Компрессионные испытания

Компрессионные испытания выполняются путём ступенчатого нагружения образца в одометре, приборе с жёсткими стенками. Отсюда условие компрессионного сжатия — сжатия без возможности расширения. На основе измерения уплотнения образца $Δh$ определяется относительная деформация $𝜀$ = $∆ℎ⁄ℎ$, которая показывает, на сколько метров сжимается каждый метр рассматриваемого слоя. В автодорожных документах относительную деформацию иногда называют модулем осадки и измеряют в [мм/м].

Например, есть слой толщиной $H$ = 0,3 м. Грунт в этом слое при расчётной нагрузке имеет относительную деформацию $𝜀$ = 0,01 м/м. Тогда величина осадки $S$ составит:

$$ S=𝜀⋅H=0.01\:\frac{м}{м}⋅0.3\:м=0.003\:м $$

Похожий пример из автодорожного строительства: слой мощностью $H$ = 5 м имеет модуль осадки $e_p$, равный 300 мм/м (или $\varepsilon$ = 0,3 м/м). Тогда осадка $S$ составит:

$$ S=e_p⋅H=300\:\frac{мм}{м}⋅5\:м=1500\:мм $$

или

$$ S=𝜀⋅H=0.3\:\frac{м}{м}⋅5\:м=1.5\:м $$

</aside>

Зная относительную деформацию и начальный коэффициент пористости, можно вычислить коэффициент пористости на каждой ступени нагружения.

Пример компрессионной кривой с разгрузкой

При извлечении из грунтового массива образец подвергается полной разгрузке. Во время испытаний в компрессионном приборе часть напряжений будет повторять исторические, ранее действующие на образец в грунтовом массиве.

Исторические напряжения в массиве могут быть как бытовыми — от собственного веса вышележащих слоёв, — так и в виде давления предуплотнения, то есть напряжения, созданные, например, ледником, размытой возвышенностью, колебанием грунтовых вод или наведённые ползучестью (деформационное упрочнение) в слабых грунтах. См. также: Давление предуплотнения.

</aside>

Учитывая, что исторические напряжения уже деформировали (уплотнили) грунт, повторное нагружение в приборе будет характеризоваться упругим деформированием. Следовательно, закон сжимаемости для давления до бытового будет отличаться от закона сжимаемости после превышения бытовых напряжений.

Теоретически можно предположить, что если бы никаких воздействий и изменений на образец не оказывалось, то при перемещении его в прибор и нагружении бытовыми напряжениями, действовавшими на него массиве, его деформации будут равны нулю. Однако в реальности это практически недостижимо, поэтому показанная ниже часть кривой в виде линии рекомпрессии будет иметь фиктивный наклон.

</aside>

На рисунке ниже, слева, показана обычная компрессионная кривая. Если горизонтальную ось перевести в логарифмический масштаб, то график изменится и станет таким, как показано в центре. Здесь и далее мы будем использовать упрощённое идеализированное представление этого графика в виде линий, показанных в правой части рисунка.

Трансформация компрессионной кривой и её участки

На компрессионной кривой с разгрузкой всегда можно выделить три характерных участка:

Линия рекомпрессии

Повторение исторических, ранее приложенных в массиве, напряжений в компрессионном приборе или рекомпрессия.

Этот отрезок не имеет физического смысла, поскольку в идеальных условиях деформации должны практически отсутствовать. Однако реальные образцы из-за разуплотнения при разгрузке будут показывать перепад по коэффициенту пористости. Исходя из теории, деформации на этом участке можно характеризовать как упругие, а поведение — как для переуплотнённого (ПУ) состояния с характерным значением коэффициента переуплотнения $OCR$ > 1.

Линия пластических деформаций

Начало этой линии лежит после превышения бытовых напряжений или, как будет показано далее, после превышения давления предуплотнения — исторические напряжения.

Этот участок показывает, как будет сжиматься грунт при действии на него нагрузок, которые ранее он не испытывал (первичное нагружение). Закон сжимаемости резко отличается от предыдущего участка, а деформации считаются полными, то есть включают как упругую, так и остаточную составляющие, в том числе и ползучесть. Поэтому их называют упруговязкопластическими деформациями. Поведение образца на этой линии подчиняется нормальному уплотнению (НУ), то есть $OCR$ = 1 на всём его протяжении.