Руководство по геотехническому контролю за подготовкой оснований и возведением грунтовых сооружений в энергетическом строительстве (стр. 86 )

Рис. 9.6. Схема прибора трехосного сжатия

1 - корпус стабилометра; 2 - резиновая оболочка; 3 - камера бокового давления; 4 - рабочая камера; 5 - крышка; 6 - перфорированный штамп; 7 - дозатор; 8 - бак; 9 - гибкий шланг; 10 - корпус домкрата; 11 - поршень домкрата; 12 - шток поршня; 13 - дренажная трубка; 14 - прогибомер; 15-20 - краны; 21 - пневмогидравлический аккумулятор; 22 - баллон со сжатым воздухом; 23 - насосная станция; 24 - редукционный клапан; 25 - кран "нагрузка"; 26 - кран "разгрузка".

15. Рабочие напряжения в образце создаются при помощи гидравлических нагрузочных устройств, обеспечивающих значения осевого напряжения (s1) в диапазоне 0,1-12 МПа (1-120 кг/см2) и бокового (s3) - от 0,1 до 3,0 МПа (1-30 кг/см2).

16. В испытаниях определенные уровни рабочих напряжений достигаются при ступенчатом нагружении образца осевым или боковым удельными давлениями, значения которых можно изменять раздельно или одновременно (например, на этапе гидростатического нагружения).

17. Для измерения осевого и бокового давлений, прикладываемых к образцу, прибор снабжен образцовыми манометрами.

Давление в гидравлической системе насосной станции и в пневмогидравлических аккумуляторах контролируется с помощью технических манометров.

18. Для измерения осевой деформации образца рекомендуется применять прогибомер типа 6ПАО-ЛИСИ.

19. Объемная боковая деформация образца рассчитывается по изменению объема жидкости в дозаторе.

20. Поровое давление измеряется в нижнем торце образца с помощью датчика порового давления, либо компенсационного устройства, включающего в схему образцовый манометр.

Перечень возможных операций

21. На приборе ПТС-300 возможно осуществлять следующие операции:

- увеличивать или уменьшать осевое давление любыми ступенями, независимо от бокового давления;

- увеличивать или уменьшать боковое давление любыми ступенями независимо от осевого давления;

- одновременно увеличивать или уменьшать осевое и боковое давления равными ступенями или в определенном их соотношении;

- определять боковое давление в зависимости от величины осевого давления;

- проводить контрольные измерения осевого давления в верхнем торце образца;

- осуществлять насыщение образца водой в рабочей камере прибора до опыта или в процессе опыта;

- проводить испытания в условиях одностороннего или двустороннего дренирования (открытая система) и без дренирования (закрытая система) с замером величины порового давления в образце;

- измерять осевую, объемную и радиальные деформации образца в процессе испытаний.

Подготовка грунтовых смесей к испытанию

22. Показатели прочности крупнообломочного материала зависят от следующих факторов:

- плотности материала,

- зернового состава,

- минералогического состава,

- формы частиц,

- шероховатости поверхности частиц,

- величины нормальных напряжений на площадке сдвига.

Наиболее существенное влияние оказывают:

- плотность,

- зерновой и минералогический состав,

- величина нормальных напряжений.

23. Для определения параметров прочности крупнообломочных грунтовых материалов, укладываемых в тело плотины, необходимо выполнить опыты с образцами, зерновой состав которых изменяется в пределах граничных кривых зернового состава карьерного материала (рис. 9.7).

Рис. 9.7. Зерновой состав гравийно-галечникового материала

1 - граничные кривые; 2 - замена фракций размером более 40 мм фракцией 40...60 мм в модельных смесях.

24. Для устранения возможного влияния размеров образца на результаты испытаний должно соблюдаться определенное установленное соотношение между начальным диаметром рабочей камеры прибора и диаметром наиболее крупных частиц

D0 ³ 5 dmax.

Следовательно, показатели прочности определяются в испытаниях образцов, зерновой состав которых формируется специальным подбором.

25. Для соблюдений требований п.24 производится подбор зернового состава смесей, испытываемых на приборе ПТС-300.

При этом, если зерновой состав натурного материала удовлетворяет требуемому соотношению диаметра рабочей камеры прибора и диаметра частиц, то моделирование не производится и образец формуется непосредственно из натурного материала.

При несоблюдении условий п.24 моделирование зернового состава натурного материала выполняется следующим способом.

Зерновой состав испытываемой смеси совпадает с зерновым составом натурного материала до размера частиц, являющегося предельным для данного прибора. Частицы, размеры которых выше предельных, указанных в п.24, заменяют частицами, выраженными в процентах по массе, размеры которых являются предельными для данного прибора.

Для прибора ПТС-300 предельной считается фракция 40-60 мм. В испытаниях на трехосное сжатие фракцию крупнее 40-60 мм, содержащуюся в натурном крупнообломочном материале, заменяют фракцией 40-60 мм (см. рис. 9.7).

Примечание. В практике исследования крупнообломочных материалов применяют способ моделирования, называемый "способом параллельного переноса". Сущность его состоит в том, что зерновой состав испытываемого образца подбирается по кривой, которая перенесена параллельно кривой зернового состава натурного материала в сторону уменьшения размера всех фракций, с сохранением соотношения между ними.

Следует отметить, что "способ параллельного переноса" вследствие увеличения (иногда значительного) процентного содержания мелких фракций в составе смеси может привести к занижению прочностных характеристик.

26. Влияние плотности и зернового состава на показатель прочности материала выявляется в испытаниях, проведенных при определенных значениях относительной плотности, выражаемой в виде:

Id = [(rd - rd,min) / (rd,max - rd,min)] · ((rd,max / rd), (14)

где максимальная rd,max и минимальная rd,min плотности зависят, в свою очередь, от зернового состава материала.

27. В лабораторных условиях предельные плотности сложения определяются по разработанным методикам, согласно которым предельно плотное сложение крупнообломочного материала достигается уплотнением образца модельной смеси в металлическом контейнере на вибростоле с толкающим усилием 32 КН (3200 кг) и частотой колебаний 2800 циклов в минуту.

Предельно рыхлое состояние образца обеспечивается отсыпкой материалов в тот же контейнер через полый металлический конус высотой 480 мм с диаметром загрузочного отверстия 450 мм и выходного отверстия - 150 мм. В качестве плотности сухого материала смеси в предельно плотном сложении принимается максимальное значение, а в предельно рыхлом сложении - минимальное значение, полученное по результатам пяти определений. Результаты определений записываются в табличной форме.

28. Плотность образцов крупнообломочного материала, подвергаемых испытаниям с целью определения показателя прочности, устанавливается по результатам лабораторных измерений (п.27) с учетом принятого для данного сооружения значения относительной плотности сложения Id и корректируется по данным уплотнения натурного материала, а также полевых опытных укаток на фрагментах насыпей.

29. При возможном широком диапазоне изменения плотности укладки материала в сооружение цикл исследований планируется таким образом, чтобы были испытаны средне и плотно сложенные образцы материалов в диапазоне изменения величин действующих давлений.

30. Для выявления возможного влияния влажности на прочность крупнообломочных материалов испытания проводятся на воздушно-сухих, влажных и водонасыщенных образцах. В необходимых случаях рекомендуется проводить испытания воздушно-сухих или влажных образцов с последующим их замачиванием на определенной стадии нагружения. При исследовании образцов дресвы-щебня такие испытания являются обязательными.

ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ И ОБСЛУЖИВАНИЕ ПРИБОРА ТРЕХОСНОГО СЖАТИЯ ПТС-300

Описание конструкции прибора

Прибор ПТС-300 (см. рис. 9.6) представляет собой стабилометр типа "В" (главные напряжения полностью независимы) с гидравлическим домкратом для осевого нагружения и пневмогидравлической системой передачи бокового давления и измерения боковых деформаций.

Внутри стального корпуса стабилометра 1 закреплена предварительно растянутая в вертикальном направлении (примерно на 10%) резиновая оболочка 2 толщиной 4 мм. Камера бокового давления 3 заполняется жидкостью, передающей давление сжатого воздуха от баллона со сжатым воздухом 22 на боковую поверхность образца 4.

В случае необходимости контроля величины осевого давления в образце может устанавливаться гидравлическая подушка, размещающаяся под крышкой прибора 6. Для возможности испытания водонасыщенных образцов поршень домкрата снабжается перфорированным штампом 7. Корпус домкрата 10 жестко соединен с корпусом стабилометра 1.

Осевая деформация образца измеряется по перемещению поршня домкрата 11, площадь которого равняется площади поперечного сечения образца. Внутри штока поршня 12 размещается дренажная трубка 13, необходимая при испытании водонасыщенных, либо сухих образцов с последующим водонасыщением. Перемещения поршня домкрата фиксируются прогибомером, присоединенным к штоку 12.

Система кранов 15 и 20 дает возможность осуществлять различные операции по обслуживанию прибора при подготовке и проведении испытаний. Кран 15 служит для подачи давления в дозатор 7 от баллона сжатого воздуха 22, 16 - для подачи давления в камеру бокового давления и отключения дозатора, 17 - для сброса давления в дозаторе 7, 18 - для слива жидкости из дозатора 7, 19 - для заполнения жидкостью камеры бокового давления перед началом испытаний, а также для слива жидкости из камеры при необходимости ремонта прибора, 20 - для удаления воздуха из камеры бокового давления при заполнении ее жидкостью.

Бак 8, заполненный жидкостью, перемещается в вертикальном направлении и служит для заполнения (верхнее положение) или опорожнения (нижнее положение) самотеком камеры бокового давления через гибкий шланг 9. Для выполнения манипуляций, необходимых при проведении испытаний, пульт управления снабжен двумя кранами: "нагрузка" 25 и "разгрузка" 26, а также редукционным клапаном 24, позволяющим поддерживать постоянство осевого давления на каждой ступени нагрузки. Для уменьшения колебаний давления в процессе испытаний система осевого давления снабжена пневмогидравлическим аккумулятором 21.