Прочностные и деформационные свойства композитного материала на основе песчаного грунта Могилевцева д.И., научн. Рук. Осипов в.И., академик, д.Г.-м.Н. (игэ ран, Москва)

Чтобы оценить степень влияния включений на прочностные и деформационные свойства песчаного грунта была проведена серия лабораторных испытаний на сдвиг. В процессе опытов были получены прочностные характеристики песчаного композита, а именно – угол внутреннего трения и сцепление. Кроме того, во время испытаний были получены относительные данные по модулю сдвига.

Для исследования был отобран мелкозернистый песок, влажностью от 7 до 9%, средней плотности.

В качестве включений использовались стеклянные шарики диаметром 7 мм и стеклянные цилиндры длиной от 10 до 15 мм.

Сначала опыты были проведены над чистым песком, затем добавлялись какие-либо включения в различных соотношениях – 10, 20 и 30%.

Для цилиндров рассматривалось их хаотичное, параллельное и перпендикулярное расположение относительно плоскости сдвига.

После проведения серии опытов данные были осреднены и по ним составлены зависимости. Данные приведены в таблице.

	Угол внутреннего терния, град				Модуль сдвига, МПа
	Содержание включений, %
Вид включений и их расположение	0	10	20	30	0	10	20	30
Цилиндры Парал-но	29	32	36	42	24	28	25	27
Цилиндры Хаот-но	29	42	51	36	24	28	3	34
Цилиндры Перпен-но	29	38	51	51	24	23	24	32
Шары	29	37	46	60	24	35	29	32

Модуль сдвига чистого песка в среднем 24 МПа. Из таблицы видно, что наибольшие значения модулей сдвига достигаются при добавлении сферических включений - 35 МПа, причем их небольшого количества – всего 10%. Далее повышенные значения модулей сдвига соответствуют максимальному содержанию - 30% - цилиндрических включений при их перпендикулярном расположении относительно плоскости сдвига - 32 МПа. Также при хаотичном расположении цилиндров при 20 и 30%-ном их содержании значение модуля сдвига 32 и 34 МПа соответственно. При параллельном расположении цилиндров практически не наблюдаются изменения в значении модуля сдвига, который в среднем равен 27 МПа при различном процентном содержании включений. Можно отметить, что в целом модуль сдвига при добавлении цилиндрических и сферических включений хоть и повышается, но незначительно.

У чистого песка угол внутреннего трения равен 29⁰, можно отметить его значительное увеличение при добавлении даже небольшого количества включений.

Увеличение количества шариков резко повышает угол внутреннего трения и при содержании 30% достигает максимального значения 60⁰. Параллельное расположение цилиндров относительно плоскости сдвига наименьшим образом влияет на угол внутреннего трения, повышая его всего на 14⁰ – с 28⁰ до 42⁰, причем зависимость от содержания близка к линейной.

При перпендикулярном расположении цилиндров значение угла внутреннего трения достигает своего максимума при 20%‑ном содержании включений - 51⁰, далее оставаясь на этой же отметке, независимо от увеличения количества включений.

В случае хаотичного расположения цилиндров наибольшие значения угла внутреннего трения приходятся на композит с 20%‑ным содержанием включений - 51⁰, тогда как дальнейшее увеличение их количества значительно понижает угол внутреннего трения до 36⁰.

В качестве вывода можно отметить, что форма включений, их количество и пространственное расположение влияют на деформационные и прочностные характеристики композита не однозначно. Наиболее оптимальным для повышения модуля сдвига композита можно считать добавление всего 10% сферических включений, в то время как для угла внутреннего трения самый лучший вариант – это включения цилиндрической формы, хаотичного или перпендикулярного расположения относительно плоскости сдвига, при их 20% содержании.