Прочность армированных песчаных грунтов в условиях одноплоскостного среза

Проведены экспериментальные исследования с образцами песчаного грунта в естественном состоянии и с введением армирующих прослоек в приборе одноплоскостного среза. Выявлены закономерности увеличения угла внутреннего трения и удельного сцепления в зависимости от количества армирующих прослоек.

Ключевые слова: армирование, одноплоскостной срез, параметры прочности

Испытания проводились на сдвиговом приборе [1] в соответствии с ГОСТ 12248–2010 [2] по методу консолидированно-дренированного среза при нормальных давлениях 0,1; 0,2; 0,3 МПа на образцах песчаного грунта с коэффициентом пористости е = 0,619.

Испытания проводились по двум схемам. В первом случае испытывался грунт с естественной структурой (неармированный). Во втором — в образец перпендикулярно плоскости среза вводился армирующий материал [3]. В качестве армирующего материала была использована стеклосетка с размером ячеек 1‘1 мм (ТУ 6–48–00204961). В опытах варьировалось количество сеток. Сетки вводились вертикально в камеру сдвигового прибора, перпендикулярно к плоскости среза [4]. План размещения армирующих прослоек в образце представлен на рис. 1.

Подготовка образцов — близнецов проводилась объемным методом непосредственно в камере сдвигового прибора. Навеска песка высыпается из воронки с выходным диаметром равным 0,8 см. Плотность ρ = 1,618 г/см³, достигаемая этим способом, зависит от высоты падения частиц песка h = 50 см. Для обеспечения однородной плотности по высоте образца необходимо поднимать воронку со скоростью равной скорости падения частиц так, чтобы, высота падения частиц песка была одинаковой [5].

На рис. 2 показаны графики зависимости , полученные по результатам испытаний в условиях одноплоскостного среза.

Рис. 1. План размещения армирующих прослоек в образце при одноплоскостном срезе а) n = 1; б) n = 2; в) n = 3

Рис. 2. зависимости при одноплоскостном срезе

Рис. 3. Зависимость угла внутреннего трения j от количества прослоек n

Рис. 4. Зависимость сцепления с от количества прослоек n

Таблица 1

Результаты испытаний при сдвиге и расчетные значения j и с

Рис. 5. Зависимость g f sпри МПа

Рис. 6. зависимость g f sпри МПа

Рис. 7. зависимость g f sпри МПа

Рис. 8. Зависимость g f s при количестве сеток n = 1 и  = 0,1; 0,2; 0,3 МПа

Если условие прочности для песка в естественном состоянии (зависимость 1, рис. 2) имеет вид , то с введением армирующих прослоек условие прочности приобретает вид , т. е. в условии прочности появляется второй член, который принято называть силами удельного сцепления. Эффект сцепления обусловлен в данном случае работой в грунте армирующих прослоек. С увеличением количества армирующих прослоек угол внутреннего трения увеличивается на 6⁰ и сцепление возрастает от 0 до 60 кПа (табл. 1, рис. 3, 4). Синтетическая сетка при сдвиге изменяет свое положение, принимая волнистую форму. Из рис. 5–8 видно влияние нормального давления и количества армирующих элементов на деформацию сдвига. Величина предельной деформации сдвига является функцией нормального давления и количества сеток.

Это обстоятельство необходимо учитывать в расчетах устойчивости оснований и фундаментов, т. к. оно может приводить к существенному изменению предельной нагрузки и расчетного сопротивления грунта.

Литература:

1.      Сдвиговый прибор [Текст]: пат. RUS 2132545 Рос. Федерация: МПК6 G 01 N 3/24, E 02 D 1/00 / Болдырев Г. Г., Хрянина О. В.; заявитель и патентообладатель Пензенский гос. архитектурно — строительный ин-т. — № 96114564/03 (020790); заявл. 22.07.96; опубл. 27.06.99, Бюл. № 18. — 10 с.

2.      Грунты. Методы лабораторного определения характеристик прочности и деформируемости [Текст]: ГОСТ 12248–2010. — Взамен ГОСТ 12248–96; введ. 01.01. 2012.

3.      Хрянина, О. В. Экспериментально-теоретическая оценка совместной работы конструкции гибкого фундамента с армированным основанием [Текст]: дис. … канд. техн. наук: 05.23.01 / О. В. Хрянина. — Пенза, 2005. — 236 с.

4.      Мельников, А. В. Прочность и деформируемость слабых грунтов оснований, усиленных армированием [Текст]: монография / А. В. Мельников, О. В. Хрянина, С. А. Болдырев. — Пенза: ПГУАС, 2014. — 176 с. — 500 экз. — ISBN 978–5-9282–1039–7.

5.      Хрянина, О. В. Методика подготовки образцов-близнецов песчаного грунта / О. В. Хрянина // Вопросы планировки и застройки городов: сб. науч. ст. — Пенза, 2002. С. 144–146.