Трехосное сжатие грунтов: Трехосное сжатие грунта в стабилометре Гектар Групп

Трехосное сжатие грунта в стабилометре Гектар Групп


Трехосное сжатие — лабораторный метод исследования, при помощи которого моделируется природное состояние грунта. Результат испытаний достигается за счет всестороннего воздействия на каждый единичный объем образца. Лабораторный метод подходит для дисперсных грунтов и считается наиболее точным для выявления механических свойств. Испытание трехосного сжатия — “золотой стандарт” определения прочностных и деформационных параметров: с высокой повторяемостью воссоздается естественное напряженное состояния в образцах грунта. Прибор стабилометр гибко управляет компонентами напряженно-деформируемого состояния. С его помощью можно определить угол внутреннего трения, модуль деформации, поровое давление. Изначально метод разрабатывался для проведения испытаний шельфовых отложений, слабых, неуплотненных грунтов, залегающих на глубине с большим давлением воды.

Содержание:

  • Прибор стабилометр: что это?

  • Преимущества стабилометра перед одометром

  • Методика проведения испытания

  • Типы трехосного сжатия грунта

Прибор стабилометр: что это?


Стабилометр для испытания грунтов — это цилиндрический образец, сверху и снизу ограничен штампами, через которые передается вертикальная нагрузка и осуществляется дренирование. Боковая поверхность грунта отделена от среды в герметичной камере эластичной мембраной. 


Существует два вида стабилометра: 


Прибор для испытаний грунта состоит из устройства вертикального нагружения, камеры трехосного сжатия, нагнетателя бокового давления для камеры типа “Б” или всестороннего давления для камеры типа “А”, нагнетателя порового давления и дегазатор. Давление на образец в камере создается рабочей жидкостью (дистиллированная дегазированная вода, водная вытяжка).


Источник фото Студме.ру

Преимущества стабилометра перед одометром


Одометр — компрессионный прибор, с помощью которого также можно определить сжимаемость грунта. В данном случае деформации возможны только в вертикальном направлении: изменения ступенчатые, известные. Определение деформации грунта зависит от усилий, приложенных на штамп. При испытании между корпусом и образцом возникает трение, что снижает точность результатов.  


Испытания трехосного сжатия исключают любое взаимодействие с грунтом: он находится в герметичном цилиндре, а полость залита жидкостью. Данным методом можно определить коэффициент бокового давления, в отличие от одометра. Напряжение в грунте более однородное и постоянное.

Методика проведения испытания


Трехосное сжатие грунта состоит из нескольких этапов:


Перед началом нужно подготовить, измерить и взвесить образец.


Для проведения испытания образцы связного грунта должны быть в ненарушенном состоянии. Если в нарушенном, то с заданными параметрами плотности и влажности. 


Обработка результатов автоматически производится в компьютерной программе. 


Трехосное сжатие применяется для установления возможной нагрузки на фундамент, при проектировании плотин и мостов, землеройных работах. Итогом испытания есть график зависимости деформации образца от всесторонней нагрузки.


Проведение испытаний в стабилометре в России регламентируется ГОСТ 12248-96.

Типы трехосного сжатия грунта


  1. Неконсолидированно-недренированные. Проводятся без предварительного уплотнения грунта без отжатия из него воды в процессе всего испытания. 


  2. Консолидированно-дренированные. Выполняются с предварительным уплотнением и отжатием воды в процессе исследования.


  3. Консолидированно-недренированные. Проводятся с предварительным уплотнением образца и отжатием из него воды только во время уплотнения.


Деформационные характеристики грунта следует определять только в консолидированно-дренированном режиме. В недренированном режиме в ходе девиаторного нагружения жидкость из порового пространства не может выдавливаться, в результате фактически сжимается вода. Деформируемость образца определить невозможно.

Поделиться:

Трехосное сжатие в Москве. Инженерные изыскания

Специалисты компании ООО «ГеоЭкоСтройАнализ» профессионально занимаются изучением механических характеристик грунтов. Метод трехосного сжатия – один из важнейших в современном исследовании грунтов. Без детальной информации о свойствах грунта и его характере невозможно приступать к проектированию строительных работ.

Сотрудники нашей лаборатории проводят разнообразные испытания образцов грунта, в результате которых подготавливают отчет по геологическим изысканиям. Сжатие грунтов обязательно входит в состав испытаний.

Сжатие проводят при помощи трех способов: одноосного, трехосного и компрессионного. Трехосное сжатие считается наиболее интересным и применяемым на практике видом сжатия. Именно такому сжатию подвергается грунт, подвергаясь нагрузке от сооружения. Упрощенно говоря, трехосное сжатие является всесторонним воздействием, которое испытывают все единицы объема грунта.

Цель, которой достигают этим испытанием, заключается в прогнозировании поведения данного вида грунта в естественных условиях. Для проведения опыта с трехосным сжатием наши специалисты пользуются специальным прибором – стабилометром. Работа с этим прибором позволяет достаточно точно определить такие механические свойства грунта, как деформация и прочность. При помощи данной методики испытания грунта получают ряд важных показателей, которые очень важны для проектирования строения и определения типа фундамента (показатели порового давления, условий дренирования, величины изменения объема грунта после его сдвига).

Именно благодаря трехосному сжатию возможно равномерное распределение нагрузки на образец, что позволяет добиться однородности и постоянства полученного напряжения. После получения результатов исследования проектировщики могут определиться с характером территории, на которой планируется вести строительство, определиться с возможными опасными процессами в грунте. На основании этой информации принимают решение о возможности реализации проекта.

Методика трехосного сжатия

Наши специалисты берут на участке пробы грунта. Исследование образцов, находящихся в цилиндрической тонкой резиновой оболочке, проводится в специальной камере стабилометра. Нижнюю часть образца помещают на пористой подставке. После готовности образца грунта к испытанию начинается поступательная всесторонняя передача давления грунту. В пространство, оставшееся между камерой прибора и образцом грунта, закачивают воду (жидкость). Таким образом, грунт подвергается дополнительному равномерному боковому давлению на грунт. Образец подвергается всестороннему сжатию, и специалисты получают нужные им показания, на основании которых вычисляют показатели прочности и деформации грунта.

Метод испытания грунта трехосным сжатием проводится на основании полученного от заказчика задания и разработанной программы испытаний. Данное испытание позволяет дать максимально точную имитацию нагрузки, испытываемой грунтом, расположенным под построенным зданием. При проведении испытаний определяют взаимосвязь между деформацией грунта и приложенной к нему нагрузкой. Это важно для определения предела прочности грунта на сдвиг.

Проведение трехосных испытаний необходимо при:

Землеройных работах.

Работах по проектированию земляных плотин и мостов.

Изучении устойчивости откоса.

Фундаментных работах с применением свай.

Изучении допустимой нагрузки на фундамент неглубокого типа.

Методом трехосного сжатия испытывают грунты, имеющие ненарушенную структуру. Это необходимо для того, чтобы определить характеристику, при которой грунт сможет сопротивляться сдвигу в периоды разрушений.

Существует несколько способов проведения испытания трехосным сжатием.

НН – это проведение неконсолидированного-недренированного испытания неуплотненных грунтов натуральной влажности.

КН – это проведение консолидированного-недренированного испытания уплотненных грунтов, имеющих фиксированную степень влажности.

КД – это проведение консолидированного-дренированного испытания грунтов уплотненного, однородно осушенного типа.

Цены ниже среднерыночных. Сравните и убедитесь

Работаем комплексно, есть лаборатория и инструменты для выполнения всех необходимых работ

Готовы выехать на объект на следующий день после согласования

Срок, цена и гарантии закреплены в договоре и не изменяются

Наши заключения всегда проходят проверки надзорных органов

Мы лицензированная организация, имеем необходимые сертификаты

Испытание грунтов на трехосный сдвиг, понимание методов

Содержание:

  • Определение испытания на трехосный сдвиг
  • Важность трехосного испытания на сдвиг
  • История испытаний на трехосный сдвиг
  • Типы методов трехосного испытания 90 006
  • Типовая тестовая установка
  • Устройство для испытания на трехосный сдвиг
  • Подготовка образцов
  • Проведение испытания

Что такое испытание на трехосный сдвиг?

Трехосное испытание — это тип испытания на сдвиг твердых материалов, проводимого, когда образец находится под ограничивающим давлением со всех сторон. Ограничивающие давления создаются в жидкостной камере для имитации напряжений от окружающих грунтовых материалов. Затем он может дать более четкое представление о поведении материалов на месте. Этот принцип испытаний применим к горным породам, порошкам и строительным материалам, но в этой статье основное внимание будет уделено испытаниям грунтов на трехосный сдвиг.

Какова цель трехосного теста?

Целью различных процедур является измерение прочности на трехосный сдвиг образцов грунта при различных условиях дренажа в полевых условиях. Результаты дают ценную информацию для инженерного проектирования и строительства грунтовых насыпей, тротуаров и фундаментов сооружений. Определение механического поведения грунтовых материалов с помощью трехосных испытаний помогает убедиться, что грунты, поддерживающие конструкции, подходят для предполагаемого использования и его продолжительной работы.

Испытание грунта на трехосный сдвиг — это не просто испытание. В этом сообщении в блоге обсуждаются три различных метода испытаний, каждый из которых имеет различные требования, основанные на типах почвы и свойствах отдельных образцов.

Предыстория испытаний

Венгерский инженер по имени Теодор фон Карман построил в 1912 году одно из первых трехосных испытательных устройств для проверки поведения хрупких горных пород в геофизических целях. Артур Касагранде разработал первый трехосный тест для грунтов в 1930. Касагранде был современником и помощником Карла фон Терцаги в Массачусетском технологическом институте. Во время визитов в исследовательские центры механики грунтов в Германии и Швеции в 1929 году он увидел необходимость в улучшенном методе испытаний на сдвиг, который учитывал бы естественные ограничивающие силы, окружающие грунтовые материалы на месте. Вернувшись в Массачусетский технологический институт, он спроектировал и построил свой первый трехосный испытательный прибор для грунтов.

Первое трехосное устройство Casagrande

Фото: www.geotecnia-sor.blogspot.com

Стандартные методы испытаний грунта на трехосный сдвиг

Мы обсудим три обычных типа трехосных испытаний связного или свободно дренирующего грунта; Неконсолидированный недренированный (UU), консолидированный недренированный (CU) и консолидированный дренированный (CD).

  • ASTM D2850/AASHTO T 296 Неконсолидированные недренированные (UU) испытания на трехосное сжатие связных грунтов также известны как «Q» или быстрые испытания. Образцы могут быть неповрежденными, уплотненными или переформованными почвами. Для этого испытания дренаж не происходит во время фаз консолидации или сдвига, и образцы могут быть или не быть 100% насыщенными. Поровое давление обычно не измеряется. Нагрузки прилагаются относительно быстро, и образец теоретически не уплотняется. Тест Q предназначен для грунтов с очень низкой водопроницаемостью.
  • ASTM D4767 Объединенное испытание на трехосное сжатие связных грунтов в недренированных грунтах (CU), также известное как испытание «R». Дренаж допускается на этапе консолидации, что приводит к изменению объема, но не допускается во время осевой нагрузки. Осевая нагрузка и деформация, наряду с поровым давлением воды, измеряются для определения общих напряжений и осевого сжатия. Образцы должны быть на 100% насыщены для этого теста. Данные, собранные в результате испытаний трех образцов при различных напряжениях консолидации, позволяют определить предел прочности.
  • ASTM D7181 Сводное испытание на трехосное сжатие грунтов в дренированном состоянии (CD), также известное как «S» или медленное испытание. Это испытание обеспечивает дренаж как на этапе консолидации, так и на этапе сдвига, поэтому при разрушении при сдвиге не возникает избыточного порового давления. Испытание применимо к интактным или восстановленным образцам. В расчетах главных напряжений и осевого сжатия используются измерения осевой нагрузки и деформации, а также объемные изменения. Этот метод подходит для свободно дренируемых типов почвы. При использовании для некоторых связных образцов испытание может занять несколько недель.

Устройство для испытания на трехосный сдвиг

Ниже приведены некоторые важные компоненты специализированного оборудования, необходимого для трехосного испытания:

  • Трехосные камеры – это камеры различных размеров, в которых устанавливаются подготовленные образцы. Жидкость под давлением, обычно вода, в ячейке создает ограничивающее давление вокруг образца. Фитинги из латуни или нержавеющей стали на ячейке контролируют наполнение и опорожнение, в то время как поршень с низким коэффициентом трения прикладывает сжимающее усилие к образцу во время испытания. Требуются аксессуары для трехосных испытательных ячеек, которые можно приобрести как по отдельности, так и в комплекте. Наборы содержат пористые камни, латексные мембраны, колпачок и подставку, а также уплотнительные кольца, соответствующие по размеру испытуемому образцу.
  • Нагружающие рамы прикладывают к образцу осевые нагрузки с правильной скоростью деформации через испытательную камеру. Нагрузочные рамы с грузоподъемностью 20 000 фунтов силы или 20 000 фунтов силы (44,5 или 89 кН), оснащенные соответствующими трехосными компонентами, обеспечивают аналоговое или цифровое измерение давления и деформации во время испытаний.
  • Трехосевые панели управления, оснащенные измерительными бюретками, соединениями и элементами управления, регулируют и контролируют давление жидкости и воздуха, а также заполнение и опорожнение испытательных ячеек. Основная панель предоставляет все необходимые функции для одной тестовой ячейки, а для каждой новой тестовой ячейки можно добавить вспомогательную панель для одновременного тестирования.
  • Датчик порового давления доступен для измерения давления жидкостей внутри образца во время испытаний. Это устройство доступно как автономный прибор с цифровым считывающим устройством.
  • Программное обеспечение для сбора трехосных данных работает вместе с цифровыми приборами Gilson для измерения трехосной нагрузки и деформации для регистрации, расчета, построения графиков и предоставления данных об осевой нагрузке и деформации трехосных испытаний грунта.
  •  Вакуумный насос создает вакуумное давление для фаз насыщения образца и деаэрации воды для трехосных испытаний и испытаний на проницаемость. Лабораторная установка осушки газа Drierite является рекомендуемым аксессуаром.
  • Резервуар для деаэрации работает с источником вакуума для удаления захваченного воздуха из систем подачи воды для трехосных испытаний и испытаний на проницаемость.

Типовая установка для трехосных испытаний

Подготовка образцов

Образцы грунта, либо ненарушенные и экструдированные из пробоотборников с тонкостенными трубками (трубками Шелби), либо переформованные или уплотненные в лаборатории, формируются и обрезаются по размеру с использованием специализированных оборудование для пробоподготовки. Латексная мембрана для контроля миграции жидкости, пористые камни на каждом конце, а также крышка и пьедестал для установки в испытательной камере устанавливаются с использованием комплекта для испытательной ячейки А и других инструментов и принадлежностей.

Процедура испытания на трехосный сдвиг

Собранная испытательная камера, содержащая подготовленный образец и воду, устанавливается в силовую раму. Подключены воздуховоды и водоводы к трехосному пульту управления, установлены и обнулены приборы измерения нагрузки и деформации. Существует три этапа трехосных испытаний, и каждый этап имеет свои вариации, уникальные для конкретного метода испытаний. Успешное тестирование зависит от тщательного прочтения и понимания конкретного используемого метода тестирования.

  • Насыщение – это процесс заполнения водой всех пустот в образце грунта, а также пористых камней и дренажных линий без чрезмерного нарушения образца. Различные методы испытаний немного различаются по требуемым этапам, но в большинстве из них используется деаэрированная вода, полученная в устройстве деаэрации в сочетании с насыщением обратным давлением. Противодавление, дополнительное давление, приложенное к поровой воде образца, сжимает воздух в образце и переводит его в раствор, тем самым увеличивая насыщение.
  • Уплотнение происходит под ограничивающим давлением, приложенным к жидкости в испытательной камере. В испытании UU, где дренаж не допускается, полностью насыщенный образец не может консолидироваться в результате всестороннего давления. Частично насыщенные образцы могут консолидироваться и могут иметь различную прочность при испытании при различных давлениях всестороннего сжатия. Для образцов CU и CD, осушенных во время консолидации, произойдет изменение объема образца. Дренаж продолжается до тех пор, пока консолидация не достигнет равновесия, и значения определяют скорость деформации, используемую при осевой нагрузке.
  • Сдвиг является заключительной фазой испытания, когда образец подвергается осевой нагрузке. Для теста UU (или «быстрого») скорость нагрузки устанавливается в пределах от 0,3% до 1% в минуту, так что отказ произойдет в течение примерно 15 минут. Для тестов CU и CD скорости деформации должны рассчитываться на основе значений каждой фазы консолидации, и они намного медленнее. Общее время тестирования для этих методов может растянуться на дни или недели.

Заключение

Окончательные расчеты и представление данных для каждого испытания соответствуют требованиям отдельных методов испытаний. Ясно, что трехосное тестирование не является универсальным. Каждый из стандартов включает несколько переменных, основанных на типах образцов и выбранном протоколе. Если у вас есть вопросы по вашему конкретному приложению, свяжитесь с нами для получения инструкций или посетите нашу страницу оборудования для трехосных испытаний для получения дополнительной информации.

Испытание на трехосное сжатие в горной породе

Введение

Испытания на трехосное сжатие широко используются в инженерно-геологических работах как в механике грунтов, так и в горных породах. Образцы нагружаются в осевом направлении до разрушения, в то время как постоянно прикладывается ограничивающее давление. В результате исследуется поведение геоматериалов в трехмерном напряженном состоянии.

Главные напряжения (максимальное и минимальное нормальные напряжения, действующие на плоскости, на которой касательное напряжение равно нулю) в трехмерных объектах равны трем (σ1> σ2> σ3). В природе главные напряжения могут различаться. Однако при лабораторных трехосных испытаниях промежуточное напряжение σ2 равно σ3. Проведение лабораторных испытаний, в которых все приложенные главные напряжения различаются, является сложной задачей и не получило широкого распространения. Такая процедура будет называться полиаксиальным или настоящим трехосным тестом. Более того, исследования показали, что влияние промежуточного стресса незначительно.

Главные напряжения, приложенные во время трехосного испытания, представлены на рис. 1 .

Рисунок 1: Главные напряжения, приложенные к цилиндрическому образцу горной породы при трехосном испытании (σ1> σ2= σ3)

Ограничивающее давление определяется и остается постоянным во время испытания. Образец первоначально нагружается изотропно до тех пор, пока главные напряжения не будут равны заданному всестороннему давлению. Затем осевое напряжение σ 1 увеличивается с определенной скоростью до тех пор, пока образец не разрушится, а максимальное σ 1 записывается.

Подготовка проб

Пробы для испытаний получают путем колонкового бурения и должны быть выбраны так, чтобы они представляли исследуемую горную породу.

Образцы должны быть испытаны в течение 30 дней после даты бурения, чтобы сохранить их первоначальные условия (например, естественное содержание воды).

Следует отметить, что насыщение или накопление порового давления не является критической проблемой в механике горных пород, поскольку пористость горных пород намного ниже пористости грунтов, поэтому испытание сухого или насыщенного образца не окажет существенного влияния на Результаты.

Образец имеет цилиндрическую форму, а диаметр должен составлять от 38 до 54 миллиметров. Диаметр получают путем измерения верхней, средней и нижней частей образца с допуском 0,1 миллиметра.

Отношение высоты к диаметру (H/D) должно быть в пределах от 2,0 до 3,0. Высота должна быть определена с точностью до миллиметра. При этом размер наибольшего фрагмента корочки должен составлять не более 10 % от диаметра образца.

Концы образцов должны быть сглажены, чтобы верхняя и нижняя поверхности были плоскими с допуском ±0,01 мм. Это обеспечивает равномерную передачу приложенных нагрузок на образец и отсутствие эксцентриситета нагрузки.

Боковые стороны образца должны быть гладкими и не иметь неровностей с допуском 0,3 мм.

Процедура испытаний

Образец цилиндрической породы помещают в специально сконструированную ячейку (например, ячейку Хука). Специально разработанная мембрана прикреплена к ячейке, чтобы она оставалась герметичной. Боковое давление является гидростатическим и создается жидкостью (обычно маслом), которая закачивается в мембрану. Используется гидравлический насос или серводвигатель, способный регулировать давление с точностью до 1%. Образец заключен в осевом направлении в стальные сферические седла. Для определения вертикальной и окружной деформации образца можно использовать тензометрические датчики. Однако при проведении трехосного испытания запись реакции деформации не является обязательной. Схема ячейки Хука и частей, собранных вместе для проведения трехосного испытания, представлена ​​на 9.0115 Рисунок 2 .

Рисунок 2: Ячейка Хука для трехосных испытаний (контрольная группа: https://www.controls-group.com/eng/)

Затем ячейка Хука помещается в нагрузочное устройство, которое используется для приложения вертикальной нагрузки к образцу. . Современные системы загрузки представляют собой устройства с сервоуправлением, которые создают гидравлическое давление с постоянной скоростью. Скорость нагружения (кН/с) выбирают такой, чтобы образец разрушился примерно через 10 минут (5-15 мин). Если уже есть данные о максимуме σ 1 при постоянном σ 3 (получено из предыдущих тестов), эту скорость можно рассчитать. В противном случае следует сделать логическое предположение, основанное на имеющихся знаниях о поведении испытуемого материала.

Боковое давление прикладывается с той же скоростью, что и для осевой нагрузки, пока не достигнет заданного значения. Как только это ограничивающее давление достигнуто, его следует поддерживать с точностью до 2%.

Нагрузочная машина должна быть жесткой и достаточной для приложения максимального давления, необходимого для разрушения образца горной породы. Кроме того, его следует часто калибровать, чтобы правильно определить меры нагрузки.

Результаты и расчеты

Исходные данные трехосного испытания включают размеры образца, боковое давление σ3, осевую нагрузку P, продолжительность испытания, которая должна находиться в требуемых пределах, и, если тензодатчики используются измерения деформации.

Во-первых, площадь поперечного сечения образца рассчитывается как:

, где D — диаметр образца.

Осевое напряжение получается путем деления осевой нагрузки на площадь поперечного сечения образца:

, где P — осевая нагрузка.

Если измерения деформаций записываются, на график наносится реакция образца на напряжение-деформацию. Осевая и окружная деформации e A и e C соответственно рассчитываются как: 6 это изменение сопротивление деформации, а k — тензорный коэффициент. После последовательности не менее 3 трехосных испытаний получают границы разрушения образцов горных пород. Наиболее распространенными критериями разрушения, используемыми в механике горных пород, являются:

  • Критерий разрушения Мора-Кулона (M-C)
  • Критерий разрушения Хука-Брауна (H-B)

Критерий разрушения MC связывает прочность на сдвиг и нормальное эффективное напряжение, действующее на плоскость разрушения. Он также может быть выражен с точки зрения основных напряжений, как:

, где T — прочность на сдвиг материала, C — это сплоченность, φ — угол фрикционной0119 n — нормальные напряжения, действующие на плоскости разрушения, σ 1 и σ 3 — главные напряжения.

Критерий М-С используется из-за его простоты и универсального применения в геотехническом проектировании. Однако критерий H-B был разработан на основе серии лабораторных испытаний на многих типах горных пород, которые показали наличие нелинейной корреляции между главными напряжениями при хрупком разрушении горных пород.

Соотношение главных напряжений по критерию H-B выражается как:

где σ ci – прочность на одноосное сжатие, m i – константа, зависящая от типа породы, σ 1 901 20 и σ 3 — главные напряжения.

После проведения не менее 3 трехосных испытаний при различных боковых давлениях строятся наиболее подходящие огибающие выбранного критерия и параметры каждого из них (сцепление, угол трения в M-C и м i , σ ci в H-B) являются производными.