к.т.н. Хрянина О.В.

Пензенский государственный университет архитектуры и строительства, РОССИЯ

ВЛИЯНИЕ ВИДА НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ НА МЕХАНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ГРУНТОВ

Исследование влияния вида напряженного состояния на прочностные и деформационные свойства грунтов проводятся в приборе истинного трехосного сжатия конструкции А.Л. Крыжановского [1], приборе трехосного сжатия (стабилометр) конструкции A.W. Bishop [2] и приборе кручения конструкции F. Tatsuoka [3].

В идеальном случае следует применять для этой цели прибор конструкции А.Л. Крыжановского, в котором возможно независимое нагружение кубического образца грунта по всем трем главным осям. При нагружении выполняется условие совпадения осей напряжений и деформаций. Провести испытания с вращением осей в данном приборе конструктивно невозможно.

Существенным конструктивным недостатком данного прибора является наличие «мертвых» ненагружаемых участков в угловых зонах образца грунта. В 1981 Микулич и позднее А.А. Землянский, Г.Г. Болдырев [4] устранили этот недостаток разработав конструкцию нового прибора истинного трехосного сжатия. В последних приборах нагружение ообразца грунта выполняется посредством гладких жестких штампов, в отличие от прибора А.Л. Крыжановского, в котором нагружение осуществляется через гибкие мембраны.

Термин «истинное трехосное сжатие» был введен А.Л. Крыжановским для того, чтобы отличить свой прибор от прибора трехосного сжатия Bishop A.W. В приборе трехосного сжатия (стабилометре) возможно нагружение образца грунта в условиях осесимметричного деформирования, когда ₁< > ₂=₃, а в приборе А.Л. Крыжановского в условиях пространственной деформации при ₁₂₃. В частном случае в приборе истинного трехосного сжатия, возможно, реализовать условия осесимметричного деформирования.

Несмотря на отмеченные преимущества прибора истинного трехосного сжатия он не нашел широкого практического применения из-за своей конструктивной сложности. Кроме того, в приборах конструкции [1, 4] практически невозможно создать однородное деформированное состояние из-за наличия "мертвых зон" [1] и трения на нагрузочных штампах прибора [4]. Введение смазки не решает полностью проблему неоднородности деформаций [5, 6]. В отличие от рассмотренных приборов прибор конструкции Wong R.K.S. [5] позволяет проводить исследования напряженно-деформированного состояния грунтов с вращением осей напряжений и деформаций.

В приборах на кручение проводятся испытания полых цилиндрических образцов грунта, создавая давление внутри и снаружи образца с последующим приложением крутящего момента на верхнем конце образца. Такая схема испытаний чрезвычайно сложна, применяют ее в основном в научно-исследовательских целях. Подготовить полые образцы, в частности песчаного грунта, очень сложно. Для этого применяется метод замораживания водонасыщенных образцов с последующим оттаиванием и дегазацией порового пространства.

Наиболее просто и относительно дешево провести испытания в стабилометре, тем более все исследования можно провести в рамках действующего ГОСТ [7]. Следует заметить, что в настоящее время в нашей стране для практических целей при определении механических свойств грунтов рекомендуется использовать стабилометры, а прибор истинного трехосного сжатия и прибор на кручение не аттестованы.

К сожалению, до сих пор при проведении инженерно-геологических изысканий трестами инженерно-строительных изысканий (ТИСИЗ) выполняется определение прочностных свойств грунтов с использованием приборов одноплоскостного среза, а не стабилометров и тем более приборов истинного трехосного сжатия. Это объясняется, во-первых, тем, что испытания в стабилометре дороже и сложнее. Во-вторых, наша промышленность не выпускает стабилометры, а зарубежные приборы очень дороги. Поэтому очень важно связать результаты испытаний в стабилометре с результатами испытаний на более простых приборах, в частности приборе одноплоскостного среза. Фактически речь идет о том, чтобы найти экспериментально функциональную связь между параметрами прочности в условиях одноплоскостного среза и этими же значениями в условиях сложного напряженного состояния.

Литература:

1. Крыжановский А.Л. Прибор для определения прочности и деформируемости грунтов в условиях трехосного сжатия. Бюл. изобр., №8, 1968.

2. Bishop A.W. The strength of soils as engineering materials. Geotechnoque, Vol. 16, No 2, 1966, pp. 91-130.

3. Fukusima S., Tatsuoka F. Deformation and strentgh of sand in torsional simple shear. Proc. IUTAM Conf. On Deformation and Failure of Granular Materials, Delft, 1982, pp. 371-379.

4. Землянский А.А., Болдырев Г.Г. Устройство для испытания образцов на трехосное сжатие. Свидетельство на изобретение № 938084, класс G01N3/08, 1982.

5. Wong R.K.S., Arthur J.R.F. determinations and uses of strain distributions in sand. Getechnical Testing Journal, Vol. 8, No. 3, 1985, рр. 101-110.

6. Read H.E., Hegemier G.A. Strain softening of rock, soil and concrete – a review article. Mechanics of Materials, No. 3, 1984, pp. 271-294.

7. ГОСТ 122248-96. Грунты. Методы лабораторного определения характеристик прочности и деформируемости. М., 1996.