Трехосное сжатие грунтов. Прибор АСИС для проведения испытаний

Трехосные испытания являются наиболее универсальным методом, который позволяет определить как прочностные, так и деформационные характеристики образцов грунта.

01.Реализуемые методы испытаний и определяемые параметры

Трехосное испытание в режиме анизотропной консолидации по схеме К0

Такие испытания можно выполнить на оборудовании комплекса АСИС Про как с контролем изменения объема, так и с контролем поперечных деформаций.

НН, КН, КД трёхосные испытания

Комплекс АСИС Про обеспечивает выполнение испытаний методом трёхосного сжатия по схемам НН, КН, КД. Испытания проводятся как в полных, так и эффективных напряжениях.

Трёхосные испытания по определения параметров Скемптона

Определение параметров Скемптона в условиях трёхосного сжатия в составе комплекса АСИС Про можно выполнить как по отдельному алгоритму, так и в процессе КН-испытаний. Установки оснащаются системой управления противодавлением (дополнительное давление в поровом пространстве образца) с функцией компенсации жесткости. Испытания проводятся в автоматизированном режиме с контролем всех параметров испытания в режиме реального времени.

Динамические трёхосные испытания

Даже статическое оборудование комплекса АСИС Про позволяет выполнять динамические испытания с частотой силового воздействия 0,1 Гц.

Длительные трёхосные испытания

Комплекс АСИС Про позволяет проводить длительные трехосные испытания для определения реологических свойств грунтов (ползучести, релаксации, длительной прочности), которые могут длиться более 7 дней. Для проведения таких испытаний оборудование позволяет проводить нагружение образца со скоростями менее 0,001 мм/мин.
В случае возникновения внештатных ситуаций (например, перебоев в электропитании) комплекс АСИС Про обеспечит сохранение информации или образцов.

Определяемые параметры

Прочностные и деформационные характеристики
По результатам испытаний образцов дисперсных грунтов с использованием комплекса АСИС Про возможно определение параметров различных моделей грунта как для аналитических, так и для численных расчетов:

пределы кратковременной и длительной прочности в условиях трёхосного сжатия;
модули упругости, деформации в условиях трёхосного сжатия;
модуль сдвига;
коэффициент Пуассона и поперечных деформаций;
параметры Скемптона;
скорости прохождения продольных и поперечных волн.

02.Особенности оборудования

Автоматизированный, полуавтоматизированный и ручной режимы испытания

В автоматизированном режиме процесс испытания осуществляется без участия оператора. Полуавтоматизированный режим позволяет проводить исследования с возможностью вмешательства для внесения оперативных изменений в процесс испытания. При необходимости ручного управления без использования ПК применяются пульты управления с кнопкой аварийной остановки.

Создание начального напряженного состояния

Важнейшей задачей при проведении трёхосных испытаний является создание начальных граничных условий, которые оказывают первостепенное влияние на результат. Комплекс АСИС Про позволяет создать начальное напряженное состояние в условиях:

изотропной консолидации;
анизотропной консолидации;
К0 консолидации;
консолидации при заданной величине противодавления.

Реализация различных видов траектории напряжений и деформаций

Исследования механических свойств грунтов показывают, что параметры прочностных и деформационных характеристик зависят от выбранной траектории напряжений и деформаций.
Комплекс АСИС Про реализует различные виды траектории напряжений в условиях осесимметричного трёхосного сжатия:

гидростатическое сжатие (НС);
сжатие при возрастании σ₁и σ₂=σ₃=const (СТС);
сжатие при σ₁=const и уменьшении σ₂=σ₃ (RТС);
сжатие при постоянном среднем напряжении (σ₁+σ₂+σ₃)/3= const (ТС);
расширение при возрастании σ₂=σ₃σ₁=const (СТЕ);
расширение при σ₂=σ₃=const и уменьшении σ₁ (RТЕ);
расширение при постоянном среднем напряжении (σ₁+σ₂+σ₃)/3= const (ТЕ).

Управление силовым воздействием

Силовые устройства, которые применяются для моделирования начального напряженного состояния и различных траекторий напряжений и деформаций, обеспечивают:

создание статической, кинематической, циклической и динамической осевой нагрузки с контролем напряжений и деформаций,
управление давлением в камере и обратным давлением.

Измерение параметров испытания

В составе комплекса АСИС Про применяются различные специализированные измерительные системы, которые обеспечивают измерение:

вертикальной нагрузки (датчик силы);
бокового и порового давления (датчик давления);
продольных и поперечных деформаций образца как на полной, так и на локальной базе (датчик перемещения);
температуры среды около образца (датчик температуры);
скорости прохождений продольных и поперечных ультразвуковых волн (ультразвуковые датчики).

В процессе испытания осуществляется контроль изменения объемных деформаций.

Надежность

Распределенная система автоматизации комплекса АСИС Про снижает риски остановки испытания в случае сбоя на уровне ПЭВМ. В случае непредвиденной остановки испытания, оно может быть продолжено с минимальными потерями данных.
Для исключения потерь при отключении электропитания всей системы, установки могут быть оснащены системами автономного питания, а силовые приводы фрикционными устройствами для их блокировки, что позволяет исключить неконтролируемый сброс нагрузки.

Безопасность

Для безопасности пользователя установки комплекса могут быть оснащены кнопкой аварийной остановки всей системы, которая позволяет в экстренной ситуации отключить систему в ручном режиме.
Для исключения поломки в процессе эксплуатации в составе комплекса предусмотрено несколько уровней автоматической защиты:

концевые ограничители положения приводов;
аппаратная защита предельных значений датчиков;
аппаратная защита перегрузки блока управления.

Модульная конструкция установок

Оборудование комплектуется в зависимости от:

вида исследуемых грунтов (дисперсные, крупнообломочные);
осуществляемых методов исследования;
измеряемых в ходе исследования параметров.

03.Технические характеристики

Измеряемый параметр	Комплектация 1	Комплектация 2	Комплектация 3
Предельная вертикальная нагрузка, kH	10	50	100
Вертикальные напряжения, кПа	25 - 5000	30 - 6000; 50 - 25000	500
Скорость деформирования, мм/мин	0,0001 - 50	0,0001 - 80	0,0001 - 120
Максимальная частота динамического воздействия, Гц	0,1	0,1	0,1
Максимальное боковое давлений, кПа	2000	2000; 4000	10 - 2000
Максимальное обратное давление, кПа	2000	2000; 4000	2000; 4000
Вертикальные деформаций, мм	20	40	80
Объемные деформации, мл	250	500	1000
Максимальный диаметр образца, мм	50	100; 50	150; 100

Выбранный состав комплектации определяет технические характеристики оборудования. В таблице представлены наиболее популярные среди наших покупателей варианты комплектации.

Получить консультацию

04.Основные компоненты оборудования

АСИС Про

АСИС Про – это проектно-компонуемый комплекс для испытаний образцов геологических материалов, функциональные возможности которого зависят от его состава.
В состав комплекса входят:
1. Испытательная оснастка (камеры трехосного сжатия)
2. Устройства управления давлением
3. Устройства осевого нагружения
4. Измерительная система с набором датчиков и электронной аппаратурой
5. Программное обеспечение GeotekStudio.
6. Вспомогательные устройства

Испытательная оснастка (камеры трехосного сжатия)

В составе комплекса АСИС Про имеется большой набор камер трёхосного сжатия. Камеры обеспечивают передачу бокового давления и вертикальной нагрузки на образец и свободное его деформирование в результате всестороннего и девиаторного нагружения. Камеры обеспечивают свободную фильтрацию поровой жидкости и измерение порового давления на контакте с образцом.

Камеры различаются по типам конструкций:

камеры типа А - камеры объемного (изотропного) сжатия;
камеры типа Б - камеры радиального (анизотропного) сжатия;
универсальные камеры - реализуют оба видна начального напряженного состояния.

Также камеры различаются по размеру испытываемого образца и величине бокового давления.
Выбор камеры зависит от размера образца и метода испытаний.

Устройства управления давлением

Управление давлением в камерах и обратным давлением в поровом пространстве образца осуществляется при помощи нагнетателей - специальных поршневых насосов с электромеханическим управлением. Нагнетатели обеспечивают:

создание и поддержание избыточного/дифференциального давления в зависимости от выбранного датчика обратной связи;
создание постоянного потока жидкости;
контроль изменения объема;
контроль положения поршня.

Нагнетатели для трехосных испытаний дисперсных грунтов выпускаются мощностью 2,0 и 4,0 МПа и объемом 250, 500 и 1000 мл в зависимости от объема испытательной камеры.

Устройства осевого нагружения

Равномерное приложение вертикальной нагрузки обеспечивается за счет силовых устройств. Нагрузка может быть приложена ступенями, с контролем вертикальных напряжений, либо непрерывно с постоянной скоростью осевого деформирования или циклические с заданной частотой. Управление вертикальной нагрузкой осуществляется при помощи силовых приводов мощностью 10, 30 или 100 кН с электромеханическим управлением. Выбор мощности силовой силового зависит от прочности и размеров образца.

Измерительная система с набором датчиков

Для измерения параметров испытания применяется измерительная система СИ АСИС, являющаяся средством измерения утвержденного типа. В процессе испытаний на трехосное сжатие СИ АСИС выполняет измерения вертикальной нагрузки, давления в камере, а при наличии дополнительного датчика, измерение порового давления, вертикальных и поперечных деформаций образца.
Вертикальная нагрузка измеряется при помощи погружных или внешних датчиков силы с диапазоном измерения 10, 50 или 100 кН, в зависимости от мощности силового устройство и типа камеры.
Измерение вертикальных деформаций образца осуществляется как на полной, так и на локальной базе, при помощи осевых экстензометров. В качестве средства измерения используются датчики линейных перемещений с диапазоном измерения 2, 5, 10, 20, 40 или 80 мм. Выбор диапазона измерений зависит от размеров образца и способа измерения.
Измерение поперечных деформаций образца осуществляется в центральной при помощи радиальных экстензометров. В качестве средства измерения используются датчики линейных перемещений с диапазоном измерения 5, 10 и 20 мм. Выбор диапазона измерений зависит от размеров образца и способа измерения.
Измерение бокового и порового давления осуществляется при помощи датчиков давления с диапазоном измерения 2,0 или 4,0 МПа. Датчики изготовлены в специальном корпусе, и оснащены фитингами для удавления пузырьков воздуха из каналов трехосной камеры.
Контроль изменения объемных деформаций образца выполняется при помощи нагнетателей, путем измерения объема нагнетаемой/вытесненной камерной жидкости, или, при условии полного водонасыщения, по объему нагнетаемой/вытесненной поровой жидкости.

Электронная аппаратура

Электронная аппаратура в составе комплекса АСИС Про является полноценным и экономически эффективным решением, специально разработанным для решения задач сбора данных и управления силовыми устройствами с обратной связью.
Для выполнения статических и низкочастотных трехосных испытаний применяются блоки, которые спроектированы для выполнения следующих задач:

управления силовыми приводами на основе шаговых и серво-шаговых двигателей (до 3-х осей одновременно);
cбора данных с датчиков силы, давления и перемещения (возможность подключения до 8-и датчиков одновременно);
управления устройствами регулирования давления с помощью пневмоклапанов (до 2-х устройств одновременно).

Программное обеспечение GeotekStudio

Для управления процессом трехосных испытаний применяется специальное программное обеспечение GeotekStudio, которое предоставляет пользователю набор предустановленных алгоритмов для проведения сложных видов испытаний.

С помощью набора графических интерфейсов показывается полная картина процесса испытаний, реализованная в виде графиков, показаний датчиков и расчетных физических величин.

Для специальных испытаний, программа предусматривает возможность самостоятельно настроить алгоритм, исходя из поставленных исследовательских задач. Это возможно сделать во встроенной среде GeotekStudioтм блочно-графическим способом.

Если вы заказываете у нас оборудование, то можете быть уверены, что любая проблема будет решена в сжатые сроки: либо удаленно, либо нашим выездным инженером в любой точке мира.

Подробнее о сервисе

АСИС Про для проведения испытаний методом трехосного сжатия дисперсных грунтов