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 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 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, проботборники, 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;

- 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.