ГРУНТЫ

Методы лабораторного определения
характеристик сопротивляемости сдвигу грунтов
в дорожном строительстве

Предисловие

Цели и принципы стандартизации в Российской Федерации установлены Федеральным законом от 27 декабря 2002 г. № 184-ФЗ «О техническом регулировании», а правила применения национальных стандартов Российской Федерации - ГОСТ Р 1.0-2004 «Стандартизация в Российской Федерации. Основные положения»

Сведения о стандарте

1. РАЗРАБОТАН Открытым акционерным обществом «Дорожный научно-исследовательский институт «СоюздорНИИ» (ОАО «СоюздорНИИ») при участии Государственного технического университета МАДИ (ГТУ МАДИ)

2. ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 465 «Строительство»

3. УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 20 октября 2011 г. №-475-ст

4. ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в ежегодно издаваемом информационном указателе «Национальные стандарты», а текст изменений и поправок - в ежемесячно издаваемых информационных указателях «Национальные стандарты». В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ежемесячно издаваемом информационном указателе «Национальные стандарты». Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет

СОДЕРЖАНИЕ

НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Дата введения - 2012-05-01

1. Область применения

Настоящий стандарт устанавливает методы лабораторного определения характеристик сопротивляемости сдвигу грунтов, используемых в строительстве автомобильных дорог [1] в качестве оснований насыпей, а также материала насыпей и имеющих в природных условиях низкую прочность вследствие особенностей состава и высокой влажности. К таким грунтам следует относить особые грунты, определяемые как «слабые», а также глинистые грунты с повышенной влажностью и переувлажненные (см. раздел 3). Указанные выше грунты в качестве естественных оснований других инженерных сооружений обычно не используются. При воздействии на грунтовую толщу, сложенную такими грунтами, самых малых (менее 0,05 МПа) нагрузок, в частности от типовых насыпей высотой до 3 м, грунты могут работать на сдвиг в неконсолидированном состоянии.

Характеристики прочности используемых в дорожном строительстве и не относящихся к упомянутым выше грунтов определяют по методике неконсолидированных - недренированных (быстрых) сдвигов по ГОСТ 12248.

2. Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы ссылки на следующие межгосударственные стандарты:

ГОСТ 5180-84 Грунты. Методы лабораторного определения физических характеристик

ГОСТ 12248-96 Грунты. Методы лабораторного определения характеристик прочности и деформируемости

ГОСТ 22733-2002 Грунты. Метод лабораторного определения максимальной плотности

ГОСТ 30416-96 Грунты. Лабораторные испытания. Общие положения

Примечание - При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет или по ежегодно издаваемому информационному указателю «Национальные стандарты», который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по соответствующим ежемесячно издаваемым информационным указателям, опубликованным в текущем году. Если ссылочный стандарт заменен (изменен), то при пользовании настоящим стандартом следует руководствоваться заменяющим (измененным) стандартом. Если ссылочный стандарт отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, применяется в части, не затрагивающей эту ссылку.

3. Термины и определения

В настоящем стандарте применены следующие термины с соответствующими определениями:

3.1 слабые грунты: Связные грунты, имеющие прочность на сдвиг в условиях природного залегания менее 0,075 МПа (при испытании приборами вращательного среза) или модуль осадки более 50 мм/м при нагрузке 0,25 МПа (модуль деформации ниже 5 МПа). При отсутствии данных испытаний к слабым грунтам следует относить торф и заторфованные грунты, илы, сапропели, глинистые грунты с коэффициентом консистенции свыше 0,5, иольдиевые глины, грунты мокрых солончаков.

3.2 максимальная плотность и оптимальная влажность: Параметры, определяемые при испытании грунта методом стандартного уплотнения по ГОСТ 22733.

3.3 максимальная влажность: Наибольшая влажность, при которой возможно получить коэффициент уплотнения 0,9 по ГОСТ 22733.

3.4 допустимая влажность: Максимальная влажность, при которой еще возможно при устройстве земляного полотна автомобильных дорог уплотнение грунта до требуемого коэффициента уплотнения.

3.5 грунты с повышенной влажностью: Глинистые грунты с влажностью от допустимой до максимальной.

3.6 грунты переувлажненные: Глинистые грунты с влажностью, превышающей максимальную.

3.7 коэффициент уплотнения: Отношение плотности сухого грунта к максимальной плотности сухого грунта при испытании по методу стандартного уплотнения по ГОСТ 22733.

4. Общие положения

4.1. Настоящий стандарт устанавливает метод лабораторного определения характеристик прочности немерзлых слабых грунтов ненарушенной структуры и нарушенной (искусственно уплотненных) при испытании на одноплоскостный срез.

4.2. Общие требования к лабораторным испытаниям грунтов, оборудованию и приборам, лабораторным помещениям, способам изготовления образцов для испытаний приведены в ГОСТ 30416.

4.3. Для учета статистического характера распределения прочностных свойств грунтов в пределах выделенного инженерно-геологического элемента (ИГЭ) для испытания используют образцы грунта, имеющие природную влажность, близкую к среднемедианному (среднеарифметическому) или к заданному расчетному значению (с заданной обеспеченностью) для данного ИГЭ.

4.4. Для испытываемых грунтов должны быть определены физические характеристики по ГОСТ 5180*: влажность, плотность, плотность частиц, влажность на границах раскатывания и текучести, гранулометрический состав, а для грунтов, используемых в насыпях, - параметры стандартного уплотнения по ГОСТ 22733. При этом должны быть вычислены все требующиеся в соответствии с заданием на проведение испытаний характеристики, в том числе обязательно определяют степень водонасыщения испытываемых образцов.

____________

^* Допускается использовать ускоренные методы, если это предусмотрено заданием на испытания.

4.5. В процессе испытаний на сдвиг ведут журнал, форма которого приведена в приложении А.

5. Метод определения характеристик прочности при одноплоскостном срезе

5.1. Сущность метода и исходные предпосылки

5.1.1. Испытания на сдвиг проводят для определения сдвиговых характеристик (удельного сцепления c_w и угла внутреннего трения j_w), в зависимости от влажности грунта в момент сдвига. Принципиальная схема испытаний на одноплоскостный сдвиг представлена в ГОСТ 12248.

5.1.2. При проведении испытаний и последующей интерпретации результатов исходят из положений, что сопротивляемость сдвигу s_pw практически полностью водонасыщенного грунта описывается выражением

S_pw = р · tgj_w + c_w,                                                       (5.1)

где p - полное нормальное давление на площадке сдвига, МПа;

j_w - угол внутреннего трения, соответствующий плотности - влажности грунта в момент сдвига, град;

c_w - удельное сцепление, также соответствующее плотности - влажности в момент сдвига.

В общем случае удельное сцепление c_w может состоять из двух частей:

c_w = Σ_w + c_с,                                                             (5.2)

где Σ_w - часть полного сцепления, имеющая водно-коллоидную природу и обусловленная наличием восстанавливающихся связей;

с_с - часть полного сцепления, имеющая невосстанавливающийся характер.

Для грунтов, входящих в область применения настоящего стандарта, значение с_с обычно пренебрежимо мало. В случае, если оно существенно, его можно выделить испытанием «плашка по плашке» в соответствии с ГОСТ 12248.

5.2. Оборудование и приборы

5.2.1. Принципиальная схема установки для испытаний представлена в ГОСТ 12248.

5.2.2. Конструкция срезного (сдвигового) прибора должна обеспечивать передачу первоначального вертикального давления на образец (от веса штампа и измерительных приборов) не более 0,01 МПа.

5.2.3. При тарировании срезной коробки для прибора устанавливают поправки на преодоление трения подвижной части коробки.

5.2.4. Для уменьшения изменения влажности образца в процессе испытания применяют штампы без перфорации или с водонепроницаемыми прокладками.

5.3. Проведение испытаний

5.3.1. Определяют начальную (исходную) влажность образцов, предназначенных для испытаний.

5.3.2. Выбирают значения нормальных нагрузок, при которых будет проводиться срез, исходя из следующих основных условий:

- максимальные нормальные напряжения принимаются на 30 % - 50 % больше значения вертикальных нормальных напряжений, которые могут возникнуть в грунте под расчетной нагрузкой от проектируемого сооружения, но не выше значений напряжений, при которых может происходить выдавливание грунта через зазоры в сдвиговом приборе;

- минимальная нагрузка принимается такой, чтобы значение сопротивляемости грунта сдвигу под нагрузкой оказалась не более значения этой нагрузки, в противном случае получаемую экспериментальную точку при окончательной обработке результатов и их анализе не учитывают;

- промежуточное значение нормальной нагрузки назначают равным среднеарифметическому максимального и минимального значений.

Примечание - Максимальное и минимальное значения нагрузки следует уточнять в процессе проведения испытания первого образца.

5.3.3. Проводят сдвиг под каждой из установленных по 5.3.2 нормальных нагрузок, как правило, не менее четырех образцов^*, имеющих разную влажность. Сдвиг проводят по схеме неконсолидированных - недренированных испытаний (быстрый сдвиг). Допускается проводить по два сдвига на каждом образце под двумя разными нагрузками (сначала под меньшей, а затем под большей), что позволяет сократить число образцов для испытания. В этом случае начальная высота образца должна быть не менее 3 см.

____________

^* Допускается уменьшение числа срезов в процессе испытаний в зависимости от получаемых результатов (от практического влияния плотности - влажности в рассматриваемом диапазоне ее значений на сопротивляемость сдвигу).

Различие образцов во влажности в момент сдвига достигается следующими различными способами:

- выдерживанием каждого из серии образов, предназначенных для сдвига в течение различного времени, при той же нормальной нагрузке, под которой проводится сдвиг. В этом случае первый образец сдвигают немедленно после приложения заданной нормальной нагрузки, а второй образец - только после выдерживания его под этой нагрузкой до практически полного завершения консолидации; два других образца перед сдвигом выдерживают под нагрузкой с таким расчетом, чтобы влажность их в момент сдвига имела два различных промежуточных значения в интервале между значениями влажности первого и второго образцов;

- выдерживанием образцов в течение различного времени под одной и той же достаточно большой уплотняющей нагрузкой, значение которой должно быть не менее значения максимальной нормальной нагрузки при сдвиге. Предельное значение уплотняющей нагрузки определяют в этом случае возможностью ее передачи на образец без выдавливания грунта в зазоры. Чем больше уплотняющая нагрузка (в пределах возможного), тем меньше времени будет затрачено на проведение испытания. В этом случае испытывают по одному образцу под каждой нормальной нагрузкой без предварительного выдерживания под уплотняющей нагрузкой;

- выдерживанием (с целью ускорения консолидации) образцов до практически полной консолидации под четырьмя различными нагрузками, значение наибольшей из которых должно быть примерно в полтора - два раза больше значения максимальной нормальной нагрузки при сдвиге. При этом три образца из серии также не подвергают предварительному уплотнению.

Примечания

1. Предварительное выдерживание образцов под нагрузкой может проводиться как в самих сдвиговых приборах (до установки зазора), так и в стандартных приборах предварительного уплотнения.

2. Оперативный контроль за изменением влажности образца во времени при их предварительном уплотнении может осуществляться по значениям осадков образцов, фиксируемых мессурами.

5.3.4. Каждый из четырех образцов с различной влажностью испытывают на сдвиг под одной и той же нормальной нагрузкой. Аналогично проводят испытания образцов под остальными двумя нормальными нагрузками.

5.3.5. Если предварительное уплотнение проводилось в приборе предварительного уплотнения, то после загрузки образца в сдвиговый прибор и приложения к нему заданной нормальной нагрузки сдвиг следует проводить немедленно, не дожидаясь завершения вертикальной деформации.

5.3.6. Предварительное уплотнение и сдвиг рассматриваемых грунтов следует проводить без насыщения образцов водой.

5.3.7. Интенсивность сдвига должна быть такой, чтобы сдвиг произошел за 1 - 3 мин.

При ступенчатом приложении сдвигающей нагрузки (гири) очередную ступень сдвигающей нагрузки следует прикладывать, не дожидаясь прекращения деформации от предыдущей ступени. Достаточно убедиться в том, что деформация сдвига носит затухающий характер, что устанавливается путем сопоставления 4 - 5 отсчетов с интервалом 3 - 5 с.

5.3.8. При использовании ступенчатой нагрузки следует применять небольшие ступени сдвигающей нагрузки (100 - 200 г на рычаг) в зависимости от консистенции грунта.

Сдвиг считается завершенным при получении незатухающей деформации, завершающейся срывом образца.

При применении автоматического записывающего устройства и непрерывного нагружения момент завершения сдвига определяют непосредственно по диаграмме.

5.3.9. Немедленно после завершения сдвига и извлечения образца из прибора из зоны сдвига отбирают пробу на влажность (в случае срыва пробу отбирают из обеих половинок образца).

5.4. Обработка результатов испытаний

5.4.1. Результаты каждого отдельного испытания наносят в виде экспериментальных точек на полулогарифмическую сетку координат, где по оси абсцисс откладывают влажность грунта в зоне сдвига W в линейном масштабе, а по оси ординат - значение сопротивляемости сдвигу s_pw в логарифмическом масштабе. Точки, относящиеся к одной и той же нормальной нагрузке при сдвиге, обозначают одинаково и через них проводят осредняющие прямые (см. рисунок 1а), отражающие собой зависимости сопротивляемости испытываемого грунта сдвигу при заданной нормальной нагрузке от его влажности в момент сдвига в зоне сдвига. Построенные по точкам прямые необходимо графически проэкстраполировать до значения исходной влажности грунта.

5.4.2. Полученный график перестраивают в графики зависимости значений s_pw от значений нормальной нагрузки (см. рисунок 1б) для различных влажностей. Через полученные точки проводят осредняющие прямые, соответствующие двучленной линейной зависимости, параметры которой определяют искомые сдвиговые характеристики j_w и c_w.

5.4.3. Затем строят графики искомых зависимостей j_w = f₁(W) и c_w = f₂(W), являющиеся конечным результатом обработки экспериментальных данных (см. рисунок 1в). Значения j_w, град, следует устанавливать с точностью до 30, a c_w, МПа, - с точностью до третьего знака после запятой.

Рисунок 1 - Пример обработки результатов сдвиговых испытаний

Приложение А
(обязательное)

Библиография

[1] СНиП 2.05.02-85 Автомобильные дороги