Испытания грунтов на сдвиг при простом и трехосном сжатии

Испытание на простое (одноосное) сжатие возможно только для тугопластичных и твердых глинистых грунтов, из которых могут быть вырезаны образцы цилиндрической или призматической формы.

При испытании на одноосное сжатие образцов грунта (цилиндров высотой в 1,5-2 раза большей диаметра) увеличивают сжимающую нагрузку до тех пор, пока не произойдет разрушение образца или не возникнут прогрессивно возрастающие его деформации. Величину разрушающей нагрузки относят к единице площади поперечного сечения, принимая распределение давления равномерным (Ϭ₁=Р/F, где Р – нагрузка; F – площадь поперечного сечения образца)

Рис. 3.13. К испытанию связных грунтов на одноосное сжатие

Если выделить по оси образца бесконечно малый элемент (рис. 3.13. а), то треуголная призма с углом α буднт испытывать напряжения (рис. 3.13. б)

Проектируя все силы на направление наклонной грани призмы, получим

τ_α*d_s*1-Ϭ₁*dx*sinα*1=0, откуда

τ_α= Ϭ₁*dx/ds* sinα, или

τ_α= Ϭ₁/2*sin2α

Максимальное сдвигающее напряжение τ_max будет при sin2α=1 равно τ_max= Ϭ₁/2

Испытание на трехосное сжатие позволяют испытывать образцы любых грунтов при обжатии боковым давлением, отвечающим работе грунта в природных условиях. Прибором на трехосное сжатие является стабилометр типа «А». этот прибор состоит из камеры, наполненной жидкостью и соединенной с источником боковых давлений, в которой между специальными поддонами (фильтрующими или водопроницаемыми) устанавливается образец грунта, помещаемый в резиновую оболочку. Осевая нагрузка Р передается на образец с помощью специального поршня. Во время испытаний ведется замер: нейтрального порового давления И; всестороннего давления в камере по манометру Ϭ₂ осевых деформаций Ϭ₁: объемных изменений испытываемого образца грунта.

Результаты испытаний позволяют определить величину эффективных напряжений Ϭ_i в момент разрушения образца:

Ϭ₁= Ϭ₁-И

Ϭ₂= Ϭ₂-И

Ϭ₃= Ϭ₃-И

где И – величина порового давления кроме того, определяют величину продольной относительной деформации.

ε_z=Si/h;

где Si – осадка для i-ой ступени нагрузки, h- первоначальная высота образца, а так же величину относительной объемной деформации

θ=ΔV/V;

где V – первоначальный объем ΔV – измененный объем образца (измеряя с помощью волюмометра).

Стабилометры типа «А» в конструктивном плане отличаются от стабилометров типа «Б» тем, что у них осевая нагрузка передается через шток, диаметр которого существенно меньше диаметра штампа.

Иные методы испытания грунтов на сдвиг

Кроме описанных методов определений предельного сопротивления грунтов сдвигу (метод прямого среза, метод трехосного сжатия) существует ряд иных методов испытаний на сдвиг. Наиболее широко применяются на практике лопастные испытания пластичных грунтов на сдвиг и испытания связных грунтов на сдвиг по методу шарового штампа.

Лопастные испытания на сдвиг при кручении, которые проводятся в полевых условиях с помощью специальных лопастей (крылаток), в настоящее время широко применяют для испытания пластичных слабых глинистых и илистых грунтов, а так же водонасыщенных супесчаных грунтов в буровых скважинах.

При лопастных испытаниях в забой скважины ниже конца обсадной трубы в грунт вдавливается лопастная крыльчатка с четырьмя лопастями, после чего вращением рукоятки с помощью двойного червячного редуктора производится полный поворот (на 360^о) и грунт срезается по симметричной поверхности высотой h и диаметром d, при этом помощью торсиометра измеряют скручивающий момент М_кр. Лопастная установка дает возможность (при высоте крыльчатки 160 и диаметре 80мм) испытывать грунт на предельное сопротивление сдвигу от 1кгс/см² (~0,1 мПа), а при меньшем диаметре – до 2-2,5 кгс/см².

Приняв треугольное распределение сдвигающих напряжений τ_s по площади поперечного сечения цилиндра среза и равномерное распределение по его боковой поверхности, будем иметь

М_кр= τ_s*π*d*h*d/2+2* τ_s*π*d²/4*2/3*d/2, откуда

τ_s=2*М_кр/π*d²*h*(1+d/3h)