Расчет устойчивости природных склонов и откосов земляного полотна

7. При проведении испытаний  глинистых грунтов на длительный  сдвиг необходимо обеспечивать  постоянство температурно-влажностного  режима в помещении и отсутствие  всякого влияния на результаты  исследований динамических нагрузок (вибрации, сотрясений, ударов).

Метод "шарика"

1. Наблюдение за скоростью  погружения стального шарика  в глинистый грунт осуществляется  путем приложения к шарику  внешней нагрузки. Прибор для  испытания (рис.4) состоит из металлической станины и кронштейна, во втулках которого свободно передвигается в вертикальном направлении шток. Нижний конец штока заканчивается иглой и шариком диаметром от 0,5 до 1,5 см. На верхнем торце штока закреплена загрузочная площадка. Вертикальные перемещения штока с шариком фиксируются мессурой.

2. При достижении шариком  постоянной (во времени) скорости  погружения в грунт величину  коэффициента динамической вязкости  определяют по формуле Стокса:

                                                                                  (3)

где d - диаметр шарика, см;

v - скорость погружения шарика, см/сек;

g_г - плотность грунта, г/см³;

g_ш - плотность шарика, г/см³.

Плотность шарика с учетом величины приложенного груза Р_гр находят по формуле

                                                                                                           (4)

где V_ш - объем шарика, см³.

Рис.4. Прибор для испытания методом "шарика": 
1-груз; 2-нагрузочная площадка; 3-станина; 4-образец; 5-кольцо; 6-шарик; 7-шток

Усовершенствованный метод "шарика"

1. Определение коэффициента  вязкости глинистых грунтов по  методу "шарика" проводится с  помощью пенетрационного прибора,  в котором нагрузка на стальной  шарик передается с помощью  динамометра (рис.5).

2. Предварительно подготовленный  образец грунта (с нарушенной  или ненарушенной структурой) устанавливается  на площадку прибора, жестко  соединенную с упругим элементом  динамометра. По индикатору динамометра  берется начальный отсчет Р_о в единицах деформации упругого элемента динамометра.

Рис.5. Пенетрационный прибор: 
1-нагрузочный винт; 2-верхнее основание; 3-стойка;4-шток с шариком; 5-рычажок; 6-индикатор смещения шарика; 7-динамометр; 8-нижнее основание; 9-виброизолирующее основание; 10-площадка для образца; 11-полиэтиленовая пленка; 12-образец; 13-металлическая обойма; 14-слой солидола

3. Первоначально в установленный  образец грунта с помощью нагрузочного  винта вдавливается стальной  шарик строго на половину его  диаметра. При этом глубина вдавливания  фиксируется по индикатору смещения  шарика. По окончании начального  вдавливания снимается отсчет Р_вдавл по индикатору динамометра.

4. В последующем наблюдают  за изменением усилия действующего  на шарик (реакция упругого  элемента), во времени от величины Р_вдавл до момента полной стабилизации его. По динамометру определяется усилие на шарик P_eim ³ 0, при котором скорость его погружения 

5. По данным наблюдений  строится график (рис.6)

Р = f(t)

где Р - усилие упругого элемента динамометра действующее на шарик, выраженное в единицах его деформации;

t - время, сек.

6. На различных участках  полученного графика определяется  скорость изменения усилия  , которая в то же время является скоростью смещения шарика в грунте, так как изменение усилия Р прямо пропорционально линейной деформации упругого элемента динамометра Dl. Число вышеуказанных определений должно быть не менее 10.

Рис.6. Изменение усилия, действующего на шарик во времени

7. Величина Dl не должна превышать 0,001-0,002 мм. Это позволяет рассмотреть процесс изменения усилия на шарик в данном, интервале как процесс смещения шарика в грунте с постоянной скоростью   при действии на него постоянной нагрузки, равной 

8. Величины эффективных  коэффициентов вязкости испытуемого  глинистого грунта h определяются по формуле Стокса

                                                                                          (5)

где g_ш - фиктивная плотность шарика, г/см³;

g_г - плотность грунта, г/см³;

v - скорость смещения шарика, см/сек;

d - диаметр шарика, см.

Рис.7. Зависимость эффективного коэффициента вязкости и нагрузки на шарик от скорости погружения шарика

9. Фиктивная плотность  шарика g_ш определяется по формуле

                                                               (6)

где q - цена деления индикатора динамометра, г;

V_ш - объем шарика при радиусе h, см³, 

Примечание. Цена деления индикатора динамометра q определяется по тарировочному графику.

10. На основании произведенных  расчетов строится график h = f(v) в логарифмическом масштабе и график v = f(P) в полулогарифмическом масштабе (рис.7). По этим графикам определяется коэффициент вязкости глинистого грунта h при нагрузке Р, действующей на шарик, равной 1,01·P_eim.