Определение категории грунта

Цель работы: определить категорию грунта с помощью ударника ДорНИИ и ознакомиться с классификацией грунтов по трудности разработки.

Общие сведения о прочности грунтов

Прочность определяет способность грунтов сопротивляться внешним нагрузкам. Прочность определяет разрушаемость грунтов. Для оценки прочности грунта приняты определенные показатели, такие как сопротивление сдвигу, вдавливанию, предел прочности при сжатии и на разрыв.

При взаимодействии рабочих органов машин с грунтом в последнем возникают напряжения, превышающие упругие, причем они достигают наибольшего (предельного) значения уже в области пластических деформаций грунта.

При этом грунт разрушается с полной потерей структурной прочности и отделением некоторого объема от массива. Таким образом, оценка разрушаемости грунта с позиций теории упругости механики грунтов мало приемлема для описания процесса разрушения грунтов при их разработке землеройными машинами. Однако есть и общие положения. Так, независимо от степени деформирования среды, при любом сложнонапряженном состоянии, разрушение может происходить только от растяжения для хрупких тел и от сдвига для пластичных. Все связные грунты (а такие преобладают) являются пластич­ной средой, разрушаемой от касательных напряжений τ сдвига. В основу определения сопротивления грунтов сдвигу положен закон о прямолинейной зависимости этого сопротивления от нормальных напряжений

_о,

где τ – разрушающее касательное напряжение или предельное сопротивление грунта сдвигу, кгс/см²;

s – нормальное напряжение, действующее перпендикулярно к площадке сдвига, кгс/см²;

tg φ – угол внутреннего трения;

С _о– сцепление грунта (удельная сила сцепления при сдвиге), определяемое как касательное напряжение, необходимое для непосредственного преодоления сцепления между частицами гранта при сдвиге, кгс/см². Величина С соответствует чистому сдвигу при s = 0.

С _о и j являются математическими параметрами прямолинейной зависимости сдвига (рис. 3, а).

Почти все землеройные машины разрабатывают немерзлые грунты ме­тодом резания, т. е. послойным снятием стружки грунта. Под влиянием внешних сил в грунте возникают сложнонапряженные состояния и под воздействием касательных напряжений τ, превышающих сопротивление грунта сдвигу, происходит скольжение (сдвиг) одной части грунта по другой.

В механике грунтов обычно считается, что С _о не зависит от нормального давления, которому прямо пропорционален второй член уравнения, рассматриваемый как сопротивление грунта трению при сдвиге. Однако всякое изменение нормального давления практически сказывается не только на s × tgφ, но и на величине сцепления С _о. Для сыпучих грунтов, у которых отсутствует сцепление (С _о = 0) величина τ = s × tgφ, т.е. сопротивление сдвигу определяется только их внутренним трением. Следует подчеркнуть, что сопротивляемость грунта сдвигу зависит от влажности, плотности, величины τ и скорости сдвига.

Результатами исследований установлено, что угол внутреннего трения ψ зависит от влажности грунта и уменьшается с ее увеличением. Как показано на рис. 3, б, повышение влажности более 10–12 % приводит к резкому падению величины угла внутреннего трения. Вместе с тем угол трения мало зависит от степени уплотнения. Сцепление грунта при одной и той же влажности повышается с увеличением степени уплотнения, а при одинаковой плотности понижается с увеличением влажности (рис. 4, б).

Исследования, проведенные А.Н. Зелениным, показали, что один и тот же грунт в зависимости от его влажности и других факторов может быть слабым, средним или крепким. Например, глины относятся к III – IV категории, а при повышенной влажности разрабатываются более легко, чем сухие грунты I – II категории. Поэтому экскаватор, работающий в более легких условиях, например, на сухой супеси может не выполнять план, а экскаватор, работающий на так называемом тяжелом грунте, например, влажной глине, может перевыполнять свое задание. Для нормирования экскавации грунтов в летних и зимних условиях необходим критерий сопротивляемости грунтов разработке в зависи­мости от их физического состояния. Таким критерием Зелениным А.Н. была предложена шкала сопротивляемости грунтов, оцениваемая по числу ударов (числу С) дина­мического плотномера.

Классификационная шкала утверждена ГОСТом 9693-67 и введена с 1 января 1968 г. для обязательного применения при производстве земляных работ. Определение группы грунтов по методу доктора технических наук А.Н. Зеленина, принятое в этом стандарте, представлено в табл. 3.

Таблица 3