ГОСТ 23741-79

ГОСТ23741-79

УДК624.131.377:006.354 Группа Ж39

ГОСУДАРСТВЕННЫЙСТАНДАРТ СОЮЗА ССР

ГРУНТЫ

Методыполевых испытаний на срез

вгорных выработках

Soils.In-situ methods of shearing

testin mine openings

Датавведения 1980-07-01

РАЗРАБОТАНГосударственным комитетом СССР по делам строительства

ИСПОЛНИТЕЛИ

Л.Г.Мариупольский,канд.техн.наук (руководитель темы); А.Н.Скачко, канд.техн.наук;А.А.Шерман; М.А.Ро; А.Я.Рубинштейн, канд.геолого-минер.наук;Э.Р.Черняк, канд.геолого-минер.наук; А.П.Старицын, канд.техн.наук;Л.Е.Темкин; В.И.Швец, д-р техн.наук

ВНЕСЕНГосударственным комитетом СССР по делам строительства

Член КоллегииВ.И.Сычев

УТВЕРЖДЕН ИВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Постановлением Государственного комитета СССР поделам строительства от 20 июня 1979 г. N 90

Настоящийстандарт распространяется на крупнообломочные, песчаные и глинистыегрунты и устанавливает методы полевых испытаний на срез в горныхвыработках при исследованиях грунтов для строительства.

Стандарт нераспространяется на грунты: глинистые текучие, текучепластичные,набухающие, просадочные и с крупнообломочными включениями размерамиболее 80 мм; глинистые и песчаные заторфованные и торфы; глинистые,песчаные и крупнообломочные засоленные; всех видов в мерзломсостоянии, а также при проведении испытаний в скважинах.

1.ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1. Испытаниягрунта на срез следует производить для определения прочностныххарактеристик - угла внутреннего трения (град.) и удельного сцепления с (кгс/).

Испытанияследует производить на срез целика грунта по плоскости, фиксированнойотносительно поверхности горной выработки, постепенно возрастающейкасательной нагрузкой при одновременной передаче на целик грунтанормальной нагрузки к плоскости среза.

Примечание.Определения основных терминов, применяемых в настоящем стандарте,приведены в приложении 1.

1.2. Испытанияна срез целиков грунта следует производить методами:

консолидированногосреза;

неконсолидированногосреза.

1.3. Методконсолидированного среза следует применять для определенияхарактеристик грунтов в условиях стабилизированного состояния:

крупнообломочныхи песчаных;

глинистых споказателем консистенции 0,75.

1.4. Методнеконсолидированного среза следует применять для определенияхарактеристик водонасыщенных глинистых грунтов в условияхнестабилизированного состояния при степени влажности 0,80с показателем консистенции 0,5.

1.5. Испытанияна срез следует выполнять для следующих видов грунтов:

а) природногосложения и природной влажности;

б) природногосложения с замачиванием до полного водонасыщения;

в) насыпных инамывных грунтов заданной влажности или c замачиванием до полноговодонасыщения;

г) сподготовленной плоскостью среза по способу "плашек" илиспособу повторного среза (см. приложение 2).

1.6. Испытанияследует производить в горных выработках (котлованах, шурфах, штрекахи др.).

Проходкавыработок должна проводиться способами, при которых сохраняетсяприродное состояние грунтов забоя выработки. Из выработок на отметкеиспытания грунта на срез должны быть отобраны образцы (монолиты) и влабораторных условиях определены физические характеристики: влажность- по ГОСТ 5180-75, удельный вес - по ГОСТ 5181-78, объемный вес - поГОСТ 5182-78, влажность на границах раскатывания и текучести - поГОСТ 5183-77, зерновой (гранулометрический) состав - по ГОСТ12536-67, а также вычислены объемный вес скелета, коэффициентпористости, степень влажности, число пластичности и показательконсистенции.

Грунты, вкоторых не может быть вырезан целик ненарушенного сложения иликоторые выдавливаются в процессе испытания в зазор между кольцом иповерхностью выработки, испытывать методами, предусмотренныминастоящим стандартом, не допускается.

1.7. Значенияпрочностных характеристик грунта - угла внутреннего трения и удельного сцепления следует устанавливать по величинам сопротивления грунтов срезу ,относящимся к одному инженерно-геологическому элементу (слою) всоответствии с ГОСТ 20522-75, по уравнению

1.8.Сопротивление грунта срезу следует определять как касательноенапряжение

при которомцелик грунта срезается по фиксированной плоскости при нормальномдавлении

где и -соответственно нормальная и касательная нагрузки к плоскости среза,кгс;

- площадь среза,.

Величину следует определять не менее чем при трех различных значениях для однородного по строению и составу грунта при испытании его водной и той же выработке и на одной глубине.

1.9.Сопротивление грунта срезу надлежит определять при испытании методом:

консолидированногосреза - после предварительного уплотнения целика грунта заданнымнормальным давлением;

неконсолидированногосреза - без предварительного уплотнения целика грунта.

1.10. Нормальнуюи касательные нагрузки надлежит создавать с помощью домкратов илитарированными грузами.

1.11. Деформациицелика грунта следует определять как среднее арифметическое показанийдвух приборов, фиксирующих:

смещениепротивоположных сторон кольца в направлении приложения касательнойнагрузки - среза;

осадкупротивоположных сторон штампа - сжатия.

2.АППАРАТУРА

2.1. Дляиспытания целиков грунта на срез следует применять установки,состоящие из следующих основных узлов:

колец свнутренним диаметром = 400 мм и высотой = 220 мм;

жестких штамповс площадью, соответствующей диаметру кольца;

устройств длясоздания нормальной и касательной нагрузок;

измерительнойсистемы для определения величин нагрузок и деформаций сжатия и срезацелика грунта.

2.2. Конструкцииустановок должны обеспечивать возможность:

передачинормальной нагрузки центрально на штамп по оси целика грунта;

передачикасательной нагрузки в плоскости, перпендикулярной к приложениюнормальной нагрузки; при этом касательная нагрузка должна бытьприложена в плоскости среза или выше ее на расстоянии не более 30 мм;

передачинормальной и касательной нагрузок ступенями или в виде непрерывновозрастающей нагрузки с постоянной скоростью;

тарировкиизмерительных приборов и установления поправок на преодоление тренияпри перемещении кольца (целика) относительно неподвижной частиустановки.

2.3. Домкратыдолжны быть предварительно оттарированы, а насосные станциигидравлических домкратов со шлангами высокого давления проверены нагерметичность.

Величинынормального и касательного давления на целик грунта следует измерятьс точностью не менее 0,1 кгс/.

2.4. Приборы(прогибомеры, индикаторы и др.) для измерения деформаций сжатия исреза целика грунта с точностью не менее 0,1 мм должны быть надежнозакреплены на металлической реперной системе.

3.ПОДГОТОВКА К ИСПЫТАНИЮ

3.1. Подготовкук испытанию целиков грунта на срез в пройденной выработке надлежитвыполнить в следующем порядке: вырезают целик грунта с помощьюкольца; после этого устанавливают анкерные устройства, устройства дляприложения и измерения нормальной и касательной нагрузок, а затемизмерительную систему для определения деформаций сжатия и срезацелика грунта.

3.2. Вырезкуцелика грунта следует производить постепенным вдавливанием кольца(вручную или с помощью домкрата) с подрезкой грунта поверхностивыработки вокруг кольца.

Вдавливаниекольца должно производиться без перекосов, центрируя его по заранеенамеченной оси симметрии целика.

3.3. Дляустановки штампа после вырезки целика грунт в кольце надлежитвыровнять и затем на выровненную поверхность укладывать слоймаловлажного песка (мелкого или средней крупности) толщиной 1-2 смдля глинистых грунтов и 3 см - для крупнообломочных грунтов.

В нижней частицелика между торцом кольца и поверхностью выработки должен бытьоставлен зазор высотой 1 - 2 см, по которому проходит плоскостьсреза; во избежание нарушения природного состояния грунта зазорустраивается непосредственно после окончания монтажа установки.

3.4. Послевырезки целика грунта надлежит смонтировать устройства для передачинормальной и касательной нагрузок и измерительную систему.

Измерительныеприборы должны быть защищены от воздействия солнечных лучей, ветра иатмосферных осадков.

3.5. Послемонтажа установки и измерительной системы надлежит установитьпоказания приборов на нулевые деления, записать их в журнале полевыхиспытаний (см. приложение 3) как исходные для последующих отсчетов впроцессе проведения испытания.

4.ПРОВЕДЕНИЕ ИСПЫТАНИЙ

4.1. Методконсолидированного среза

4.1.1.Предварительное уплотнение целика грунта надлежит производитьнормальными давлениями ,при которых в последующем определяют сопротивление грунта срезу .

Нормальныедавления следует передавать на целик грунта последовательно ступенями ;величины давления и их ступеней указаны в табл. 1.

Таблица1

4.1.2. Каждуюступень давления при предварительном уплотнении необходимо выдерживать не менее: длякрупнообломочных и песчаных грунтов - 5 мин, для глинистых грунтов -30 мин, а конечную ступень - до условной стабилизации деформациисжатия целика грунта.

За условнуюстабилизацию деформации сжатия следует принимать приращение осадкицелика, не превышающее 0,1 мм за время, указанное в табл.2.

Таблица2

4.1.3. Впроцессе предварительного уплотнения целиков грунта, а также в периодзамачивания (п. 4.1.6) и при испытаниях необходимо записывать вжурнале испытаний величины деформаций сжатия целиков.

Отсчеты поприборам на каждой ступени давления следует производить:

при испытанияхкрупнообломочных и песчаных грунтов - на промежуточных ступенях в начале и конце ступени и на конечной ступени давления через 10 мин в течение первого получаса и через 15 мин в течениевторого получаса и далее через 30 мин до условной стабилизациидеформаций грунта;

при испытанияхглинистых грунтов - на промежуточных ступенях давления через 10 мин и на конечной ступени давления через каждые 15 мин в течение первого часа и 30 мин в течение второгочаса и далее через 1 ч до условной стабилизации деформаций грунта.

4.1.4. Послепредварительного уплотнения грунта нормальными давлениями (п. 4.1.1)следует произвести срез целика грунта при ступенчатом или плавномувеличении величины касательной нагрузки.

При передачекасательной нагрузки ступенями величина их не должна превышать 10% от величины нормального давления,при котором производится срез. После передачи ступени давлениянеобходимо не реже чем через каждые 2 мин отмечать в журнале величиныдеформации среза до их условной стабилизации.

За условнуюстабилизацию деформаций среза надлежит принимать приращениеперемещения кольца в плоскости среза, не превышающее 0,1 мм за время,указанное в табл. 2.

После достиженияусловной стабилизации деформаций среза при данной ступени нагрузкиследует передавать следующую ступень касательной нагрузки.

При непрерывновозрастающей касательной нагрузке скорость среза должна бытьпостоянной и соответствовать указанной в табл. 3.

Таблица3

Примечание. Прииспытаниях с постоянной скоростью среза следует применять приборы савтоматической записью результатов испытаний.

Отсчеты поприборам для измерения деформаций среза следует производить не реже чем через 2 мин.

4.1.5. Испытаниеследует считать законченным, если при приложении очередной ступеникасательной нагрузки происходит мгновенный срез (срыв) одной частигрунта по отношению к другой или общая деформация среза превысит 50мм.

При проведениисреза с постоянной скоростью за окончание испытаний следует приниматьмомент, когда касательная нагрузка достигнет максимальной величины,после чего наблюдается некоторое ее снижение или когда установленопостоянство значения деформации среза или если общая величинадеформации среза превысит 50 мм.

После окончанияиспытания целики грунта следует разгрузить и отобрать из зоны срезадве пробы грунта для определения влажности.

4.1.6. Дляиспытания грунтов в условиях полного водонасыщения необходимозамочить целики грунтов.

Замачиваниедолжно производиться после завершения работ по подготовке целиковгрунта к испытаниям и монтажа установки.

Замачиваниеследует производить рассредоточенной струей воды, подаваемой на забойвыработки. Высота слоя воды над нижней частью кольца должна быть10-15 см.

После завершениязамачивания вода из выработки должна быть откачана для проведенияиспытания.

Время насыщенияводой целиков грунта должно быть не менее:

дляпесчаных грунтов ........................ 3 ч

для глинистыхгрунтов:

супесей..................................... 24 ч

суглинков................................... 36 ч

глин........................................ 72 ч

Количество воды,расходуемое на замачивание (за вычетом откачиваемой после замачиванияиз выработки воды), необходимо фиксировать в журнале испытаний.

После проведенияиспытаний надлежит отбирать образцы грунта из зоны среза дляопределения влажности и степени водонасыщения. Если степеньводонасыщения грунта была меньше, чем предусмотрена заданием, тоследует испытание повторить с увеличением времени замачивания.

Замачиваниегрунтов следует производить грунтовой водой с места испытания иливодой питьевого качества.

4.2. Методнеконсолидированного среза

4.2.1. Прииспытаниях по методу неконсолидированного среза без предварительногоуплотнения необходимо передать срезу в одну ступень нормальныедавления ,при которых будут производить срез целиков грунта. Величины при срезах целиков грунта следует принимать 0,5; 1,0; 1,5 кгс/.

В случаях, еслипри указанных величинах нормальных давлений будет происходитьвыдавливание грунта в зазор между кольцом и поверхностью выработки,испытание необходимо повторить на других целиках при меньшемдавлении.

4.2.2. Срезцелика грунта надлежит осуществлять не более 5 мин с моментаокончания приложения нормальной нагрузки.

При передачекасательной нагрузки ступенями, не превышающими 10% нормальногодавления , при котором производят срез (п. 4.2.1), приложение ступеней должноследовать через каждые 15-30 с.

При передачекасательной нагрузки в виде непрерывно возрастающей скорость срезаследует принимать в интервале 5-20 мм/мин так, чтобы испытание былозакончено в течение указанного времени.

4.2.3. Моментокончания испытания устанавливают в соответствии с указаниямип.4.1.5. По окончании испытания следует записать в журнале величинумаксимальной касательной нагрузки, которая была зафиксирована впроцессе испытания.

После окончанияиспытания целики грунта следует разгрузить и отобрать из зоны срезадве пробы грунта для определения влажности.

5.Обработка результатов испытаний

5.1. Дляопределения сопротивления грунта срезу при каждом нормальном давлении необходимо построить график зависимости (см. приложение 4).

За сопротивлениегрунта срезу следует принимать максимальное значение ,определенное по графику при величинах деформаций ,не превышающих 50 мм.

По величинамсопротивления грунта срезу ,определенным при различных нормальных давлениях в соответствии с требованиями п. 1.8, следует построить графикзависимости .

Для этогонеобходимо провести прямую линию, занимающую среднее положение междувсеми точками (см. приложение 4).

По графику необходимо производить контроль испытаний. При разбросе опытныхданных относительно прямой линии более чем на 30% от величинысреднего значения результаты испытаний следует считать неудовлетворительными ииспытания следует повторить.

Прочностныехарактеристики грунта - угол внутреннего трения ,град., и удельное сцепление ,кгс/, находят по графику зависимости .При этом величина определяется как отрезок, отсекаемый прямой на оси ординат, а тангенс угла наклона этой прямой к оси абсцисс естьтангенс угла внутреннего трения .

Нормативные ирасчетные значания и для каждого инженерно-геологического элемента (слоя) следуетустанавливать в соответствии с требованиями ГОСТ 20522-75.

5.2. Результатыопределения и необходимо выражать с точностью 0,1 кгс/,- 1° и регистрировать в журнале испытаний с указанием методаиспытания, вида грунта и физических характеристик, а также егосостояния по сложению и влажности. Результаты определений следует сопровождать указаниями величин нормальных давлений ,при которых было получено каждое значение .Величины ,и ,полученные по методике неконсолидированного среза, следует обозначать,и .

Приложение1

Справочное

ТЕРМИНЫИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ

Приложение2

Рекомендуемое

ПРОВЕДЕНИЕИСПЫТАНИЙ ПО СПЕЦИАЛЬНО

ПОДГОТОВЛЕННЫМПОВЕРХНОСТЯМ (СПОСОБ "ПЛАШЕК")

ИСПОСОБУ ПОВТОРНОГО СРЕЗА

1. Припроведении испытаний по способу "плашек" необходимопроизвести подготовку грунта в плоскости среза в следующейпоследовательности:

после испытанияцелика грунта природного сложения на срез установка должна бытьчастично демонтирована (кроме анкерного устройства);

целик грунтаследует перевернуть срезанной поверхностью вверх;

поверхностьсреза должна быть зачищена и выровнена заподлицо с краями кольца;

в выработкеследует зачистить поверхность грунта и выровнять в пределах площади,диаметр которой на 20 - 30 см должен превышать диаметр кольца.

В случае среза спредварительным замачиванием грунт в кольце и на зачищеннойповерхности выработки замачивают до заданной влажности.

2. Послезавершения подготовки грунта в плоскости среза целик грунта следуетперевернуть и установить на зачищенную поверхность выработки.

Далее следуетподнять кольцо вверх на 5 - 10 мм для образования в плоскости срезазазора между кольцом и поверхностью грунта выработки, смонтироватьустановку в целом и проводить испытания по пп. 4.1 и 4.2 настоящегостандарта.

Испытаниеследует оканчивать, когда величина сопротивления срезу достигнет постоянного значения.

3. Припроведении испытаний по способу повторного среза специальнаяподготовка грунта в плоскости среза не требуется.

В этом случаеиспытание следует повторить в соответствии с требованиями пп. 4.1 и4.2 настоящего стандарта после завершения основного испытания сцеликом грунта ненарушенного сложения.

Приложение3

Рекомендуемое

ОБЛОЖКАЖУРНАЛА

(перваястраница)

Организация Пункт__________________________

____________________________ Объект _________________________

Сооружение_____________________

ЖУРНАЛN____________

полевыхиспытаний грунта на срез

ВыработкаN ___________________________________________________

(шурф, котлован,штрек)

Сечениевыработки _____________________________________________

Наименованиеиспытываемого

грунтаи его краткая характеристика ___________________________

Номериспытания _______________________________________________

Краткие сведенияо конструкции установки

(номер,тип, механизм передачи нагрузки) ______________________

_______________________________________________________________

Дата испытаний:

Начало______________________ Окончание ____________________

Техническиеданные

Приборыдля нагрузки и измерения деформации

Домкратномер ______________ грузоподъемностью _________ тс

(для нормальнойнагрузки)

Домкратномер ______________ грузоподъемностью _________ тс

(для касательнойнагрузки)

Типи номер измерительных приборов (для измерения деформаций сжатия)____________________________________________________________

Типи номер измерительных приборов (для измерения деформаций среза)_____________________________________________________________

Схематическийплан расположения и описания выработки

Определениефизических характеристик грунта

Зерновой(гранулометрический) состав грунта, %

------------------------------------------------------------------------

Размерычастиц, мм