65. Określenie parametrów ścinania dla gruntu spoistego w badaniu z konsolidacją i następnie bez odpływu wody:

Aaparat bezpośredniego ścinania : próbka gruntu znajduje się wewnątrz dwudzielnej skrzynki o przekroju kwadratowym. Skrzynki mają długość boku próbki od 6,0 cm do 12,0 cm, zaś wysokość próbki 1,5 – 2,5 cm. Płaszczyzna podziału skrzynki na część górną – ruchomą i dolną – nieruchomą, przebiega w połowie wysokości próbki. Górna i dolna powierzchnia próbki ma kontakt z płytkami filtracyjnymi umożliwiającymi swobodny odpływ wody z próbki pod obciążeniem. Na próbkę, za pośrednictwem tłoka, można przykładać obciążenie siłą pionową, która w trakcie badania jest niezmienna, zaś do górnej części skrzynki przykłada się obciążenie siłą poziomą. Zamocowane czujniki pozwalają na dokonanie pomiaru wzajemnego przemieszczenia obu części skrzynki jak i zmian wysokości próbki w trakcie badania. Po umieszczeniu próbki w aparacie poddaje się ją wstępnej konsolidacji naciskiem siłą pionową, która działa również na próbkę podczas ścinania dając naprężenie pionowe - ϭ. Następnie poddaje się próbkę ścinaniu poprzez przyłożenie zwiększającej się siły poziomej. Moment ścięcia objawia się ustaniem przyrostu odczytów na czujniku dynamometru do pomiaru siły poziomej. Ustala się największą wartość siły w momencie ścięcia - T_max oraz wzajemne przesunięcie skrzynek aparatu - Δa.

Na tej podstawie oblicza się pole przekroju ścięcia próbki: F_s= a* (a-Δa). Wartości naprężeń: stycznego w chwili ścięcia i normalnego oblicza się ze wzorów: τ_fi= T_maxi/ ; F_s ϭ_i=Q_i/ F_s

Mając ϭ_i oraz τ_fi uzyskuje się jeden punkt wykresu ϭ -τ . Wykonując kolejne próby (N ≥ 5), przy różnych wartościach naprężenia pionowego ϭ działającego na próbki dysponujemy zbiorem punktów, które następnie aproksymujemy linią prostą graficznie, lub - dla uzyskania większej dokładności - analitycznie metodą najmniejszych kwadratów. Pozwala to na wyznaczenie kąta tarcia wewnętrznego oraz spójności.

Aparat trójosiowego ściskania -Próbka gruntu w aparacie trójosiowego ściskania ma kształt walca o średnicy

najczęściej 38 mm i wysokości 76 mm. Jest ona otoczona cienką gumową osłonką i znajduje się wewnątrz komory ciśnieniowej, ustawiona na perforowanej podstawie, z góry przykryta tłoczkiem z perforacją. Zadaniem filtrów dolnego i górnego jest odprowadzenie wody z próbki w trakcie badania. Osłonka jest szczelnie połączona z podstawą i tłoczkiem tak, że próbka jest odizolowana od wnętrza komory. Do wnętrza komory doprowadzona jest woda pod ciśnieniem - p, które jest stałe podczas badania. Do górnego tłoczka przylega trzpień, za pośrednictwem którego przykładane jest na próbkę obciążenie siłą pionową, mierzoną dynamometrem.Istnieje również możliwość pomiaru zmian wysokości próbki. Do podstawy próbki

podłączony jest za pośrednictwem zaworu układ do pomiaru ciśnienia wody w porach gruntu.

Po zamocowaniu próbki wewnątrz komory i uszczelnieniu komory przez dokręcenie do podstawy, napełnia się ją wodą pod określonym ciśnieniem. Zgodnie z prawem Pascala ciśnienie to działa we wszystkich kierunkach jednakowo, obciąża więc powierzchnię boczną próbki i działa też na jej górną powierzchnię – jest to etap konsolidacji izotropowej (wszechstronnego ściskania) próbki. Po zakończeniu konsolidacji następuje ścinanie próbki przez zwiększenie obciążenia pionowego za pośrednictwem trzpienia. Ścięcie objawia się ustaleniem największej wartości siły pionowej, odczytywanej na dynamometrze.

Ciśnienie wody, stanowiące obciążenie próbki, nie wywołuje na jej powierzchni naprężeń stycznych, a zatem normalne naprężenia poziome, równe co do wartości ciśnieniu wody w komorze aparatu są równocześnie naprężeniami głównymi σ2 i σ3. Są one sobie równe. Naprężenie pionowe, wywołane obciążeniem zewnętrznym, jako prostopadłe do naprężeń σ2 i σ3 jest również naprężeniem głównym σ1. Zatem stan naprężenia w momencie ścięcia można opisać następująco: σ2 = σ3 = p oraz σ1 > σ2 = σ3. Naprężenie σ1 przy ścięciu jest równe: σ 1 = σ 3+Qmax / A. Ścięcie zostało zatem spowodowane przyrostem naprężeń σ 1 - σ 3 = Qmqx /A Ten przyrost nosi nazwę dewiatora naprężenia. Dla określenia parametrów wytrzymałościowych Φ i c niezbędne jest ścięcie kilku próbek tego samego gruntu (N ≥ 5) przy różnych wartościach ciśnienia wody p=σ3 w komorze aparatu. Uzyskujemy zatem odpowiadającą liczbie próbek liczbę kół Mohra. Wspólna styczna (obwiednia) do kół Mohra jest prostą daną równaniem Coulomba, gdyż każdy punkt styczności przedstawia stan graniczny naprężeń występujący w danej próbce przy ścięciu. Równanie prostej (a stąd wartości Φ i c) wyznacza się najczęściej przez aproksymację wyników linią prostą przy pomocy metody najmniejszych kwadratów, korzystając ze wzorów analogicznych jak przy interpretacji rezultatów bezpośredniego ścinania