НА ПРИБОРАХ ТРЕХОСНОГО СЖАТИЯ

Сопротивление грунтов сдвигу в условиях трехосного сжатия определяется на стабилометрах. При испытании на стабилометре в исследуемом образце грунта создают объемное напряженное состояние, которое может быть близким к натурным условиям. При этом в отличие от срезного прибора, в котором площадки сдвига в образце принудительно совмещают с плоскостью среза, при испытании образца на стабилометре положение площадок сдвига формируется в процессе нагружения в зависимости от структурных свойств грунта.

 

 

Рис. 11.1. Схемы стабилометров: а – тип Б; б – тип А

 

В лаборатории СПбГПУ учебные лабораторные работы выполняют на стабилометре типа Б, схема которого (рис. 11.1, а) отличается от рекомендуемой ГОСТ 12248–96 схемы стабилометра типа А (рис. 11.1, б) системой передачи вертикальной нагрузки на образец грунта.

Обычно испытание грунта на прочность выполняют по следующей схеме: образец грунта 1 цилиндрической формы помещают в резиновую оболочку 2, а затем в рабочую камеру 3 стабилометра. Резиновая оболочка необходима для сохранения влажности образца, так как нагрузка на образец создается давлением воды в камере. На первой стадии нагружения образец обжимают заданным всесторонним давлением σ₁= σ₂ = σ_3,устанавливая после условного затухания деформаций параметры начального состояния образца перед испытанием на прочность (плотность, степень водонасыщения и др.). Затем при постоянном давлении в рабочей камере образец нагружают вертикальным постепенно возрастающим давлением до состояния предельного равновесия, т.е. до разрушения грунта с установлением предельного значения σ_1пр. При этом в процессе испытаний на стабилометре типа А вертикальная нагрузка создается суммой двух составляющих – от давления в рабочей камере N_к = σ₃ А _п и N _ш, где А _п – площадь поперечного сечения поршня 4 (образца), воспринимающего давление от штока 5, а при испытании на стабилометре типа Б – только нагрузкой на поршень N _п = σ₁ А _п, т.е. вне зависимости от давления в рабочей камере.

Напряженное состояние образца грунта может характеризоваться параметром Лоде вида напряженного состояния

m_s = (2σ₂ – σ₁– σ₃) / (σ₁– σ₃).

Значения параметра m_s могут изменяться от –1 до +1 в зависимости от значения промежуточного главного напряжения σ₂ при соотношении между главными напряжениямиσ₃ £ σ₂ £ σ₁.

Конструкции стабилометров не дают возможности управлять в процессе опыта средним главным напряжением σ₂. Преимущество испытаний на стабилометре типа Б перед испытаниями на стабилометре типа А состоит в возможности исследовать свойства грунта в условиях нагружения при m_s= ±1, т.е. соответственно при σ₁ = σ₂ > σ₃ и σ₂ = σ₃ < σ_1, в то время, как на стабилометре типа А испытания ограничены одним вариантом – при m_s = = – 1, т.е. при σ₂ = σ₃ < σ₁.

В учебной лаборатории СПбГПУ студенты обычно испытывают образцы грунта при m_s= – 1. Прочность грунта определяют по условию предельного напряженного состояния в виде зависимости Кулона – Мора, в которой не учитывается напряжениеσ₂,

= sin φ, (11.1)

где σ _с = с · ctgφ.

Для определения параметров φ и с по значениям σ₃ и σ_1пр строят предельные круги напряжений (круги Мора) и проводят общую касательную к ним (рис. 11.2). Угол внутреннего трения φопределяется наклоном касательной к оси абсцисс, а сцепление с - точкой пересечения касательной оси ординат. По условию прочности Кулона –Мора площадки скольжения с предельными значениями τ располагаются под углом ( – ) по отношению к направлению действия σ_1пр (рис. 11.3, в), что совпадает с результатами измерений углов наклона площадок среза при испытании образцов связных грунтов с хрупким видом разрушения (рис. 11.4, б).

 

Рис. 11.2. Круги напряжений и определение

характеристик прочности по Кулону – Мору

 

Рис. 11.3. Схемы последовательности загрузки образца в стабилометре

типа Б при определении прочности грунта

 

При испытании несвязных или с большой влажностью глинистых грунтов происходит пластичное разрушение образцов (их раздавливание) с резким нарастанием поперечных деформаций образцов (рис. 11.4, а), при этом площадки сдвига не образуются.

а) б)

 

Рис. 11.4. Виды разрушения образцов