ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО
ПО ТЕХНИЧЕСКОМУ РЕГУЛИРОВАНИЮ И МЕТРОЛОГИИ
|
НАЦИОНАЛЬНЫЙ
СТАНДАРТ
РОССИЙСКОЙ
ФЕДЕРАЦИИ
|
ГОСТ Р
53582-2009
|
ГРУНТЫ
Метод определения сопротивления сдвигу
оттаивающих грунтов
|
Москва
Стандартинформ
2010
|
Предисловие
Цели и принципы стандартизации в Российской Федерации
установлены Федеральным законом от 27 декабря 2002 г. № 184-ФЗ «О техническом регулировании»,
а правила применения национальных стандартов Российской Федерации - ГОСТ
Р 1.0-2004 «Стандартизация в Российской Федерации. Основные положения»
Сведения о стандарте
1 РАЗРАБОТАН Научно-исследовательским, проектно-изыскательским
и конструкторско-технологическим институтом оснований и подземных сооружений
НИИОСП им Н.М. Герсеванова - филиалом Федерального государственного унитарного
предприятия «Научно-исследовательский центр «Строительство» (ФГУП «НИЦ»
«Строительство»)
2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 465
«Строительство»
3 УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Приказом Федерального агентства
по техническому регулированию и метрологии от 15 декабря 2009 г. № 892-ст
4 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ
Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется
в ежегодно издаваемом информационном указателе «Национальные стандарты», а
текст изменений и поправок - в ежемесячно издаваемых информационных
указателях «Национальные стандарты». В случае пересмотра (замены) или отмены
настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в
ежемесячно издаваемом информационном указателе «Национальные стандарты».
Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в
информационной системе общего пользования - на официальном сайте
Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети
Интернет
Содержание
1
Область применения
2
Нормативные ссылки
3 Термины
и определения
4
Общие положения
5
Сущность метода
6
Оборудование и приборы
7
Подготовка образцов грунта к испытанию
8
Проведение испытания
9
Обработка результатов
Приложение
А (рекомендуемое) Журнал испытаний для
определения сопротивления оттаивающего грунта сдвигу
Приложение
Б (рекомендуемое) Принципиальная
схема установки для определения сопротивления сдвигу оттаивающего грунта на
контакте с мерзлым грунтом
Приложение
В (рекомендуемое) Схема формы для
приготовления образца мерзлого грунта нарушенной структуры
Приложение
Г (рекомендуемое) Образец
графического оформления результатов испытания оттаивающего грунта методом
одноплоскостного сдвига
|
ГОСТ Р 53582-2009
НАЦИОНАЛЬНЫЙ
СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Метод
определения сопротивления сдвигу оттаивающих грунтов
Soils. Method of determination of thawing soil shear
resistance
Дата введения - 2010-06-01
1 Область применения
Настоящий стандарт устанавливает метод лабораторного определения
сопротивления сдвигу оттаивающих глинистых, органоминеральных грунтов, а также
мелких и пылеватых песков для оценки устойчивости склонов и откосов при
строительстве в районах распространения многолетнемерзлых и сезонномерзлых
грунтов.
2 Нормативные ссылки
В настоящем стандарте использованы ссылки на следующие
стандарты:
ГОСТ
5180-84 Грунты. Методы лабораторного определения физических характеристик
ГОСТ
12071-2000 Грунты. Отбор, упаковка, транспортирование и хранение образцов
ГОСТ
12248-96 Грунты. Методы лабораторного определения характеристик прочности и
деформируемости
ГОСТ
12536-79 Грунты. Методы лабораторного определения гранулометрического
(зернового) и микроагрегатного состава
ГОСТ
20522-96 Грунты. Методы статистической обработки результатов испытаний
ГОСТ
24847-81 Грунты. Методы определения глубины сезонного промерзания
ГОСТ 25100-95 Грунты. Классификация
ГОСТ
30416-96 Грунты. Лабораторные испытания. Общие положения
Примечание - При пользовании настоящим стандартом
целесообразно проверить действие ссылочных стандартов в информационной системе
общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по
техническому регулированию и метрологии в сети Интернет или по ежегодно
издаваемому информационному указателю «Национальные стандарты», который
опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по соответствующим
ежемесячно издаваемым информационным указателям, опубликованным в текущем году.
Если ссылочный стандарт заменен (изменен), то при пользовании настоящим
стандартом следует руководствоваться заменяющим (измененным) стандартом. Если
ссылочный стандарт отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на
него, применяется в части, не затрагивающей эту ссылку.
3 Термины и определения
В настоящем стандарте использованы термины по ГОСТ
25100, а также следующие термины с соответствующими определениями:
3.1 оттаивающий грунт: Грунт, в котором при переходе
из мерзлого состояния в талое разрушаются криогенные структурные связи.
3.2 граница оттаивания (нулевая изотерма): Граница
раздела оттаивающего и мерзлого грунта, движущаяся сверху вниз в процессе
оттаивания.
3.3 приконтактный слой грунта: Тонкий (2 - 4 мм) слой
оттаивающего грунта вблизи границы оттаивания, имеющий наибольшие
разрыхленность, водопроницаемость, влажность и поровое давление.
3.4 оттаявший грунт: Грунт, в котором
восстанавливается структура, уменьшаются разрыхленность, водопроницаемость,
влажность и поровое давление (расположен выше приконтактного слоя).
4 Общие положения
4.1 Настоящий стандарт устанавливает метод лабораторного
определения сопротивления сдвигу оттаивающих грунтов.
4.2 Для испытаний используются образцы мерзлого грунта
ненарушенного и нарушенного сложения в зависимости от свойств грунта и целевого
назначения определения характеристик грунта. Образцы мерзлого грунта
ненарушенного сложения должны сохранять форму, природную температуру, влажность
и льдистость.
4.3 Горные выработки для отбора образцов мерзлого грунта
ненарушенного сложения необходимо проходить без предварительного протаивания
грунта, с сохранением плотности, влажности и криогенной структуры.
4.4 Образцы мерзлого грунта необходимо отбирать при
отрицательной температуре окружающего воздуха, в теплое время года - при
условии их немедленной теплоизоляции и доставки в хранилище с отрицательной
температурой воздуха. Бурение скважин допускается вести без применения
жидкости, с продувкой воздухом, охлажденным до отрицательной температуры (см. ГОСТ
12071).
4.5 Образцы грунта нарушенного сложения (с заданными
физическими свойствами) должны замораживаться в холодильных камерах при
заданной температуре в специальных формах из нетеплопроводного материала,
обеспечивающих требуемое направление теплопотока и формирование криогенной
текстуры грунта.
4.6 Общие требования к лабораторным испытаниям грунтов, оборудованию
и приборам, лабораторным помещениям, способы изготовления образцов для
испытаний приведены в ГОСТ
30416 и ГОСТ
12248.
4.7 Для испытываемых грунтов должны быть
определены следующие физические характеристики по ГОСТ
5180: суммарная влажность для мерзлого грунта, плотность, плотность частиц,
влажность на границе текучести и раскатывания, влажность оттаивающего грунта на
контакте с мерзлым грунтом, гранулометрический и микроагрегатный составы
грунтов по ГОСТ
12536, а также должны быть вычислены коэффициент пористости, степень
заполнения объема пор льдом и незамерзшей водой, число пластичности и
показатель текучести для оттаивающего грунта.
4.8 В процессе испытаний грунтов ведут журнал по форме,
приведенной в приложении А.
5 Сущностьметода
5.1 Испытания оттаивающего грунта методом одноплоскостного
среза по поверхности мерзлого грунта проводят для определения следующих
характеристик: сопротивления грунта срезу τ, угла внутреннего трения
φ, удельного сцепления с оттаивающих грунтов.
5.2 Эти характеристики определяют по результатам испытаний
образцов мерзлого грунта нарушенного и ненарушенного сложения в одноплоскостных
срезных приборах с фиксированной плоскостью среза путем сдвига касательной
нагрузкой оттаивающего образца относительно другой его части - мерзлого
образца.
5.3 Оттаивание образцов мерзлого грунта нарушенного и
ненарушенного сложения проводится сверху вниз. Сдвиг проводится на контакте
оттаивающего грунта с мерзлым слоем («приконтактный слой»).
5.4 Сопротивление грунта сдвигу определяют как предельное
среднее касательное напряжение, при котором образец оттаивающего грунта
сдвигается по фиксированной плоскости, проходящей на 2 - 4 мм выше поверхности
мерзлого грунта при заданном нормальном напряжении. Для определения значений
φ и с необходимо провести не менее трех испытаний при различных
значениях нормального напряжения.
5.5 Испытания проводят по схеме быстрого недренированного
испытания - сдвига глинистых, органоминеральных грунтов, а также мелких и
пылеватых песков.
5.6 Для испытаний используют образцы мерзлого грунта
ненарушенного сложения с природной плотностью и влажностью - льдистостью или
образцы нарушенного сложения с заданными значениями плотности и влажности.
Образцы должны иметь форму цилиндра диаметром не менее 70 мм и высотой 0,6 -
0,7 диаметра.
Примечание - По специальному заданию могут применяться другие
методы оттаивания грунта и конструкции приборов, обеспечивающие моделирование
процесса промерзания - оттаивания и нагружения грунта.
6 Оборудование и приборы
6.1 Все операции по изготовлению, подготовке и испытанию
образцов мерзлого грунта следует выполнять в помещениях с постоянной
отрицательной температурой (холодильных камерах или подземных лабораториях,
расположенных в толще вечномерзлых грунтов), которая должна обеспечивать
сохранность мерзлого состояния грунта, недопущение сколов и других нарушений
поверхности в процессе обработки. Температура воздуха в помещении для
подготовки образцов ненарушенного сложения и изготовления образцов нарушенного
сложения должна приниматься в соответствии с техническим заданием или
моделированием природного состояния.
6.2 Измерения, контроль и запись значений температуры в
холодильных камерах осуществляется автоматически или с помощью термодатчиков,
заленивленных термометров и термографов. Монолиты, проботборники, ножи, кольца,
приборы, эксикаторы должны постоянно находиться в помещении для приготовления и
подготовки образцов или выдерживаться до начала работ не менее двух часов в
помещении с отрицательной температурой.
6.3 В состав установки для испытаний оттаивающего грунта
методом одноплоскостного сдвига по поверхности мерзлого грунта должны входить:
- срезной прибор с фиксированной плоскостью среза, состоящий
из подвижной и неподвижной частей, включающих в себя рабочие кольца с
внутренними размерами не менее 70 мм;
- жесткий тепловой штамп с регулируемой постоянной
температурой;
- устройство для создания и регулирования температуры
теплового штампа;
- датчики (щупы и др.) для контроля границы раздела
оттаивающего и мерзлого грунта;
- механизм для вертикального нагружения образца;
- механизм для создания касательной нагрузки;
- устройства для измерения вертикальных и горизонтальных
деформаций образца;
- комплект оборудования для изготовления и подготовки
образцов мерзлого грунта к лабораторным испытаниям на сдвиг оттаивающих
грунтов.
Принципиальная схема установки для определения сопротивления
сдвигу оттаивающего грунта на контакте с мерзлым грунтом приведена в приложении
Б.
6.4 В комплект оборудования для подготовки
образцов мерзлого грунта к лабораторным испытаниям на сдвиг оттаивающих грунтов
должны входить:
- винтовой пресс-станок;
- кольца-пробоотборники из нержавеющей стали с режущим
краем, заостренным под углом 45°, внутренним диаметром, соответствующим
диаметру образца грунта и высотой, на 5 мм превышающей высоту образца,
предназначенного для испытаний;
- выталкиватель диаметром, равным диаметру образца грунта;
- пила (по дереву и металлу);
- нож из нержавеющей стали с прямым лезвием;
- эксикатор (со льдом или снегом на дне);
- технические весы;
- изопаролента (или полиэтиленовая пленка, пакеты).
6.5 В комплект оборудования для изготовления образцов
мерзлого грунта нарушенного сложения дополнительно к 6.4 должны входить:
- формы для замораживания грунта;
- уплотнитель.
6.6 Формы, в которых проводится замораживание грунта, должны
быть изготовлены из нетеплопроводного материала (органическое стекло и др.) со
стенками толщиной не менее 20 мм и обеспечивать возможность промораживания в
заданном направлении, а также исключать возможность отжатия воды или утечки ее
из грунта во время промораживания.
Схема формы для приготовления образца мерзлого грунта
нарушенной структуры приведена в приложении В.
Примечание - Для исключения радиального оттаивания
изготавливаются рабочие кольца из нетеплопроводного материала или штамп, диаметр
которого на 2 мм меньше диаметра рабочего кольца.
7 Подготовка образцов грунта к
испытанию
7.1 Образцы мерзлого грунта ненарушенного сложения с
природной влажностью и льдистостью вырезают из монолита или керна так, чтобы
при последующем испытании он имел по отношению к нагрузке ориентировку,
соответствующую природному залеганию.
7.2 При изготовлении образцов грунта из монолита
предварительно выпиливают заготовки в виде призм, размеры основания и высота
которых должны на 2 - 3 см превышать заданные размеры образцов.
7.3 Перед изготовлением образцов мерзлого грунта
кольца-пробоотборники нумеруют, взвешивают, измеряют их высоту и внутренний
диаметр. Кольцо-пробоотборник смазывают с внутренней стороны тонким слоем
технического вазелина и устанавливают режущим краем на зачищенную поверхность
основания призмы (или керна). Кольцо-пробоотборник одновременно может служить
рабочим кольцом.
7.4 При помощи пресса кольцо-пробоотборник слегка вдавливают
в мерзлый грунт и острым ножом начинают срезать грунт. Постепенно надвигают
кольцо на образующийся грунтовый цилиндр до полного его заполнения.
Штангенциркулем измеряют высоту образца не менее чем в четырех различных
точках, расположенных по диаметру образца в двух взаимно перпендикулярных
направлениях, проверяют взаимную параллельность оснований образца с
погрешностью 0,1 мм. Из кольца-пробоотборника образец грунта перемещают в
рабочие кольца. Образец грунта вместе с рабочим кольцом взвешивают с
погрешностью не более 0,01 г.
7.5 Для испытуемых образцов грунта дополнительно к
физическим характеристикам, указанным в 4.7,
должны быть определены тип криогенной текстуры и льдистость по ГОСТ
25100.
7.6 Образцы грунта нарушенного сложения изготавливают из
талого грунта заданного состава, влажности и плотности. Требуемая плотность
достигается уплотнением грунта при заполнении рабочих колец. Между рабочими
кольцами помещают прокладки для создания зазора между кольцами.
7.7 Замораживание грунта проводят в специальных формах из
оргстекла, крышку формы устанавливают в зависимости от заданных условий
промораживания: при помещении крышки снизу - промораживание сверху; при
помещении крышки сверху - промораживание снизу. Форму с образцом помещают в
помещение или холодильный шкаф с заданной отрицательной температурой воздуха.
7.8 Во время замораживания измеряют температуру контрольного
образца грунта, в который помещают термодатчик. Промораживание заканчивают,
когда температура контрольного образца достигнет заданного значения. После
этого образец извлекают из формы, герметизируют и сохраняют в эксикаторах (со
льдом или снегом) до испытаний. Время хранения - не более пяти суток.
7.9 До начала проведения испытаний необходимо провести
тарировку приборов.
8 Проведение испытания
8.1 Образец грунта в рабочих кольцах помещают в сдвиговый
прибор. На образец грунта ставят тепловой штамп и центрируют его.
8.2 Температура в тепловом штампе создается и регулируется с
помощью ультратермостата (циркуляция антифриза или другой незамерзающей
жидкости) или других нагревающих устройств. Температура на нижней поверхности
штампа не должна превышать 50 °С.
8.3 Проводят регулировку механизма нагрузки. Закрепляют
устройства для измерения вертикальных и горизонтальных деформаций, записывают
время начала испытаний и начальные показания приборов. На образец грунта
передают нормальное давление р, при котором будет проводиться сдвиг
образца. Значение р принимают по таблице 1.
Таблица 1 -
Нормальное давление на образец грунта с учетом консистенции и водонасыщения
Грунты
|
Нормальное давление р,
МПа
|
Глинистые и
органоминеральные грунты с показателем текучести
|
Мелкие и пылеватые пески с
коэффициентом водонасыщения Sr
|
IL
< 0,5
|
0 - 0,50
|
0,1; 0,15; 0,2
|
0,5 ≤ IL < 1,0
|
0,50 - 0,80
|
0,05; 0,1; 0,15
|
IL
≥ 1,0
|
0,80 - 1,00
|
0,025; 0,075; 0,125
|
8.4 Время (скорость) оттаивания
зависит от размеров образца, состава, плотности и влажности грунта. В процессе оттаивания
с помощью щупа (термодатчиков и др.) контролируют температуру грунта в зоне
сдвига, т. е. на границе раздела оттаивающего и мерзлого грунта, которая должна
быть расположена на 1 - 3 мм ниже верхней части рабочего кольца в подвижной
обойме (см. приложение
Б). Устанавливают зазор 2 мм между подвижной и неподвижной частями срезной
коробки.
8.5 Приводят в действие механизм для создания касательной нагрузки
и проводят срез образца грунта не более чем за 2 мин с момента приложения
нагрузки.
При передаче касательной нагрузки ступенями их значения не
должны превышать 10 % значения нормального давления, при котором проводится
срез, и приложение ступеней нагрузки должно следовать через каждые 10 - 15 с.
При передаче непрерывно возрастающей касательной нагрузки
скорость среза принимают в интервале 2 - 3 мм/мин так, чтобы срез проходил в
течение указанного времени.
8.6 Испытание следует считать законченным, если при
приложении очередной ступени касательной нагрузки происходит мгновенный срез
(срыв) одной части образца по отношению к другой или общая деформация среза
превысит 5 мм.
При проведении среза с постоянной скоростью за окончание
испытаний принимают момент, когда срезающая нагрузка достигнет максимального
значения, после чего будет наблюдаться некоторое ее снижение или установление
постоянного значения, или общая деформация среза превысит 5 мм.
8.7 После окончания испытания следует разгрузить образец, извлечь
рабочее кольцо с образцом из прибора и отобрать пробы для определения влажности
из зоны среза образца.
8.8 В процессе испытания ведут журнал, форма которого
приведена в приложении А.
9 Обработка результатов
9.1 По измеренным в процессе
испытания значениям касательной и нормальной нагрузок вычисляют касательные и
нормальные напряжения τ и σ, МПа, по формулам:
где Q и F -
касательная и нормальная силы к плоскости среза, кН;
А - площадь среза, см2.
Определение τ необходимо проводить не менее чем при
трех различных значениях р.
Из каждого значения τ вычитают поправку за счет трения
в приборе по заранее построенной тарировочной кривой. При фиксации хода
испытаний автоматическими приборами в полученную диаграмму среза также вносят
поправку за счет трения в приборе.
По измеренным в процессе испытания значениям деформации
среза ∆l,
соответствующим различным напряжениям τ, строят график зависимости ∆l = f(τ) (см. приложение Г).
За сопротивление грунта сдвигу принимают максимальное
значение τ, полученное по графику ∆l = f(τ) или по диаграмме среза на
отрезке ∆l,
не превышающее 5 мм.
Если значение τ возрастает постепенно, то за
сопротивление грунта сдвигу следует принимать τ при ∆l =
5 мм.
9.2 Угол внутреннего трения φ и удельное сцепление с
оттаивающего грунта определяют как параметры линейной зависимости
τ = σ tg φ + c.
Угол внутреннего трения φ и
удельное сцепление с, МПа, вычисляют по формулам в соответствии с ГОСТ
20522:
где τi - опытные
значения сопротивления сдвигу оттаивающего грунта, определенные при различных
значениях σi
и относящиеся к одному инженерно-геологическому элементу или отдельному
монолиту грунта (при n ≥ 3);
п - число испытаний.
Примечание - Для оценки
разброса экспериментальных данных и выявления ошибок испытаний перед
вычислением значений tg φ и с строят график зависимости τ = f(σ) (см. приложение Г).
Приложение А
(рекомендуемое)
ЖУРНАЛ
испытаний для определения сопротивления
оттаивающего грунта сдвигу