Проверка формул, предложенных для расчета вертикальных песчаных дрен, песчаных и известковых свай, проводилась экспериментально на двух специально созданных для этой цели стендах (установках). Каждый экспериментальный стенд состоял из большого компрессионного прибора, гидравлической системы для создания порового давления в грунтовом массиве, приемных зондов порового давления (при испытаниях известковых и песчаных свай были использованы тензометрические датчики давления), аппаратуры измерения порового давления и индикаторов деформаций.

Рис. V.I Экспериментальный лабораторный стенд

Большой компрессионный прибор стенда (pиc. V.l) представляет собой металлический цилиндр 1 внутренним диаметром 500 мм со стенками толщиной 14 мм. Для предотвращения коррозии и уменьшения трения по стенкам прибора боковая поверхность цилиндра смазана тавотом и оклеена металлической фольгой. Нижнее опорное днище прибора 2 приварено внутренним швом к боковым стенкам цилиндра и усилено восьмью ребрами жесткости 3. В днище толщиной 20 мм имеется отверстие 4 диаметром 30 мм с резьбой, закрываемое болтом 5, который можно вывернуть, не передвигая прибора. Отверстие 4 с внутренней стороны покрыто двойной медной сеткой. К верхней части цилиндра по всему периметру приварен фланец 6 шириной 8 см, к которому на болтах прикрепляется верхняя крышка 7 диаметром 660 и толщиной 14 мм. На крышке имеются два металлических газовых крана 8 для создания давления в приборе, два индикатора 9 для определения вертикальных деформаций грунта и образцовый манометр 10. Верхняя крышка прижимается к фланцу цилиндра через прокладку 11 из вакуумной резины толщиной 5 мм и полихлорвиниловой пленки толщиной 0,1 мм.

К конструкциям системы измерения порового давления в различных точках прибора были предъявлены следующие требования:

• точность измерения до 0,01 ат;
• приемные зонды и трубки должны обеспечивать минимальное отставание изменения показаний приборов от изменения порового давления в месте его определения;
• объем воды в приемных зондах и соединительных трубках должен быть минимальным, причем последние должны обладать гарантированной жесткостью в пределах изменения порового давления;
• минимальный расход воды в системах измерения порового давления;
• возможность перемещения приемных зондов порового давления на различное расстояние от центра прибора.

Для измерения порового давления в различных точках прибора в его боковой стенке по вертикали через каждые 100 мм были просверлены отверстия. Через установленные в них гайки 12 специальной конструкции были пропущены медные трубки приемных зондов порового давления. Гайки имели резиновые прокладки 13, позволяющие передвигать приемные зонды в горизонтальном направлении на любое расстояние от центра прибора и дрены 15, не нарушая герметичности последнего.

Приемный зонд порового давления представляет собой латунный цилиндр 14 внешним диаметром 10, внутренним 7 и длиной 15 мм. Внутренняя полость латунного цилиндра была заполнена фильтром из кварцевого песка (размер частиц 0,25-0,05 мм), склеенного водостойким клеем. Фильтр легко пропускает воду.

Резьба в днище цилиндра позволяла герметично соединять приемный зонд с медной трубкой 16. Такая конструкция приемных зондов обеспечивала их незасоряемость и надежную работу в течение длительного времени (несколько месяцев) при испытании глинистых грунтов.

Медные трубки внутренним диаметром 3 мм со стенками толщиной 2 мм за пределами большого компрессионного прибора соединялись с вакуумными резиновыми шлангами 17 (внутренний диаметр 4 и толщина стенок 5 мм). Резиновые шланги от всех десяти приемных зондов порового давления были выведены на приборную панель 18 и через систему пластмассовых и стеклянных кранов соединены с распределительным устройством 19, к которому был присоединен прибор для измерения порового давления 20 системы Ничипоровича-Мигина.

Прибор для измерения порового давления состоял из подводящей трубки 21, U-образной стеклянной капиллярной трубки 22 с шаровым уширением капилляра у концов (чтобы предотвратить попадание ртути, заполняющей капиллярную трубку, в измерительную систему прибора), станины прибора с гнездами для закрепления U-образной трубки, образцового манометра 23 и прибора противодавления 24, состоящего из металлического конуса с крышкой 25, мембраны из вакуумной резины 26 и регулирующих винтов 27. Прибор тщательно заполнялся дистиллированной водой, а в U-образную капиллярную трубку помещали капельку ртути, положение которой фиксировалось на капилляре.

Вся система - приемные зонды, медные трубки, резиновые шланги и распределительное устройство - была заполнена дистиллированной водой. Перед началом испытаний тщательно удаляли пузырьки воздуха. Для этого открывали все краны и несколько раз через всю систему вакуум-насосом прогоняли дистиллированную воду. Приборная панель находилась выше большого компрессионного прибора, и пузырьки воздуха попадали в стеклянное распределительное устройство, откуда они через краны 28 выводились наружу.

Поровое давление в точке грунта, где был расположен приемный зонд, определяли следующим образом. После открытия крана на резиновом шланге, идущем от данного зонда, в воде распределительного устройства возникало такое же давление, как и в грунте. Через воду в распределительном устройстве давление передавалось на ртуть в U-образной капиллярной трубке и она начинала смещаться в одно колено. Нажимом регулирующих винтов 27 на резиновую мембрану в приборе удавалось создать противодавление, которое удерживало ртуть на фиксированном месте. Таким образом, в воде, заполняющей прибор, возникало давление, равное поровому давлению в исследуемой точке грунта. Давление воды в приборе измерялось образцовым манометром 23.

Давление на грунт в большом компрессионном приборе создавалось водой, заполняющей его верхнюю часть, и передавалось через полихлорвиниловую пленку, свободно лежащую на грунте (воздух из-под пленки удаляли до начала испытаний). Для создания давления в воде были использованы бачки компенсатора 29, применяемые при испытаниях грунтов на трехосное сжатие.

На полихлорвиниловой пленке помещался круглый металлический штамп, который обеспечивал равномерность осадки грунта в приборе.
До начала испытаний установку тарировали на водонасыщенном крупнозернистом песке. Для этого весь компрессионный прибор загружали песком, затем все системы установки тщательно заполняли водой и при помощи бачков компенсатора устанавливали давления: 0,1; 0,5; 1 и 1,5 кгс/см2. На каждой ступени приложенной нагрузки определяли поровое давление в каждом приемном зонде. Следует отметить, что при тарировке все зонды показали давление, равное приложенному (закрытая система). После того как поровое давление достигало 1,5 кгс/см2, открывали отверстие 4 в нижнем днище большого компрессионного прибора и устанавливали емкость для выжимаемой из грунта воды. Одновременно по двум приемным зондам (один у поверхности грунта, другой у днища прибора) следили за изменением порового давления. Как показали наблюдения, поровое давление в верхнем и нижнем зондах было почти одинаковым в определенные интервалы времени. Во всех приемных зондах оно уменьшалось до нуля за 4,2 мин. После падения порового давления до нуля вода переставала выжиматься из грунта, хотя приложенное давление оставалось равным 1,5 кгс/см2. Это свидетельствует о том, что все давление воспринимается скелетом песчаного грунта (эффективные напряжения).