6.4.2. Одноосные испытания.
В опытах используются образцы цилиндрической или призматической формы с диаметром или стороной поперечного сечения 40...45 мм (рис. 6.2, а). Торцы образца, через которые с помощью пресса передается нагружение, должны быть строго параллельны и гладко отшлифованы. Чтобы в наибольшей степени исключить влияние трения на торцах и обеспечить равномерное напряженное состояние в средней части образца, его высота должна быть в 2...3 раза больше ширины или диаметра.
Рис. 6.2. Схема (а) и результаты (б) одноосных испытаний образца скальных грунтов
1,2 – тензодатчики для измерения продольных и поперечных деформаций; 3 – нагружение; 4 - разгрузка
Для определения продольных и поперечных деформаций в средней части боковой поверхности образца наклеиваются тензодатчики. Нагружение производится ступенями в зависимости от прочности грунта.
Образец нагружается до величины, соответствующей (0,3...0,5) Rс, где Rc – предел прочности образца грунта на одноосное сжатие. После этого также ступенями образец полностью разгружается. Характерные кривые деформируемости образца скального грунта представлены на рис. 6.2, б.
В качестве деформационных характеристик используются следующие показатели: Е — модуль деформации, Е' — модуль упругости, v — коэффициент Пуассона. Величины Е и Е' определяются по одной и той же формуле в требуемом интервале изменения напряжений E=∆σ/∆εz. При этом модуль деформации определяется по ветви нагружения и характеризует общие (упругие и пластические) деформации образца εz=εez+εpz, а модуль упругости — по ветви разгрузки и характеризует лишь восстанавливающиеся деформации εez. Для малотрещиноватых скальных грунтов эти величины близки между собой и различаются не более чем на 10...30%. Обычно величины модулей деформации образцов скальных пород изменяются от 1000...3000 МПа (для слабых известняков, алевролитов) до 100000 МПа и более (для прочных гранитов, диабазов и других изверженных пород). Коэффициент Пуассона образцов, определяемый по формуле
ν = – (εz + εz) / (2 εz)
для большинства образцов скальных грунтов мало меняется при нагружении и разгрузке и составляет порядка 0,1...0,3.
6.4.3. Компрессионные испытания.
Схема одометра компрессионного прибора показана на рис. 6.3. Образец грунта 1, помещенный в металлическое кольцо 2, устанавливается на днище 3. Сверху на образец через штамп 5 с помощью нагрузочного устройства отдельными ступенями передается сила F, вызывающая в образце сжимающие напряжения σ=F/A, где А — площадь поперечного сечения образца. В днище и штампе имеются тонкие отверстия 4, обеспечивающие отток поровой воды при сжатии образца грунта или, наоборот, поступление воды в грунт при необходимых условиях испытания. Под действием силы F происходит вертикальное перемещение штампа, вызывающее осадку образца. Величина этих перемещений измеряется индикаторами часового типа 6, устанавливаемыми на штампе одометра. Чтобы уменьшить влияние силы трения деформирующегося образца грунта о стенки кольца, диаметр образца должен в три раза и более превышать его высоту.
Рис. 6.3. Схема одометра компрессионного прибора
Увеличивая ступенями сжимающее напряжение σ и дожидаясь стабилизации деформаций от каждой ступени нагружения, можно определить конечную осадку образца грунта s, соответствующую данной ступени нагружения. Тогда мерой количественной оценки деформируемости грунта в условиях компрессионного сжатия будет служить относительная деформация сжатия ε = s/h, где h — первоначальная высота образца.
Аналогичным образом, производя ступенями разгрузку образца, можно получить зависимость относительной деформации удлинения (разуплотнения) образца при уменьшении напряжения. Характер графиков соответствующих испытаний представлен в нижней части рис. 6.4.
Рис. 6.4. Компрессионные кривые и зависимости изменения относительной деформации от напряжения: 1 – нагружение; 2 – разгрузка