mgssuvestВестник МГСУVestnik MGSU1997-09352304-6600Moscow State University of Civil Engineering (National Research University) (MGSU)10.22227/1997-0935.2024.9.1530-1540mgssuvest-376Research ArticleГидравлика. Геотехника. Гидротехническое строительствоHydraulics. Geotechnique. Hydrotechnical constructionВлияние коэффициента неравномерности расширения образца глинистого грунта на механические характеристикиInfluence of the coefficient of non-uniformity of expansion of clay soil specimen on mechanical characteristicshttps://orcid.org/0000-0001-8787-826XТер-МартиросянА. З.Ter-MartirosyanA. Z.

Армен Завенович Тер-Мартиросян — доктор технических наук, профессор кафедры механики грунтов и геотехники, проректор

129337, г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26

РИНЦ AuthorID: 675967, Scopus: 35621133900, ResearcherID: Q-8635-2017

Armen Z. Ter-Martirosyan — Doctor of Technical Sciences, Professor of the Department of Soil Mechanics and Geotechnics, Vice-rector

26 Yaroslavskoe shosse, Moscow, 129337

RSCI AuthorID: 675967, Scopus: 35621133900, ResearcherID: Q-8635-2017

gic-mgsu@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-0011-7095АнжелоГ. О.AngeloG. O.

Георгий Олегович Анжело — кандидат технических наук, доцент, руководитель Научно-образовательного центра «Геотехника» им. З.Г. Тер-Мартиросяна (НОЦ «Геотехника» им. З.Г. Тер-Мартиросяна)

129337, г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26

РИНЦ AuthorID: 852458, Scopus: 57201551199, ResearcherID: AAC-4538-2022

Georgy O. Angelo — Candidate of Technical Sciences, Associate Professor, Head of the Scientific and Educational Center “Geotechnics” named after Z.G. Ter-Martirosyan (SEC “Geotechnics” named after Z.G. Ter-Martirosyan)

26 Yaroslavskoe shosse, Moscow, 129337

RSCI AuthorID: 852458, Scopus: 57201551199, ResearcherID: AAC-4538-2022

nocgeo@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0003-1522-320XЕрмошинаЛ. Ю.ErmoshinaL. Yu.

Любовь Юрьевна Ермошина — кандидат технических наук, научный сотрудник, Научно-образовательный центр «Геотехника» им. З.Г. Тер-Мартиросяна (НОЦ «Геотехника» им. З.Г. Тер-Мартиросяна)

129337, г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26

РИНЦ AuthorID: 991280, Scopus: 57205215830, ResearcherID: AGV-6847-2022

Lyubov Yu. Ermoshina — Candidate of Technical Sciences, Researcher, Scientific and Educational Center “Geotechnics” named after Z.G. Ter-Martirosyan (SEC “Geotechnics” named after Z.G. Ter-Martirosyan)

26 Yaroslavskoe shosse, Moscow, 129337

RSCI AuthorID: 991280, Scopus: 57205215830, ResearcherID: AGV-6847-2022

lyubov.ermoshina1801@mail.ruБоковИ. А.BokovI. A.

Илья Алексеевич Боков — студент, лаборант, Научно-образовательный центр «Геотехника» им. З.Г. Тер-Мартиросяна (НОЦ «Геотехника» им. З.Г. Тер-Мартиросяна)

129337, г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26

Ilia A. Bokov — student, laboratory assistant, Scientific and Educational Center “Geotechnics” named after Z.G. Ter-Martirosyan (SEC “Geotechnics” named after Z.G. Ter-Martirosyan)

26 Yaroslavskoe shosse, Moscow, 129337

iliililia@yandex.ruНациональный исследовательский Московский государственный строительный университет (НИУ МГСУ)РоссияMoscow State University of Civil Engineering (National Research University) (MGSU)Russian Federation20243009202419915301540Copyright © Тер-Мартиросян А.З., Анжело Г.О., Ермошина Л.Ю., Боков И.А., 20242024Тер-Мартиросян А.З., Анжело Г.О., Ермошина Л.Ю., Боков И.А.Ter-Martirosyan A.Z., Angelo G.O., Ermoshina L.Y., Bokov I.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.vestnikmgsu.ru/jour/article/view/376Введение

Введение. Определение прочностных и деформационных характеристик грунтов, слагающих грунтовый массив, является ключевым в процессе расчета и проектирования сооружений всех типов. Высокая точность при выявлении механических характеристик играет огромную роль на каждом этапе разработки проекта. Установки трехосного сжатия служат одними из самых популярных и широко используемых приборов при проведении лабораторных исследований, поскольку данный вид испытаний позволяет наиболее точно воспроизвести напряженно-деформированное состояние (НДС) грунтового массива и определить его механические характеристики.

Материалы и методы

Материалы и методы. Экспериментальные исследования выполнены на образцах глинистого грунта (супесь, суглинок, глина) в приборе трехосного сжатия в консолидированно-дренированном режиме с целью исследования влияния коэффициента неравномерности расширения образца грунта на его механические свойства.

Результаты

Результаты. Анализируя данные экспериментальных исследований, было получено, что коэффициент неравномерности расширения образца b оказывает значительное влияние на полученные значения механических характеристик глинистого грунта, а именно: значения угла внутреннего трения в среднем увеличились на 5 %; значения удельного сцепления в среднем увеличились на 4,4 %. Однако следует отметить, что, несмотря на увеличение прочностных характеристик испытанных образцов грунта, исключение из процесса обработки коэффициента b привело к снижению значений секущего модуля деформации при 50%-ной прочности Е50 в среднем на 4,5 %.

Выводы

Выводы. Полученные завышенные значения прочностных характеристик φ, с и заниженные значения деформационных характеристик Е50 не являются критичными, но для повышения точности расчетов, выполняемых на основе результатов, получаемых в итоге камеральной обработки протоколов лабораторных испытаний, требуется учитывать коэффициент неравномерности расширения b образца.

Introduction

Introduction. Determination of strength and deformation characteristics of soils composing the soil mass is the key process of calculation and design of structures of all types. High accuracy in determining mechanical characteristics plays a huge role at every stage of project development. Triaxial compression units are one of the most popular and widely used devices for laboratory research, as this type of testing allows you to reproduce the stress-strain state of the soil mass and determine its mechanical characteristics most accurately.

Materials and methods

Materials and methods. Experimental studies were performed on clay soil specimens (sandy loam, loam, clay) in a triaxial compression device in a consolidated-drained mode in order to study the effect of the coefficient of non-uniformity of expansion of the soil specimen on its mechanical properties.

Results

Results. Analyzing the data of experimental studies, it was found that the coefficient of non-uniformity of expansion of specimen b has a significant effect on the obtained values of the mechanical characteristics of clay soil, namely: the values of the angle of internal friction in the medium increased by 5 %; the values of specific adhesion increased by 4.4 % on average. However, it should be noted that despite the increase in the strength characteristics of the tested soil specimens, the exclusion of the coefficient b from the treatment process led to a decrease in the values of the secant deformation modulus at 50 % strength E50 by an average of 4.5 %.

Conclusions

Conclusions. The obtained overestimated values of strength characteristics φ, c and underestimated values of deformation characteristics E50 are not critical, however, to increase the accuracy of calculations performed based on the results obtained as a result of in-house processing of laboratory test specimens, the coefficient of uneven expansion b of the specimen should be taken into account.

лабораторные испытаниятрехосное сжатиеглинистый грунтпрочностные характеристикидеформационные характеристикикоэффициент неравномерности расширения образца грунта при трехосном сжатииlaboratory teststriaxial compressionclay soilstrength characteristicsdeformation characteristicscoefficient of non-uniformity of expansion of the soil specimen under triaxial compressionReferencesМирный А.Ю., Тер-Мартиросян А.З. Определение механических характеристик крупнообломочных грунтов прямыми испытаниями в трехосном приборе // Интеграция, партнерство и инновации в строительной науке и образовании : сб. мат. Междунар. науч. конф. 2017. С. 937–941. EDN XSNIQV.Mirny A.Yu., Ter-Martirosyan A.Z. Determination of the mechanical characteristics of coarse-clastic soils by direct tests in a three-axis device. Integration, partnership and innovation in construction science and education : collection of materials of international scientific conference. 2017; 937-941. EDN XSNIQV. (rus.).Ишмаев О.А., Филимонова Н.В. Результаты трехосных испытаний песков гравелистых в комплексе «АСИС» с диаметром образцов 100 мм // Известия Уральского государственного горного университета. 2022. № 2 (66). С. 89–95. DOI: 10.21440/2307-2091-2022-2-89-95. EDN XNCBJY.Ishmaev O.A., Filimonova N.V. Results of three-axis tests of gravel sands in the complex “ASIS pro” with a sample diameter of 100 mm. News of the Ural State Mining University. 2022; 2(66):89-95. DOI: 10.21440/2307-2091-2022-2-89-95. EDN XNCBJY. (rus.).Jiang C., Ding X., Chen X., Fang H., Zhang Y. Laboratory study on geotechnical characteristics of marine coral clay // Journal of Central South University. 2022. Vol. 29. Issue 2. Pp. 572–581. DOI: 10.1007/s11771-022-4900-5Jiang C., Ding X., Chen X., Fang H., Zhang Y. Laboratory study on geotechnical characteristics of marine coral clay. Journal of Central South University. 2022; 29(2):572-581. DOI: 10.1007/s11771-022-4900-5Королева И.В., Сагдатова М.Р. Экспериментальные исследования поведения серых глин в условиях трехосного сжатия при разной влажности // Известия Казанского государственного архитектурно-строительного университета. 2019. № 4 (50). С. 228–235. EDN EUGJOR.Koroleva I.V., Sagdatova M.R. Experimental studies of gray clay behavior under conditions of triaxial compression at different moisture. News of the Kazan State University of Architecture and Engineering. 2019; 4(50):228-235. EDN EUGJOR.Hernández-Hernández V.A., Joya-Cárdenas D.R., Equihua-Anguiano L.N., Leal-Vaca J.C., Diosdado-De la Peña J.A., Pérez-Moreno L. et al. Experimental and numerical analysis of triaxial compression test for a clay soil // Chilean Journal of Agricultural Research. 2021. Vol. 81. Issue 3. Pp. 357–367. DOI: 10.4067/S0718-58392021000300357Hernández-Hernández V.A., Joya-Cárdenas D.R., Equihua-Anguiano L.N., Leal-Vaca J.C., Diosdado-De la Peña J.A., Pérez-Moreno L. et al. Experimental and numerical analysis of triaxial compression test for a clay soil. Chilean Journal of Agricultural Research. 2021; 81(3):357-367. DOI: 10.4067/S0718583920210003-00357Lan L., Zhang Q., Zhu W., Ye G., Shi Y., Zhu H. Geotechnical characterization of deep Shanghai clays // Engineering Geology. 2022. Vol. 307. P. 106794. DOI: 10.1016/j.enggeo.2022.106794Lan L., Zhang Q., Zhu W., Ye G., Shi Y., Zhu H. Geotechnical characterization of deep Shanghai clays. Engineering Geology. 2022; 307:106794. DOI: 10.1016/j.enggeo.2022.106794Wang G., Wang Z., Ye Q., Zha J. Particle breakage evolution of coral sand using triaxial compression tests // Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering. 2021. Vol. 13. Issue 2. Pp. 321–334. DOI: 10.1016/j.jrmge.2020.06.010Wang G., Wang Z., Ye Q., Zha J. Particle breakage evolution of coral sand using triaxial compression tests. Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering. 2021; 13(2):321-334. DOI: 10.1016/j.jrmge.2020.06.010Wils L., Van Impe P.O., Haegeman W. Triaxial compression tests on a crushable sand in dry and wet conditions // Proceedings of the XVI ECSMGE. Geotechnical Engineering for Infrastructure and Development. 2015. Pp. 3449–3454.Wils L., Van Impe P.O., Haegeman W. Triaxial compression tests on a crushable sand in dry and wet conditions. Proceedings of the XVI ECSMGE. Geotechnical Engineering for Infrastructure and Development. 2015; 3449-3454.Hazout L., Cherif Taiba A., Mahmoudi Y., Belkhatir M. Deformation characteristics of natural river sand under compression loading incorporating extreme particle diameters impacts // Marine Georesources and Geotechnology. 2022. Vol. 41. Issue 10. Pp. 1156–1174. DOI: 10.1080/1064119X.2022.2122090Hazout L., Cherif Taiba A., Mahmoudi Y., Belk-hatir M. Deformation characteristics of natural river sand under compression loading incorporating extreme particle diameters impacts. Marine Georesources and Geotechnology. 2022; 41(10):1156-1174. DOI: 10.1080/1064119X.2022.2122090Nandanwar M.R., Chen Y. Simulations of triaxial compression test for sandy loam soil using PFC3D // Paper presented at the American Society of Agricultural and Biological Engineers Annual International Meeting 2014. 2014. Vol. 6. Pp. 4097–4106.Nandanwar M.R., Chen Y. Simulations of triaxial compression test for sandy loam soil using PFC3D. Paper presented at the American Society of Agricultural and Biological Engineers Annual International Meeting 2014. 2014; 6:4097-4106.Kozicki J., Tejchman J., Mühlhaus H. Discrete simulations of a triaxial compression test for sand by DEM // International Journal for Numerical and Analytical Methods in Geomechanics. 2014. Vol. 38. Issue 18. Pp. 1923–1952. DOI: 10.1002/nag.2285Kozicki J., Tejchman J., Mühlhaus H. Discrete simulations of a triaxial compression test for sand by DEM. International Journal for Numerical and Analytical Methods in Geomechanics. 2014; 38(18):1923-1952. DOI: 10.1002/nag.2285Benessalah I., Sadek M., Villard P., Arab A. Undrained triaxial compression tests on three-dimensional reinforced sand: Effect of the geocell height // European Journal of Environmental and Civil Engineering. 2022. Vol. 26. Issue 5. Pp. 1694–1705. DOI: 10.1080/19648189.2020.1728581Benessalah I., Sadek M., Villard P., Arab A. Undrained triaxial compression tests on three-dimensional reinforced sand: Effect of the geocell height. European Journal of Environmental and Civil Engineering. 2022; 26(5):1694-1705. DOI: 10.1080/19648189.2020.1728581Pinho-Lopes M. Sand reinforced with recycled cotton textiles from waste blue-jeans: Stress–Strain response // International Journal of Geosynthetics and Ground Engineering. 2022. Vol. 8. Issue 5. DOI: 10.1007/s40891-022-00404-zPinho-Lopes M. Sand reinforced with recycled cotton textiles from waste blue-jeans: Stress–Strain response. International Journal of Geosynthetics and Ground Engineering. 2022; 8(5). DOI: 10.1007/s40891-022-00404-zPantazopoulos I.A., Markou I.N., Atmatzidis D.K. Stress-strain-strength and hydraulic performance of microfine cement grouted sands // Journal of Materials in Civil Engineering. 2022. Vol. 34. Issue 10. DOI: 10.1061/(ASCE)MT.1943-5533.0004433Pantazopoulos I.A., Markou I.N., Atmatzidis D.K. Stress-strain-strength and hydraulic performance of microfine cement grouted sands. Journal of Materials in Civil Engineering. 2022; 34(10). DOI: 10.1061/(ASCE)MT.1943-5533.0004433Yin Z., Zhang Q., Zhang X., Zhang J., Li X. Shear strength of grouted clay: Comparison of triaxial tests to direct shear tests // Bulletin of Engineering Geology and the Environment. 2022. Vol. 81. Issue 7. DOI: 10.1007/s10064-022-02739-3Yin Z., Zhang Q., Zhang X., Zhang J., Li X. Shear strength of grouted clay: Comparison of triaxial tests to direct shear tests. Bulletin of Engineering Geology and the Environment. 2022; 81(7). DOI: 10.1007/s10064-022-02739-3Ekinci A., Vaz Ferreira P.M., Rezaeian M. The mechanical behaviour of compacted lambeth-group clays with and without fibre reinforcement // Geotextiles and Geomembranes. 2022. Vol. 50. Issue 1. Pp. 1–19. DOI: 10.1016/j.geotexmem.2021.08.003Ekinci A., Vaz Ferreira P.M., Rezaeian M. The mechanical behaviour of compacted lambeth-group clays with and without fibre reinforcement. Geotextiles and Geomembranes. 2022; 50(1):1-19. DOI: 10.1016/j.geotexmem.2021.08.003Sun A., Yang G., Yang Q., Qi M., Wang N., Ren Y. Experimental investigation of thermo-mechanical behaviors of deep-sea clay from the south china sea // Applied Ocean Research. 2022. Vol. 119. P. 103015. DOI:10.1016/j.apor.2021.103015Sun A., Yang G., Yang Q., Qi M., Wang N., Ren Y. Experimental investigation of thermo-mechanical behaviors of deep-sea clay from the south China sea. Applied Ocean Research. 2022; 119:103015. DOI: 10.1016/j.apor.2021.103015Yan R., Yan M., Yu H., Yang D. Influence of temperature and pore pressure on geomechanical behavior of methane hydrate-bearing sand // International Journal of Geomechanics. 2022. Vol. 22. Issue 11. DOI: 10.1061/(ASCE)GM.1943-5622.0002580Yan R., Yan M., Yu H., Yang D. Influence of temperature and pore pressure on geomechanical behavior of methane hydrate-bearing sand. International Journal of Geomechanics. 2022; 22(11). DOI: 10.1061/(ASCE)GM.1943-5622.0002580Zhang C., Pan Z., Yin H., Ma C., Ma L., Li X. Influence of clay mineral content on mechanical properties and microfabric of tailings // Scientific Reports. 2022. Vol. 12. Issue 1. DOI: 10.1038/s41598-022-15063-3Zhang C., Pan Z., Yin H., Ma C., Ma L., Li X. Influence of clay mineral content on mechanical properties and microfabric of tailings. Scientific Reports. 2022; 12(1). DOI: 10.1038/s41598-022-15063-3Тер-Мартиросян А.З., Анжело Г.О., Ермошина Л.Ю., Боков И.А., Манукян А.В. Влияние коэффициента неравномерности расширения грунтового образца на механические характеристики // Вестник МГСУ. 2023. Т. 18. № 10. С. 1574–1586. DOI: 10.22227/1997-0935.2023.10.1574-1586Ter-Martirosyan A.Z., Anzhelo G.O., Ermo-shina L.Yu., Bokov I.A., Manukyan A.V. Influence of the coefficient of non-uniform expansion of the soil sample on mechanical characteristics. Vestnik MGSU [Monthly Journal on Construction and Architecture]. 2023; 18(10):1574-1586. DOI: 10.22227/1997-0935.2023.10.1574-1586 (rus.).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.