Компрессионные испытания

Лабораторные методы определения механических свойств торфа

К механическим свойствам торфа относятся параметры, характеризующие его деформируемость, напряженное состояние, несущую способность и устойчивость.

К основным факторам, характеризующим деформируемость, относятся: модуль деформации Е и коэффициент Пуассона μ.

Прочность оценивается углом внутреннего трения φ и удельным сцеплением С.

Напряженное состояние определяется действующим нормальным σ и касательным τ напряжениями с учетом коэффициента бокового давления ζ и порового давления u.

Деформационные и прочностные характеристики торфа устанавливаются путем испытания цилиндрических образцов на сжатие и срез, а так же в условиях объемно – напряженного состояния при различных соотношениях главных напряжений (трехосные испытания).

Для испытаний используют компрессионные приборы, срезные приборы и стабилометры. Опыты выполняются по стандартным методикам.

Сущность компрессионных испытаний заключается в ступенчатом или непрерывно увеличивающемся уплотнении цилиндрического образца (с известной) начальной высотой нормальным давлением без возможности бокового расширения. Определяют, в основном, зависимость коэффициента пористости от давления

Рис 5.1 Компрессионный прибор – одометр

1-жесткая кольцевая обойма.

2-нижний фильтр.

3-образец торфа.

4-верхний фильтр.

5-устройство передающее нормальное давление.

6-индикатор часового типа для измерения деформации образца.

Р _i – сила, создающая нужное давление р_i

Под воздействием давления р_i торф деформируется на величину Δh. Деформацию замеряют с помощью индикатора часового типа. Учитывается время выдержки под нагрузкой до полной или условной стабилизации осадки образца.

Сразу после приложения нагрузки образец быстро деформируется, но постепенно скорость деформирования снижается и прекращается совсем. Это называется стабилизацией осадки при действии данной ступени нагружения. Это указывает на то, что между данным внешним давлением p _i и внутренним сопротивлением торфа наступило равновесие. Если опыт доводят до полного затухания осадки, то его называют стабилизированным, если не доводят – не стабилизированным. Для торфа полная стабилизация наступает через 10 … 20 суток. Часто проводят ускоренные нестабилизированные испытания за 24 часа. Это обеспечивает 85 … 90 % от полностью стабилизированной осадки

Образец торфа отбирается специальным цилиндрическим пробоотборником и закладывается в жесткую кольцевую обойму. Снизу и сверху устанавливаются фильтры. После чего прикладывают предварительно рассчитанную нагрузку (давление) на верхний фильтр. С помощью индикатора часового типа замеряют деформацию образца. Параллельно ведётся отсчет времени до стабилизации деформации или до истечения заданного времени.

Рис 5.2 Изменение деформации образца при разных ступенях нагружения

В процессе уплотнения фиксируют деформацию h _i при каждой ступени нагружения и общую деформацию Si (стабилизированную или условно стабилизированную). По окончании испытания строится график зависимости коэффициента относительной сжимаемости а _о от относитльной деформации λ:.

а₀ = f(λ);

Ступени давлений: Pi= 1; 2; 4; 8; 12; 15. Н/

Предельное давление для торфа Р=15÷20 Н/.

Зависимость линейная и обратнопропорциональная. Её уравнение:

а) б)

Рис 5.3 Графики зависимости коэффициента относительной сжимаемости от относительной деформации (а) и от начального значения коэффициента пористости (б)

- коэффициент пропорциональности.

Поскольку модуль деформации Е=Р/λ, то с учётом того, чтои a_oi = λ_i /p_i имеем:

λ_i = a_ОН р_i /(1+k p_i).

Величина конечной осадки: S_i =p_i a_ОН h_o /(1+kp_i) и модуль деформации

E = p/λ, т.е.

Параметры а_ОН и k выбираются из графика а_О = f(λ) или рассчитываются по коэффициенту пористости

а_ОН = m(e_O – e_кр1 ), где

m – постоянный коэффициент; е_О – начальное значение коэффициента. пористости (устанавливается расчётом по предварительно найденным значениям w, γ, γ_s); е_кр1 - коэффициент пористости для торфа, в котором отжата вся свободная вода (свободная, т.е. энергетически не связанная с твёрдой фазой)

Перед испытанием образец насыщается водой в течение 24 часов для удаления всей газовой фазы. Система должна быть 2 – х фазной, тогда все поры заполнены жидкостью

е_кр1 = w_кр1 γ_s /γ_w, где

w_кр1 - первое критическое влагосодержание.

Второй основной параметр k = a_ОН /λ_кр1 , где λ_кр соответствует λ_кр на рисунке, или: λ_кр = (е_о - е_кр )/(1 + е_кр ), тогда:

k = m(1+e_o)

Таким образом, основные параметры уравнения одномерного уплотнения органических грунтов а_он и k зависят от начального и конечного коэффициентов пористости. Отсюда видно, что между коэффициентом относительной сжимаемости и относительной деформацией существует обратная линейная связь, определяемая исходными значениями коэффициента пористости.

В заключение строится компрессионная кривая

Рис 5.4 Компрессионная кривая одномерного уплотнения

Обобщенные параметры процесса одномерного уплотнения торфа приведены в таблице 5.1

Таблица 5.1 Обобщенные показатели одномерного уплотнения слабо – средне и сильно разложившегося торфа

Параметры	Единицы измерения	Торф слабо разложивш.	Торф средне разложивш	Торф сильно разложивш
Коэффициент m	См^2/кг	0,15	0,15	0,15
аон	См^2/кг	2,6	2,1	1,2
Коэффициент k	См^2/кг	3,2	2,7	1,8
екр1	-	3,4	3,4	3,4
λкр1	-	0,8	0,75	0,65
wкр1	кг/кг	2,0	2,0	2,0

Дата добавления: 2014-01-11