Методика оценки прочности и сжимаемости крупнообломочных грунтов с пылеватым и глинистым заполнителем и пылеватых и глинистых грунтов с крупнообломочными включениями
МЕТОДИКА ОЦЕНКИ ПРОЧНОСТИ И СЖИМАЕМОСТИ КРУПНООБЛОМОЧНЫХ ГРУНТОВ С ПЫЛЕВАТЫМ И ГЛИНИСТЫМ ЗАПОЛНИТЕЛЕМ И ПЫЛЕВАТЫХ И ГЛИНИСТЫХ ГРУНТОВ С КРУПНООБЛОМОЧНЫМИ ВКЛЮЧЕНИЯМИ
Рекомендовано к изданию Научно-техническим советом ДальНИИС Госстроя СССР.
Рассмотрены вопросы определения физических и прочностных характеристик грунтов, а также модулей их деформации. Дана оценка механической прочности крупнообломочных фракций грунтов.
Для инженерно-технических работников изыскательских и проектных организаций.
ПРЕДИСЛОВИЕ
Крупнообломочные грунты с пылеватым и глинистым заполнителем и пылеватые и глинистые грунты с крупнообломочными включениями (для краткости обломочно-пылевато-глинистые грунты) являются сложными природными многокомпонентными системами. Такие грунты, согласно ГОСТ 25100-82, относятся к двум различным подгруппам: подгруппе крупнообломочных и подгруппе пылеватых и глинистых. Исследования ДальНИИС показали, что формальный признак отнесения грунтов к крупнообломочным — содержание в гранулометрическом составе более 50% частиц крупнее 2 мм не является одновременно границей качественного изменения их механических свойств. С позиций закономерностей изменения механических свойств, обломочно-пылевато-глинистые грунты с содержанием 20 — 90% обломков должны рассматриваться как грунты одного типа.
С другой стороны, отдельно взятые обломки скальных пород (частицы более 2 мм) и пылеватый и глинистый заполнитель (частицы менее 2 мм) принципиально различны как по размеру фракций, так и по механическим свойствам. С этой точки зрения обломочно-пылевато-глинистые грунты можно рассматривать как естественные смеси грунтов двух типов: крупнообломочных и пылеватых и глинистых.
В зависимости от петрографического состава исходной скальной породы, степени ее выветрелости и генетического типа грунта обломки скальных пород, содержащиеся в грунтах, могут иметь различную прочность и окатанность.
В общем случае параметры механических свойств обломочно-пылевато-глинистого грунта зависят от следующих физических характеристик составляющих компонентов:
гранулометрического (зернового) состава грунта;
степени глинистости (число пластичности) пылевато-глинистого заполнителя;
консистенции (показатель текучести) пылевато-глинистого заполнителя;
При шести независимых переменных понять их взаимозависимости и обосновать количественные связи между физическими характеристиками и параметрами механических свойств грунтов на основе систематизации результатов полевых опытов чрезвычайно трудно, поскольку в природных условиях эти факторы присутствуют одновременно и в различных соотношениях. Поэтому экспериментальные исследования, проведенные в ДальНИИС для обоснования положений настоящей Методики, выполнены на модельных грунтах с использованием принципа стабилизации переменных на экстремальных уровнях. Эти исследования привели к установлению безразмерного универсального физического эквивалента механических свойств обломочно-пылевато-глинистого грунта, явившегося основой построения системы связи между его физическими и механическими характеристиками.
Установлено наличие весьма тесных связей физического эквивалента грунтов с их прочностными и деформационными параметрами, а также с плотностью грунта. Полученные регрессионные уравнения, отображающие эти связи, были положены в основу настоящей Методики, дающей, с одной стороны, возможность контролировать результаты полевых опытов, и, с другой стороны, — оценивать значения механических параметров обломочно-пылевато-глинистых грунтов через физические характеристики обломков и пылевато-глинистого заполнителя.
Методика разработана ДальНИИС Госстроя СССР (д-р техн. наук В.И. Федоров, при участии инж. В.В. Сергевниной, кандидатов техн. наук Л.И. Аминовой и В.Н. Шведова, инженеров В.Г. Алехиной, О.В. Добудько и И.Н. Выходцевой).
1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
1.1. Настоящая Методика устанавливает основные правила определения нормативных значений углов внутреннего трения \phi , удельных сцеплений c и модулей деформации E по физическим характеристикам компонентов для четвертичных крупнообломочных грунтов с пылеватым и глинистым заполнителем и пылеватых и глинистых грунтов с крупнообломочными включениями элювиального, делювиального и аллювиального происхождения испытываемых в соответствии ГОСТ 12248-78* по способу:
Примечание. Методика не распространяется на определение всех механических характеристик вечномерзлых грунтов, оттаивающих в процессе эксплуатации сооружений, а также характеристик прочности при наличии естественных поверхностей скольжения и для условий вторичного сдвига по подготовленной поверхности.
1.2. Нормативные характеристики грунтов, определяемые в соответствии с Методикой, допускается использовать для предварительных и окончательных расчетов оснований зданий и сооружений II и III классов и опор воздушных линий электропередачи и связи независимо от их класса.
Методика может быть использована при сопоставлении значений характеристик грунтов, полученных в полевых условиях одним или несколькими способами, при различном процентном содержании обломков, разной их механической прочности, различных типах и консистенции заполнителя.
1.3. В соответствии с ГОСТ 25100-82 крупнообломочные грунты, содержащие в зерновом составе более 50% по массе обломков скальных пород крупнее 2 мм, подразделяются по гранулометрическому составу на типы согласно табл. 1.
Пылеватый и глинистый заполнитель в крупнообломочных грунтах и пылеватые и глинистые грунты с крупнообломочными включениями классифицируются в соответствии с табл. 2.
1.4. Исходными физическими характеристиками при определении нормативных значений параметров механических свойств \phi , c, E крупнообломочных грунтов с пылевато-глинистым заполнителем и пылевато-глинистых грунтов с крупнообломочными включениями являются:
гранулометрический (зерновой) состав грунта;
природная влажность пылевато-глинистого заполнителя;
пределы пластичности пылевато-глинистого заполнителя (влажность на границе текучести wL, влажность на границе раскатывания wp);
механическая прочность крупных обломков (частицы крупнее 2 мм) по испытанию на истирание (см. п. 2.6).
1.5. Определение нормативных значений механических характеристик обломочно-пылевато-глинистых грунтов по настоящей Методике допустимо при соблюдении условий, указанных в табл. 3.
Примечание. Для грунтов, в которых содержание крупных обломков меньше указанных пределов или показатель текучести пылевато-глинистого заполнителя IL > 0,75, характеристики грунта определяются только по полевым испытаниям.
1.6. В соответствии со СНиП 2.02.01-83 расчетные значения механических характеристик грунтов X определяются по формуле
где Xn — нормативное значение механической характеристики, определяемое в соответствии с настоящей Методикой; \gamma_{g} — коэффициент надежности по грунту, принимаемый со следующими значениями (СНиП 2.02.01-83): в расчетах оснований до деформации \gamma_{g} = 1 ; в расчетах оснований по несущей способности; для удельного сцепления \gamma_{g(c)} = 1,5 ; для угла внутреннего трения — \gamma_{g(\phi)} = 1,15 .
2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ФИЗИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ГРУНТОВ
2.1. Для установления нормативных значений прочностных и деформационных характеристик грунтов по рекомендациям Методики используются нормативные значения физических характеристик, вычисленные по формуле
X_{n} = 1/n \sum_{i = 1}^{n} X_{i} , (2)
где Xi — частное значение характеристики, n — число определений характеристики.
2.2. Количество определений каждой (см. п. 1.4) физической характеристики n, необходимое для вычисления их нормативных значений, зависит от требуемой точности определения соответствующих параметров механических свойств грунта, класса здания или сооружения и указывается в программе исследований.
Количество одноименных частных определений физических характеристик грунта для каждого выделенного на площадке инженерно-геологического элемента должно быть не менее 6.
Примечание. Количество частных определений физических характеристик грунтов допускается уменьшать при наличии одноименных определений в материалах изысканий, выполненных на той же площадке для того же инженерно-геологического элемента.
2.3. Гранулометрический состав крупнообломочных грунтов с пылеватым и глинистым заполнителем и пылеватых и глинистых грунтов с крупнообломочными включениями определяется в соответствии с ГОСТ 12536-79.
Примечание. Поскольку при определении прочностных и деформационных характеристик грунтов в соответствии с Методикой используется отношение весовых (процентных) содержаний заполнителя (частицы менее 2 мм) и крупных обломков (частицы более 2 мм), определение гранулометрического состава в соответствии с ГОСТ 12536-79 для каждого выделенного инженерно-геологического элемента допускается проводить только по двум пробам. Для остальных четырех проб достаточно выполнить рассев грунта через сито с размерами отверстий 2 мм и выше и определить лишь суммарные процентные содержания частиц более 2 мм и менее 2 мм.
2.4. Для определения природной влажности глинистого заполнителя отбираются пробы из мелкоземной части грунта. После определения влажности отобранных проб каждая проба мелкозема размачивается и пропускается через сито 2 мм. Обломки на сите высушивают до постоянной массы и взвешивают, определяют их влажность и процентное содержание в пробе. Влажность пылеватого и глинистого заполнителя w1 определяют по формуле
w1 = 100w — p2w2/100 — p2, (3)
где w — влажность пробы (валовая); w2 — влажность обломков, %; p2 — процентное содержание обломков в пробе мелкозема.
При определении влажности пылеватого и глинистого заполнителя следует руководствоваться также ГОСТ 5180-84.
2.5. Предел пластичности (границы текучести и раскатывания) пылевато-глинистого заполнителя определяются в соответствии с ГОСТ 5180-84.
2.6. Подобно скальным грунтам по пределу прочности на одноосное сжатие обломки скальных пород, содержащиеся в крупнообломочных грунтах с пылеватым и глинистым заполнителем и пылеватых и глинистых грунтах с крупнообломочными включениями, по коэффициенту истираемости ke классифицируются в соответствии с табл. 4. При этом разновидности крупных обломков по коэффициенту истираемости ke аналогичны разновидностям скальных грунтов по пределу прочности на одноосное сжатие в водонасыщенном состоянии Rc.
Коэффициент истираемости ke определяется испытанием обломков на истирание во вращающемся полочном барабане до точки отказа (см. прил. 1) и вычисляется по формуле
где q0 — начальная масса пробы крупнообломочных фракций грунта (до испытания на истирание); q1 — масса остатка на сите 2 мм после испытания пробы на истирание.
Допускается оценка прочности крупных обломков через коэффициент истираемости k_{e}^{10} , определяемый по выходу фракций менее 2 мм после обработки пробы в полочном барабане за один 10-минутный цикл. Для этого предварительно должны быть проведены сопоставительные параллельные испытания проб грунта с определением значений ke и k_{e}^{10} .
Испытание крупных обломков на истирание производится в соответствии с правилами, изложенными в прил. 1.
3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРОЧНОСТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ГРУНТОВ
3.1. Нормативные значения углов внутреннего трения крупнообломочных грунтов с пылеватым и глинистым заполнителем и пылеватых и глинистых грунтов с крупнообломочными включениями применительно к схеме консолидированного среза \phi_{n} , определяются по формуле
\phi_{n} = k_{1}k_{\phi}46(0,3)^{\text{м}_{\tau}} ; (5)
с использованием кривой 1 рис. 1
\phi_{n} = k_{1}k_{\phi}\phi_{n1} , (6)
где k1 - коэффициент на окатанность крупных обломков для угла внутреннего трения: для грунтов, содержащих окатанные обломки k1 определяется по графику рис. 2, для грунтов с остроугольными обломками, независимо от их прочности, следует принимать k1 = 1; k_{\phi} — коэффициент, учитывающий прочность крупных обломков, определяется по табл. 5; \phi_{n1} — нормативное значение угла внутреннего трения при консолидированном срезе грунта, содержащего остроугольные обломки очень прочных скальных пород (k_{1} = k_{\phi} = 1) , определяется по кривой 1 рис. 1; \text{м}_{\tau} — физический эквивалент грунта, определяемый по формуле
\text{м}_{\tau} = p_{1}/p_{2}I_{p}(1 + I_{L}) , (7)
где p1 — процентное (по массе) содержание пылеватого или глинистого заполнителя в гранулометрическом составе грунта, определяется последовательным суммированием процентных содержаний всех частиц менее 2 мм; p2 — то же, крупных обломков, определяется последовательным суммированием процентных содержаний всех частиц крупнее 2 мм; Ip — число пластичности пылеватого или глинистого заполнителя, в долях единицы; IL — показатель текучести пылеватого или глинистого заполнителя.
Примечание. Определение \phi_{n} по формулам (5) и (6) справедливо в интервале значений физического эквивалента 0<\text{м}_{\tau} \leq 1 .
Примечание. Для промежуточных значений коэффициента истираемости обломков ke и значений эквивалента \text{м}_{\tau} коэффициент k_{\phi} следует определять линейной интерполяцией.
Рис. 1. График зависимости нормативных углов внутреннего трения \phi_{n1} и \phi_{n2} крупнообломочных грунтов с пылеватым и глинистым заполнителем и пылеватых и глинистых грунтов с крупнообломочными включениями от физического эквивалента грунта \text{м}_{\tau} . Грунты с очень прочными (ke < 0,05), остроугольными обломками
1 — консолидированный срез; 2 — неконсолидированный срез
Рис. 2. График коэффициента k1 на окатанность крупных обломков для угла внутреннего трения в зависимости от физического эквивалента грунта \text{м}_{\tau}
3.2. Нормативные значения удельных сцеплений крупнообломочных грунтов с пылеватым и глинистым заполнителем и пылеватых и глинистых грунтов с крупнообломочными включениями применительно к схеме консолидированного среза определяется по формуле
c_{n} = k_{2}k_{\rho}79\text{м}_{\tau}^{0,32}/(1 + I_{L})^{3,62} ; (8)
с использованием номограммы рис. 3
c_{n} = k_{2}k_{\rho}c_{n1} , (9)
где k2 — коэффициент на окатанность крупных обломков для удельного сцепления: для грунтов, содержащих окатанные обломки, следует принимать k2 = 0,9; для грунтов с остроугольными обломками, независимо от их прочности, k2 = 1; k_{\rho} — коэффициент, учитывающий плотность грунта, принимается по табл. 6 в зависимости от степени соответствия фактической плотности грунта \rho , т/м3, его нормированным значениям, указанным в табл. 7; \text{м}_{\tau} ; IL — имеют те же значения, что и в формуле (7); cn1 — нормативное значение удельного сцепления при консолидированном срезе грунта нормированной плотности, содержащего очень прочные остроугольные обломки (k_{2} = k_{\rho} = 1) , определяется по номограмме рис. 3.
| Плотность грунта \rho , т/м3 | Коэффициент k_{\rho} |
|---|---|
| Соответствует значениям, указанным в табл. 7 | 1 |
| Превышает эти значения на 0,1 | 1,1 |
| Менее этих значений на 0,1 | 0,9 |
| То же, на 0,2 | 0,8 |
где k2; k_{\rho} ; \text{м}_{\tau} ; IL — имеют те же значения, что и в формуле (8); cn2 - нормативное значение удельного сцепления при неконсолидированном срезе грунта нормированной плотности, содержащего остроугольные обломки очень прочных скальных пород (k_{2} = k_{\rho} = 1) , определяется по номограмме рис. 4.
Примечание. Определение удельного сцепления по формулам (12) и (13) справедливо в интервале значений физического эквивалента грунта 0<\text{м}_{\tau} \leq 0,6 с учетом п. 1.5.
Рис. 3. Номограмма зависимости нормативного удельного сцепления cn1 крупнообломочных грунтов с пылеватым и глинистым заполнителем и пылеватых и глинистых грунтов с крупнообломочными включениями от физического эквивалента грунта \text{м}_{\tau} и показателя текучести IL пылеватого или глинистого заполнителя. Грунты с очень прочными (ke < 0,05), остроугольными обломками. Консолидированный срез
Рис. 4. Номограмма зависимости нормативного удельного сцепления cn2 крупнообломочных грунтов с пылеватым и глинистым заполнителем и пылеватых и глинистых грунтов с крупнообломочными включениями от физического эквивалента грунта \text{м}_{\tau} и показателя текучести IL пылеватого или глинистого заполнителя. Грунты с очень прочными (kио < 0,03), остроугольными обломками. Неконсолидированный срез
3.3. Нормативные значения углов внутреннего трения крупнообломочных грунтов с пылеватым и глинистым заполнителем пылеватых и глинистых грунтов с крупнообломочными включениями применительно к схеме неконсолидированного среза \phi\prime_{n} , град, определяется по формулам
\phi\prime_{n} = k_{n}k_{\phi}37(0,234)^{\text{м}_{\tau}} , (10)
с использованием кривой 2 рис. 1
\phi\prime_{n} = k_{1}k_{\phi}\phi_{n2} , (11)
где k1; k_{\phi} ; \text{м}_{\tau} — имеют те же значения, что и в формуле (6); \phi_{n2} — нормативное значение угла внутреннего трения при неконсолидированном срезе грунта, содержащего остроугольные обломки очень прочных скальных пород; (k_{1} = k_{\phi} = 1) , определяется по кривой 2 рис. 1.
Примечание. Определение \phi\prime_{n} по формулам (10) и (11) справедливо в интервале значений физического эквивалента грунта 0<\text{м}_{\tau} \leq 0,6 .
3.4. Нормативные значения удельных сцеплений крупнообломочных грунтов с пылеватым и глинистым заполнителем и пылеватых и глинистых грунтов с крупнообломочными включениями применительно к схеме неконсолидированного среза c\prime_{n} , кПа, определяется по формулам
c\prime_{n} = k_{2}k_{\rho}87\text{м}_{\tau}^{0,51}/(1 + I_{L})^{3,85} , (12)
с использованием номограммы рис. 4
c\prime_{n} = k_{2}k_{\rho}c_{n2} , (13)
3.5. Для предварительной оценки и ориентировочных расчетов нормативные значения углов внутреннего трения и удельных сцеплений крупнообломочных грунтов с пылеватым и глинистым заполнителем и пылеватых и глинистых грунтов с крупнообломочными включениями допускается принимать по формулам (6), (9), (11), (13) с определением \phi_{n1} ; cn1; \phi_{n2} ; cn2 по таблицам 1 и 2 прил. 2.
4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ МОДУЛЕЙ ДЕФОРМАЦИИ ГРУНТОВ
4.1. Нормативные значения модулей деформации E, МПа, крупнообломочных грунтов с пылеватым и глинистым заполнителем и пылеватых и глинистых грунтов с крупнообломочными включениями определяются по формуле
E = k_{E}k_{\rho}k_{L}1/(0,088\text{м}_{\tau} - 0,15\text{м}_{\tau}I_{p} + 0,017) , (14)
где \text{м}_{\tau} — физический эквивалент грунта по формуле (7); Ip — число пластичности пылеватого или глинистого заполнителя, в долях единицы; kE — коэффициент, учитывающий прочность крупных обломков, определяется по табл. 8; kL — коэффициент, зависящий от физического эквивалента грунта \text{м}_{\tau} и показателя текучести пылеватого или глинистого заполнителя IL, определяется по табл. 9; k_{\rho} — коэффициент, учитывающий плотность грунта, принимается по табл. 6 в зависимости от степени соответствия фактической плотности грунта \rho , т/м3 ее нормированным значениям, указанным в табл. 7.
Примечание. Определение модулей деформации грунтов по формуле (14) справедливо при значениях физического эквивалента грунта в интервале 0<\text{м}_{\tau} \leq 0,6 с учетом рекомендаций п. 1.5.
Примечание. Для промежуточных значений коэффициента истираемости обломков ke и физического эквивалента грунта \text{м}_{\tau} значения kE следует определять линейной интерполяцией.
Примечание. Для промежуточных значений показателя текучести IL и физического эквивалента грунта \text{м}_{\tau} значения kL следует определять линейной интерполяцией.
4.2. Для предварительных и ориентировочных расчетов нормативные значения модулей деформации крупнообломочных грунтов с пылеватым и глинистым заполнителем и пылеватых и глинистых грунтов с крупнообломочными включениями допускается определять по формуле (15) с использованием табл. 3 прил. 2
где kE; k_{\rho} — имеют те же значения, что и в формуле 14; E1 - нормативное значение модуля деформации для грунтов, содержащих очень прочные обломки, определяется по табл. 3 прил. 2.
ОЦЕНКА МЕХАНИЧЕСКОЙ ПРОЧНОСТИ КРУПНООБЛОМОЧНЫХ ФРАКЦИЙ ГРУНТА
По испытаниям на истирание в полочном барабане
1. Отобранные в шурфах или в скважинах образцы грунта нарушенной структуры, достаточные для получения из них крупнообломочных фракций (частицы более 2 мм) не менее 5 кг из каждой геологической выработки (для каждого выделенного инженерно-геологического элемента), помещают в жесткую тару и доставляют в лабораторию.
2. Образец грунта нарушенной структуры промывают водой на сите 2 мм. Остаток на сите подсушивают до воздушно-сухого состояния.
3. Квартованием остатка на сите 2 мм отбирают две пробы крупнообломочных фракций для испытаний на истирание массой 2 +/- 0,3 кг.
4. Пробы засыпают в полочный барабан и после обработки ее в течение 10 мин (частота вращения барабана 55 — 65 мин-1) просеивают через сито 2 мм и определяют массу частиц более и менее 2 мм. Дальнейшую обработку пробы в барабане ведут циклами по 2 минуты. После каждого 2-минутного цикла выполняют рассеивание и взвешивание фракций пробы более и менее 2 мм. Истирание пробы обработкой в барабане продолжают до тех пор, пока прирост массы фракций менее 2 мм после очередного 2-минутного цикла станет равным 0,5% начальной массы пробы (точка отказа). Установленное для этого момента значение массы фракций менее 2 мм используют для вычисления коэффициента истираемости обломков.
Примечание. При определении коэффициента истираемости обломков по сокращенному циклу испытаний k_{e}^{0} проба обрабатывается в барабане однократно в течение 10 минут.
5. Определяют коэффициент истираемости обломков ke и оценивают их механическую прочность в соответствии с п. 2.6.
Нормативное значение коэффициента истираемости обломков для каждого выделенного инженерно-геологического элемента определяют по результатам испытаний не менее чем шести проб в соответствии с п. 2.1.
По испытаниям на срез в стандартном сдвиговом приборе
1. После выполнения операций по пп. 1 и 2, предусмотренных подразделом настоящего Приложения, остаток на сите 2 мм просеивают через сито 10 мм. Прошедшие через это сито обломки квартуют на 6 частей.
2. Загружают по три кольца сдвигового прибора обломками каждой отквартованной части с уплотнением до \rho = 1,65 - 1,7\text{г}/\text{см}^{3} и проводят срезы при нормальных давлениях: 0,1; 0,2 и 0,3 МПа, согласно ГОСТ 12248-78* применительно к методике консолидированного среза.
3. Определяют нормативные значения угла внутреннего трения \phi и удельного сцепления c в соответствии с ГОСТ 20522-75.
4. Определяют значения коэффициентов истираемости обломков по углу внутреннего трения k_{e} = f_{1}(\phi) и удельному сцеплению ke = f2(c) по рис. прил. 1. За нормативное значение принимают среднее арифметическое величин ke по \phi и c.
График зависимости коэффициента истираемости ke крупнообломочных фракций грунта от угла внутреннего трения — k_{e} = f_{1}(\phi) удельного сцепления — ke = f2(c) при консолидированном срезе
НОРМАТИВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ c, \phi И E КРУПНООБЛОМОЧНЫХ ГРУНТОВ С ПЫЛЕВАТЫМ И ГЛИНИСТЫМ ЗАПОЛНИТЕЛЕМ И ПЫЛЕВАТЫХ И ГЛИНИСТЫХ ГРУНТОВ С КРУПНООБЛОМОЧНЫМИ ВКЛЮЧЕНИЯМИ
Обломки очень прочные (ke < 0,03)
Обломки очень прочные (ke < 0,03)
1. Нормативные значения характеристик \phi_{n1} ; cn1 в табл. 1 соответствуют схеме консолидированного среза, а \phi_{n2} ; cn2 в табл. 2 - схеме неконсолидированного среза и относятся к грунтам нормированной плотности (табл. 7), в которых крупные обломки имеют остроугольную форму и представлены очень прочными скальными породами (ke < 0,05):
для грунтов, имеющих окатанные обломки (гравий, галька), табличные значения угла внутреннего трения следует принимать с коэффициентом на окатанность k1, определяемым по графику рис. 2 Методики, удельного сцепления — с коэффициентом k2 = 0,9;
для грунтов, имеющих обломки с прочностью ke > 0,05, табличные значения углов внутреннего трения следует умножать на коэффициент k_{\phi} , учитывающий прочность обломков, определяемый по табл. 5;
при фактической природной плотности грунтов, отличающейся от нормированной табл. 7, значения удельного сцепления следует принимать с коэффициентом k_{\rho} , определяемым по табл. 6.
2. Характеристики грунтов даны для средних значений чисел пластичности заполнителя (супеси Ip = 3,5; суглинки Ip = 12; глины Ip = 22,5) и средних значений показателя текучести IL, указанных в интервалах. Для промежуточных значений чисел пластичности и показателей текучести глинистого заполнителя, а также процентного содержания крупных обломков значения \phi_{n1} и cn1 \phi_{n2} и cn2 следует определять линейной интерполяцией.
3. При значениях показателя текучести заполнителя IL < 0 характеристики \phi_{n1} и cn1; и cn2 след \phi_{n2} ует принимать по соответствующему нижнему пределу (IL = 0).
4. При значениях показателя текучести заполнителя IL > 0,95 характеристики \phi_{n} ; cn; \phi\prime_{n} ; c\prime_{n} следует определять по данным непосредственных испытаний этих грунтов.
5. Нормативные значения модуля деформации E1, приведенные в табл. 3, относятся к грунтам нормированной плотности (табл. 7) как с остроугольными, так и с окатанными обломками, представленными прочными скальными породами (ke < 0,1):
для грунтов, имеющих обломки с прочностью ke >= 0,1, табличные значения модулей деформации следует умножать на коэффициент kE, учитывающий прочность обломков, определяемый по табл. 8;
при фактической природной плотности грунтов, отличающейся от нормированной табл. 7, значения модуля деформации следует принимать с коэффициентом k_{\rho} , определяемым по табл. 6.
6. Модули деформации даны для средних значений чисел пластичности заполнителя (супеси — Ip = 3,5; суглинки — Ip = 12; глины Ip = 22,5). Для промежуточных значений чисел пластичности и показателей текучести глинистого заполнителя, а также процентного содержания в грунте крупных обломков значения E1 следует определять линейной интерполяцией.
7. При значениях показателя текучести заполнителя IL > 0,75 модули деформации грунтов следует определять по результатам полевых испытаний.
ПРИМЕРЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ НОРМАТИВНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК КРУПНООБЛОМОЧНЫХ ГРУНТОВ С ПЫЛЕВАТЫМ И ГЛИНИСТЫМ ЗАПОЛНИТЕЛЕМ И ПЫЛЕВАТЫХ И ГЛИНИСТЫХ ГРУНТОВ С КРУПНООБЛОМОЧНЫМИ ВКЛЮЧЕНИЯМИ
Пример 1
Наименование грунта: щебенистая делювиальная глина. Коэффициент истираемости крупнообломочных фракций грунта ke = 0,02.
Физические характеристики заполнителя: естественная влажность в долях единицы w1 = 0,320; влажность на границе текучести wL = 0,536; влажность на границе раскатывания wp = 0,313. Плотность грунта \rho = 2,13\text{т}/\text{м}^{3} .
Крупность частиц, мм при содержании частиц, %
40 — 20 ................................................. 34,2
20 — 10 .................................................... 4
10 — 5 ..................................................... 2
5 — 2 .................................................... 1,6
2 — 1 .................................................... 0,7
1,05 ..................................................... 0,1
0,5 — 0,05 .............................................. 11,1
0,05 — 0,005 ............................................ 15,1
Менее 0,005 ............................................. 31,2
Число пластичности заполнителя (в долях единицы) составляет
Показатель текучести заполнителя
IL = (0,320 — 0,313)/0,223 = 0,03.
\text{м}_{\tau} = 58,2/41,8/0,223(I_{L} + 0,03) = 0,32 .
Нормированная плотность грунта по табл. 7, при содержании обломков p2 = 42% и показателе текучести заполнителя IL = 0,03,
\rho_{n} = 2,14\text{т}/\text{м}^{3} .
Для условий консолидированного среза определяем по формулам (6) и (9):
\phi_{n} = k_{1}k_{\phi}\phi_{n1} = 1 \cdot 1 \cdot 31,5 = 31^{\circ} ;
c_{n} = k_{2}k_{\rho}c_{n2} = 1 \cdot 1 \cdot 50 = 50\text{кПа} .
Для условий неконсолидированного среза определяем по формулам (11) и (13):
\phi\prime_{n} = k_{1}k_{\phi}\phi_{n2} = 1 \cdot 1 \cdot 23 = 23^{\circ} ;
c\prime_{n} = k_{2}k_{\rho}c_{n2} = 1 \cdot 1 \cdot 43 = 43\text{кПа} .
Нормативное значение модуля деформации определяем по формуле (15):
E = k_{E}k_{\rho}E_{1} = 1 \cdot 1 \cdot 27 = 27\text{МПа} .
При определении нормативных характеристик по формулам получим следующие значения.
Для условий консолидированного среза — по формулам (5) и (8):
\phi_{n} = k_{1}k_{\phi}46(0,3)^{\text{м}_{\tau}} = 1 \cdot 1 \cdot 46(0,3)^{0,32} = 31^{\circ} ;
c_{n} = k_{2}k_{\rho}79\text{м}_{\tau}^{0,32}/(1 + I_{L})^{3,62} = 1 \cdot 1 \cdot 79 \cdot 0,32^{0,32}/(1 + 0,03)^{3,62} = 49\text{кПа} .
Для условий неконсолидированного среза — по формулам (10) и (12):
\phi\prime_{n} = k_{1}k_{\phi}37(0,234)^{\text{м}_{\tau}} = 1 \cdot 1 \cdot 37 \cdot (0,234)^{0,32} = 23^{\circ} ;
c\prime_{n} = k_{2}k_{\rho}87\text{м}_{\tau}^{0,51}/(1 + I_{L})^{3,85} = 87 \cdot 0,32^{0,51}/(1 + 0,03)^{3,85} = 43\text{кПа} .
Модуль деформации грунта определяем по формуле (14):
Пример 2
Наименование грунта: элювиальный щебень с суглинком. По результатам испытаний коэффициент истираемости крупнообломочных фракций грунта ke = 0,17.
Физические характеристики заполнителя: естественная влажность в долях единицы w1 = 0,245, влажность на границе текучести wL = 0,37, влажность на границе раскатывания wp = 0,228, плотность грунта \rho = 2\text{т}/\text{м}^{3} .
Зерновой состав природного грунта
Крупность частиц, мм при содержании частиц, %
40 ......................................................... 5
40 — 20 ................................................. 28,5
20 — 10 ................................................. 19,2
10 — 5 ................................................... 4,1
5 — 2 .................................................... 3,2
2 — 1 .................................................... 1,2
1 — 0,5 .................................................. 0,8
0,5 — 0,05 ............................................... 1,2
0,05 — 0,005 ............................................ 26,6
менее 0,005 ............................................. 10,2
Число пластичности заполнителя (в долях единицы) составит
Показатель текучести заполнителя
IL = (0,245 — 0,228)/0,142 = 0,12.
Физический эквивалент грунта при p1 = 40%, p2 = 60% и установленных выше значениях числа пластичности и показателя текучести
\text{м}_{\tau} = 40/60 \cdot 0,142(1 + 0,12) = 0,106 .
Определяем следующие значения нормативных характеристик грунта:
для условий консолидированного среза по формулам (6) и (9) с использованием кривой 1 рис. 1 и рис. 3:
\phi_{n} = k_{1}k_{\phi}\phi_{n1} = 1 \cdot 0,813 \cdot 40 = 32^{\circ} ;
c_{n} = k_{2}k_{\rho}c_{n1} = 1 \cdot 0,89 \cdot 26 = 23\text{кПа} ;
для условий неконсолидированного среза по формулам (11) и (13) с использованием кривой 2 рис. 1 и рис. 4:
\phi\prime_{n} = k_{1}k_{\phi}\phi_{n2} = 1 \cdot 0,813 \cdot 31,5 = 26^{\circ} ;
c\prime_{n} = k_{2}k_{\rho}c_{n2} = 1 \cdot 0,89 \cdot 18 = 16\text{кПа} ;
модуль деформации грунта по формуле (15) с использованием табл. 3 прил. 2
E = k_{E}k_{\rho}E_{1} = 0,932 \cdot 0,89 \cdot 30 = 25\text{МПа} .
Пример 3
Наименование грунта: аллювиальный гравий с супесью.
Физические характеристики заполнителя: естественная влажность в долях единицы w1 = 0,272, влажность на границе текучести wL = 0,3, влажность на границе раскатывания wp = 0,24, плотность грунта \rho = 2,15\text{т}/\text{м}^{3} , коэффициент истираемости обломков ke = 0,1.
Крупность частиц, мм при содержании частиц, %
40 — 20 .................................................... 5
20 — 10 .................................................... 4
10 — 5 .................................................. 35,5
5 — 2 ................................................... 15,3
2 — 1 ................................................... 11,8
1 — 0,5 .................................................. 6,1
0,5 — 0,05 ............................................... 7,8
0,05 — 0,005 ............................................. 9,2
менее 0,05 ............................................... 5,3
Число пластичности заполнителя (в долях единицы) составит
IL = (0,272 — 0,240)/0,06 = 0,53.
\text{м}_{\tau} = 40,2/59,8 \cdot 0,06(1 + 0,53) = 0,062 .
Определяем следующие нормативные характеристики грунта:
для условий консолидированного среза — по формулам (6) и (9):
\phi_{n} = 0,88 \cdot 0,88 \cdot 42,5 = 33^{\circ} ; c_{n} = 0,9 \cdot 0,97 \cdot 65 = 56\text{кПа} ;
для условий неконсолидированного среза — по формулам (11) и (13):
\phi\prime_{n} = 0,88 \cdot 0,88 \cdot 33,5 = 26^{\circ} ; c\prime_{n} = 0,9 \cdot 0,97 \cdot 4 = 3\text{кПа} ;
модуль деформации грунта — по формуле (15) с использованием табл. 3 прил. 2
E = k_{E}k_{\rho}E_{1} = 1 \cdot 0,97 \cdot 37 = 36\text{МПа} .