Лабораторная работа № 13

Ознакомление с методикой испытания грунта в стабилометре

В описанных выше приборах грунт находится в условиях частного случая трехосного сжатия, что не в полной мере моделирует его работу в основании. Наличие жестких обойм, заранее фиксированной плоскости сдвига, изменение площади поперечного сечения образца при сдвиге искажают получаемые результаты вследствие возникающих сил трения по боковой поверхности образца, заклинивания грунтовых частиц, неравномерного распределения касательных напряжений по плоскости сдвига и т.д. Поэтому в последнее время наиболее распространены испытания грунта в условиях трехосного сжатия – в стабилометрах (рис. 11.1).

Испытания в стабилометрах создают ряд преимуществ. Важнейшим из них являются отсутствие фиксированной плоскости сдвига, возможность создания любого соотношения главных напряжений и произвольное изменение их в процессе эксперимента. Кроме того, такие испытания позволяют комплексно получать различные механические характеристики грунтов: модули деформации, коэффициенты бокового давления и расширения, удельное сцепление и углы внутреннего трения, коэффициенты уплотнения и фильтрации (рпи заданном давлении) и др. При этом используют одну – две пробы грунта из одного монолита, производя опыт в одинаковых условиях, что дает возможность объективного сопоставления получаемых величин. В описанных выше способах указанные характеристики определяют на нескольких образцах и на разных приборах в различных условиях, что делает их менее сопоставимыми.

Более широкое распространение находят стабилометры типа А (см. рис. 11.1). Их применяют, главным образом, для получения величин С, φ, Е и величины порового давления. Наиболее известные стабилометры этого класса – системы ДИИТ – 3, ЛИИЖТ ГА – 3 и др.

Стабилометры типа Б используют в основном для компрессионных испытаний и изучения бокового давления. К ним относятся приборы системы М – 2, ЛИИЖТ ГБ – 2 и др.

Принцип действия стабилометров следующий. Образец ( обычно с отношением высоты к диаметру, равным 2) заключают в тонкую резиновую оболочку ( толщиной около 0.2 мм) и помещают в проврачную камеру, наполненную водой. С помощью компрессора или гирь и плавающего поршня на воду передают заданное давление. При этом вокруг образца возникает всестороннее давление, равное боковому (тип А), или только боковое (тип Б) – σ2. Через шток к образцу прикладывают вертикальное давление σ1 с помощью гирь. В стабилометрах типа А значение σ1 должно быть больше σ2. Последнее во время опыта может поддерживаться постоянным.

Испытания грунта производят по системе открытого или закрытого сдвига. Например, ход работы для стабилометров типа А по открытой системе сдвига следующий. Создают постоянное боковое давление воды σ2, МПа. Уравновесив шток (действующую на него выталкивающую силу воды и трение в сальнике с массой тяг и грузовой платформы) и замерив вертикальную деформацию образца за счет всестороннего обжатия, к торцам грунта ступенями прикладывают вертикальную нагрузку F. Величина ступени принимается такой, чтобы возникающее давление составляло 0.01; 0.02 или 0.05 МПа. Каждую ступень выдерживают до наступления условной стабилизации деформации (практически 5…10 мин).

Вертикальные деформации у в мм замеряют индикатором. Грунт сжимают до разрушения, которое происходит вследствие сдвига по наклонной площадке (рис.11.2). После этого таким же образом испытывают второй образец, но при другом значении бокового давления σ2.

 
 


 

Рис. 11.2. Схемы напряженного состояния грунтового образца при трёхосном испытании в стабилометре типа А.

 

Определяют относительные вертикальные деформации λ2 после стабилизации для каждой ступени нагрузки:

где h1 – высота образца после обжатия всесторонним давлением σ2 , мм.

Вычисляют площадь поперечного сечения образца для каждой ступени нагрузки

 

где А0 – площадь поперечного сечения образца до начала опыта, м2.

Вычисляют дополнительное к σ2 вертикальное давление для каждой ступени нагрузки, МПа:

Строят график зависимости λ2 от q (рис .11.3, а), по которому находят qпр (в конце приблизительно прямолинейного наклонного участка), qпр и соответствующую λпр, после чего определяют модуль деформации при трехосном сжатии, МПа

Рис. 11.3. Графики, получаемые при трехосном испытании грунта:

а – зависимость вертикальной деформации образца от дополнительного вертикального напряжения; б – предельные круги напряжений; 1 – кривая при боковом давлении σ2; кривая при боковом давлении σ2¢¢ (σ2¢ 2¢¢)

 

Строят предельные круги напряжений (круги Мора) и проводят касательную к ним (рис.11.3 б), которая характеризует явления сдвига для данного грунта. Эта прямая аналогична диаграмме сдвига, полученной при выполнении лабораторной работы № 9; по ней и определяют величину С и φ обычным методом (см. лабораторную работу № 9). Для песков при С=0 угол φ находят из выражения

, где