Испытания по схеме трехосного сжатия

Наибольшее распространение получила схема стабилометрического нагружения грунта. Принципиальная схема стабилометра показана на рис. 7.7. Цилиндрический образец грунта 4 помещается в рабочую камеру прибора 7, заполненную водой или глицерином. Для того чтобы предохранить образец от поступления жидкости, его окружают тонкой резиновой оболочкой 6. Нормальное напряжение σ_х создается в образце через штамп 2 с помощью нагрузочного устройства. Боковое напряжение σ₂=σ₃ осуществляется созданием в жидкости рабочей камеры гидростатического давления. Измерение давления в камере производится манометром 3, вертикальных перемещений образца — индикаторами 5. Для отжатия воды из образца в процессе испытания или, наоборот, его насыщения используется система дырчатых штампа и поддона с трубками, прикрытыми кранами 1.

Рис. 7.7. Схема стабилометра

Для вычисления горизонтальных перемещений используется тонкая градуированная трубка (волюмометр 8), снабженная краном 1 и позволяющая определить объем жидкости, вытекающей из рабочей камеры прибора, что соответствует объемной деформации образца.

Испытания в стабилометре проводятся для изучения деформационных и прочностных характеристик грунтов, причем в первом случае опыт можно проводить как в условиях компрессионного испытания, так и по схеме трехосного сжатия. В случае компрессионного испытания кран волюмометра перекрывается, производится вертикальное нагружение образца и с помощью манометра определяются возникающие в результате горизонтальные напряжения σ₂=σ_3. Это позволяет для любой ступени нагружения вычислить соответствующие значения коэффициента бокового давления ζ = σ₂ / σ ₁ = σ₃ / σ ₁ и коэффициента Пуассона. При испытаниях по схеме трехосного сжатия кран волюмометра остается открытым. По показаниям индикаторов рассчитывают вертикальную деформацию ε₁ по уменьшению объема жидкости в рабочей камере — боковые деформации ε₂ = ε₃, по показаниям манометра — соответствующие им боковые напряжения σ₂=σ₃ и находят значения модуля объемного сжатия К и модуля сдвига G.

Прочностные характеристики грунта в стабилометре определяют испытанием нескольких образцов-близнецов. Для этого в каждом испытании к образцу прикладывается постоянное, но разное для различных образцов боковое давление (например, σ ' ₂=σ ' ₃ < σ '' ₂=σ '' ₃ < σ ''' ₂=σ ''' ₃ и т. д.). Для каждого из этих образцов определяется значение σ ₁ соответствующее разрушению. Очевидно, что σ ' ₁ < σ '' ₁ < σ ''' ₁ и т. д.

Затем по результатам серии испытаний строят круги предельных напряжений (рис. 7.8). Касательная к этим кругам позволяет определить параметры сопротивления грунта сдвигу φ и с. Для песчаного грунта достаточно проведения одного опыта, так как при с=0 касательная к кругу Мора в этом случае выходит из начала координат.

Методика опытов по стабилометрическому нагружению основывается на предпосылке теории Кулона — Мора: среднее главное напряжение σ₂ не влияет на сопротивление грунта сдвигу. В более точных моделях грунта (например, модель Мизеса — Боткина) предусматривается возможность учета влияния этого напряжения. Тогда для определения прочностных характеристик используется прибор, позволяющий нагружать образец независимыми главными напряжениями. Наиболее удачная конструкция такого прибора в нашей стране предложена А. Л. Крыжановским.

Дата добавления: 2014-01-05