 коромысло для приложения вертикальной нагрузки; 23 гири для приложения вертикальной нагрузки; 24 обнаженная поверхность грунта в нижней обойме; 25 расчетная прямая τ_макс^р ptg ϕ + c для пиковой прочности; 26 то же, что и 25, для установившейся прочности при перемещении обоймы со скоростью 1 см/с.

Способ осуществляют следующим образом.

Инструментальными методами измеряют морфологию уступа. По данным измерений строят типичный расчетный поперечник (фиг.1). По данным геологической разведки, включающей бурение, проходку шурфов, описание обнажений и изучение архивных и опубликованных по району исследований материалов устанавливают элементы ОДГ 1, 2, 3 по аналогии, косвенными и прямыми методами с учетом региональных геологических закономерностей. Определяют расчетную линию скольжения 4 с учетом возможного механизма деформирования и геолого-структурных предпросылок: ритма напластований, наличия трещин и их частоты, элементов залегания. Это наиболее ответственная часть предварительных работ. Очень важно установить расчетную линию скольжения до начала опробования и проведения экспериментов. Далее выделяют расчетные отсеки 5, нумеруют их 6 с учетом напряженного состояния различных участков откоса, гидрогеологических условий 7, конфигурации дневной поверхности откоса 8 и глубины залегания подстилающих ОДГ пород 9. Отбор проб грунта 10 для определения их прочности на сдвиг осуществляют целенаправленно, т.е. только из ОДГ и по каждому расчетному отсеку в количестве, достаточном для получения обобщенных показателей.

Образцы, отобранные для сдвиговых испытаний, помещают в соединенные последовательно прямоугольные сдвиговые обоймы по количеству расчетных отсеков, имеющие превышение нижней обоймы над верхней в направлении сдвига.

Величины вертикальных нагрузок на образец в каждой обойме принимают равными средним значениям бытовых нагрузок от веса грунта по каждому отдельно взятому расчетному отсеку с учетом разложения сил на наклонной поверхности скольжения, которые вычисляются по формуле
σ_i= (3) где σ_i удельная вертикальная нагрузка по i-ому расчетному отсеку от веса грунтов, МПа;
Р_i вес блока в границах расчетного отсека шириной 1 м, МН;
α_i угол наклона расчетной линии скольжения, град.

l_i длина участка расчетной линии скольжения по i-тому отсеку, м.

В случае необходимости учитывается силовое воздействие подземных вод по каждому расчетному отсеку по формуле
Ф_i ^N γ_ow_iI˙sin(β_i-α_i)˙ 1м (4) где Ф_i ^N вертикальная составляющая силового воздействия подземных вод, которая приплюсовывается к σ_i МПа;
γ_o плотность воды, равная 0,01 МН/м³;
w_i площадь обводненной части расчетного отсека, м²;
I гидравлический градиент;
β_i уклон равнодействующей фильтрационного давления, град.

α_i угол наклона расчетной линии скольжения, град.

Сейсмические силы вычисляются с учетом коэффициента сейсмичности.

Вес оборудования, отвалов и др. объектов учитывается по тем расчетным отсекам, где они имеют место увеличением соответствующих вертикальных нагрузок.

Общую величину вертикальной нагрузки по каждой сдвиговой обойме вычисляют умножением σ_i на площадь сдвига.

Вычисляют необходимые длины сдвиговых обойм пропорционально равными в выбранном масштабе соответствующим длинам участков расчетной линии скольжения по каждому расчетному отсеку. Подготавливают разъемные сдвиговые обоймы соответствующей длины, закрепляют на станине заполненные грунтом обоймы, соединяют их "гибкими" или "жесткими" тягами, загружают соответствующими вертикальными нагрузками. Сдвиговые обоймы располагают в том порядке, в каком они соответствуют расчетным отсекам, отражающим реальное расположение оползневых блоков.

При проведении экспериментов предварительно проводят опытные испытания образцов грунта по схеме "раздельный сдвиг" с целью определения коэффициентов пропорциональности по формуле (2), а также по схеме "одновременный и совместный сдвиг" всех обойм разом при различных типах их соединения между собой. При этом "жесткое" соединение моделирует совместную работу оползневых блоков (расчетных отсеков) при их перемещении, а "гибкое" условия, когда имеет место смещение неустойчивого блока и вовлечение им за собой более устойчивых блоков, когда грунты вовлеченного блока работают на растяжение. Основная цель опытных испытаний выявить схему испытаний, при которой получаются минимальные значения сдвигающих усилий. В процессе сдвигов фиксируют пиковую и установившуюся при перемещении с постоянной скоростью прочность. С целью достижения условий сопоставимости и сравнения промежуточных результатов количество испытаний по каждой схеме должно быть равным и достаточным для обобщения методами статистики.

Дальнейшие сдвиговые испытания выполняют по схеме одновременного и совместного сдвига, при которой были получены минимальные значения суммарного сопротивления сдвигу.

Сопротивление сдвигу по каждой отдельно взятой обойме рассчитывают по формуле (1).

Способ реализуют с помощью устройства, состоящего из верхних разъемных, раздвижных обойм 11 с вырезами 12 в нижней части по торцам и нижних неподвижных обойм 13, имеющих удлиненную часть 14 по отношению к верхним обоймам в направлении сдвига. Верхние обоймы снабжены индивидуальными штампами 15 и крючками 16 для зацепления к ним гибких тяг 17 при помощи петель. Обоймы имеют прямоугольную форму и установлены на одной линии с возможностью соединения гибкими тягами 17 и размещения между ними съемных деревянных прокладок 18. Нижние обоймы 13 жестко крепятся в цементной подушке 19, которая укладывается в металлической станине 20 в специально подготовленные для них ячейки соответствующих размеров.

Направляющие ролики 21 служат для соединения двух гибких тяг в одну ветвь для передачи ее на сдвиговой силонагружатель (на чертежах не показан). Вертикальная нагрузка передается через коромысло 22 гирями 23. Ширина верхних обойм 11 превышает ширину нижних 13, что позволяет избежать трения боковых нижних кромок верхних обойм о грунт и металл по металлу при сдвиге. Дополнительным условием для этого должно быть превышение уровня образца грунта в нижней обойме на 2-3 мм над ее верхней кромкой.

Большая длина со стороны переднего торца нижних обойм 11 по отношению к длине верхних обойм позволяет перемещать верхнюю обойму без изменения площади сдвига, которое имеет место (уменьшение площади) при сдвигах известными устройствами, снижающее точность эксперимента. Это "удлинение" позволяет продолжить сдвиг и определить установившуюся при перемещении с постоянной скоростью прочность. Для большей эффективности верхнюю часть грунта 24 на этом участке подготавливают таким образом, чтобы она имела вид поверхности сдвига. Такая подготовка поверхности грунта исключает возможностью задира грунта и резко снижает возможность перекоса обойм при их перемещении. Уже при перемещении на 1 мм вновь сформированная поверхность скольжения переходит в подготовленную предварительно. Пpи необходимости такую подготовленную поверхность смачивают, если определяют прочность по смоченной трещине. Величина удлинения экспериментально установлена 5 см.

Индивидуальные штампы 15 служат для равномерного распределения вертикальной сосредоточенной нагрузки по всей площади верхней сдвиговой обоймы. Их длина может изменяться в зависимости от величины расчетной изменяющейся длины сдвиговой обоймы. Хорошо показала себя в экспериментах пластина из фанеры толщиной 1 см. Она оказалась достаточной жесткой и упругой при нагрузках до 50 кг. При этом древесина более достоверно моделирует природные условия по сравнению с жесткими металлическими штампами, которым в природе нет аналогов.

Использование гибких тяг позволяет моделировать "нежесткий" тип взаимодействия между оползневыми блоками.

Крепление тяг 17 и местоположение крючков 16 позволяет в процессе сдвига несколько уплотнять грунт в обойме, моделируя реальные условия деформирования (сжатие) в случае, когда верхние блоки толкают нижерасположенные.

Съемные деревянные прокладки 18 в виде параллелепипедов имеют ширину, равную зазору между верхними подвижными обоймами в рабочем состоянии (под сдвиговой нагрузкой) и высоту, равную высоте подвижной обоймы, и служат для моделирования жесткой связи между оползневыми блоками. В экспериментах хорошо зарекомендовала деревянная прокладка, более достоверно отражающая натурные условия по сравнению с металлическими прокладками. После размещения в обоймах образцов грунта производят испытания на сдвиг по вышеописанным схемам.

П р и м е р. Анализ оползневого уступа на одном из карьеров Верхнекамского фосфорудника высотой 12,6 м, крутизной откоса 33^о. сложенного мелкотрещиноватыми слоистыми глинами юрского возраста, с падение слоев в сторону выработанного пространства под углом 12^о, обводненных в нижней части, с плотностью грунтов 0,02 МН/м³.

На фиг.1 приведен типичный расчетный поперечник в масштабе 1:200; Границы 1, 2 ОДГ 3 определены по данным изучения геологических отчетов по месторождению, данным геолого-разведочного бурения, изучения трещиноватости, в том числе по обнажениям, исследования свойств грунтов косвенными методами непосредственно в полевых условиях (микропенетрацией, резанием);
По данным этих исследований ОДГ представлен обводненной частью трещиноватых глин. Мощность его 2,2 м.

Расчетная линия скольжения 4 обусловлена геологическим строением уступа и имеет ступенчатый профиль, наследуя ослабленные поверхности в массиве. Наклонные ее участки приурочены к поверхностям напластования, а вертикальные к тектоническим поперечным трещинам. Такой тип линии скольжения отмечается и на соседних участках с аналогичными геологическими условиями.

Границы 5 расчетных отсеков 6 определялись с учетом напряженного состояния пород в массиве, степени их обводненности и возможного механизма деформирования.

Подземные воды с наклоном свободной поверхности в сторону выработанного пространства высачиваются в основании откоса. Уклон равнодействующей фильтрацион- ного давления β_i изменяется от 13 до 22^о.

Сейсмические и другие воздействия на исследованном участке не имеют места.

Образцы грунта 10 для исследования прочности отбирались только из ОДГ по вcем расчетным отсекам.

Поскольку в данном конкретном случае происходило интенсивное высачивание (разгрузка) подземных вод, менялась гидрогеологическая обстановка и снижалось силовое воздействие воды довольно интенсивно, этот фактор учитывался только при анализе устойчивости откоса на момент его обследования.

Действующие в массиве напряжения от веса грунтов вычислялись по формуле (3).

Результаты этих вычислений, определения размеров сдвиговых обойм и вертикальных нагрузок, при принятой постоянной ширине площади сдвига 5 см и масштабе моделирования 1:10000 приведены в табл.1.

Длина нижних обойм соответственно составила (на 5 см длиннее верхних), см: 1 8,6; 2 8,4; 3 15,6; 4 10,4.

Соответственно размеры деревянной съемной прокладки 5 х 5 х 3 см.

Учитывая опытный характер работ с целью оценки точности предлагаемого способа, в начале были выполнены испытания по стандартной методике при вертикальных нагрузках (Р) КПа: Р₁ 7,5; Р₂ 11,25; Р₃15,0; Р₄ 20,0 и Р₅ 25, при постоянной площади сдвига 40 см², но при прямоугольной форме сдвиговых обойм шириной 5 см.

По 36-ти точкам испытаний были получены расчетные значения (при односторонней доверительной вероятности α 0,85).

Пиковая прочность:
угол внутреннего трения, ϕ_макс^р 14^о50';
сцепление, С_макс^р 1,3 КПа.

Установившаяся прочность при скорости перемещения 1 см/с:
угол внутреннего трения, ϕ_мин^р 12^о55';
сцепление, С_мин^р 1,1 КПа.

Суммарное сопротивление сдвига (кГ) соответственно составило:
Σg_i^макс 21,95 и Σg_i^мин 19,80.

Вычисленные по формуле (2) значения коэффициентов пропорциональности m составили
для пиковой при перемещении:
прочности:
m₁^макс 0,70; m₁^мин 0,73;
m₂^макс 0,93; m₂^мин 0,99;
m₃^макс 2,10; m₃^мин 2,00;
m₄^макс 0,27 m₄^мин 0,28.

----------- ------------
Σ 4,00 Σ 4,00
Пример вычисления коэффициента m по формуле (2):
m₁^макс 4:21,95 х 3,8 0,183 х 3,8 0,70 и так далее.

Затем был проведен анализ устойчивости откоса (фиг.1) при расчетных параметрах сдвигу, полученных по стандартной методике:
ϕ^р 14^o50'; C_р 1,3 КПа и γ_o 0,020 МН/м³.

Исходные данные для расчетов приведены в табл.2 и 3.

Расчетные формулы для расчетов устойчивости откоса
K_y= (5) с учетом взвешивания и фильтрационного давления подземных вод
K_y= (6)
Условные обозначения к формулам (5) и (6) и табл.2 и 3 с учетом указанных ранее для формулы (4):
P_i¹ вес расчетного отсека с учетом взвешивания, МН;
Ф_i^Т тангенциальная составляющая фильтрационного давления.

Результаты расчета устойчивости откоса при ϕ^р и С^р. полученных стандартным методом
K_y= 1,22
C учетом влияния подземных вод:
K_y= 1,12
Таким образом, устойчивость откоса вполне удовлетворительная при расчетных параметрах сопротивления сдвигу, полученных по стандартной методике, даже при обводнении откоса, что не соответствует действительности. Этот откос ополз на протяжении 200 м по фронту уступа и серьезно осложнил ведение дальнейших работ по добыче полезного ископаемого.

Результаты расчетов устойчивости отдельных расчетных отсеков (блоков) и их сочетаний, в том числе при других расчетных параметрах, полученных данным способом с целью получения возможности сравнить получаемые практические результаты, приведены в табл.4.

По данным табл. 4 видно, что при использовании параметров, полученных предлагаемым способом, расчетные данные характеризуют откос как неустойчивый или с низкими значениями коэффициента устойчивости, особенно в случае учета влияния подземных вод. Это было подтверждено натурными наблюдениями.

Результаты испытаний по различным схемам, учитывающим механизм деформирования, приведены в табл.5.

Установлено, что минимальные сдвиговые усилия соответствуют схемам 5 и 6 (табл. 5), когда обоймы 3, 4 и 3, 4, 2 соединялись жестко, а обойма 1 присоединялись к ним гибко. Такая схема вполне возможна при деформациях в реальных условиях (К_у0,995 при учете влияния подземных вод, табл.4), когда отсеки 4, 3, 2 смещались одновременно, а отсек 1 вовлекался в движение, отдельно взятый будучи достаточно устойчивым (К_у= 1,05). Более вероятно по расчетам смещение всех блоков одновременно (К_у 0,985). Незначительное отклонение по данным экспериментов по схеме жесткосоединенных обойм от минимальных результатов составляет 1-2% что не превышает точности экспериментов.

При анализе деформаций на соседних участках с близкими условиями было отмечено смещение вначале блоков 4, 3 (от бровки откоса), а затем уже вовлеченных в движение блоков 1 2, т.е. развивался так называемый регрессивный (отступающий) тип смещений. При этом на поперечном профиле в рельефе хорошо проявились блоки 1, 2 в виде запрокинутых ступеней, а блоки 3, 4 образовали "бесструктурное" обводненное с бугристой поверхностью единое тело.

Учитывая это обстоятельство, для дальнейших массовых испытаний принята схема 5 (табл.5), соответствующая реальным условиям деформирования откоса.

Результаты этих испытаний иллюстрируются более детально.

По схеме 5 (табл.5) были получены:
Σg_i^макс 21,05 и Σg_i^мин 18,80, кГ.

С учетом коэффициентов m, вычисленных ранее по формуле (2) по данным раздельных сдвигов, вычислены раздельные значения по данным суммарного единовременного сдвига, например
g^м₁^акс= 0,70 × 3,76
Удельную сдвиговую нагрузку τ_i вычисляли делением g_i на площадь сдвига, например
τ₁^макс 3,76:18 0,21 кг/см² или 2,1 КПа.

Результаты этих вычислений сведены в табл.6 и 7.

По полученным частным значения σ_i и τ_i по ГОСТ 20522-75 (по методу наименьших квадратов) вычислялись расчетные значения параметров сдвига (ϕ^р и С^р) при односторонней доверительной вероятности α 0,85.

Эти значения составили
ϕ_макс^р 13^о; С_макс^р 1,5 КПа.

ϕ_мин^р 12^о; С_мин^р 1,3 КПа.

При этом коэффициенты изменчивости соответственно составили
V_tgϕ^макс 0,037; V_с^макс 0,22;
Vt_gϕ^мин 0,030; V_c^мин 0,145.

На фиг. 3 иллюстрируется паспорт прочности по этим данным.

Эти характеристики характеризуют грунты как довольно однородные при сдвиге по смоченным поверхностям трещин. Это помогло более надежно продемонстрировать возможности повышения точности получения параметров сдвига предлагаемым способом.

При испытаниях по другим схемам также отмечалась высокая однородность прочности по трещинам (V_tgϕ не превышала 0,04, а V_с ≅ 0,23). Более высокая изменчивость "С" объясняется низкими ее абсолютными значениями, поэтому даже незначительные ошибки при измерениях более ощутимо влияют на значения "С".

Данные расчетов с использованием С^р 1,5 KПа и ϕ^р 13^о и учетом силового воздействия подземных вод подтвердили неустойчивость откоса, который деформировался весной 1988 г.

Формула изобретения

1. Способ определения прочности грунтов, включающий построение расчетного поперечника исследуемого откоса выемки по данным натурных измерений, установленным по данным геологической разведки основного деформирующегося горизонта и расчетной линии скольжения, выделение расчетных отсеков с различным напряженным состоянием и гидрогеологическими условиями, проведение сдвиговых испытаний грунта с приложением вертикальной и горизонтальной нагрузок через сдвиговые обоймы и оценку прочности по полученным данным, отличающийся тем, что для сдвиговых испытаний из каждого расчетного отсека основного деформирующегося горизонта отбирают образцы грунта и помещают их в соединенные последовательно прямоугольные сдвиговые обоймы по количеству расчетных отсеков, имеющие длину, пропорциональную в выбранном масштабе длине участка, расчетной линии скольжения по каждому расчетному отсеку, и превышение нижней обоймы над верхней в направлении сдвига, и подготавливают поверхность образцов грунта в пределах удлиненных частей нижних обойм до состояния сдвиговой поверхности скольжения, а вертикальную нагрузку на образец в каждой обойме при сдвиговых испытаниях принимают равной среднему значению бытовой нагрузки от веса грунта по соответствующему отдельно взятому расчетному отсеку с учетом разложения сил по наклонной поверхности скольжения и сил воздействия природных антропогенных факторов и при сдвиге фиксируют суммарное сопротивление сдвигу пиковое и установившееся в процессе перемещения обойм с постоянной скоростью, при этом после отбора образцов грунта предварительно проводят опытные испытания образцов грунта путем сдвига каждого образца отдельно и одновременного и совместного сдвига всех образцов, помещенных в соединенные обоймы, тип соединения которых подбирают в зависимости от возможного механизма и условий деформирования откоса, а дальнейшие сдвиговые испытания выполняют по схеме одновременного и совместного сдвига, при которой в опытных испытаниях получены наименьшие значения суммарного сопротивления сдвигу, причем сопротивление сдвигу по каждой отдельно взятой обойме рассчитывают по формуле

где m_1,2,3...n коэффициент пропорциональности по каждой сдвиговой обойме, равный

n количество ступеней нагрузок, равное количеству расчетных отсеков;
суммарное сопротивление сдвигу (вычисленное) при раздельных слвигах, кГ;
то же, определенное прямым измерением при совместном и одновременном сдвиге, кГ;
g^p_1,2,3...n сопротивление сдвигу, определенное прямым измерением при раздельном сдвиге по отдельно взятой обойме, кГ.

2. Устройство для определения прочности грунтов, включающее станину, жесткую сдвиговую пару обойм прямоугольной формы с превышением длины нижней обоймы в направлении сдвига, штамп, силонагружатели и измерительные приспособления, отличающееся тем, что оно снабжено дополнительными парами сдвиговых обойм со штампами, съемными прокладками и гибкими тягами с направляющими роликами, установленными на передней части станины, при этом верхние обоймы снабжены крючками для закрепления гибких тяг и выполнены раздвижными по длине с вырезами в нижней части по торцам и имеют большую по отношению к нижним обоймам ширину, а ижние обоймы жестко закреплены на станине, причем обоймы установлены на одной линии с возможностью соединения гибкими тягами и размещения между ними съемных прокладок.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8