НА ПРИБОРАХ ТРЕХОСНОГО СЖАТИЯСопротивление 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 = σ3,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 σ1пр. При этом в процессе испытаний на стабилометре типа А вертикальная нагрузка создается суммой двух составляющих – от давления в рабочей камере Nк = 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 ms = (2σ2 – σ1– σ3) / (σ1– σ3). Значения параметра ms 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 ms= ±1, т.е. соответственно при σ1 = σ2 > σ3 и σ2 = σ3 < σ1, в то время, как на стабилометре типа А испытания ограничены одним вариантом – при ms = = – 1, т.е. при σ2 = σ3 < σ1. В учебной лаборатории СПбГПУ студенты обычно испытывают образцы грунта при ms= – 1. Прочность грунта определяют по условию предельного напряженного состояния в виде зависимости Кулона – Мора, в которой не учитывается напряжениеσ2,
где σ с = с · ctgφ. Для определения параметров φ и с по значениям σ3 и σ1пр 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 (
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
|
= sin φ, (11.1)
– 
) по отношению к направлению действия σ1пр (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).
