| 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 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 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
где Q и F - касательная и нормальная силы
к плоскости среза, кН; A - площадь среза, см2. Определение Из каждого значения По измеренным в процессе испытания
значениям деформации среза За сопротивление грунта сдвигу принимают
максимальное значение Если значение 9.2. Угол внутреннего трения
Угол внутреннего трения
где n - число испытаний. Примечание. Для оценки разброса
экспериментальных данных и выявления ошибок испытаний перед вычислением
значений 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 |
, угла
внутреннего трения 
,
удельного сцепления c оттаивающих грунтов.
, МПа, по
формулам:
, (9.1)
, (9.2)
, соответствующим
различным напряжениям 
.
.
, (9.3)
, (9.4)
