Влияние коэффициента неравномерности расширения грунтового образца на механические характеристики

Введение. Наиболее распространенным методом определения механических характеристик грунта является испытание в приборе трехосного сжатия. Данный вид испытаний широко используется в прикладных и научных целях, и описан в работах как отечественных, так и зарубежных авторов, а также в нормативно-технической документации. Однако в рамках научных работ различных авторов коэффициент неравномерности расширения грунтового образца при трехосных испытаниях зачастую остается без должного внимания и не учитывается при обработке результатов испытаний. В существующих актуальных нормативно-технических документах, таких как ГОСТ 12248.3–2020, учет коэффициента неравномерности расширения образца грунта при трехосном сжатии b носит рекомендательный характер.

Материалы и методы. Проведены экспериментальные исследования методом трехосного сжатия на образцах песчаного грунта различного гранулометрического состава с целью определения его механических характеристик с использованием двух различных методик обработки результатов лабораторных испытаний — с учетом коэффициента неравномерности расширения грунтового образца и без его учета.

Результаты. По результатам выполненных экспериментальных исследований получено, что исключение из процесса обработки результатов лабораторных испытаний коэффициента нелинейности расширения b приводит к значительному завышению значений угла внутреннего трения. Однако значения секущего модуля деформации при
50%-ной прочности Е50 при исключении из процесса обработки коэффициента нелинейности расширения стали ниже в среднем на 7,7 %.

Выводы. Анализируя полученные результаты, а также учитывая различные факторы, влияющие на результаты исследования (плотность, влажность и т.д.), требуется проведение дополнительных лабораторных испытаний с целью дальнейшего уточнения корреляционных зависимостей при определении прочностных и деформационных характеристик песчаных грунтов с учетом и без учета коэффициента b.

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. Шулятьев О.А., Исаев О.Н., Шарафутдинов Р.Ф., Морозов В.С., Закатов Д.С. Лабораторные исследования влияния напряженного состояния на деформационные характеристики песчаных грунтов // Вестник НИЦ «Строительство». 2019. № 20 (1). С. 140–154. EDN YVTYXZ.

5. 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.

6. Мамаева А.А., Клевеко В.И. Исследование характеристик кинетического песка с помощью установки трехосного сжатия // Современные технологии в строительстве. Теория и практика. 2021. Т. 2. С. 48–54. EDN DZBZQE.

7. 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

8. Steidel S., Jahnke J., Chang X., Becker A., Vrettos C. Triaxial compression and direct shear tests in the parametrization of soil modeled via the discrete element method // 7th edition of the International Conference on Particle-based Methods. 2021. DOI: 10.23967/particles.2021.013

9. Kido R., Higo Y. Distribution changes of grain contacts and menisci in shear band during triaxial compression test for unsaturated sand // Japanese Geotechnical Society Special Publication. 2019. Vol. 7. Issue 2. Pp. 627–635. DOI: 10.3208/jgssp.v07.096

10. 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

11. 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

12. Markou I.N. A study on Geotextile — Sand interface behavior based on direct shear and triaxial compression tests // International Journal of Geosynthetics and Ground Engineering. 2018. Vol. 4. Issue 1. DOI: 10.1007/s40891-017-0121-7

13. Tulebekova A., Zhussupbekov A., Zhumadilov I., Bukenbaeva D., Drozdova I. Laboratory tests of soils on triaxial compression apparatus // 16th Asian Regional Conference on Soil Mechanics and Geotechnical Engineering. 2020. Vol. 2019. Pp. 45–56.

14. Du J., Qiu Z. Experimental research on dilatancy characteristics of coarse-grained soils by triaxial compression test // Journal of Physics: Conference Series. 2021. Vol. 2011. Issue 1. P. 012067. DOI: 10.1088/1742-6596/2011/1/012067

15. Fern J., Soga K., Sakanoue T. Modelling the shear strength and dilatancy of dry sand in triaxial compression tests // Geomechanics from Micro to Macro. 2014. Pp. 673–678. DOI: 10.1201/b17395-120

16. Fern E.J., Robert D.J., Soga K. Modeling the stress-dilatancy relationship of unsaturated silica sand in triaxial compression tests // Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering. 2016. Vol. 142. Issue 11. DOI: 10.1061/(ASCE)GT.1943-5606.0001546

17. Zarei C., Wang F., Qiu P., Fang P., Liu Y. Laboratory investigations on geotechnical characteristics of albumen treated loess soil // KSCE Journal of Civil Engineering. 2022. Vol. 26. Issue 2. Pp. 539–549. DOI: 10.1007/s12205-021-1723-0

18. Nandanwar M.R., Chen Y. Simulations of triaxial compression test for sandy loam soil using PFC3D // 2014 ASABE Annual International Meeting. 2014. DOI: 10.13031/aim.20141911030

19. 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

20. Mozaffari M., Liu W., Ghafghazi M. Influence of specimen nonuniformity and end restraint conditions on drained triaxial compression test results in sand // Canadian Geotechnical Journal. 2022. Vol. 59. Issue 8.Pp. 1414–1426. DOI: 10.1139/cgj-2021-0505