Страница 32: ВСН 46-83. . Инструкция по проектированию дорожных одежд нежесткого типа (Отменен - приказ Укравтодора N756 от 15.10.204г.) (41747)

Образец насыщают до полного заполнения пор водой, что определяют периодическим взвешиванием формы с грунтом. Для насыщения требуется 2—5 сут.

По окончании насыщения на шланги ставят зажимы, шланги отключают от источников питания водой, помещают форму с грунтом на сутки во влажный эксикатор, после чего образец испытывают на рычажном прессе. Нагрузку прикладывают через штамп, помещаемый в центре образца. Штамп имеет расположенные по диаметру заплечики, на которые устанавливают ножки индикаторов для замера вертикальных перемещений штампа (см. рис. 28). Перемещение центра штампа принимают травным полусумме отсчетов по индикаторам. Держатели индикаторов укрепляют на фасонных пластинках, привинченных к фланцу формы.

Нагружают ступенями с разгрузкой после каждой ступени. Каждую ступень нагрузки выдерживают до затухания деформации (разница отсчетов по индикаторам — не более 0,01 мм за 5 мин). После того как зафиксирован отсчет по индикаторам, штамп разгружают и ожидают восстановления деформации (допуск тот же, что и при нагружении). Затем нагружают следующей ступенью, и так до достижения нагрузки, при которой начинают интенсивно развиваться пластические смещения в толще массива. Это обычно сопровождается значительным увеличением остаточной деформации. Ступени нагрузки выбирают такими, чтобы иметь три — пять ступеней в процессе испытания.

На основе полученных значений обратимой деформации при каждой ступени нагрузки строят график зависимости упругой деформации грунта от давления по подошве штампа и по формуле (41) вычисляют модуль упругости при каждой ступени нагрузки.

При испытании связных грунтов высокой влажности следует давать нагрузку вокруг штампа. Во избежание больший ошибок нельзя испытывать в лаборатории малыми штампами образцы слабосвязных зернистых материалов (гравий, щебень). Такие материалы следует испытывать штампами диаметром 25-35 см. При каждом значении влажности и плотности грунта должно быть испытано не менее шести образцов.

Определение характеристик сопротивления грунтов и материалов сдвигу в лабораторных условиях. Поскольку в основу расчета грунтовых оснований и слоев из слабосвязных материалов положена обобщенная теория прочности Мора, за расчетные принимают характеристики, определяемые касательной (огибающей) и построенным на основе испытаний исследуемого материала предельным кругам Мора (рис. 33). Наклон касательной к предельным кругам дает угол внутреннего трения и в исследуемом грунте или материале, а отрезок, отсекаемый касательной на вертикальной оси, – сцепление.

Испытания для построения предельных кругов Мора могут быть проведены на приборах трехосного сжатия, а также на приборах, обеспечивающих сдвиг в данной плоскости (плоский сдвиг). Испытания на приборах трехосного сжатия предпочтительнее, так как дают надежные данные. При испытании на приборах, обеспечивающих сдвиг в заданной плоскости, возможна некоторая погрешность, для исключения которой необходимо применять специальные методики обработки результатов. Целесообразны параллельные испытания на приборах трехосного сжатия (контрольные) и на приборах плоского сдвига. Опыт показывает, что в подавляющем большинстве случаев результаты испытаний на приборах трехосного сжатия и приборах плоского сдвига не различаются сколько-нибудь существенно.

Для получения расчетных характеристик сопротивления грунтов и материалов сдвигу образцы испытывают при влажности и плотности, соответствующих состоянию грунтов и материалов в расчетный период. После каждого испытания проводят контрольные определения влажности и плотности испытанных образцов и при выявлении отклонений от заданных значений корректируют результаты испытаний или выбраковывают их.

Рекомендуются испытания на приборах с автоматической регистрацией нагрузок и деформаций.

Целесообразны испытания, в которых разрушение образца наступает через 3-5 мин.

Для испытания образцов грунтов и материалов в условиях трехосного напряженного состояния существует большое число приборов. Для каждого из них разработана подробная методика испытания с учетом особенностей конструкции прибора. Поэтому здесь даются лишь общие рекомендации, которые следует учитывать при испытаниях, чтобы получить расчетные характеристики, используемые при проектировании дорожных одежд.

Испытывают цилиндрические образцы с отношением диаметра к высоте 1:2. минимальный диаметр образца зависит от крупности фракций, содержащихся в грунте или материале. При максимальном размере зерен испытуемого грунта или материала до 5 мм принимают диаметр образца равным 60 мм; при размере зерен до 20 мм – диаметр образца 100 мм.

Образцы грунта, имеющие требуемую влажность и плотность, можно готовить в больших формах и затем из них специальным резаком вырезать цилиндр нужного диаметра и высоты или приготавливать образец с послойным уплотнением грунта в специальной разъемной форме требуемых диаметра и высоты.

На образцы связных грунтов и материалов после того, как они вынуты из формы или резака, надевают манжет из резины толщиной 0,2 – 0,3 м.

Рис. 33. Диаграмма Мора для суглинистого грунта при = 22°, с = 0,07 Мпа, W = 13,3 % и =1850 кг/м3

Рис. 34. Зависимость скорости деформирования V вертикальной нагрузки при испытании суглинистого грунта на приборе трехосного сжатия (пример):

- точка резкого увеличения скорости деформирования; W = 13,3% и = 1850 кг/м3

Диаметр манжета должен быть на 2—3 мм меньше образца. Образец с манжетом устанавливают в камеру прибора, после чего камеру закрывают и заполняют водой.

Образцы слабосвязных грунтов и материалов приготавливают в разъемной стальной форме, в которую предварительно вложен резиновый манжет, а также плитка, поддерживающая образец снизу. Уплотненный послойно до требуемой плотности образец вместе с формой помещают в камеру прибора, где в образце создается небольшой вакуум (около 100 мм рт. ст.). После удаления разъемной формы камеру закрывают и заполняют водой. Образцы испытывают при различных значениях бокового давления. Следует испытать при данных условиях испытания не менее трех образцов каждого грунта или материала одинаковой влажности и плотности при каждом значении бокового давления.

Все испытания проводят таким образом, чтобы плотность и влажность образцов в момент разрушения соответствовали расчетным значениям этих характеристик. С этой целью испытания ведут по закрытой системе. Допустимы испытания как с постоянной скоростью нагружения, так и с постоянной скоростью деформирования. При испытаниях с постоянной скоростью нагружения вертикальную нагрузку на образец создают с помощью отрегулированной струи воды или равномерного насипання дроби. Скорость нагружения — 0,01—0,02 МПа/мин при испытании грунтов и 0,02— 0,04 МПа/мин при испытании материалов. В процессе нагружения через равные промежутки времени (1—2 мин) фиксируют вертикальные деформации образца. Нагружают до достижения интенсивного роста деформаций.

На основе результатов испытаний вычисляют скорость деформирования образца при различных вертикальных нагрузках и изображают полученные зависимости графически (рис. 34).

На начальной стадии нагружения скорость деформирования равномерно и сравнительно медленно возрастает по мере увеличения нагрузки. Но после того, как нагрузка достигает определенного размера (разной при различном боковом обжатии), скорость деформирования резко увеличивается и наступает так называемое лавинное нарушение структуры. Эти точки соответствуют достижению предельного равновесия в образце по сдвигу при имеющемся боковом давлении. При испытаниях с постоянной скоростью деформирования регистрируют изменение нагрузки на образец во времени. За разрушающую принимают нагрузку, соответствующую деформации грунта, равной 1/10 высоты образца. Скорость деформирования 1—2 мм/мин. На основании полученных данных строят диаграмму Мора и обычным порядком определяют угол внутреннего трения и сцепление в грунте при данной влажности и плотности (см. рис. 33).

Мелкозернистые грунты испытывают на сдвиг в заданной плоскости обычно в виде цилиндрических образцов диаметром не менее 70 мм (F = 40 см2) и высотой 3—3,5 см, грунты и материалы, содержащие крупные включения, но не более 40 мм, — в формах размером до 3030 см. Замена более крупных фракций допускается равным по массе количеством фракций от 10 до 40 мм. Образцы с данной влажностью и плотностью или приготавливают в большой форме и затем вырезают специальным резаком (мелкозернистые грунты), или готовят непосредственно в фор-

ме, имеющейся в приборе. Образцы испытывают при разных нормальных нагрузках. Прикаждом значении нормальных нагрузок необходимо испытать не менее трех образцов одинаковой влажности и плотности.

В целях обеспечения разрушения образца в виде сдвига (исключив явление отрыва) значение нормальных нагрузок необходимо выбирать так, чтобы экспериментальные точки на графике «нормальные напряжения _ сопротивляемость сдвигу», располагались не выше луча, проведенного из начала координат под углом 45° к оси абсцисс (рис. 35). Экспериментальные точки, не отвечающие этому условию, при построении прямой в расчет не принимают (отбраковывают).

Максимальная нормальная нагрузка не должна существенно превышать напряжений в дорожной конструкции. Если прибор снабжен приспособлением для сдвига с постоянной скоростью деформирования, то испытывают со скоростью деформирования около 0,25—0,50 см/мин. На основе результатов отсчетов по динамометру, взятых через равные промежутки времени, устанавливают зависимость между сдвигающим напряжением и деформацией сдвига. Эта зависимость изображается графически, откуда получают значение максимального сопротивления сдвигу при данных условиях испытания (рис. 36).

Рис. 35. Диаграмма Кулона:

– касательное напряжение; с – сцепление, МПа; – угол внутреннего трения, град; – удельная вертикальная нагрузка.

Рис. 36. Зависимость скорости деформирования V от сдвигающих напряжений при испытании на приборе плоского сдвига (пример):

р – удельная вертикальная нагрузка;

– точка резкого увеличения деформации сдвига.

Если прибор не имеет приспособления для обеспечения постоянной скорости деформирования, то сдвигающую нагрузку увеличивают с постоянной скоростью (нагружение струёй воды). Одновременно фиксируют деформацию сдвига через равные промежутки времени и по полученным данным строят зависимость скорости деформирования от нагрузки. За сопротивление сдвигу применяют напряжение, соответствующее резкому увеличению скорости деформирования. Получив значения сопротивления сдвигу при разных вертикальных нагрузках, значения угла внутреннего трения и сцепления находят из уравнения Кулона путем графического построения (см. рис. 35).

ПРИЛОЖЕНИЕ 9

ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ МАТЕРИАЛОВ И ГРУНТОВ

При проектировании конструкций с теплоизоляционными слоями используют расчетные значения следующих характеристик материалов и грунтов: а) пучинистости — коэффициент пучения и критерий морозоустойчивости; б) теплофизические — коэффициенты теплопроводности и температуропроводности, удельная теплоемкость; в) деформационные — модуль упругости и коэффициент Пуассона; г) прочностные — сопротивление растяжению при

Таблица 32