Лабораторное оборудование для испытаний грунтов на уплотнение
Лабораторные компрессионные испытания в настоящее время обычно выполняются на приборах по типу, предложенному Артуром Казагранде. Одна из ряда существующих модификаций этого прибора изображена на рис. 6.2. Ненарушенный образец глины осторожно и плотно загружается в массивное латунное кольцо 1. Для успешного выполнения этой весьма тонкой операции, проведение которой требует значительного мастерства и опыта, используются специальные режущие инструменты. Кольцо 1 с образцом глины в нем устанавливается на латунное основание 2 и укрепляется на последнем с помощью латунной накладки 4 и шести винтов 5; резиновая прокладка 3 обеспечивает герметичность соединения. Над кольцом 1 помещается другое кольцо 8 и шов между ними уплотняется специальной замазкой, так что выше поверхности образца может удерживаться некоторый слой свободной воды, предохраняющий образец от высыхания в результате испарения из него воды. Нижняя пористая плитка-фильтр 6 и канавки в латунном основании 2 заполняются водой еще до помещения образца в кольцо 1. Усилие P передается на образец при помощи коромысла 10, латунной плитки 9 и верхнего пористого фильтра 7. Сжатие образца глины измеряется мессурой 11, дающей отсчеты с точностью до 1/10000 ''.
Диаметр кольца 1 обычно находится в пределах от 2,5 до 3", а его высота от 1 до 0,75". Иногда используются приборы меньшего размера, но их применение не может быть рекомендовано, так как при этом становится слишком большим влияние любого нарушения формы и монолитности образца по его торцам и боковой поверхности в процессе подготовки к опыту и загрузки в кольцо. Экономия в случае использования образцов меньшего размера для малых компрессионных приборов только воображаемая, так как весьма сомнительными становятся сами результаты испытания.
Стеклянная вертикальная трубка 12, показанная на рис. 6.2, может быть заполнена водой через вентиль 13. Она используется для проведения опыта по оценке водопроницаемости грунта в условиях падающего напора.
Иногда применяют компрессионные приборы упрощенного типа. Один из них показан на рис. 6.3. Образец глины помещается в легкое тонкое металлическое кольцо 1 и устанавливается на верхнюю грань пористого камня-фильтра 3, находящегося внутри корпуса 2. Кольцо 1 висит на образце грунта, поэтому такой прибор получил название консолидометра с подвешенным кольцом. Прибор такого типа не может быть использован для получения надежных результатов при испытании весьма пластичных глин. К тому же он не приспособлен для проведения опытов с непосредственным определением водопроницаемости испытуемых грунтов. При применении этих приборов коэффициент фильтрации подлежит косвенному определению путем расчета по кривой зависимости сжатия грунта во времени. Таким образом, хотя прибор этого типа имеет преимущество, выражающееся в его низкой стоимости, он должен использоваться главным образом как вспомогательное оборудование при испытании глинистых грунтов вполне надежными установившимися в практике методами.
В приведенном выше изложении делалось ударение на использование для компрессионных испытаний образцов глинистых грунтов. Это объясняется главным образом тем, что пока еще не существует никаких удовлетворительных методов отбора из буровых скважин образцов несвязных грунтов, таких как пески, в ненарушенном их состоянии. Поэтому, как правило, не имеет смысла проводить обычные опыты для определения характеристик консолидации грунтов, на результаты которых оказывает сильное влияние любое нарушение структуры образцов. Кроме того, следует отметить, что компрессионные испытания проводятся с полностью водонасыщенными глинистыми грунтами. Отступление от этого правила имеет ограниченное практическое значение, так как именно полностью насыщенные водой глины создают в реальных условиях трудности для строителей в силу медленной своей уплотняемости. Сухие глины деформируются под нагрузкой в гораздо меньшей степени, хотя они могут в определенных условиях вызывать также беспокойство у строителей, но уже по другим причинам, например вследствие их способности к неравномерному разбуханию при увлажнении.
Кроме того, на сжимаемость песков в противоположность глинистым грунтам оказывают гораздо большее влияние, чем статические нагрузки, многократно повторяющаяся вибрация и кратковременная нагрузка.
Компрессионное испытание иногда называется испытанием на сжатие с устранением возможности бокового расширения образца. Высота испытываемого образца должна оставаться малой по отношению к его диаметру, чтобы уменьшить влияние трения между глинистым грунтом и металлическим кольцом, в котором грунт заключен.