Сопротивление сдвигу.

Сопротивление сдвигу является показателем прочности грунта, оно обусловлено трением между частицами и структурными связями между ними. Сопротивление грунтов сдвигу зависит от угла внутреннего трения и удельного сцепления грунтов.

Испытания образцов чаще всего проводят методом одноплоскостного среза проводят для определения следующих характеристик прочности: сопротивление грунта срезу угла внутреннего трения удельного сцепления c.

Эти характеристики определяют по результатам испытаний образцов грунта в одноплоскостных срезных приборах. Прибор имеет нижнюю неподвижную обойму и верхнюю подвижную обойму. К образцу грунта через штамп прикладывают вертикальную нагрузку F и увеличивают силу Q до тех пор, пока не произойдет срез (сдвиг) одной части образца по другой.

Испытания проводят по следующим схемам:

- консолидированно-дренированное испытание - для песков и глинистых грунтов;

- неконсолидированно-недренированное испытание - для водонасыщенных глинистых и органо-минеральных грунтов.

При испытании нескольких образцов получают зависимость предельного сопротивления сдвигу от нормального напряжения (где А – площадь образца) (рис. 6).

Рис. 6. Графики сопротивления сдвигу: а – песков, б – пылевато-глинистых грунтов

Указанную зависимость принимают линейной:

,

где с – удельное сцепление (для несвязных грунтов – песков с = 0);

j - угол внутреннего трения.

Закон Кулона формулируется следующим образом: предельное сопротивление грунтов сдвигу прямо пропорционально нормальному напряжению.

Сопротивление грунтов сдвигу можно исследовать также в трехосном приборе – стабилометре, в котором на цилиндрический образец, заключенный в резиновую оболочку, с помощью жидкости, заполняющей полость прибора, создают боковое напряжение s₂, а осевое напряжение s₁ увеличивают до тех пор, пока не произойдет разрушение образца либо в виде сдвига по наклонной поверхности (рисунок).

Зная главные напряжения в момент разрушения образца, строят круги напряжений Мора. Путем построения касательной к кругам Мора находят зависимость (рисунок).

Определить угол внутреннего трения можно и аналитически по следующим формулам:

- для песчаных грунтов .

- для глинистых грунтов .

Для более точного определения прочности грунтов в практике инженерно-геологических изысканий применяются вращательный срез и статическое зондирование.

В первом случае в грунт вдавливают и поворачивают вокруг оси четырехлопастную крыльчатку. Предельное сопротивление сдвигу определяют по формуле:

,

где М^max – максимальный момент силы, необходимый для поворота крыльчатки в грунте;

В – постоянный коэффициент, зависящий от размеров крыльчатки, D и H, B=(pD²/2)(H+D/3) (рисунок).

При статическом зондировании в грунт с помощью гидравлической системы внедряют стандартный конический зонд (рисунок). По сопротивлению (где N – усилие, необходимое для погружения зонда в грунт; А = 10 см² – площадь зонда) с помощью специальных графиков находят угол внутреннего трения и удельного сцепления.