CC BY
40
УДК 624.131.4
Е.А. Вознесенский1, В.В. Фуникова2, В.А. Бабенко3
ОСОБЕННОСТИ ДЕФОРМИРОВАНИЯ МОДЕЛЬНЫХ КРУПНООБЛОМОЧНЫХ ГРУНТОВ В УСЛОВИЯХ НЕРАВНОКОМПОНЕНТНОГО ТРЕХОСНОГО СЖАТИЯ
Обобщены и проанализированы модификации приборов истинного трехосного сжатия. Представлен новый кубический прибор со смешанными границами для изучения напряженно-деформированного состояния крупнообломочных грунтов в условиях неравнокомпонентного трехосного сжатия. Показана существенная роль влияния девиаторной составляющей на характер объемного сжатия крупнообломочного грунта. Рассмотрено влияние разных параметров напряженно-деформированного состояния на развитие бокового давления грунта.
Ключевые слова: прибор истинного трехосного сжатия, крупнообломочные грунты, модуль объемной деформации, интенсивность касательных напряжений, коэффициент бокового давления.
The new cubic meter with mixed borders for study the stress strain state of coarse-grained soils in true triaxial test is presented. The new device with the mixed borders for studying the stress strain behavior of coarse-grained soil in the conditions of true triaxial test is presented. The essential role of a deviatoric component on nature of volume compression of coarse-grained soil is shown. The influence of the stress strain behavior of various parameters on development of lateral pressure soil.
Key words: true triaxial test, coarse-grained soil, volumetric deformation modulus, shear stress intensity, coefficient of lateral earth pressure.
Введение. Крупнообломочные грунты часто служат естественными или искусственными основаниями возводимых зданий и сооружений, широко используются в качестве материала для различных земляных сооружений (плотин, дамб и т.д.), в том числе при строительстве транспортных магистралей и сопутствующих сооружений (подпорных стен, тоннелей, откосов и т.д.). Активное применение крупнообломочных грунтов в строительной практике требует надежной оценки их инженерно-геологических характеристик. В большинстве случаев распределение напряжений в основании сооружений трехмерное, с неравными значениями напряжений по трем осям координат. На сегодняшний момент существует достаточно широкий круг устройств, позволяющих испытывать грунты и строительные материалы в условиях истинного трехосного сжатия, однако в большинстве случаев они применимы для песчаных и глинистых грунтов. Исследование крупнообломочных грунтов сопряжено с известными трудностями, в том числе связанными с наличием в таких грунтах фракций большой размерности, что влечет необходимость испытания образцов крупных размеров. Именно поэтому весьма распространенная в природе группа крупнообломочных грунтов оказалась наименее изученной исследователями, особенно в плане оценки их напряженно-деформированного состояния, а имеющиеся данные весьма малочисленны.
Задача исследования основных факторов, определяющих напряженно-деформированное состояние грунтов, возникла еще в прошлом веке в связи с активной инженерно-хозяйственной деятельностью (строительство различных инженерных сооружений как на земле, так и под землей). Многочисленными экспериментами [Клейн, 1977; Вялов, 1978] установлено, что деформации объема грунта зависят как от шарового тензора напряжений, так и от девиатора напряжений, т.е. изменение объема в грунте происходит не только от действия сжимающих сил, но и от деформаций сдвига, вызываемых касательными напряжениями.
Целью наших исследований было выявление особенностей деформирования крупнообломочных грунтов при неравнокомпонентном нагружении в условиях полного водонасыщения и отсутствия воды в порах грунта. Таким образом, решались следующие задачи: оценка закономерностей развития объемных деформаций при условии постоянства первого инварианта тензора напряжений, анализ влияния девиа-торной составляющей крупнообломочных грунтов в объемном сжатии.
В области концентрации напряжений, определяющей механические процессы на контакте сооружение—грунт, в породах вокруг горной выработки реализуется неравнокомпонентное напряженное состояние (о1>о2>о3), которое не воспроизводится
1 Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, геологический факультет, кафедра инженерной и экологической геологии, профессор, докт. геол.-минерал. н.; e-mail: eugene@geol.msu.ru
2 Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, геологический факультет, кафедра инженерной и экологической геологии, ст. науч. с., канд. геол.-минерал. н.; e-mail: funikova@geol.msu.ru
3 Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, геологический факультет, кафедра инженерной и экологической геологии, аспирант; e-mail: vababenko@bk.ru
в стабилометрах [Баклашов, 1988]. Для испытания грунтов по такой схеме разработаны и эксплуатируются специальные установки истинного трехосного сжатия, созданные как отечественными учеными [Крыжановский, 1966; Давиденко, 1934], так и зарубежными [Kjellman, 1936; Ko, Scott, 1967; Reis et all., 2011], с помощью этих установок можно контролировать деформации и напряжения независимо, что позволяет проводить опыты с большим числом вариантов траекторий главных напряжений по взаимно перпендикулярным осям X, Y, Z.
Материалы и методы исследований. Установка, используемая авторами при экспериментальных исследованиях, представляет собой прибор истинного трехосного сжатия со смешанными границами (рис. 1). Прибор состоит из устройства истинного трехосного сжатия, блоков автоматизированного управления и системы измерительных датчиков.
Устройство истинного трехосного сжатия имеет кубическую форму с размером рабочей камеры 300x300x300 мм и состоит из основания (12), рабочей камеры трехосного сжатия (13) и нагнетательной системы пневмоцилиндра (11), гибких трубок (9) и компрессора. Нагрузка на кубический образец прикладывается через гибкие границы (10) (рис. 1). В каждой стенке прибора имеется камера давления, закрытая резиновой мембраной (1). Давление в камерах создается путем нагнетания в них воздуха с помощью пневмосистемы.
Автоматизированная система включает автоматизированный блок, компьютер и программу, написанную в среде Lab-View, с помощью которой происходит управление работой прибора.
Система измерительных датчиков состоит из датчиков перемещения, датчиков силы (мессдозы), внешних датчиков порового давления и датчиков порового давления инъекторного типа. На каждой из граней прибора находится по 4 индуктивных датчика линейных перемещений с переменным коэффициентом передачи (LVDT), позволяющих проводить прямое измерение деформаций.
Установка истинного трехосного сжатия в случае замены одной из гибких границ на жесткую и подвижную (штамп) позволяет имитировать податливость подпорной стенки. Для измерения контактных напряжений (реактивного отпора) в стенку штампа вмонтированы 3 датчика силы.
Объект исследований — модельный галечный грунт, состоящий из гальки морского генезиса разного петрографического состава с хорошей окатанностью и размерами обломков 10—20 мм, с округлой, несколько уплощенной формой. Выбор размерности обусловлен необходимостью исключить проявления масштабного эффекта при испытаниях. Образец подготовлен из навески грунта определенной массы (49,80 кг), уложенной непосредственно в рабочую камеру прибора посредством сухой равномерной отсыпки грунта через воронку с определенного расстояния до отсыпанной поверхности. Плотность полученных таким методом образцов составляла в среднем 1,82 г/см3.
В контрольных экспериментах также использовали песок морского генезиса раннемелового возраста, мелкий, однородный, слюдистый, преимущественно кварцевого состава (карьер у г. Люберцы), плотность твердой фазы 2,66 г/см3, коэффициент неоднородности 1,92. В составе преобладает фракция (мм)
Рис. 1. Общая схема прибора истинного трехосного сжатия: 1 — резиновая мембрана, 2 — подвижный штамп (жесткая граница), 3 — рама рабочей камеры, 4 — датчик порового давления инъекторного типа, 5 — инъектор, 6 — датчик измерения порового давления на штампе, 7 — блок автоматического управления, 8 — датчик линейных перемещений LVDT, 9 — гибкие трубки, 10 — боковая грань (гибкие границы), 11 — пневмоцилиндр, 12 — станина, 13 — камера трехосного сжатия
мелкого песка (0,5—0,1) — 89%, содержание пылевато-глинистых частиц (<0,05) 5%.
Экспериментальные исследования состояли из двух этапов: 1) оценки объемной сжимаемости крупнообломочных грунтов в зависимости от деформации формоизменения в сухом состоянии и при полном водонасыщении, 2) изучения закономерностей развития активного бокового давления крупнообломочных грунтов в зависимости от соотношения компонентов тензора напряжений в условиях истинно трехосного сжатия. На втором этапе исследований перед загрузкой образца в камеру прибора предварительно заменяли одну из граней с гибкой границей (мембраной) на грань с жесткой границей (штампом).
1. Исследование объемной сжимаемости крупнообломочных грунтов проводилось при изотропном и анизотропном нагружении. Изотропное нагружение осуществляли путем увеличения давления (ступенями по 40 кПа) до 400 кПа (величина первого инварианта тензора напряжений I1(T) составляла 1200 кПа). Анизотропное нагружение проводилось до достижения величины первого инварианта тензора напряжений (Ii(T)) 1200 кПа по двум схемам — ax<ay<az и ax>ay>az при оу = const. Давление по направлению ау увеличивали ступенями по 40 кПа до 400 кПа во всех опытах, а по направлениям ox и oz увеличивали ступенями таким образом, чтобы соотношение о1/о2 = о2/о3 изменялось от 1,1 до 1,6 от опыта к опыту. Менялось лишь направление большего главного напряжения, которое в первом случае совпадало с вертикальной осью Z, во втором случае — с горизонтальной осью X. Всего проведено 6 опытов по каждой схеме с разным соотношением главных напряжений. Время консолидации на каждой ступени составляло 5 мин., на последней ступени критерием стабилизации по деформации принимали значение деформации, равное 0,03 мм за 30 мин., рассчитанное в соответствии с ГОСТом 12248-2010.
Основные характеристики деформируемости рассчитывались следующим образом:
— относительная объемная деформация — величина, равная сумме линейных деформаций по трем взаимно перпендикулярным направлениям и соответствующая первому инварианту тензора деформаций, —
F = F + F + F
°v ^x ^y °z>
где ev — относительная объемная деформация (рассчитывалась для каждой ступени после завершения консолидации); ex, еу, ez — относительная линейная деформация по осям х, у и z соответственно;
— модуль объемной деформации характеризует пропорциональное изменение объема образца при увеличении объемного напряжения:
Kv =
Де„
где A om — приращение среднего нормального напряжения, представляющее собой величину, равную разности средних напряжений на последней и первой ступенях нагружения (на момент завершения консолидации); Aev — приращение относительной объемной деформации;
— интенсивность касательных напряжений — инвариант тензора напряжений, характеризующий касательное напряжение на площадке, равнонакло-ненной ко всем главным площадкам:
i = 4hU>) = у1(ох -Су)2+ (оу -°z)2+ (a, -crj2.
В последующем для изучения особенностей деформирования анализировались зависимости вида тi = Ао), £у = Ао) и Ку = Ат).
2. Изучение закономерностей развития бокового давления в крупнообломочных грунтах в зависимости от соотношения компонентов тензора напряжений в условиях истинного трехосного сжатия осуществлялось на сухих и полностью водонасыщенных грунтах. В этой серии экспериментов моделировалась ситуация, при которой грунт, находящийся в заданном напряженно-деформированном состоянии (в идеале соответствующем напряженно-деформированному состоянию в реальных условиях in situ), оказывает давление на подпорную стенку, перемещение которой моделировалось движением штампа, расположенного на одной из боковых граней, что позволило оценить величину коэффициента активного бокового давления при разных условиях эксперимента.
Испытания проводились по следующей схеме: 1) загрузка образца в камеру прибора (для водо-насыщенных образцов проводили их насыщение в камере прибора через инъекторы), 2) последовательное создание требуемого напряженного состояния в образце путем постепенного увеличения нагрузки до 400—500 кПа; 3) после стабилизации осевых деформаций наибольшее главное напряжение по оси Z увеличивалось до 640—800 кПа равными по величине ступенями по 60 кПа, в то время как промежуточное и наименьшее главные напряжения сохранялись постоянными, равными их значениям при завершении предыдущей стадии эксперимента.
Моделировали податливость подпорной стенки путем движения штампа с заданной скоростью Vsh, которая в наших опытах составляла 0,01, 0,02 и 0,03 мм/мин, что позволило проследить влияние изменения скорости деформирования на изменение бокового давления грунта. По полученным результатам рассчитывали величину коэффициента активного бокового давления как отношение бокового давления к нормальному вертикальному давлению:
Г Gsh
,
где osh — боковое давление на штампе, МПа; ох — нормальное осевое давление, МПа.
Результаты определения характеристик деформируемости модельного галечникового грунта в условиях отсутствия воды в порах
Рис. 2. Изменение модуля объемной деформации в функции интенсивности касательных напряжений для модельного крупнообломочного грунта (а) и песка мелкого (б) при разных условиях нагружения: I схема — больше главное вертикальное напряжение (ax<ay<az), II схема — больше главное горизонтальное напряжение (ax>ay>az), при ay = const
Результаты исследований сжимаемости модельного грунта при разных условиях нагружения. Объемные деформации крупнообломочных грунтов в значительной степени обусловлены упругим сжатием частиц, а по мере увеличения нагрузки — разрушением контактов между ними [Ухов и др., 1994]. Для оценки влияния девиаторной составляющей на объемную сжимаемость крупнообломочного грунта построена зависимость модуля объемной деформации от интенсивности касательных напряжений (рис. 2, а). Интенсивность касательных напряжений варьировали путем проведения серии экспериментов при разном соотношении главных напряжений в = о1/о2 = о2/о3, которые изменялись от 1,0 до 1,6 (таблица).
Изменение модуля объемной деформации крупнообломочного грунта не зависит от направления действия главного напряжения до некоторого порогового значения, которое в наших экспериментах соответствует значению отношения главных напряжений,
в Схема I: ox<oy<oz Схема II: ах>ау>аг
Kv, МПа МПа pv, и10-2 Kv, МПа Ti, МПа Р °v> и-10-2
1 27,66 0,0005 1,3 27,66 0,0005 1,3
1,1 25,83 0,036 1,39 26,59 0,0356 1,35
1,2 26,48 0,0718 1,36 29,71 0,0722 1,17
1,3 27,29 0,1074 1,32 30,87 0,107 1,16
1,35 28,93 0,1258 1,24 — — —
1,4 29,35 0,1441 1,23 29,61 0,144 1,21
1,45 25,73 0,1619 1,40 — — —
1,5 25,40 0,1797 1,41 31,70 0,1807 1,11
1,6 24,50 0,2155 1,38 33,42 0,216 1,08
равному 1,4. При переходе системы из изотропного состояния в анизотропное (при в—>1,1) отмечается снижение значения модуля объемной деформации на 6,6 и 3,6% по I и II схеме нагружения соответственно, что связано с возникновением сдвиговых деформаций, которые интенсивнее проявляются при вертикальном наибольшем главном напряжении, и облегчением доуплотнения грунта. По мере увеличения интенсивности касательных напряжений при в—1,3 модуль объемной деформации увеличивается (интенсивнее при наибольшем горизонтальном главном напряжении), следовательно, переупаковка обломков при таких условиях затруднена из-за высокого трения по поверхности зерен, но происходит концентрация напряжений. Отметим, что гальки при укладке в камеру прибора ложатся, как правило, горизонтально длинной осью. При такой упаковке трение в горизонтальном направлении значительно выше, чем в вертикальном, чем и объясняется более интенсивное увеличение модуля объемной деформации по II схеме испытаний.
При в—1,4 (т—0,14 МПа) кривые на рис. 2, а практически соприкасаются, но по мере дальнейшего роста в характер их изменения зависит от направления действия главного напряжения. Мы предполагаем, что пересечение графиков объясняется проявлением «арочного» эффекта за счет переориентации частиц крупнообломочного грунта в пространстве таким образом, что расположение обломков напоминает арки, в которых поровое пространство закрыто не полностью, подобное неустойчивое состояние грунта сохраняется некоторое время [Терцаги, Пек, 1958]. При дальнейшем увеличении девиаторной составляющей напряжения (тг >0,14 МПа) в зависимости от направления действия наибольшего главного напряжения отмечается увеличение или снижение модуля объемной деформации, обусловленное анизотропией свойств крупнообломочного грунта. Так как гальки имеют уплощенную форму, как в условиях природного залегания, так и в условиях формирования лабораторного
образца, практически все обломки ориентированы длинной осью субгоризонтально. Следовательно, при горизонтальном направлении максимального главного напряжения существен вклад сил трения, препятствующих развитию деформаций. При увеличении вертикальной нагрузки в многочисленных отдельных гальках появляются трещины и сколы (визуально фиксируемые при разгрузке образца), по которым и происходит дальнейшая переупаковка частиц, сопровождающаяся увеличением объемных деформаций.
Для подтверждения эффекта анизотропии свойств исследуемого крупнообломочного грунта проведены эксперименты по аналогичным схемам нагружения с песком мелким однородным. Полученные результаты (рис. 2, б) подтверждают отсутствие анизотропии свойств в образце песка независимо от направления действия главного напряжения (на графике кривые практически совпадают). Эффект анизотропии становится контрастнее по мере увеличения девиаторного компонента тензора напряжений.
Оценить вклад девиаторной составляющей напряжений в сжимаемость крупнообломочного грунта позволяет анализ взаимосвязи его сдвиговых и объемных деформаций (рис. 3). При «вращении» наибольшего главного напряжения характер соотношения объемных и сдвиговых деформаций при разных значениях отношения главных напряжений сохраняется (рис. 3): в обоих случаях при увеличении значения в до 1,3 отмечено закономерное снижение относительных сдвиговых деформаций из-за недостаточной для изменения формы образца интенсивности касательных напряжений, при этом объемные деформации превалируют над сдвиговыми. При дальнейшем повышении в отмечается закономерное увеличение сдвиговых деформаций (таблица).
Таким образом, объемная деформация грунта в условиях истинно трехосного сжатия зависит от направления приложения максимальной нормальной нагрузки, а также от интенсивности касательных напряжений, т.е. роль девиаторной составляющей в объемном сжатии крупнообломочного грунта существенна. По мере увеличения главного напряжения в объемном сжатии крупнообломочного грунта играют роль процессы уплотнения и переупаковки обломков в результате как их относительного перемещения, так и перемещения по вновь сформированным поверхностям из-за их сколов. Так как частицы грунта неизометричны, то при интенсивности касательных напряжений, равной 0,14 МПа, возникает эффект анизотропии свойств, который проявляется в уменьшении или увеличении модуля объемной деформации в зависимости от направления наибольшего главного напряжения.
Закономерности развития бокового давления в крупнообломочном грунте в условиях неравноком-понентного трехосного сжатия. В механике грунтов принято называть активным боковым давлением силу давления грунта на подпорную стенку в случае
Рис. 3. Взаимосвязь объемных деформаций и деформаций формоизменения при разных соотношениях главных напряжений по I (а) и II (б) схеме нагружения крупнообломочного грунта
движения подпорной стены в сторону от засыпки. В этом случае происходит разуплотнение или обрушение грунта под действием активного давления, т.е. масса смещающегося клина — активная сила, а стенка оказывает пассивное сопротивление. Второй этап исследований позволил оценить влияние скорости движения штампа и вертикальной нагрузки на распределение бокового давления крупнообломочного грунта по поверхности подвижного штампа на приборе истинного трехосного сжатия.
В наших экспериментах получено, что с повышением вертикальной нагрузки увеличивается боковое давление грунта (участок АВ на кривой 1, рис. 4, а). Боковое давление на штампе уменьшается экспоненциально в зависимости от его перемещения (рис. 4, б), причем чем выше скорость перемещения штампа, тем интенсивнее снижается активное давление (участок ВС на кривой 1, рис. 4, а), что связано, на наш взгляд, с податливостью самого грунта: при увеличении скорости перемещения штампа от образца происходит сдвиговое деформирование грунта и снижение бокового давления.
Рис. 4. Характер изменения активного бокового давления крупнообломочного грунта от величины перемещения штампа (мм): а — в условиях отсутствия воды в порах грунта в зависимости от времени при разной скорости движения штампа (мм/мин): 1 — 0,03; 2 — 0,02; 3 — 0,01; б — в условиях отсутствия в порах грунта воды (1) и в условиях полного водонасыщения (2)
Рис. 5. Характер изменения активного бокового давления крупнообломочного грунта от величины вертикальной нагрузки в сухом состоянии (а) и в условиях полного водонасыщения (б)
На графике (рис. 4, б) зависимости бокового давления от перемещения штампа при полном во-донасыщении и в условиях отсутствия воды в порах грунта четко видно, что характер кривых изменения активного бокового давления (а5к) идентичен, что может свидетельствовать о сходном процессе изменения напряженно-деформированного состояния за штампом. Более высокие значения величины бокового давления в условиях отсутствия влаги в грунте связаны, возможно, с большим трением обломков грунта между собой и о подвижную стенку штампа в сухих условиях, чем при водонасыщенной системе.
Результаты изменения бокового давления на штампе при неравнокомпонентном нагружении приведены на рис. 5, видно, что увеличение бокового давления в сухом образце по мере повышения объемного сжатия происходит практически по линейному закону (величина достоверности аппроксимации выше 0,98). По условиям эксперимента, когда главное напряжение было равно 400 кПа (отах = 0,64 МПа) или 500 кПа (отах = 0,80 МПа), последующее нагружение осуществлялось ступенями только по вертикальной оси, боковое давление по поверхности штампа при этом продолжало изменяться аналогичным образом по линейному закону (рис. 5, а).
В водонасыщенных условиях на начальных этапах нагружения боковое давление скачкообразно возрастает почти в 5 раз — от 0,006 до 0,029 МПа (рис. 5, б), — что объясняется инертностью воды, но в дальнейшем боковое давление стабилизируется, и его увеличение постепенно замедляется (кривая на графике выполаживается). При водонасыщении боковое давление грунта меньше (ash = 0,058-0,076 МПа при о1 = 0,64 МПа; csh = 0,097-0,124 МПа при о1 = 0,80 МПа), чем при тех же условиях нагружения в сухом состоянии (ash = 0,072-0,132 МПа при о1 = 0,64 МПа и ash = 0,102-0,152 МПа при о1 = 0,80 МПа). Величина бокового давления в воднасыщенных условиях существенно зависит от величины вертикальной нагрузки: чем она выше, тем интенсивнее растет боковое давление, в условиях же отсутствия влаги в порах образца подобная зависимость выражена менее четко, что связано, возможно, с трением в образце в сухих и водонасыщенных условиях (когда вода играет роль «смазки» и система более чутко реагирует на изменение напряженного состояния).
В целом же отмечается более интенсивное снижение бокового давления на момент окончания движения штампа в водонасыщенных условиях (на 88% при о1 = 0,64 МПа и на 85% при о1 = 0,80 МПа)
по сравнению с сухим грунтом (на 57% при о1 = 0,64 МПа и на 53% при о1 = 0,80 МПа), однако чем меньше величина вертикальной нагрузки, тем активнее снижается давление на штампе (рис. 5), т.е. меньшее давление обусловливает меньшие силы трения, вызываемые этим давлением, а вода в этом случае играет роль смазки в системе, облегчая переупаковку и переориентацию обломков при меньших энергозатратах.
Величина коэффициента активного бокового давления (Ка) в водонасыщенных условиях на момент начала движения штампа составляет 0,11 и 0,15 доли единицы (д.е.) при нагрузках о1 = 0,64 и о1 = 0,80 МПа соответственно, т.е. с увеличением вертикальной нагрузки отмечается увеличение коэффициента бокового давления, значение которого на момент окончания движения штампа снижается почти в 5 раз. Исследования показали также (рис. 6, б), что Ка у водонасыщенного галечного грунта практически в 2 раза (Ка = 0,12 д.е.) меньше, чем у сухого (Ка = 0,21 д.е.) при максимальной осевой нагрузке о1 = 0,64 МПа. В первом случае сжатие затруднено вследствие того, что объем, занятый крупными обломками, мало сжимается. В таком случае под действием внешней нагрузки обломки способны переориентироваться, создавая менее плотную упаковку, что в свою очередь снижает Ка. Во втором случае сжимающие напряжения воспринимает каркас из крупных обломков, где повороты и проскальзывания одних частиц относительно других затруднены из-за концентрации напряжений на контактах частиц.
При заданной скорости движения штампа (¥5к = = 0,02 мм/мин) отмечается стремление значения Ка к нулю как при водонасыщении, так и при отсутствии воды в порах (рис. 6, а). Так, на момент движения штампа в сухих условиях Ка равен 0,21 д.е., при остановке движения Ка = 0,09 д.е., а при стабилизации в течение 60 мин. отмечается его незначительное увеличение до 0,10 д.е., соответственно при водо-насыщении Ка уменьшается с 0,12 до 0,01 д.е. и при стабилизации до 0,02 д.е. Этот эффект объясняется уменьшением трения между частицами грунта за счет появления дополнительного пространства при движении штампа, что дает частицам свободу перемещения.
Выводы. 1. Установлена существенная роль девиаторной составляющей в объемном сжатии крупнообломочного грунта, что объясняется разной возможностью переупаковки обломков в зависимости от соотношения главных напряжений. При этом по мере увеличения интенсивности касательных напряжений сдвиговое деформирование происходит в результате не только перемещения одних обломков относительно других, но и перемещения по вновь сформированным поверхностям из-за образования сколов на обломках.
Рис. 6. Зависимость коэффициента бокового давления крупнообломочного грунта в сухом состоянии (1) и в условиях полного водона-сыщения (2) от времени нагружения (а) и осевого давления (б)
2. При интенсивности касательных напряжений больше 0,14 МПа проявляется эффект анизотропии свойств, выражающийся в уменьшении или увеличении модуля объемной деформации в зависимости от направления наибольшего главного напряжения. Это обусловлено влиянием ориентации длинной оси обломков относительно поля напряжений на возникновение «арочного» эффекта, общую величину трения и появление трещин и сколов, в свою очередь влияющих на дальнейшую переупаковку частиц.
3. Боковое давление на штампе уменьшается экспоненциально, стремясь к нулю, в зависимости от величины его перемещения, моделирующего податливость подпорной стенки, — при увеличении скорости перемещения штампа от образца происходит сдвиговое деформирование грунта и снижение активного бокового давления.
4. Величина бокового давления грунта в водо-насыщенных условиях существенно зависит от величины вертикальной нагрузки: чем она выше, тем интенсивнее растет боковое давление, в условиях же отсутствия влаги в порах образца подобная зависимость выражена менее четко, что связано с разным трением в сухих и водонасыщенных образцах.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Баклашов И.В. Деформирование и разрушение породных массивов. М.: Недра, 1988. 271 с.
Вялое С.С. Реологические основы механики грунтов: Учеб. пособие для строительных вузов. М.: Высшая школа, 1978. 447 с.
ГОСТ 12248-2010 Грунты. Методы лабораторного определения характеристик прочности и деформируемости. М.: Стандартинформ, 2011. 83 с.
Даеиденко Н.Н. Опыт измерения коэффициента распора лессовых грунтов // Изв. ВПИИТ. 1934. Т. XIV. С. 15.
Клейн Г.К. Строительная механика сыпучих тел. М.: Стройиздат, 1977. 256 с.
Крыжаноеский А.Л. Деформируемость и прочность песчаного грунта в условиях пространственного напряженного состояния: Автореф. канд. дисс. М., 1966.
Терцаги К., Пек Р. Механика грунтов в инженерной практике. М.: Госстройиздат, 1958. 608 с.
Ухов С.Б., Семенов В.В., Знаменский В.В. и др. Механика грунтов, основания и фундаменты. М.: Изд-во АСВ, 1994. 527 с.
Kjellman W. Report on an apparatus for consummate investigation of the mechanical properties of soils // Proceedi. of the 1st Intern. conf. on soil mechanics and foundation engineering. 1936. Vol. 2. P. 16-20.
Ko H.-Y., Scott R.F. A new soil testing apparatus // Geo-technique. 1967. Vol. 17, N 1. P. 40-57.
Reis R.M., Azevedo F. de, Botelho B.S., Vilar O.M. Performance of a cubical triaxial apparatus for testing saturated and unsaturated soils // Geotechnical Testing J. 2011. Vol. 34, N 3. P. 1-9.
Поступила в редакцию 14.03.2013
