Метод релаксации напряжений (МРН)

Метод релаксации напряжений (МРН)

Одним из наиболее актуальных вопросов, касающихся лабораторных методов исследования грунтов, является сокращение сроков их проведения, в частности сокращение наиболее продолжительных - компрессионных испытаний.

Решить данную проблему позволяет «Метод релаксации напряжений» (патент на изобретение № 000 от 01.01.2001). Суть данного метода и его принципиальное отличие от существующих методов заключается в принудительном деформировании образца грунта на заданную величину с последующим отслеживанием изменения напряжения и деформации до достижения условной стабилизации.

Как показывает практика, такой режим нагружения позволяет относительно простым путем ускорить проведение компрессионных испытаний в десятки раз. Объясняется это следующим. При принудительном деформировании образца в первый момент времени поровое давление в нем возрастает до бóльших значений, чем при традиционном приложении статической нагрузки. Это приводит к появлению в образце более высоких значений градиента напора и к ускорению процесса фильтрационной консолидации. Отсюда - ускорение всего испытания. Следует отметить, что эффективное давление в скелете так же, как и при стандартых испытаниях, возрастает плавно по мере деформирования образца, а высокие значения полного давления в процессе нагружения и релаксации обусловлены высокими значениями порового давления. При падении порового давления до нуля деформация образца на ступени и эффективное давление достигают своих максимальных значений. Значения полного и эффективного напряжения выравниваются.

Критерием завершения ступени нагружения является скорость деформации образца, при которой завершается фильтрационная консолидация, регламентированная требованиями ГОСТ на лабораторные испытания.

По конечным точкам ветвей релаксации каждой ступени нагружения строится компрессионная кривая. Модуль деформации определяется в соответствии с ГОСТ .

Перед использованием на практике метод релаксации напряжений был многократно опробовано на искусственно сформированных образцах – близнецах. Затем - на глинистых грунтах природного и нарушенного сложения с сопоставлением результатов параллельных испытаний по методике ГОСТ [1]. Полученные результаты практически ничем не отличались от результатов испытаний по метдике ГОСТ. Метод успешно применялся в решении практических задач в течение многих лет. Он был опробован на самых разнообразных видах грунтов: от тяжелых водонасыщенных глин текучей консистенции при строительстве олимпийских объектов в Сочи до твердых суглинков вендских отложений при строительстве высотного комплека ОДЦ «Охта» в Санкт-Петербурге. Сроки проведения испытаний за счет использования МРН для этих грунтов были сокращены отдо 1 до 2-х дней.

Метод не требует сложного и дорогого оборудования. Наиболее простой вариант установки состоит из жесткой рамы 5-ти тонного динамометра, механического домкрата и индикаторов часового типа. Такие приборы были нами изготовлены и успешно используются до настоящего времени. По сравнению со стандартными испытаниями возможность по созданию нагрузок увеличена более чем в 5 раз. Это дает возможность определения коэффициента переуплотнения, например, для таких сильно переуплотненных грунтов, как вендские суглинки.

В Новосибирске освоен выпуск автоматических компрессионных релаксометров АКР-2, рекламу которых можно увидеть во многих специализированных журналах, и которые успешно реализуются по всей стране.

В материалах «VI Международного конгресса Гео-Сибирь в области инженерной геологии» отмечалось: «Наибольший интерес вызвали приборы Инженерный Центр»…автоматический компрессионный релаксометр АКР-2, используемый при исследовании механических характеристик грунтов по методу Труфанова (реализации релаксационного метода), позволяющего значительно ускорить определение деформационных характеристик грунтов в лабораторных условиях».

Большой интерес к методу релаксации напряжений проявляют зарубежные компании. Казахские коллеги запросили передачу метода и оборудование для его реализации в Казахстане. Американская компания GEOCOMP и представляющая их в нашей стране компания «ВВС-инжиниринг» запросили информацию о деталях метода с целью разработки соответствующего оборудования и реализации его в коммерческих целях.

Метод развивается. В настоящее время разработана методика определения параметров фильтрационной и вторичной консолидации и коэффициента релаксации по результатам релаксационных испытаний. Подана заявка на получение патента.

Вместе с тем, отсутствие на сегодняшний день нормативной базы существенно ограничивает широкое распространение МРН. В подготовке соответствующих нормативных документов авторы и видят свою ближайшую задачу.

Таким образом, основные преимущества метода заключаются в следующем:

ž  сокращение сроков проведения испытаний в 10 и более раз при сохранении критериев стабилизации по ГОСТ 12248;

ž  возможность значительного сокращения лабораторных площадей;

ž  возможность получения параметров консолидации для неограниченного числа значений полного напряжения во всем диапазоне вертикальных нагрузок;

ž  возможность определения коэффициента переуплонения сильно переупллотненных грунтов за счет создания высоких давлений;

ž  простота изготовления и низкая стоимость оборудования;

ž  в перспекиве - возможность дополнительного определения коэффициентов фильтрационной и вторичной консолидации для любых давлений в дипазоне прикладываемых нагрузок в десятки раз быстрее, чем по стандартным методикам.

Зав. лабораторией

«Методов исследования грунтов»

НИИОСП им. Н.М. Герсеванова, к. т.н.