Полный текст

Введение Армированные грунты широко применяются в строительной практике для улучшения прочностных и деформационных характеристик слабых грунтов, конструкциях дорожных одежд и удерживающих сооружений. В настоящее время существует целый ряд методов расчета армогрунтовых конструкций. Все они имеют свои достоинства и недостатки. Одним из наиболее существенных недостатков является недостаточная точность определения деформаций армогрунтовых конструкций и усилий в армирующих элементах. Причинами недостаточной точности определения деформаций и усилий в армирующих элементах являются несовершенство методов расчета и недостатки определения деформационных характеристик грунтов. Для совершенствования методов расчета армогрунтовых конструкций необходимо изучение их напряженно-деформированного состояния, что требует проведения экспериментальных исследований. Основными задачами при проведении экспериментальных исследований по определению напряженно-деформированного состояния являются измерение напряжений и деформаций в активной зоне грунтового основания и измерение растягивающих напряжений в армирующих прослойках. Экспериментальные исследования напряженно-деформированного состояния широко используются в геотехнике. Их можно разделить на модельные и натурные эксперименты. Модельные исследования в большинстве случаев позволяют оценить только качественную картину напряженно-деформированного состояния армогрунтовых конструкций [1-4]. Для получения количественной картины распределения напряжений и деформаций в армогрунтовом массиве необходимо проведение натурных исследований [1, 5-7]. Для оценки напряженно-деформированного состояния армогрунтовых оснований необходимо подобрать датчики давления, измеряющие напряжения в грунтовом массиве, датчики перемещения в грунтовом массиве и датчики, измеряющие растягивающие напряжения в армирующих прослойках [8]. Измерение перемещений в массиве грунта не представляет собой особой сложности. Для этого существуют грунтовые марки с проволочной связью. Для уменьшения трения стальную проволоку пропускают через тонкие трубки. Измерение перемещений осуществляются прогибомерами, например типа 6ПАО. Подробно эта конструкция описана в работах [1, 6]. Для испытания грунтов по ГОСТ 20276.1-2020 «Грунты. Метод испытания штампом» обычно применяют круглые жесткие штампы площадью 5000, 2500 и 600 см2, диаметром соответственно 80, 56 и 28 см. При изучении напряженно-деформированного состояния конструкций дорожных одежд следует ориентироваться на ОДН 218.046-01 «Проектирование нежестких дорожных одежд», где колесо расчетного автомобиля заменяется круговым штампом диаметром от 33 до 42 см. Выбор датчиков давления Основные требования к датчикам давления, используемым при измерении напряжений в грунтах, приведены в работе [9]. На погрешность измерения напряжений в грунтовом массиве датчиками давления (мессдозами) оказывают влияние два основных фактора: 1. Жесткость датчиков давления. 2. Соотношение внешнего диаметра датчика d и его толщины t. Для получения минимальной погрешности жесткость мессдозы должна в 5-10 раз превышать модуль деформации грунта, в котором проводятся измерения напряжений. Для получения необходимой жесткости мессдозы должны иметь гидравлический мультипликатор. Соотношение диаметра d к толщине мессдозы t должно быть минимальным, желательно не менее 10. Для уменьшения искажений, которые вносит установка датчиков давления в напряженно-деформированное состояние грунтового массива, необходимо, чтобы они имели минимальные размеры, оптимальное значение которых составляет не более 1/10 от диаметра штампа. Таким образом, диаметр датчиков давления в зависимости от применяемого диаметра штампа должен быть от 28 до 80 мм. Для подбора датчиков давления, используемых при испытаниях, были выполнены исследования существующих моделей мессдоз [10-15]. Датчики давления для измерения напряжений в грунтах делятся на два типа - струнные и тензометрические. Основные технические характеристики датчиков давления приведены в табл. 1. Анализ полученных характеристик датчиков давления показал, что для целей эксперимента по размерам подходят датчики KDE-PA/KDF-PA, ПДП-70-11/ ПДМ-70-11 и JNBP-2. Все эти датчики относятся к тензометрическому типу. Струнные датчики давления имеют значительные габариты и не подходят для целей эксперимента. Тензометрические датчики давления могут иметь в своей конструкции по одному, два или четыре тензорезистора, соединенных соответственно в четверть мостовую, полумостовую и мостовую схемы подключения к тензометрической аппаратуре. Наибольшую чувствительность имеют датчики с четырьмя активными тензорезисторами. Их чувствительность в четыре раза выше, чем у датчиков с одним активным тензорезистором, и в два раза выше, чем у датчиков с двумя активными тензорезисторами. По соотношению d/t наилучшие показатели имеют датчики давления ПДП-70-11/ПДМ-70-1. Данные датчики давления обладают высокой жесткостью за счет применения гидравлического мультипликатора, с помощью которого перемещение приемного элемента по сравнению с прогибом измерительной мембраны уменьшается в 30-100 раз. Таблица 1 Характеристики датчиков давления для измерния напряжений в грунтах Table 1 Characteristics of pressure sensors for measuring stresses in soils Марка Производитель Диаметр d, мм Толщина t, мм d / t Наличие мультипликатора Тип датчика BEE-A/ BEF-A KYOWA 200 25 8 Нет данных Струнный SJ-8000 Sungjin Geotec 230 8,5 27 Нет данных Струнный KDC-PA/ KDD-PA TML 100 20,5 4,9 Да Тензометрический KDE-PA/ KDF-PA TML 50 11,3 4,4 Да Тензометрический ПДП-70-11/ ПДМ-70-11 ЦНИИСК 70 10 7 Да Тензометрический ZET 7010 SP ZETLAB 120 17 7,1 Нет данных Струнный JNBP-2 Xiaolong's 42 14 3 Да Тензометрический Мессдозы типа ПДМ-70-11 и ПДМ-70-11 различаются между собой только схемой подключения и количеством активных тензорезисторов. Датчик давления ПДМ-70-11 имеет чтыре активных тензорезистора и мостовую схему подключения к регистрирующей аппаратуре и соответственно имеет чувствительность в 2 раза выше, чем датчик давления ПДП-70-11. Поэтому для измерения напряжений в грунте предпочтительно использование мессдоз типа ПДМ-70-11, которые имеют сопротивление тензорезистора 200 Ом, погрешность измерения в грунте не более 7-10 %, максимальное допустимое напряжение 3-6 МПа и подключаются по мостовой схеме. Кроме серийно выпускаемых моделей датчиков давления, они могут быть изготовлены и самостоятельно, как, например, в работе [16]. Выбор тензоизмерительной системы Для измерения выходных сигналов тензорезисторов датчика давления ПДМ-70-11 и представления отсчетов в цифровом виде необходимо подобрать соответствующую измерительную тензометрическую систему. В настоящее время существует большое количество тензоизмерительных станций [17-19]. Основные параметры, которых приведены в табл. 2. Таблица 2 Основные характеристики измерительной системы Table 2 Main characteristics of the measuring system Характеристика Марка СИИТ-3 QMBox85 LTR 212 ZET 017 Количество активных тензорезисторов 1, 2 или 4 2 или 4 1, 2 или 4 2 или 4 Сопротивление применяемых тензорезисторов, Ом 100-400 Не менее 100 50-1000 30-1000 Максимальное число измерительных каналов в режиме с 4 и 2 активными тензорезисторами 50 От 16 до 128 в зависимости от модификации От 4 до 128 в зависимости от модификации 32 Максимальное число измерительных каналов в режиме с одним активным тензорезистором 100 - От 8 до 256 в зависимости от модификации - Метрологические характеристики всех тензоизмерительных станций удовлетворяют требованиям, предъявлемым к измерительным системам, и обращать внимание необходимо на их функциональные особенности. Анализ параметров тензоизмерительных станций показал, что для целей эксперимента подходят СИИТ-3 и LTR 212. По экономическим соображениям наиболее целесообразно применение тензометрической измерительной системы СИИТ-3. Выбор датчиков, измеряющих растягивающие напряжения в армирующих прослойках Подробно вопрос о выборе датчиков для измерения растягивающих напряжений в армирующих геосинтетических материалах освещён в работах [20, 21]. В настоящее время на рынке практически отсутствуют датчики, позволяющие замерить растягивающие напряжения в армирующих прослойках. Поэтому рекомендуется использовать тензометрические датчики - п-образные и s-образные датчики индивидуального изготовления по рекомендациям, приведенным в работах [20, 21]. Предпочтительно использовать датчики с четырьмя активными тензорезисторами, включенными по мостовой схеме. Заключение Проведение натурных исследований напряженно-деформированного состояния армогрунтовых конструкций требует серьезной подготовки. Для получения достоверной информации требуется подобрать комплект измерительной аппаратуры и соответствующих датчиков, позволяющих определить наиболее важные компоненты напряженно-деформированного состояния испытываемых конструкций. При выборе датчиков следует отдавать предпочтение тензометрическим датчикам с четырьмя активными тензорезисторами, включенным по мостовой схеме.

Об авторах

В. И. Клевеко

Пермский национальный исследовательский политехнический университет

Е. И. Тетерин

Пермский национальный исследовательский политехнический университет

Список литературы

Статистика

Просмотры

Аннотация - 94

PDF (Russian) - 43

Ссылки

• Ссылки не определены.