Прибор трехосного сжатия стабилометр

Самарский Государственный Архитектурно - Строительный Университет 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Реферат по теме:

Прибор  трехосного сжатия стабилометр 
 
 
 
 
 

Выполнил  студент 4 курса    факультета ПГС

Сидоров А.Д. 

Проверил  Мальцев А.Е. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Самара 2010

Содержание: 
 
 
 
 

• Общие сведения…………………….. 3
• Конструкция………………………… 4
• Схемы испытаний ………………… 10
• Датчики измерений…………………15
• История…………………………….. 18
• Программное обеспечение………... 20
• Приборы……………………………. 22
• Список литературы, ссылки………. 26

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ 
 

    Сложное напряженное состояние грунта с  помощью компрессионных испытаний  оценить невозможно. В этом случае для определения напряженно-деформированного состояния (НДС) образца в массиве  используют трехосное сжатие в стабилометре. 

    Испытание грунта в стабилометре (рис. 5.7) производится следующим образом: на поверхность грунтового образца 7, боковая поверхность которого закрыта тонкой резиновой оболочкой 2, могут действовать нормальные напряжения. Напряжения по боковой поверхности цилиндра создаются за счет давления в рабочей камере 3 прибора, заполненной жидкостью (вода, глицерин) или газом. Напряжения по торцам цилиндра создаются либо давлением жидкости, либо передачей усилия F через шток 4 на штамп 5. 

      

    Рис. 5.7. Схема рабочей камеры стабилометра (а) и цилиндрический образец грунта в трехосном приборе (б) 

    Процесс испытания в трехосном приборе  обычно состоит в изменении по заданной программе напряжений σ1 и  σ2 = σ3 посредством увеличения или  уменьшения давления в рабочей камере и усилия в штоке. При этом измеряются вертикальное сжатие и увеличение диаметра (рис. 5.7,б). 

    В стабилометрах можно создавать  широкий диапазон видов НДС грунта, например, при постоянном боковом  сжатии, т.е. σ2 = σ3 и возрастании σ1 наблюдается, как и в случае одноосного сжатия, развитие продольных деформаций (рис. 5.8, кривая 1); при всестороннем сжатии σ1 = σ2 = σ3 как и в случае компрессионного испытания, наблюдается затухание деформации (рис. 5.8, кривая 2). 

    Оценка  сжимаемости грунтов в стабилометрах  производится по объемной деформации грунта 

                (5.8) 

    где ∆V— изменение объема образца,

    V—  его начальный объем.

      
 

    Рис. 5.8. Графики изменения деформаций от напряжений 

    Тогда относительную объемную деформацию грунта можно записать как 

    εv = εx + εy + εz               (5.9) 

    При компрессионных испытаниях (5.9) имеет  вид εv = εz , так как εx= εy= 0. 
 
 

    КОНСТРУКЦИЯ

    Испытания цилиндрических образцов грунта проводятся в условиях осесимметричной деформации, в рабочей камере, схема которой  показана на рис. 1 а. Образец грунта имеет отношение высоты к диаметру, как правило, не менее 2. Обычно диаметр образцов принимается равным 38 или 50 мм, значительно реже, диаметром 100 мм. При испытании крупнообломочных грунтов используются образцы с диаметром 200 мм и более. 

      
 

                               a)                                     б) 

    Рис. 1. Конструкция рабочей камеры (а) и схема нагружения образца грунта (б) 
 

    На  рис. 2, 3 показана конструкция приборов трехосного сжатия производства ООО  «ГЕОТЕК». Прибор типа А используется при определении прочностных и деформационных характеристик песчаных и глинистых грунтов в условиях предварительного изотропного обжатия (консолидации), т.е. когда . Прибор типа Б рекомендуется использовать при определении прочностных и деформационных характеристик грунтов в условиях предварительной анизотропной консолидации, т.е. когда . В последнем приборе возможно проведение испытаний и в условиях изотропного сжатия. 

    В России принято приборы трехосного сжатия называть стабилометрами.  

    Стабилометр типа А, рекомендуется использовать для определения характеристик прочности грунта, а стабилометр типа Б как для прочностных, так и деформационных характеристик грунтов. В ГОСТ 12248-96 приведена методика, которая позволяет применять стабилометр типа А для определения прочностных и деформационных характеристик грунтов. 

    В стабилометре типа А можно провести испытания только при изотропной консолидации ( ), а в стабилометре типа Б, как при изотропной, так и анизотропной консолидации ( ). 

        

    Рис. 2. Общий вид стабилометров типа А и Б конструкции ООО «Геотек». Статическое нагружение 

    

    

      
 
 

      

    Рис. 5. Панель контроля изменения объема и обратного давления 

    Устройства  показанные на рис. 4, 5 подключаются к  стабилометру и позволяют управлять  как измерением изменения объема образца по величине объема жидкости вытесняемой из рабочей камеры стабилометра (или образца), так и величину обратного давления, создаваемого внутри образца грунта. Первое устройство (рис. 4) выполняет автоматический контроль управление/измерение изменением объема или давления. Второе устройство (панель, рис. 5) выполняет подобную функцию, но в ручном режиме контроля изменения объема образца и обратного давления. 
 

     Приборы в которых возможно нагружение общего случая, когда  называются приборами истинного трехосного сжатия. Конструкция данного типа приборов была разработана в Московском инженерно-строительном институте (ныне МГСУ) Крыжановским А.Л. в 1968 г. В данной конструкции нагрузка на кубический образец прикладывалась через гибкие штампы (рис. 4, 7 а). На На рис. 2 показан кубический элемент среды и компоненты напряжений 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 каждой стороне кубического элемента достаточно сложно. Подобные условия нагружения в условиях плоской деформации были реализованы при исследовании песчаных грунтов Arthur J. et all (1981) и Wong R. et all (1985) (рис. 3). 
 

    

    Рис. 3. Нагружение с вращением главных напряжений (Wong R., 1985)

      

    Рис .4. Прибор истинного трехосного сжатия

    1 –  плиты корпуса; 2 – перемещаемый  шток; 3 – сальник; 4 – перфорированный  штамп;5 – датчик длдя измерения  порового давления; 6 – подшипник; 7 – гайка для принудительного перемещения штока; 8 – гибкие резиновые мембраны; 9 – коллектор сжатого воздуха; 10 – манометры; 11 – краны; 12 – трубки волюмометров; 13 – бак с резервной жидкостью; 14 – трубки высокого давления 

    К недостатку данной конструкции следует  отнести наличие мертвых, т.е. недеформируемых зон в углах образца грунта. С целью устранения данного недостатка Hambly E.C. (1969) предложил конструкции прибора истинного трехосного сжатия с жесткими взаимно смещаемыми нагрузочными штампами (рис. 6,7). 
 

       Преимущество стабилометров с непрерывным нагружением осевой нагрузки (мм/мин) заключается в том, что эти испытания позволяют определить следующие параметры прочности: критическое значение угла внутреннего трения, ; пиковое значение угла внутреннего трения, ; остаточное значение угла внутреннего трения, ; угол дилатанции, , силу сцепления с. Испытания при статическом нагружении дают только критическое значение угла внутреннего трения, , и силы сцепления с. 

       В тоже время, в отличие от компрессионных приборов, испытания в стабилометре можно провести в условиях близких к природным, учитывая начальное напряженное состояние в естественном массиве грунта Боковое давление, которое не регулируется в одометре, в стабилометре принимается равным горизонтальным напряжениям на глубине отбора монолита грунта, а вертикальные напряжения задаются равными бытовым (от собственного веса вышележащих слоев грунта). 
 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

СХЕМЫ ИСПЫТАНИЙ 

    Сущность  метода

    Испытание грунта методом трехосного сжатия проводят для определения следующих характеристик прочности и деформируемости: угла внутреннего трения   удельного сцепления   сопротивления недренированному сдвигу   модуля деформации   и коэффициента поперечной деформации   для песков, глинистых, органо-минеральных и органических грунтов.

    Эти характеристики определяют по результатам  испытаний образцов грунта в камерах  трехосного сжатия, дающих возможность  бокового расширения образца грунта в условиях трехосного осесимметричного статического нагружения при  где - максимальное главное напряжение; - минимальные, они же промежуточные главные напряжения.

    Результаты  испытаний оформляют в виде графиков зависимостей деформаций образца от нагрузки и изменения деформаций во времени.

    Испытания вертикальной нагрузкой проводят при  заданном всестороннем давлении на образец грунта или заданном среднем нормальном напряжении.

    Испытания для определения характеристик  прочности проводят не менее чем  для трех образцов исследуемого грунта при различных значениях всестороннего  давления на образец. 

    Испытания для определения характеристик  деформируемости проводят по следующим схемам:

    - неконсолидированно-недренированное  испытание - для определения сопротивления  недренированному сдвигу водонасыщенных  глинистых, органо-минеральных и  органических грунтов природной плотности;

    - консолидированно-недренированное  испытание - для определения характеристик  прочности глинистых, органо-минеральных  и органических грунтов в нестабилизированном  состоянии;

    - консолидированно-дренированное испытание  - для определения характеристик прочности и деформируемости любых дисперсных грунтов в стабилизированном состоянии. 

    Для испытаний используют образцы грунта ненарушенного сложения с природной  влажностью или образцы нарушенного  сложения с заданными значениями плотности и влажности.

    Образцы должны иметь форму цилиндра диаметром  не менее 38 мм и отношением высоты к  диаметру от 1:2 до 1:2,5. 

    Оборудование  и приборы

    В состав установки для испытания  грунтов методом трехосного сжатия должны входить:

    - камера трехосного сжатия с  набором жестких сплошных и перфорированных штампов и уплотнителей к ним;

    - устройство для создания, поддержания  и измерения давления в камере;