ния точности определения угла рассеивания напряжений необходимо построить два или три прямоугольных треугольника. Угол рассеивания напряжений в полупространстве можно определить как среднее или усредненное по глубине значение углов , полученных при рассмотрении каждого из прямоугольных треугольников.

Постановка экспериментов методом цветных полос связана с необходимостью изготовления модели песчаного основания, в котором цветные полосы могут выполняться из того же песка, но подкрашенного красителем. Необходимость воспроизведения эксперимента при формировании выборок углов рассеивания напряжений приводит к существенному увеличению трудоемкости. Поэтому применение такой экспериментальной методики целесообразно при исследовании распределяющей способности в слоистых основаниях или в армированных, то есть в тех случаях, когда угол резко меняется.

Для однородных грунтовых оснований целесообразно применять более простые методики. Разработка такой методики является задачей исследования этого параграфа монографии.

3.1. Методика эксперимента

Суть предлагаемой методики состоит в изготовлении модели грунтового основания, внутри которой заложен бумажный вкладыш, и вдавливании в модель круглого жесткого штампа. Предполагается, что на поверхности бумажного вкладыша после извлечения расположенного над ним грунта, будет видна осадочная лунка, диаметр которой должен превышать диаметр штампа и лунки на поверхности модели.

Изготовление модели выполнялось при помощи укладки грунта в специальную форму, состоящую из жестких составных колец диаметром 10 см и высотой 2 см. Кольца снабжены пазами, позволяющими наращивать высоту образца. Уплотнение грунта в такой сборной форме производилось трамбованием при помощи ударника прибора стандартного уплотнения (ПСУ), соответствующего требованиям [14]. Общая высота моделей принята 4 и 6 см, что обусловлено применяемыми штампами, диаметры которых составляют 2 и 3 см. При такой высоте моделей и диаметре штампа размеры площадки, по которой распределяется нагрузка в нижней поверхности модели, не превышает ее диаметр. Следовательно, грунт работает в условиях, соответствующих натурным штамповым испытаниям. Уплотнение грунта

98

производилось в три слоя по 40 ударов на каждый.

На поверхность каждого уплотненного слоя песка укладывались бумажные вкладыши (рис. 3.3). Также бумажный вкладыш размещался в верхнем не уплотненном слое песка на расстоянии 1 – 1,5 см от поверхности модели (рис. 3.4).

После чего производилось уплотнение песка в верхнем слое модели (рис. 3.5). Первые модели, изготовленные таким образом, не подвергались испытаниям, а разбирались с целью визуальной оценки состояния бумажных вкладышей после их уплотнения. При разборке моделей грунт верхней части модели разрыхлялся и аккуратно изымался. Разрыхление и изъятие грунта производились поочередно до тех пор, пока не покажется бумажный вкладыш (рис. 3.6). Оставшийся грунт изымался и сметался кисточкой так, чтобы бумажный вкладыш был четко виден (рис. 3.7). В результате установлено, что при уплотнении грунтов трамбованием бумажный вкладыш не имеет дефектов в виде разрывов или вмятин. Изготовленная таким образом модель взвешивалась, что при известной влажности песка и массе ко-

99

лец позволяло определить плотность сухого грунта. Модель вместе с кольцами и бумажными вкладышами испытывалась давлением, передаваемым жестким круглым штампом диаметром 2 или 3 см на ма-

шине Р-5 (рис. 3.8).

100

Испытания производились в широком диапазоне давлений, соответствующих как стадии уплотнения грунта, так и стадии сдвигов. На рис. 3.9 и 3.10 представлен общий вид модели из песка среднего после испытаний вдавливанием штампа.

При вдавливании штампов подбирались давления, вызывающие образование осадочных лунок на бумажных вкладышах, заложенных внутри моделей. По диаметру лунки на поверхности вкладыша при известных значениях глубины заложения вкладыша, диаметра штампа можно судить об угле рассеивания напряжения на глубине заложения бумажного вкладыша. При этом в зависимости от глубины заложения вкладыша и передаваемых давлений на отдельных вкладышах различались как зоны уплотнения, так и зоны сдвига, расположенные вокруг углублений (рис. 3.11 и 3.12). С уменьшением давлений, прикладываемых к модели, или при тех же давлениях, но на большей глубине дефекты бумажных вкладышей менее выражены. В этих случаях осадочная лунка имеет более пологие края (рис. 3.13). В моделях из песка влажностью более 8 % в пределах площади распределения давлений наблюдается налипание песчаных частиц (рис. 3.14).

101

После изъятия грунта из верхней части модели и появления бумажного вкладыша с осадочной лункой при помощи металлической линейки измерялось расстояние z от уровня заложения бумажного вкладыша до верхней кромки колец. Положение этой кромки соответствует поверхности грунта в модели. Затем штангенциркулем с точностью до 0,1 мм измеряли диаметр лунки на вкладыше.

102

Такие же испытания были проведены с глинистыми грунтами. Первое же испытание образца глинистого грунта (суглинок тяжелый) показало, что бумажный вкладыш прилипает к верхней и нижней поверхности, а при выемке излишков грунта расслаивается (рис. 3.15). На таких вкладышах видны дефекты, размеры которых можно изме-

рить (рис. 3.16).

Расслоение бумажного вкладыша вызывает неудобства, связанные с определением начала зоны выпора глины. Поэтому в моделях из глинистого грунта на одном горизонте закладывались три бумажных вкладыша (рис. 3.17). Верхний и нижний вкладыши имеют низкую плотность бумаги и предназначены для впитывания излишней влаги, отжимаемой из грунта при изготовлении модели и вдавливании в нее штампа. Средний вкладыш из более плотной бумаги предназначен для измерения дефектов. После вдавливания штампа грунт из верхней части модели извлекался (рис. 3.18). При этом выяснилось, что в результате связности верхний слой отделяется от нижней части модели полностью. К нижней поверхности верхней части модели налипает верхний вкладыш из менее плотной бумаги. На верхнем вкладыше также виден дефект (рис. 3.19), который конформно копирует дефект на поверхности среднего вкладыша. Верхняя часть модели разрезалась канцелярским ножом (для резки бумаги), что позволяет одновременно увидеть осадочные лунки на поверхности модели непосредственно под штампом и на некотором расстоянии от этой поверхности, соответствующем глубине заложения бумажного вкладыша (рис. 3.20). Измерение осадочных лунок выполнялось на среднем

103

вкладыше модели (рис. 3.21 и 3.22). При этом начало зоны выпора определяли визуально.

104

У каждой осадочной лунки измерялись четыре диаметра Diz, при помощи которых и глубины заложения бумажного вкладыша, а также диаметра штампа определялись углы рассеивания напряжений . Для каждой разновидности песка и при определенном его состоянии по плотности получено по 200 частных значений углов рассеивания напряжений. Частные значения углов рассеивания напряжений определялись по формуле

где Diz – диаметр дефекта бумажного вкладыша, заложенного на глубине Z при i- м измерении, мм; Di – диаметр штампа, при помощи которого выполнено данное испытание, мм; Zi – глубина заложения бумажного вкладыша при данном испытании, мм.

В табл. 3.1 приведены частные значения углов рассеивания напряжений песка среднего, вычисленных по формуле (3.1) на основании данных измерения.

Таблица 3.1. Результаты испытаний моделей из песка среднего

105

Продолжение табл. 3.1

106

Продолжение табл. 3.1

107

Продолжение табл. 3.1

108

Продолжение табл. 3.1

109