Проведены экспериментальные исследования с образцами песчаного грунта в естественном состоянии и с введением армирующих прослоек в приборе трехосного сжатия. Выявлены закономерности увеличения параметров прочности и уменьшения деформируемости песчаного грунта в зависимости от количества армирующих прослоек.
Ключевые слова: армирование, трехосное сжатие, прочность, деформируемость.
Консолидировано — дренированные испытания проводились в приборе трехосного сжатия [1] — по схеме стандартного трехосного сжатия согласно ГОСТ 12248–2010 [2] при всесторонних давлениях 2 = 3 = const = 0,1; 0,2; 0,3 МПа на образцах песчаного грунта диаметром 38,0 ± 0,1 мм и высотой 80 мм, с коэффициентом пористости песка е = 0,624. Нагружение осуществлялось через жесткие штампы с фторопластовыми фильтрами и с введением по ним слоя силиконовой смазки. Вертикальное давление на образец передавали ступенями, равными 5–10 % заданного всестороннего давления в камере [3].
Испытания проводились по двум схемам. В первом случае испытывался грунт в естественном состоянии. Во втором — в образец перпендикулярно оси действия вертикальной нагрузки вводили синтетическую сетку с размером ячеек 1‘1 мм. В опытах варьировалось количество сеток n по высоте образца и расстояние между ними (рис. 1). Образцы — близнецы готовились объемным методом [4]: навеска песка высыпается из воронки с выходным диаметром равным 0,8 см в специальную форму, которая устанавливается на нижнем основании камеры трехосного сжатия.
Характер деформирования естественного песчаного грунта в условиях трехосного сжатия изменяется с ростом нагрузки. До деформации e1 = 10 % имеет место однородный характер деформирования, при последующем нагружении наблюдается возникновение неоднородной деформации с локализацией деформаций в пределах узкой полосы.
При деформировании песка, армированного в одном, двух-, трех уровнях по высоте образцов, наблюдается нарушение контактного взаимодействия армирующих сеток с песком и его выдавливание между крайними армирующими прослойками, так как показано на рис. 2, что объясняется более высокой прочностью армирующих прослоек на сдвиг по сравнению с контактным взаимодействием частиц песка [5].
Рис.1. Схема размещения армирующих прослоек в образце: а) n = 0; б) n = 1; в) n = 2; г) n = 3
Рис. 2. Характерные схемы разрушения образцов песчаного грунта при армировании синтетической сеткой а) n = 0; б) n = 1; в) n =2; г) n = 3
На рис. 3. представлены результаты испытаний песчаного грунта, полученные при различных значения бокового давления и равной начальной плотности образцов песка. Видно существенное влияние армирующих прослоек на прочность и деформируемость песка [6, 7] (рис.4, 5).
В результате выполненных экспериментов можно сделать следующие выводы:
1. При трехрядном армировании в приборе трехосного сжатия угол внутреннего трения песка возрастает на 5 градусов по сравнению с неармированным песком. При этом предельная нагрузка в 4 раза более значения предельной нагрузки песка в естественном состоянии.
2. При включении одной армирующей прослойки угол внутреннего трения не изменяется, но в песке появляется сцепление, что обусловлено работой армирующих прослоек.
Рис. 3. Зависимости 1 = f (1) для армированного синтетической сеткой и неармированного песка при испытаниях при 3 = 0,1; 0,2; 0,3 МПа.
Рис. 4. Зависимость модуля деформации Е от количества прослоек n
Рис. 5. Зависимость модуля деформации Е от бокового давления s3, МПа
3. С увеличением количества армирующих прослоек в приборе трехосного сжатия угол внутреннего трения увеличивается от 36,8 до 420, удельное сцепление — от 0 до 50 кПа.
4. Графики s1 = f (e1) имеют линейный начальный участок характерный как для всех видов армирования, так и для неармированного грунта. Предел пропорциональности увеличивается с ростом степени армирования.
5. Выявлено уменьшение деформируемости песка, зависящее от степени армирования образцов.
6. На начальном линейном участке при возрастании бокового давления в три раза, модуль деформации (рис.4, 5) возрастает для неармированного грунта в 2,5 раза. Та же тенденция наблюдается и для грунта, армированного по высоте сетками: для одно- и двухрядного армирования модуль деформации возрастает в 1,8¸1,9 раз; для трехрядного — в 2,9 раза
7. Для образцов, армированных в трех уровнях по высоте, наблюдаются скачки приращения вертикальных деформаций (участок а — в на рис. 3) в допредельном состоянии, что можно объяснить упрочнением за счет увеличения контактного взаимодействия грунта и прослоек.
Литература:
1. Устройство трехосного сжатия СТП-80/38 [Текст]: пат. RUS 64648 Рос. Федерация / Болдырев Г. Г., Идрисов И. Х., Болдырева Е. Г.; заявитель и патентообладатель Общество с ограниченной ответственностью «Геотек» (ООО «Геотек»). — № 2006504282; заявл. 25.12.2006.
2. Грунты. Методы лабораторного определения характеристик прочности и деформируемости [Текст]: ГОСТ 12248–2010. — Взамен ГОСТ 12248–96; введ. 01.01. 2012.
3. Хрянина, О. В. Экспериментально-теоретическая оценка совместной работы конструкции гибкого фундамента с армированным основанием [Текст]: дис. … канд. техн. наук: 05.23.01 / О. В. Хрянина. — Пенза, 2005. — 236 с.
4. Хрянина, О. В. Методика подготовки образцов-близнецов песчаного грунта / О. В. Хрянина // Вопросы планировки и застройки городов: сб. науч. ст. — Пенза, 2002. — С. 144–146.
5. Мельников, А. В. Прочность и деформируемость слабых грунтов оснований, усиленных армированием [Текст]: монография / А. В. Мельников, О. В. Хрянина, С. А. Болдырев. — Пенза: ПГУАС, 2014. — 176 с. — 500 экз. — ISBN 978–5-9282–1039–7.
6. Хрянина, О. В. Изменение напряженного состояния грунтов основания введением в него армирующих элементов [Текст] / О. В. Хрянина, Г. Г. Болдырев // Современные проблемы фундаментостроения: сб. науч. тр. — Волгоград, 2001. — С. 96–97.
7. Хрянина, О. В. О соотношении параметров прочности армированных песчаных грунтов при срезе и трехосном сжатии [Текст] / О. В. Хрянина // Актуальные проблемы проектирования и устройства оснований и фундаментов зданий и сооружений: сб. науч. тр. — Пенза, 2004. — С. 211–214.
