7.8. Испытания по схеме трехосного сжатия.
Наибольшее распространение получила схема стабилометрического нагружения грунта. Принципиальная схема стабилометра показана на рис. 7.7. Цилиндрический образец грунта 4 помещается в рабочую камеру прибора 7, заполненную водой или глицерином. Для того чтобы предохранить образец от поступления жидкости, его окружают тонкой резиновой оболочкой 6. Нормальное напряжение σх создается в образце через штамп 2 с помощью нагрузочного устройства. Боковое напряжение σ2=σ3 осуществляется созданием в жидкости рабочей камеры гидростатического давления. Измерение давления в камере производится манометром 3, вертикальных перемещений образца — индикаторами 5. Для отжатия воды из образца в процессе испытания или, наоборот, его насыщения используется система дырчатых штампа и поддона с трубками, прикрытыми кранами 1.
Рис. 7.7. Схема стабилометра
Для вычисления горизонтальных перемещений используется тонкая градуированная трубка (волюмометр 8), снабженная краном 1 и позволяющая определить объем жидкости, вытекающей из рабочей камеры прибора, что соответствует объемной деформации образца.
Испытания в стабилометре проводятся для изучения деформационных и прочностных характеристик грунтов, причем в первом случае опыт можно проводить как в условиях компрессионного испытания, так и по схеме трехосного сжатия. В случае компрессионного испытания кран волюмометра перекрывается, производится вертикальное нагружение образца и с помощью манометра определяются возникающие в результате горизонтальные напряжения σ2=σ3. Это позволяет для любой ступени нагружения вычислить соответствующие значения коэффициента бокового давления ζ = σ2/σ1 = σ3/σ1 и коэффициента Пуассона. При испытаниях по схеме трехосного сжатия кран волюмометра остается открытым. По показаниям индикаторов рассчитывают вертикальную деформацию ε1 по уменьшению объема жидкости в рабочей камере — боковые деформации ε2 = ε3, по показаниям манометра — соответствующие им боковые напряжения σ2=σ3 и находят значения модуля объемного сжатия К и модуля сдвига G.
Прочностные характеристики грунта в стабилометре определяют испытанием нескольких образцов-близнецов. Для этого в каждом испытании к образцу прикладывается постоянное, но разное для различных образцов боковое давление (например, σ'2=σ'3<σ''2=σ''3<σ'''2=σ'''3 и т. д.). Для каждого из этих образцов определяется значение σ1 соответствующее разрушению. Очевидно, что σ'1<σ''1<σ'''1 и т. д.
Затем по результатам серии испытаний строят круги предельных напряжений (рис. 7.8). Касательная к этим кругам позволяет определить параметры сопротивления грунта сдвигу φ и с. Для песчаного грунта достаточно проведения одного опыта, так как при с=0 касательная к кругу Мора в этом случае выходит из начала координат.
Методика опытов по стабилометрическому нагружению основывается на предпосылке теории Кулона — Мора: среднее главное напряжение σ2 не влияет на сопротивление грунта сдвигу. В более точных моделях грунта (например, модель Мизеса — Боткина) предусматривается возможность учета влияния этого напряжения. Тогда для определения прочностных характеристик используется прибор, позволяющий нагружать образец независимыми главными напряжениями. Наиболее удачная конструкция такого прибора в нашей стране предложена А. Л. Крыжановским.