Типы трехосных испытаний

Трехосное сжатие

Общие положения

Испытания цилиндрических образцов грунта проводится в условиях осесимметричной деформации, в рабочей камере, схема которой показана на рис. 1 а. Образец грунта имеет отношение высоты (Н) к диаметру (D), как правило, не менее 2. Обычно диаметр образцов принимается равным 38 или 50 мм, значительно реже, диаметром 100 мм. Известны конструкции приборов для испытания крупнообломочных грунтов с диаметром в 200 мм (ЛИИЖТ, НИС Гидропроекта)

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

На рис . 2 показана конструкция приборов трехосного сжатия производства ООО «ГЕОТЕК». 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.

Рис. 2. Приборы трехосного сжатия (стабилометр): а – типа А; б – типа - Б

Процедура испытаний

Боковое давление, создаваемое воздухом или жидкостью в рабочей камере, = (рис. 1 б, рис. 2) поддерживается постоянным, а вертикальное напряжение увеличивается ступенями (рис. 3). При определенной величине разности (девиаторе) напряжений ( ) наступает разрушение образца по наклонной плоскости (рис. 4, 5). В отличие от испытаний на прямой срез, где плоскость среза определена конструктивно (горизонтальна) в приборе трехосного сжатия положение плоскости разрушения зависит от условий нагружения.

Рис. 3. Предварительное гидростатическое обжатие образца и добавочное

внешней нагрузкой

Рис. 4. Наклонная плоскость разрушения/среза

Касательное, и нормальное напряжение, на плоскости разрушения может быть найдено, если известно значение угла наклона данной плоскости в предельном состоянии.

Рис. 5. Элемент среды и компоненты напряжений

Из условий равновесия на наклонной плоскости находим

Если известно значение , то могут быть найдены напряжения и . В некоторых случаях, из опытов трудно найти угол наклона плоскости разрушения, так как в образце не образуется видимой плоскости разрушения, образец деформируется виде «бочки» (рис. 6). В этом случае, за разрушающую нагрузку принимается значение, соответствующее 20% вертикальной деформации.

Рис. 6. Разрушение в виде «бочки»

Если на графике нанести все значения и для каждого угла от 0 до 90⁰, то получим круг радиусом с центром и . Этот круг называется кругом напряжений Мора (рис. 7).

Рис. 7. Круг напряжений Мора и предельная прямая Мора-Кулона

Касательная к кругу Мора, построенного с использованием предельного значения напряжения является предельной прямой. Для случая связных грунтов необходимо построить не менее двух предельных круга Мора (рис. 8), т. е. провести опыты при различных значениях бокового давления .

Рис. 8. Прямая предельного состояния для связного грунта

Рис. 9. Типичное поведение насыщенных грунтов в условиях дренированных трехосных испытаниях: 1 - плотный песок или переуплотненная глина; 2 - рыхлый песок или нормально уплотненная глина.

Типы трехосных испытаний