Основные закономерности трехосных испытаний. Схема КД

Рассмотрим основные результаты виртуальных трехосных испытаний по консолидированно-дренированной (КД) схеме в приборе типа А (изотропная консолидация) в программе SoilTest комплекса Plaxis.

Условия опыта: предварительное обжатие всесторонним давлением 100 кПа и последующее разрушение образца нормальноуплотненной глины (NC) девиаторным нагруженем (увеличение только вертикальной нагрузки).

График 1 Круги Мора

Боковое давление было задано равным 100 кПа, разрушение произошло при достижении вертикального давления 303,5 кПа. Эти точки являются абсциссами полукруга на рисунке 2.

Красная пунктирная линия обозначает заданную в модель прочность: с=1 кПа; ф=30 градусов. Касание круга Мора предельной огибающей означает разрушение образца.

График 2 Главные напряжения

Точка 1 соответствует первой стадии испытаний - гидростатическому обжатию, поэтому главные напряжения равны и составляют 100 кПа. Затем происходит вторая стадия, в которой вертикальное давление возрастает до разрушающего - 303,5 кПа, при этом горизонтальны напряжения не меняются (100 кПа). Таким образом, линия направлена вертикально и достигает пунктирной красной линии, соответствующей разрушению в состоянии активного давления. Т.е. т.2 может быть вычислена через коэффициент активного давления (Ка=tg(45-30/2)^2=0,333):

100=303,5*0,333 (с округлением).

График 3 Основная диаграмма трехосных испытаний

Обычно при испытаниях в стабилометре в протоколе присутствует минимальный набор графиков: круги Мора и зависимость осевой деформации от девиатора напряжений q.

Девиатор напряжений в данном случае определяется как разница между вертикальным разрушающим и всесторонним давлениями: 303,5-100=203,5 кПа.

Гиперболическая зависимость этого графика свидетельствует о том, что это усовершенствованная модель грунта. В более простых моделях (например, Кулона-Мора) этот график билинейный (если речь идет об испытаниях NC грунта).

График 4. Взаимная зависимость объемных и осевых деформаций

Этот график начинается с момента завершения первой стадии (всестороннего обжатия давлением 100 кПа) и по горизонтальной оси полностью соответствует графику на рисунке 3 по величине осевой деформации. Однако, поскольку испытания виртуальные, эта величина является задаваемой в параметрах опыта

Полученный в данном случае график показывает, что при сдвиге происходит доуплотнение грунта, а это означает, что грунт относится к нормальноуплотненному (NC). Однако при достижении объемной деформации величины 0,003346 (по вертикальной оси) происходит достижение траекторией напряжения (в рассмотренном далее графике p-q координат) линии предельного состояния, т.е. происходит разрушение образца. Дальнейшее сдвиговое деформирование образца будет происходить с достигнутой критической пористостью (плотностью) и соответствовать равнообъемному (объемная деформация постоянная) пластическому течению. Таково поведение упругопластических моделей.

График 5 «p-q» координаты

На рисунке 5 показан основной график в геомеханике, поскольку он отражает траектории нагружения, а это принцип работы моделей грунта и программ численного моделирования. Существует несколько вариантов графиков, однако принципиальной разницы между ними нет, характер траектории в разных вариантах одинаковый, а разница связана с принятыми в разных странах величинами p и q. В программе SoilTest приняты следующие зависимости:

Координаты точки 1 определяются значениями p=100 кПа, q=0. Это соответствует первой стадии опыта - всестороннему изотропному обжатию. Далее происходит девиаторное нагружение (в данном случае, увеличение вертикального давления при постоянном боковом, см. рисунок 2). Траектория нагружения от точки 1 к точке 2 имеет наклон вправо (1:3), что свидетельствует о дренированном испытании (КД) и достигает предельной огибающей (красная пунктирная линия) в точке с координатами:

Наклон линии предельного состояния в этих координатах определяется на единицу значения оси р величиной q определяемой по формуле:

В случае использования стабилометра типа Б (анизотропная консолидация), графики будут иметь тот же характер, но точка начала будет изменена. Например, при К0=0,5 вертикальное давление будет в два раза больше горизонтального, следовательно, на рисунках 2 и 5 координаты точки 1 изменятся.