Утвержден и введен в действие

Приказом Ростехрегулирования

от 15 декабря 2009 г. N 892-ст

 

НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

 

ГРУНТЫ

 

МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОПРОТИВЛЕНИЯ СДВИГУ ОТТАИВАЮЩИХ ГРУНТОВ

 

Soils. Method for determination

of thawing soil shear resistance

 

ГОСТ Р 53582-2009

 

Группа Ж39

 

ОКС 93.020

 

Дата введения

1 июня 2010 года

 

Предисловие

 

Цели и принципы стандартизации в Российской Федерации установлены Федеральным законом от 27 декабря 2002 г. N 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. N 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.

 

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. Сущность метода

 

5.1. Испытания оттаивающего грунта методом одноплоскостного среза по поверхности мерзлого грунта проводят для определения следующих характеристик: сопротивления грунта срезу , угла внутреннего трения , удельного сцепления c 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  и c 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, пробоотборники, 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 °C.

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 p, при котором будет проводиться сдвиг образца. Значение p принимают по таблице 1.

 

Таблица 1

 

Нормальное давление на образец грунта

с учетом консистенции и водонасыщения

 

┌─────────────────────────────────────────────────┬───────────────────────┐

│                     Грунты                      │ Нормальное давление p,│

├────────────────────────┬────────────────────────┤          МПа          │

│      Глинистые и       │Мелкие и пылеватые пески│                       │

│органоминеральные грунты│    с коэффициентом     │                       │

│с показателем текучести │    водонасыщения S     │                       │

│                        │                   r    │                       │

├────────────────────────┼────────────────────────┼───────────────────────┤

│        I  < 0,5        │        0 - 0,50        │    0,1; 0,15; 0,2     │

│         L              │                        │                       │

│    0,5 <= I  < 1,0     │      0,50 - 0,80       │    0,05; 0,1; 0,15    │

│            L           │                        │                       │

│       I  >= 1,0        │      0,80 - 1,00       │  0,025; 0,075; 0,125  │

│        L               │                        │                       │

└────────────────────────┴────────────────────────┴───────────────────────┘

 

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  и , МПа, по формулам:

 

, (9.1)

 

, (9.2)

 

где Q и F - касательная и нормальная силы к плоскости среза, кН;

A - площадь среза, см2.

Определение  необходимо проводить не менее чем при трех различных значениях p.

Из каждого значения  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 , соответствующим различным напряжениям , строят график зависимости  (см. Приложение Г).

За сопротивление грунта сдвигу принимают максимальное значение , полученное по графику  или по диаграмме среза на отрезке , не превышающее 5 мм.

Если значение  возрастает постепенно, то за сопротивление грунта сдвигу следует принимать  при .

9.2. Угол внутреннего трения  и удельное сцепление c оттаивающего грунта определяют как параметры линейной зависимости

 

.

 

Угол внутреннего трения  и удельное сцепление c, МПа, вычисляют по формулам в соответствии с ГОСТ 20522:

 

, (9.3)

 

, (9.4)

 

где  - опытные значения сопротивления сдвигу оттаивающего грунта, определенные при различных значениях  и относящиеся к одному инженерно-геологическому элементу или отдельному монолиту грунта (при n >= 3);

n - число испытаний.

Примечание. Для оценки разброса экспериментальных данных и выявления ошибок испытаний перед вычислением значений  и c строят график зависимости  (см. Приложение Г).

 

 

 

 

 

Приложение А

(рекомендуемое)

 

                                  ЖУРНАЛ

                  испытаний для определения сопротивления

                        оттаивающего грунта сдвигу

 

Объект (пункт) ____________________       Данные о рабочем кольце и образце

Сооружение ________________________       высота, мм ______________________

Шурф (скважина) N _________________       диаметр, мм _____________________

Глубина отбора образца, м _________       площадь, см2 ____________________

Лабораторный номер образца ________       объем, см3 ______________________

Наименование грунта _______________       масса кольца, г _________________

Сложение грунта ___________________       масса кольца с мерзлым грунтом, г

Визуальное описание образца               _________________________________

мерзлого грунта в лаборатории _____       масса образца мерзлого грунта, г

___________________________________       _________________________________

Температура в холодильной                 плотность мерзлого грунта, г/см3

камере ____________________________       _________________________________

Температура штампа ________________       влажность мерзлого грунта, д.е.

                                          _________________________________

                                          влажность грунта в приконтактной

                                          зоне, д.е. ______________________

                                          визуальное описание грунта

                                          в зоне сдвига ___________________

 

┌─────┬───────┬──────┬───────┬───────┬──────┬───────┬──────┬──────┬────────┬──────┐

│Дата │ Время │Время │Давле- │Пока-  │Время │Пока-  │Абсо- │Каса- │Каса-   │Приме-│

│испы-│снятия │от    │ние на │зания  │от    │зания  │лютная│тель- │тельное │чание │

│таний│отсчета│начала│образец│инди-  │начала│инди-  │дефор-│ное   │напря-  │      │

│     │ t , ч │оттаи-│грунта │катора │сдви- │катора │мация │напря-│жение   │      │

│     │  i    │вания,│p, МПа │дефор- │га,   │сдвига,│сдвига│жение │с учетом│      │

│     │       │мин   │       │мации  │мин   │мм     │l, мм │тау,  │поправки│      │

│     │       │      │       │осадки,│      │       │      │МПа   │на      │      │

│     │       │      │       │мм     │      │       │      │      │трение в│      │

│     │       │      │       │       │      │       │      │      │приборе │      │

│     │       │      │       │       │      │       │      │      │тау, МПа│      │

├─────┼───────┼──────┼───────┼───────┼──────┼───────┼──────┼──────┼────────┼──────┤

│     │       │      │       │       │      │       │      │      │        │      │

└─────┴───────┴──────┴───────┴───────┴──────┴───────┴──────┴──────┴────────┴──────┘

 

 

 

 

 

Приложение Б

(рекомендуемое)

 

ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ СХЕМА

УСТАНОВКИ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОПРОТИВЛЕНИЯ СДВИГУ

ОТТАИВАЮЩЕГО ГРУНТА НА КОНТАКТЕ С МЕРЗЛЫМ ГРУНТОМ

 

 

1 - индикатор часового типа для измерений деформаций

сдвига; 2 - подвижная обойма; 3 - неподвижная обойма;

4 - устройство для создания и регулирования температуры

теплового штампа; 5 - индикаторы часового типа

для измерения деформации осадки; 6 - вертикальная нагрузка;

7 - тепловой штамп; 8 - оттаявший грунт;

9 - плоскость среза; 10 - приконтактный слой

(оттаивающий грунт); 11 - граница раздела оттаивающего

и мерзлого грунта; 12 - мерзлый грунт;

P - сдвигающая нагрузка

 

Рисунок Б.1

 

 

 

 

 

Приложение В

(рекомендуемое)

 

СХЕМА

ФОРМЫ ДЛЯ ПРИГОТОВЛЕНИЯ ОБРАЗЦА МЕРЗЛОГО ГРУНТА

НАРУШЕННОЙ СТРУКТУРЫ

 

 

1 - рабочее кольцо; 2 - грунт; 3 - крышка формы;

4 - защитное кольцо формы; 5 - кольцевая прокладка;

6 - опорное кольцо формы; 7 - диск-вкладыш

 

Рисунок В.1

 

 

 

 

 

Приложение Г

(рекомендуемое)

 

ОБРАЗЕЦ ГРАФИЧЕСКОГО ОФОРМЛЕНИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ИСПЫТАНИЯ

ОТТАИВАЮЩЕГО ГРУНТА МЕТОДОМ ОДНОПЛОСКОСТНОГО СДВИГА

 

График 

Масштаб графика:

по горизонтали

10 мм - l мм для 

по вертикали

20 мм - 0,1 МПа для 

 

 

График 

Масштаб графика:

по горизонтали

20 мм - 0,1 МПа для 

по вертикали

20 мм - 0,1 МПа для 

 

 

Рисунок Г.1