Метод визначення характеристик міцності лесових ґрунтів, що складають схили річкових долин

Виклад основного матеріалу. Основним методом вивчення характеристик міцності ґрунтів є випробування на одноплощинний зріз. Цей метод найточніше моделює особливості роботи ґрунту при зсувних процесах і дозволяє визначати кут внутрішнього тертя φ і загальне питоме зчеплення с, яке складається з зв'язності Σw і структурного зчеплення сst (с=Σw+сst). Залежно від умов, в яких ґрунти в природних умовах будуть чинити опір впливу граничних нормальних і дотичних напружень, розрізнюють два основних види випробувань:

- консолідовано-дреноване випробування. При цьому випробуванні, яке називають повільним зрізом, або зрізом за відкритою системою, попередньо зразки ґрунту ущільнюють різними нормальними тисками. Ущільнюючий нормальний тиск витримують до стабілізації деформацій. Випробування проводять при тих вертикальних тисках, при яких ґрунти ущільнювалися [7]. Горизонтальне навантаження прикладають ступенями. Кожна ступінь зрізаючих навантажень прикладається після практично повного затухання деформації від попередньої ступені. За такою схемою випробовуються піски та глинисті ґрунти незалежно від ступеня їх вологості в стабілізованому стані;

− неконсолідовано-недреноване випробування. Цей вид випробувань має ще назву швидкого зрізу, або зрізу за закритою системою. Характеризується тим, що за час дії ущільнюючих і зрізуючих навантажень щільність і вологість ґрунту практично не змінюється, тобто консолідація, пов’язана з відтисненням води з ґрунту, відсутня як при нормальному навантаженні, так і при зрізі. Тому опір зрізу в цьому випадку відносять до тієї вологості та щільності, яку ґрунт мав до випробувань. За такою схемою випробовують водонасичені глинисті й органо-мінеральні ґрунти у нестабільному стані та просадочні ґрунти, приведені у водонасичений стан замочуванням без прикладення навантаження [7].

Рекомендовані методи обробки результатів випробувань в деяких випадках дають завищені величини характеристик міцності, оскільки умови дослідів не відповідають дійсному стану ґрунту в масиві схилу. Випробування, при яких вертикальний тиск в приладі перед дослідом перевищує значення тиску на ґрунт, що виникає в природних умовах, призводить до попереднього ущільнення ґрунту, що змінює його фізичні характеристики і, відповідно, механічні властивості. Для усунення недоліків такого методу пропонується випробування проводити при тисках, що не перевищують природні.

Прискорені випробування за неконсолідовано-недренованою схемою дають завищені результати. Відбувається швидке зрушення. Під час проведення випробування не чекаємо стабілізації, а прикладаємо навантаження кожні 10-15 секунд. Термін проведення випробування не перевищує 2 хвилин. Згідно норм граничні значення дотичних напружень приймаються при досягненні деформації зразка величини 5 мм, але насправді ґрунт втрачає міцність раніше. Щоб уникнути цього спробуємо використати обробку результатів випробувань у логарифмічних координатах.

На графіках така залежність має вигляд ламаної лінії з переломом в двох точках (рис. 1). Перша точка (a) відповідає закінченню фази ущільнення і почала фази локальних зрушень і прийнята за структурний опір ґрунту зрушенню. Друга точка (b) відповідає закінченню фази локальних зрушень і початок фази пластичних деформацій і відповідає тривалому опору. Спосіб визначення структурного зчеплення сst за величинами питомого опору τst, отриманими для різних вертикальних тисків отримав назву «методики структурного зчеплення», а спосіб визначення повного зчеплення за τℓіm – «методики тривалого зчеплення».

Проведені порівняльні випробування на одноплощинний зріз зразків з однаковими фізичними властивостями підтвердили, що опір зрушенню, визначений за стандартною методикою одноплощинного зрізу, залежить від часу випробувань, а за запропонованою методикою «тривалого зчеплення» значення опору не залежить від часу і відповідає тривалої міцності.

Для перевірки достовірності методики «структурного зчеплення» проведені порівняльні досліди методом «плашка по плашці». Нормативні документи рекомендують визначати питоме структурне зчеплення на повторний зріз зразків саме цим методом [4]. Випробування слід проводити за схемою неконсолідовано-дренованого зрізу. Для проведення дослідів використовувались зразки ґрунту непорушеної структури в кільцях діаметром не менше ніж 70 мм та висотою від 1/2 до 1/3 діаметра згідно з діючими вимогами [7]. Для визначення вологості, числа пластичності та щільності частинок ґрунту із запасів ґрунту, що утворилися з торця відбираються проби. Наступним етапом є водонасичення зразків до коефіцієнту водонасичення Sr=0, 9 та ущільнювались тиском, що не перевищує природний. Ступінь прикладання дотичного навантаження обирають в межах до 1/10 від створеного нормального тиску. Швидке проведення досліду забезпечує практично незмінні фізичні характеристики зразку до та після зрушення. Потім по утвореній поверхні зрушення зразок розрізали тонким металевим дротом, вирівнювали торцеві поверхні обох частин, з’єднували між собою і виконували повторне зрушення. Порівняння результатів показало, різниця між нормативними значеннями питомих структурних зчеплень, отриманих методиками «плашка по плашці» і «структурного зчеплення» незначна. Однак останній метод має значно менший розкид результатів, що може бути пояснене руйнуванням природного складу ґрунту при влаштуванні штучної поверхні ковзання. А в деяких випадках при переході лесового ґрунту в текучий стан проведення випробувань методом «плашка по плашці» практично неможливе.

Так чином можна зробити висновок, що випробування на зрушення проведені при вертикальних тисках, які не перевищують природного, з обробкою в логарифмічних координатах дають змогу найбільш точно оцінити стійкість схилу. Обробка результатів випробування у логарифмічних координатах дозволяє уникнути завищення результатів при проведенні швидкого зрушення за неконсолідовано-недренованою схемою а у деяких випадках є єдиним способом визначення характеристик міцності.

 

1. В. Ф. Краев. Инженерно-геологическая характеристика пород лессовой формации Украины. – К. : Наукова думка, 1971. – 228с.

2. Загальна класифікація зсувних процесів / С. В. Біда, К. В. Підрійко // Ресурсоекономні матеріали, конструкції, будівлі та споруди: зб. наук. пр. – Рівне: НУВГП, 2011. – Вип. 22. – с. 578-582.

3. Комплексна програма протизсувних заходів на 2005-2014 роки: Постанова Кабінету Міністрів України від 22 вересня 2004р. № 1256 -К., 2004.

4. ДБН В. 1. 1-3-1997. Інженерний захист територій, будинків і споруд від зсувів та обвалів. Основні положення/ К. : Державний комітет будівництва, архітектури та житлової політики України. – 1998. – 45с.

5. Великодний Ю. Й. Захист територій від зсувів: навчальний посібник. – Полтава: ТОВ «Поліграфічний центр «Скайтек», 2006. – 116 с.

6. Ягольник А. М. Визначення структурного зчеплення зв’язного ґрунту методом обертального зрізу // Ресурсоекономні матеріали, конструкції, будівлі та споруди. Збірник наук. праць. Випуск 18. – Рівне, 2009. – с 570-577.

7. ДСТУ Б В. 2. 1-4-96. Ґрунти. Методи лабораторного визначення характеристик міцності і деформативності. Державний комітет України у справах містобудування і архітектури, Київ 1997, – 101с.