Влияние коэффициента неравномерности расширения образца глинистого грунта на механические характеристики

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. 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. 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. 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.

1. Мирный 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.

2. 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.

3. 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/s11771-022-4900-5

4. Королева 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.

5. 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/S0718-58392021000300357

6. Lan 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.2022.106794

7. Wang 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.2020.06.010

8. 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. Pp. 3449–3454.

9. 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.2022.2122090

10. 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. Vol. 6. Pp. 4097–4106.

11. 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.2285

12. Benessalah 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: 10.1080/19648189.2020.1728581

13. Pinho-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-z

14. Pantazopoulos 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.1943-5533.0004433

15. Yin 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/s10064-022-02739-3

16. Ekinci 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.2021.08.003

17. Sun 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.2021.103015

18. Yan 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.1943-5622.0002580

19. Zhang 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/s41598-022-15063-3

20. Тер-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: 10.22227/1997-0935.2023.10.1574-1586