Файл: Абелев М.Ю. Слабые водонасыщенные глинистые грунты как основания сооружений 8-й междунар. конгресс по механике грунтов и фундаментостроению.pdf

3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЙ

ВОСНОВАНИИ ЖЕСТКИХ ШТАМПОВ

ИФУНДАМЕНТОВ

Экспериментальные исследования напряженно-де- формативного состояния в основании сооружений про­ ведены в очень малом объеме. В основном все исследо­ вания проводились на песках и лёссовых грунтах.

Сложность определения напряженно-деформативного состояния обусловлена сложностью измерений напряже­ ний и деформаций в отдельных точках основания. Одна­ ко за последние пять лет наметились новые пути реше­ ния поставленной проблемы, особенно в связи с разра­ боткой датчиков для измерения напряжений внутри грунтового массива и методики определения достоверно­ сти их измерений. В числе этих датчиков есть и датчики для измерения напряжений в грунтовом массиве, сло­ женном слабыми водонасыщенными глинистыми грунта­ ми. В первую очередь следует отметить мессдозы, разра­ ботанные в Ц Н И И С К е (Д. С. Баранов), Новочеркасском политехническом институте (Ю. Н. Мурзенко), Гидро­

позволили более точно тарировать и более обоснованно учитывать величину искажений при измерениях напря­ жений и порового давления, возникающих в связи с вне­ сением жесткого элемента (мессдозы) в среду с други­ ми деформативными характеристиками.

Наиболее просто проводится измерение вертикаль­ ных напряжений, так как глубинные марки уже давно широко применяются при различных исследованиях в механике грунтов. Предложено много конструкций глу­ бинных марок, которые с достаточно высокой точностью позволяют оценить вертикальные смещения различных точек грунтового основания. Многие из глубинных марок применялись и при исследовании просадочных при за­ мачивании грунтов (Ю. М. Абелев [9], В. И. Крутов, 1960—1967 гг.), которые могут быть отнесены к слабым водонасыщенным глинистым грунтам. Методика же из­ мерения горизонтальных смещений практически не раз-

112

работана, что мешает определять деформативное состоя­ ние в грунтовом массиве. Известны лишь отдельные опы­ ты измерения горизонтальных напряжений, выполнен­ ные за рубежом, однако точность измерения в этих опы­ тах весьма низкая.

Так как при исследованиях напряженно-деформатив- ного состояния основания, сложенного водонасыщенны­ ми глинистыми грунтами, весьма сложно замерить де­ формации из-за их крайне медленного развития во вре­ мени, то для проверки решения консолидационных задач измеряют обычно поровое давление. Поровое давление измеряют датчиками разнообразных конструкций, при­ чем считается, что измерение порового давления проще, чем измерение напряжений.

Для ряда задач механики грунтов необходимо знать распределение напряжений и деформаций непосред­ ственно под подошвой фундамента — так называемые контактные напряжения и деформации. Хотя методика определения контактных напряжений значительно проще по сравнению с определением напряжений в грунтовом массиве, однако до последних лет не 'было проведено натурных исследований напряжений под фундаментами, лежащими на слабых водонасыщенных глинистых грун­ тах. Впервые эти измерения были выполнены в 1965—- 1971 гг. на илах оз. Сиваш. Измерения напряжений на контакте и в глубине основания жесткого штампа пло­ щадью 10 тыс. см2 были проведены Н. С. Рязановым, Н. Ф. Ариповым и автором по следующей методике. Бы­ ла выбрана площадка, где илы залегали на глубину до 6 ж и имели примерно постоянные характеристики проч­ ности и сжимаемости по глубине (что обусловлено боль­ шим содержанием солей в грунте). Так как верхний слой илов (до глубины 0,7 м) имел отличные от пласта харак­ теристики, опыты проводились в шурфах, отрытых на глубину 0,8—0,9 м.

В испытаниях применялись круглые металлические штампы, усиленные ребрами жесткости. В днище каж­ дого штампа заподлицо с поверхностью были установле­ ны 13—15 мессдоз с гидравлическим преобразователем конструкции ЦНИИСК, приспособленным для проведе­ ния таких опытов. Мессдозы изготовлялись в лаборато­ рии МИСИ им. В. В. Куйбышева с участием Д. С. Ба­ ранова. Для повышения точности измерения напряже­ ний мессдозы конструкции Д. С. Баранова были несколь-

ко модифицированы — уменьшена толщина мембраны, усилена гидроизоляция. Кроме того, мессдозы были за­ щищены от быстрой коррозии в засоленных илах. Точ­

Рис. 11.6. Мессдоза конструкции ЦНИИСК для измерения на­ пряжений в грунте и для опре­ деления контактных напряже­ ний

/ — корпус; 2 — кольцевая мембра­ на; 3 — крышка; 4 — резиновое внутренее кольцо; 5 — силиконовая жидкость; 6— мембрана и тензодатчик; 7 — хлорвиниловая трубка; 8 — резиновая трубка; 9— резиновое наружное кольцо

Суть их заключается в том, что давление грунта перво­ начально передается на элемент, который через жидкую прослойку распределяет давление на соответствующую измерительную систему. Если пространство между при­ емной и рабочей мембранами заполнить несжимаемой жидкостью (ртутью, силиконовой жидкостью и т. п.), то деформации верхней приемной мембраны (рис. II.6) будут меньше деформаций рабочей мембраны во столь­ ко раз, во сколько площадь второй будет меньше пло­ щади первой. К преимуществам мессдоз с гидравличе­ ским преобразователем относится и то, что измеритель­ ное устройство такой мессдозы реагирует на все давле­ ние, которое действует на приемную мессдозу, независи­

фольговый тензодатчик мембранного типа. В торцовой части корпуса мессдозы имеется отверстие для штуцера и отдельно просверленные отверстия для размещения

114

соединительных проводов. Эти провода припаивают к выводным проводникам датчика. С противоположной стороны предусмотрено отверстие для заполнения мессдозы жидкостью, прослойка которой в датчике но­ сит название гидропреобразователя.

Приемная кольцевая мембрана изготовляется из то­ го же материала, что и корпус, и имеет кольцеобразный вырез, в который уложено резиновое кольцо. Это кон­ структивное приспособление позволяет передавать дав­ ление на гидропреобразователь сразу по всей площади приемной мембраны и обеспечивает ее поступательное движение при нагружении независимо от краевого эф­ фекта.

Внешне мессдоза представляет собой металлический диск диаметром 70 и высотой 16 мм. Небольшие габа­ риты прибора позволяют использовать его для измере­ ния напряжений на контакте штампов и внутри грун­ тового основания.

Для измерения контактного давления в плите метал­ лического штампа были сделаны круглые углубления диаметром каждое 74 мм и вырезы для укладки и вы­ вода соединительного кабеля. Эти углубления были не­ обходимы для установки мессдозы заподлицо с поверх­ ностью штампа.

В углубление штампа заливали жидкий цементный раствор и устанавливали мессдозу на место легким при­ жатием. Затем с помощью шаблона, который гаранти­ ровал правильность постановки и исключал перекосы мессдозы, ее выравнивали с поверхностью штампа. Пос­ ле этого в вырез укладывали кабель и через отверстие продергивали его на противоположную сторону плиты (штампа). Штамп с установленными в него мессдозами выдерживали некоторое время для «схватывания» це­ ментного раствора, а затем снова проверяли правиль­ ность установки мессдоз тем же шаблоном.

При установке мессдоз заподлицо с днищем штампа особое внимание обращали на дублирование измеряе­ мых точек. Все основные точки (центр, край и середи­ на радиуса штампа) имели по две измерительных мес­ сдозы. Это исключало ошибки при измерениях и гаран­ тировало возможность измерений в процессе всего экс­ перимента, если даже одна из мессдоз во время опытов выходила из строя. Размещение мессдоз в днище штам­ па показано на рис. П.7.