Основной константой для суждения о несущей способности грунтов является сопротивление грунта сдвигу, обусловливаемое силами сцепления и трением. От точности определения этой величины, входящей в расчетные формулы, в основном, зависит точность подсчета допустимых на грунт нагрузок, а отсюда, как следствие, и устойчивость проектируемых сооружений.
Однако, определение сопротивления грунтов сдвигу является наиболее слабым местом лабораторных исследований грунтов.
Являясь чрезвычайно сложной системой, грунты, особенно структурные, не полностью подчиняются закону Кулона и трение в них в каждом отдельном случае зависит от целого ряда особенностей грунта.
Известны машины для испытания сопротивления грунтов сдвигу, в которых применены разрезной стакан, одна половина которого установлена на подвижной каретке, и два масляных пресса, один из которых служит для сжатия образца грунта, а второй - для перемещения каретки.
К типу таких машин относится и предлагаемая машина для определения сопротивления грунтов сдвигу с применением для испытуемого образца двух друг над другом расположенных обойм, одна из которых установлена на подвижной каретке, и двух прессов - одного для сжатия образца, а второго для перемещения каретки, с той, однако, разницей, что, согласно изобретению, с целью равномерного распределения нагрузки сдвига на поверхность сдвига испытуемого образца для предотвращения его сжатия в нижней и верхней обоймах установлены гофрированные вкладыши, один из которых непосредственно связан со штоком пресса. При этом края у обойм выполнены заостренными и установлены на близком расстоянии с целью устранения их взаимного трения, а также и выпадения испытуемого грунта.
На чертеже фиг. 1 изображает вертикальный продольный разрез машины по линии АВ фиг. 2, фиг. 2 - вид машины с торца.
Машина имеет одну плоскость среза и основными деталями ее являются две обоймы 2 и 1, из которых нижняя, подвижная, закреплена на четырех колонках 3, закрепленных в свою очередь на швеллере 4. Посредством контргаек 5 верхняя обойма 2 устанавливается над нижней обоймой 1 так, чтобы между ними оставался едва заметный просвет, т.е. чтобы не было трения металла по металлу.
Края обойм 1 и 2 заострены, чем избегается заклинивание подвижной обоймы при испытании песков, так как, если отдельные песчинки и попадут между нижней и верхней обоймой, то они не смогут там задержаться. Для того, чтобы сделать прибор пригодным и для испытания структурных грунтов, в нижнюю обойму вкладывается гофрированная ребристая пластинка 6, которая устанавливается на такую высоту, чтобы края острых ребер были утоплены в обойме и находились на 2-3 мм ниже краев обоймы. Точно такая же пластинка 7 устанавливается в верхней обойме 2 после загрузки ее испытуемым монолитом и, таким образом, монолит толщиной 2-3 см заключается в обеих обоймах 1, 2 между двумя ребристыми пластинками 6, 7, острые ребра которых вонзаются в грунт и распределяют возникающие при сдвиге напряжения в грунте по всей площади монолита, чем избегается смятие монолита по краям. Срез происходит по плоскости между верхней и нижней обоймами.
Незначительная толщина монолита берется с целью избежать бокового трения грунта о стенки верхней обоймы, искажающего величину вертикальной нагрузки, и избежать волнистой формы поверхности среза.
Вертикальная нагрузка на монолит осуществляется масляным прессом, укрепленным на двух колоннах 8.
Пресс состоит из цилиндра 9, в котором помещаются два поршня 10 и 11. Нижний поршень 11 посредством штока 12 соединяется с ребристой пластинкой 7, находящейся в верхней обойме 2 и передающей давление на испытуемый грунт. Верхний поршень 10 соединен с винтом 13, приводимым в движение маховичком 14. Пространство между поршнями заполняется маслом, которое через отверстие 15, находящееся в боковой стенке цилиндра 9, поступает в манометр 16, показывающий величину давления в атмосферах.
Аналогичным способом осуществляется и срез грунта. Для этой цели на швеллере 4 укреплен другой масляный пресс такой же конструкции, но меньшего размера; шток 17 этого пресса давит на боковую стенку нижней обоймы 1 и производит срез грунта. Величина срезающего усилия отмечается манометром 18 с контрольной стрелкой. С противоположной стороны обоймы устанавливается индикатор 19, показывающий ход среза.
К одной из колонн 8, на которых установлен масляный пресс, прикреплен бак 20 для воды. Вода из бака через резиновую трубку 21 поступает в нижнюю обойму и насыщает грунт.
Определение сопротивления грунта сдвигу производится следующим образом. Верхняя обойма 2 снимается с прибора и заполняется монолитом грунта, после чего опять устанавливается в прибор и закрепляется на колоннах 3 гайками 5 на такой высоте, чтобы между краями верхней 2 и нижней 1 обоймы был едва заметный просвет. После установки верхней обоймы 2 над монолитом устанавливается ребристая пластинка 7, соединенная со штоком 12 масляного пресса, и путем вращения маховика 14 создается требуемое давление, под влиянием которого часть монолита продавливается в нижнюю обойму 1. Затем из бака 20 пускается вода для насыщения испытуемого грунта. Уплотнение и увлажнение продолжается в течение суток, причем принимается, что за сутки наступает стабилизационное состояние.
Через сутки производится срез, причем для расчета принимается максимальное показание манометра.
Вращение маховичка 22 горизонтального пресса при сдвиге производится очень медленно с таким расчетом, чтобы в секунду происходил сдвиг не более, чем на одно деление индикатора.
Испытание производится при трех нагрузках, причем каждый раз закладывается новый монолит.
В результате эксперимента получаются три величины срезающего усилия, соответствующего каждой нормальной нагрузке. Расчет коэфициента и угла трения ведется по обычным формулам, а сцепление определяется графически, путем построения графика по трем точкам, соответствующим нормальным нагрузкам.
В целях ускорения производства опыта предварительное уплотнение грунта может производиться на специальном прессе.
Применение предварительного уплотнения грунта сокращает продолжительность опыта в три раза.
1. Машина для определения сопротивления грунтов сдвигу с применением для испытуемого образца двух друг над другом расположенных обойм, одна из которых установлена на подвижной каретке, и двух прессов - одного для сжатия образца, а второго для перемещения каретки, отличающаяся тем, что, с целью равномерного распределения нагрузки сдвига на поверхность сдвига испытуемого образца для предотвращения его смятия, в нижней 1 и в верхней 2 обоймах установлены гофрированные вкладыши 6 и 7, из которых последний связан непосредственно со штоком 12 пресса.
2. Форма выполнения машины по п. 1, отличающаяся тем, что обоймы 1 и 2 имеют заостренные края и установлены на близком расстоянии, устраняющем их взаимное трение, а также и выпадение испытуемого грунта.
