Эллис - лабораторное оборудование, весы, пресс испытательный, испытание бетонов  
 
 
 
 
лабораторное оборудование весовое оборудование сервис и поддержка о нас контакты
 

Главная страница / Лабораторное оборудование / Системы для испытания механики грунтов

Трехосные испытания/Испытание ненасыщенных грунтов

 

В большинстве книг и учебников по механике грунтов предполагается, что грунты полностью насыщены, но в большей части мира грунты существуют в ненасыщенном состоянии. Это особенно верно в тропических и засушливых регионах; даже в климатических зонах с умеренным климатом грунты выше уровня грунтовых вод могут оставаться в ненасыщенном состоянии. Насыщенный грунт – грунт, в котором все пустоты

между частицами грунта заполнены водой. Ненасыщенный грунт содержит и воздух, и воду между своими частицами. Присутствие сил поверхностного натяжения на границах раздела между воздухом и водой в

ненасыщенном грунте позволяет существовать разным давлениям в воздухе и воде. В ненасыщенном грунте в природных условиях поровое давление воздуха обычно равно атмосферному, а поровое давление

воды меньше, чем давление воздуха. Так как атмосферное давление обычно считается нулевым, то поровое давление воды оказывается отрицательным (так как оно будет меньше атмосферного). Такое отрицательное давление называется "абсорбцией", так как грунт при контакте с водой при атмосферном давлении будет абсорбировать воду.

Ненасыщенный слой может простираться на большие глубины, что определяется условиями окружающей среды. Значением абсорбции определяется прочность ненасыщенного материала. Изменение абсорбции – причина того, что поведение ненасыщенного грунта может оказаться иным по сравнению с насыщенным грунтом, например, просадочные грунты, в которых изменение влажности может вызвать внезапное

уменьшение объема, а также оказать резкое влияние на прочность материала.

Основные отличия между трехосным испытанием образца грунта в насыщенном состоянии по сравнению с ненасыщенным можно обобщить следующим образом:

 

  •  Поведение насыщенного грунта целиком управляется полным напряжениеми поровым давлением воды (через эффективное напряжение). Положительные давления поровой воды расталкивают частицы и, следовательно, уменьшают прочность грунта.

 

  •  В ненасыщенном грунте пустоты заполняются и воздухом, и водой, и силами поверхностного натяжения создается отрицательное поровое давление воды (или абсорбция). Такая абсорбция сдвигает частицы грунта вместе и повышает прочность грунта. 

 

Некоторые примеры применения

 

Оползень под действием дождевых осадков

Склоны могут стоять под крутыми углами, если они поддерживаются присасыванием грунта, из-за чего возникает высокое сопротивление сдвигу. Когда дождевые осадки проникают в склон, присасывание

уменьшается и склон обрушивается из-за потери сопротивления сдвига.

Набухание грунтов

Изменение объема грунтов, склонных к расширению, управляется изменением

присасывания, которое происходит в результате проникновения воды. Набухание вызывает неравномерное поднятие частей зданий, что может привести к обширному растрескиванию.

Оседание грунтов

Рыхлые суглинки могут оставаться в стабильном рыхлом состоянии при наличии присасывания. Если в грунт проникает вода, присасывание уменьшается, и рыхлая структура может стать нестабильной.

Большое уменьшение объема может произойти внезапно и вызвать разрушение и

повреждение зданий.

 

ГРУНТОВ

Оборудование для испытаний

 

Чтобы получить надлежащие условия для испытания образца ненасыщенного грунта, необходимо:

 

Успешно измерить изменение объема образца;

 

Проверить поровое давление воздуха в образце (независимо от порового давления воды). Метод переноса осей;

 

Создать в образце отрицательное поровое давление воды (или присасывание) во время испытания образца.

ЯЧЕЙКИ ДЛЯ ТРЕХОСНЫХ ИСПЫТАНИЙ

НЕНАСЫЩЕННЫХ ГРУНТОВ

Описание

В обычных системах для трехосных испытаний, когда испытываются насыщенные

образцы, измерение изменения объема представляет собой просто отслеживание

количества воды, отдаваемой или впитываемой образцом, с помощью датчика

изменения объема.

Напротив, в ненасыщенных системах измерения изменения объема усложняются сжимаемостью воздуха. Если к ненасыщенному образцу прикладывается увеличение всестороннего давления, из образца выделяется вода, но при этом размер будет изменяться из5за сжатия воздуха в порах. Для получения правильных результатов необходимо измерять объем воды, выходящей из образца, и изменение полного объема образца, как показано на схеме. С помощью этих двух измерений можно определить разность между изменением объема из-за выжатой из образца воды и изменением объема из-за сжимаемости воздуха.

Решением проблемы может быть трехосная ячейка с двойными стенками: одно и то же давление внутри и снаружи стенки внутренней ячейки будет вызывать нулевое расширение внутренней ячейки, что позволит измерить изменение полного объема с помощью датчика изменения объема, помещенного в нагнетательную

линию ячейки.

Внутренняя стенка описываемой выше ячейки сделана из стекла: таким образом, исключается проблема гигроскопичности. Давление в ячейке к внутренней и внешней сторонам стеклянной стенки прикладывается одинаковое: за счет этого решается проблема расширения. Изменение полного объема образца можно затем измерить с помощью стандартного датчика изменения объема.

Поставляемые модели:

�� 28CWF4170

Ячейка с двойными стенками для

трехосных испытаний ненасыщенных образцов диаметром 70 мм с 6 патрубками

 

�� 28CWF4171

Ячейка с двойными стенками для трехосных испытаний ненасыщенных образцов диаметром 100 мм с 6 патрубками

и внешняя верхние

и опустошаются одновременно

Метод переноса осей с пористым диском, не пропускающим воздух

 

Одна из проблем, возникающая при испытании образцов с высокими абсорбирующими свойствами, – это предотвращение абсорбции образцом воды из пористого диска в основании и кавитации в измерительной системе трехосной ячейки с поровой водой. Для этого пористый диск заменен встроенным в основание диском, не пропускающий воздух. Его материал пропускает воду, но не воздух, при различных

давлениях. Например, диск на 5 бар не будет пропускать воздух при давлении

до 5 бар.

Такой диск монтируется в основание, чтобы помешать прохождению воды в обход него. Насыщенный камень будет затем пропускать воду, но не воздух. Это будет затруднять абсорбцию воды из диска; при этом воздух не будет входить в диск, но не предотвращается кавитация под диском. Для этого необходимо еще одно изменение трехосной системы.

Чтобы избавиться от возникновения кавитации и позволить измерять абсорбцию, давление воздуха прикладывается к поровому пространству в образце. Абсорбция вызывается силами поверхностного натяжения, из-за которых возникает разность давлений между воздухом и водой. Если давление воздуха равно нулю (атмосферное), то давление воды будет отрицательным. Если увеличить давление воздуха в

поровом пространстве, давление воды также увеличится, сохраняя неизменной разность между давлениями воздуха и воды. Давление воздуха увеличивается до тех пор, пока давление воды не станет положительным. Абсорбция при этом пока остается, потому что давление воды все еще меньше, чем воздуха. Давление воздуха прикладывается через верхнюю крышку (таким же образом, как и противодавление воды при испытании насыщенных образцов) при значении около 200 кПа предельного значения, при котором начинает пропускать воздух пористый диск.

Благодаря этому давление внутри образца поднимется до положительного значения и, в свою очередь, к пористому диску и датчику порового давления воды будет прикладываться положительное давление.

Методика использования датчиков присасывания

 

Преимущество использования датчиков присасывания заключается в том, что грунты можно испытывать в состоянии, в котором поровое давление воздуха в образце равняется атмосферному, а поровое давление воды отрицательно. Это надлежащим образом воспроизводит естественный процесс высыхания. Грунт, который высыхает естественным образом, становится ненасыщенным благодаря проникновению воздуха от границ, а также благодаря кавитации во внутренних порах. Подразделение Wykeham Farrance компании Controls в сотрудничестве с Даремским  университетом (Durham University) разработало новый датчик присасывания. Рабочая характеристика нового датчика присасывания определяется минимальным отрицательным значением давления, которое можно измерить датчиком до кавитации. Последними

исследованиями было выяснено, что диапазон и стабильность измерения отрицательных давлений тензометрическими датчиками зависит от достижения полного насыщения внутри фильтра и сосуда датчика.

Любые нерастворенные маленькие пузырьки воздуха или частицы пыли представляют собой возможные ядра для дробления воды в напряженном состоянии и кавитации. Датчик присасывания имеет в своем составе миниатюрный керамический датчик давления, заключенный в пористую керамику, не пропускающую воздух до 15 бар, с внутренним резервуаром, достаточно большим для того, чтобы позволять

отклоняться керамической диафрагме. Успешные испытания устройства показали, что достигается предел измерения присасывания до 2000 кПа. На схеме показан процесс высушивания датчика абсорбции.

Датчик был введен в насыщенное состояние, после чего ему дали высохнуть. Испарение из керамического диска, не пропускающего воздух, воспроизводит высушивающее действие грунта. По мере испарения воды с поверхности датчик регистрирует непрерывное уменьшение давления (присасывание), пока в датчике не возникает кавитация, затем значение присасывания быстро возвращается к атмосферному давлению.

Датчик присасывания пригоден для многих применений, при которых керамический пористый диск находится в контакте с грунтом. Датчик можно поместить в основание ячейки для трехосных испытаний

ненасыщенных образцов, где его можно легко удалить и вновь ввести в состояние насыщения, если произошла кавитация.

Его можно поместить в середине образца по высоте как датчик в средней плоскости, измеряющий положительные и отрицательные значения давления. Датчик присасывания может также использоваться в полевых  условиях для отслеживания состояния насыпей и склонов, когда можно отслеживать давление воды в грунте при изменении времен года.

 

 
   
 
  © ООО "Эллис"