+7 (8412) 999-189
8 800 200 1605
(звонок по России бесплатный)

1. Основные положения

Испытания грунтов в лабораторных условиях проводятся с целью определения их физических и механических характеристик. Методика проведения большинства подобных испытаний регламентирована ГОСТ 121248-96 «Грунты. Методы лабораторного определения характеристик прочности и деформируемости». В некоторых случаях, для определенного класса моделей грунтов, в действующих ГОСТ отсутствуют рекомендации по определению параметров (механических характеристик) этих моделей. В частности, ГОСТ 12248-96, который объединил в себе ранее действующие ГОСТ, приведена методика определения параметров прочности только для условия прочности Мора-Кулона и параметров деформируемости для расчета линейно-упругого поведения грунта при нагружении без рекомендаций по определению модуля деформации при разгрузке или циклическом ее действии.

В табл. 1, 2 приведены прочностные и деформационные характеристики грунтов, рекомендуемые к определению ГОСТ 12248-96 для немерзлых и мерзлых грунтов. Для каждого метода испытаний необходимы соответствующие приборы, конструкция которых и схематично показана в табл. 3, а реализуемые условия нагружения образцов грунта в табл. 4.

Для определения всех характеристик согласно ГОСТ необходимо использовать несколько приборов: одноосного сжатия, одноплоскостного среза, компрессионного сжатия и трехосного осесимметричного сжатия (стабилометр). Однако, все эти характеристики могут быть получены при проведении испытаний в стабилометре как для немерзлых, так и мерзлых грунтов.


Табл. 1. Механические характеристики песчаных и пылевато-глинистых грунтов

Метод испытания Наименование определяемых характеристик
предел
проч-
ности
на одно-
осное
сжатие,
, кПа
сопротив-
ление
недрениро-
ванному
сдвигу,
,

кПа
угол
внутр.
трения,
,
град.
удельное
сцепл-е,
,

кПа
коэф.
Пуассона,
модуль
дефор-
мации,
,
Мпа
модуль
сдвига,
,
МПа
модуль
объемной
дефор-
мации,
,
МПа
структурн.
прочность,
коэф.
фильтра-
ционной
консо-
лидации,
коэф.
вторичной
консо-
лидаци,
относит.
суффо-
зион.
сжатие,
нач.
давл.
суффо-
зион.
сжатия,
давл.
набу-
хания,
свобод-
ное
набухание
Одноосное сжатие + +
Одноплоскостной срез + +
Трехосное сжатие + + + + + +
Компрессионное сжатие + + + + + + +


Табл. 2. Механические характеристики мерзлых грунтов

Метод испытания Наименование определяемых характеристик
пределы прочности на одноосное сжатие,, кПа эквивалентное сцепление ,    кПа сопротивление срезу коэф. нелин. деформации, А коэф. Пуассона, модуль деформации, ,  Мпа коэф. вязкости, коэф. сжимаемости, ,    коэф. оттаивания,
Одноосное сжатие + + + + +
Одноплоскостной срез +
Компрессионное сжатие + +
Шариковый штамп +

2. Условия нагружения образцов грунта

Характер деформации образцов грунта зависит как от конструкции приборов, так и от условий их нагружения. Из рис. 1 а видно существенное различие наблюдаемое при нагружении образцов грунта в зависимости от вида напряженного состояния. Первая кривая, соответствует случаю одномерной деформации имеющей место в основании протяженных в плане сооружений плотин, насыпей, дамб и т.п. Подобный характер деформации можно реализовать в условиях компрессионного сжатия, схема нагружения в котором показана на рис. 1 б.

Рис. 1. Кривые зависимости «деформация-напряжение» для трех видов испытаний (а)

и схемы загружения (б)

1 – компрессия; 2 – трехосное сжатие; 3 – одноосное сжатие

Зависимость 2 на рис. 1 а и схема нагружения на рис. 1 в, соответствуют случаю осесисимметричной деформации, которая имеет место в основании круглых или кольцевых в плане фундаментов сооружений подобных градирням, дымовым трубам, водонапорным башням и т.п.

Последний третий случай соответствует условиям одноосного нагружения (рис. 1 г). Напряженное состояние возникающее в образце грунта не имеет места в основании реальных фундаментов, а результаты испытаний используются при определении прочности строительных материалов.

На рис. 2 а показан кубический элемент среды и компоненты напряжений

Рис. 2. Схемы нагружения образцов грунта

а – истинное трехосное сжатие; б – плоская деформация; б – трехосное сжатие

действующие на его сторонах, так как это принято в механике сплошной среды. Под действием этих шести независимых компонент напряжений элемент деформируется различным образом. Подобным образом мы и должны нагружать образцы грунта при исследовании их напряженно-деформированного состояния. В действительности, конструктивно реализовать нагружение образца, как нормальными, так и касательными напряжениями одновременно, независимо на каждо