Assessment of the Validity of the Application of the "oblique Cut" Method to the Diagram of the Dependence of Soil Shear Resistance on Normal Pressure
Year: 2024
Type: article
Abstract: При определении сопротивления грунтов сдвигу принято опираться на закон Кулона, имеющий вид линейного уравнения. Однако экспериментальные исследования, особенно в области малых нормальных нагрузок оказывают отклонения значений модуля сдвига от линейной функции. Н.А. Цытовичем предложен метод «косого среза», учитывающий площадь среза, отличную от горизонтальной окружности. Таким образом, была предпринята попытка учета высоты деформируемого образца. Опыты, проводимые авторами статьи, во-первых, подтвердили нелинейность зависимости сопротивления сдвигу от нормальных нагрузок, а, во-вторых, выявляют противоречия в гипотезе «косого среза». Целью исследования является оценка применимости вышеуказанной гипотезы для обоснования возможности использования закона Кулона в практических расчетах. Для проведения оценки были проведены испытания разных видов грунтов по консолидированно-дренированному способу с использованием компрессионного полевого прибора Литвинова. Для тех же образцов были проведены расчеты по методике «косого среза» Цытовича, а также расчеты по методике, учитывающей как увеличение, так и уменьшение высоты образца в процессе среза (отрицательный «косой срез»), которое может наблюдаться при больших нормальных нагрузках. В результате сравнительного анализа полученных результатов определены существенные различия значений tgφ и с, полученных при испытании по методике ГОСТ и рассчитанных по методу Цытовича. Увеличение высоты образца, на котором основана гипотеза «косого среза», происходит при малых нормальных нагрузках за счет разрыхления грунта при срезе. При этом поверхность среза не плоская, а сферическая, т.к. разрыхление неравномерно, наибольшим оно является в центральной части образца. При больших нормальных нагрузках происходит уменьшение высоты образца. Наилучшее «спрямление» зависимости между эмпирическими значениями тангенциальных и нормальных напряжений происходит при учете и увеличения высоты образца при малых, и уменьшении высоты при больших нормальных нагрузках. Применение метода «косого среза» не дает заявленного «спрямления» диаграммы сдвига, и его использование в практической деятельности не обосновано. When determining the shear resistance of soils, conventional approach relies on Coulomb's equation, typically represented as a linear function. However, experiments, particularly in the field of small normal loads, demonstate deviations in the shear modulus values from the linear function. Cytovich proposed the "oblique slice" method, which considers the slice area in non-horizontal circular form. An attempt was made to take into account the height of the deformable sample. The experiments conducted by the authors of the study confirmed the non-linear dependence of shear resistance on normal loads and revealed contradictions in the "oblique slice" hypothesis. The purpose of the study is to assess the validity of the hypothesis to substantiate the possibility of using Coulomb's equation in practical calculations. Tests were conducted on various soil types using the consolidated-drained method. For the same samples, calculations were performed using the Cytovich "oblique cut" method, as well as calculations using a method that takes into account both an increase and a decrease in the height of the sample during the cut. A comparative analysis of the results revealed significant difference in the values of tgφ and c obtained during testing according to the GOST method and calculated using the Cytovich method. An increase in sample height occurs at low normal loads due to loosening of the soil during cutting. In this case, the cut surface is not flat but spherical, as the loosening in uneven of the soil, with the greatest loosing occurring in the central part of the sample. At high normal loads, the height of the sample decreases. The best "straightening" of the dependence between the empirical values of tangential and normal stresses occurs when taking into account an increase in the height of the sample at low normal loads, and a decrease in height at high normal loads. The use of the "oblique slice" method does not "straighten" the shear diagram. Its use in practice is not justified.
Language: Russian
Subfield: Civil and Structural Engineering
Field: Engineering
Domain: Physical Sciences
Open Access status: diamond
OpenAlex ID: W4400775971