Испытания грунта в приборе трехосного сжатия (стабилометре).

Испытания цилиндрических образцов грунта проводятся в условиях осесимметричной деформации, в рабочей камере, схема которой показана на рис. 1 а. Образец грунта имеет отношение высоты к диаметру, как правило, не менее 2. Обычно диаметр образцов принимается равным 38 или 50 мм, значительно реже, диаметром 100 мм. При испытании крупнообломочных грунтов используются образцы с диаметром 200 мм и более.

Трёхосному (объёмному) напряжённому состоянию грунт подвергается в стабилометре.

Основные положения методики заключаются в следующем. В начале опыта создается гидростатическое равновесие главных напряжений. Затем ступенями образец грунта загружается вертикальной нагрузкой, при которой боковое давление сохраняется постоянным. Испытание проводится до разрушения образца. В результате каждого опыта определяются основные характеристики сжимаемости: модуль общей деформации и коэффициент поперечного расширения (коэффициент Пуассона).

Таким образом, образец грунта в стабилометре будет находиться в объемно-напряжённом состоянии.

Если вырезать из образца грунта элементарный параллелепипед с гранями перпендикулярно главным нормальным напряжениям Р₁ и Р₂, то такой образец будет испытывать лишь сжатие со всех сторон без возможности разрушения. Однако параллелепипед грунта ориентированный под углом α по своим граням будет испытывать кроме сжимающих усилий Рα еще касательные усилия τ_α (касательные напряжения).

Именно касательные напряжения τ_α вызывают смещение отдельных частиц грунта относительно друг друга и приводят к разрушению образца грунта в целом. В момент такого разрушения или предельного состояния грунта определяются его прочностные и деформационные свойства.

Проведение испытаний или доведение образца грунта до разрушения (предельного состояния) зависит от соотношения значений главных нормальных напряжений и условий испытаний.

В практике исследований используется большое число стабилометров различной модификации и размеров в зависимости от решения поставленной задачи. Так на левой фотографии представлен прибор стабилометр, предназначенный для исследования мелкодисперсных грунтов. На правой фотографии также представлен стабилометр, но уже для исследования крупнодисперсных грунтов.

Р₁ ≥ Р_полн ≥ Р₂ - Общее уравнение эллипса.

Напряжённое состояние в элементарном образце грунта (в данной точке) весьма наглядно отображается при помощи эллипса напряжений, построенного на осях главных напряжений.

 

a) б)

Рис. 1. Конструкция рабочей камеры (а) и схема нагружения образца грунта (б)

Существует два типа приборов. Прибор типа А используется при определении прочностных и деформационных характеристик песчаных и глинистых грунтов в условиях предварительного изотропного обжатия (консолидации), т.е. когда . Прибор типа Б рекомендуется использовать при определении прочностных и деформационных характеристик грунтов в условиях предварительной анизотропной консолидации, т.е. когда . В последнем приборе возможно проведение испытаний и в условиях изотропного сжатия. В России принято приборы трехосного сжатия называть стабилометрами. Стабилометр типа А, рекомендуется использовать для определения характеристик прочности грунта, а стабилометр типа Б как для прочностных, так и деформационных характеристик грунтов. В ГОСТ 12248-96 приведена методика, которая позволяет применять стабилометр типа А для определения прочностных и деформационных характеристик грунтов. В стабилометре типа А можно провести испытания только при изотропной консолидации (), а в стабилометре типа Б, как при изотропной, так и анизотропной консолидации (). Специальные устройства подключаются к стабилометру и позволяют управлять как измерением изменения объема образца по величине объема жидкости вытесняемой из рабочей камеры стабилометра (или образца), так и величину обратного давления, создаваемого внутри образца грунта. Первое устройство выполняет автоматический контроль управление/измерение изменением объема или давления. Второе устройство выполняет подобную функцию, но в ручном режиме контроля изменения объема образца и обратного давления. Преимущество стабилометров с непрерывным нагружением осевой нагрузки (мм/мин) заключается в том, что эти испытания позволяют определить следующие параметры прочности: критическое значение угла внутреннего трения,φ; пиковое значение угла внутреннего трения,φmax; остаточное значение угла внутреннего трения, φrest; угол дилатанции, ψ, силу сцепления с. Испытания при статическом нагружении дают только критическое значение угла внутреннего трения, φ, и силы сцепления с. В тоже время, в отличие от компрессионных приборов, испытания в стабилометре можно провести в условиях близких к природным, учитывая начальное напряженное состояние в естественном массиве грунта Боковое давление, которое не регулируется в одометре, в стабилометре принимается равным горизонтальным напряжениям на глубине отбора монолита грунта, а вертикальные напряжения задаются равными бытовым (от собственного веса вышележащих слоев грунта).

2. Фазы напряжённого состояния грунта при беспрерывном возрастании нагрузок (зависимость S=f(p)).

Фазы напряженного состояния грунта при беспрерывном возрастании нагрузок (зависимость S=f(p))