Оценивать прочность грунта можно экспериментально определением порового давления (той части полного напряжения, которое передается на воду в порах). Поровое давление нужно знать для выявления уплотнения водонасыщенного грунта: сначала вся дополнительная нагрузка, приложенная к грунту, воспринимается водой в порах, а на скелет грунта (твердые частицы) давление не передается; по мере уплотнения грунта и отжатия воды поровое давление снижается до нуля, вся нагрузка передается на скелет грунта и уплотнение заканчивается. Поровое давление определяют поропьезометрами, которые могут быть совмещены с приборами для определения плотности грунта пенетрометрами.

Для замера нормальных и касательных напряжений и их направления на контакте двух тел (фундамента и грунта, тела плотины и ее основания, подземного сооружения и грунта, конструкции и опорной части и др.) применяются месдозы давления и трения.

Месдозы могут быть контактными (располагаемыми на контакте фундамента и грунта) и грунтовыми (закладываемыми в грунт). Месдозами можно замерить силы давления и трения грунта по фундаменту.

Месдозы делят на мембранные тензорезисторные, мембранно-балочные, мембранные, струнные, противодавления, магнитоупругие и др. Наиболее широкое применение нашли мембранные и струнные месдозы (рис. 3.6).

Рис. 3.6. Месдозы:

а — тензорезисторная; б — с балочкой; в — комплексная кубическая; г — гидравлическая; д — струнная; 1 — крышка месдозы давления; 2 — тензорезисторы; 3 — корпус; 4 — кольцевая выточка; 5 — упругая прокладка; 6 — шарики; 7 — измерительный элемент месдозы трения; 8 — балочка; 9 — трубка; 10 — жидкость; 11 — мембрана; 12 — струна; 13 — электромагнит

Мембранная тензорезисторная месдоза состоит из жесткого корпуса 3 с прикрепленной крышкой (гибкой упругой мембраной 1), контактирующей с грунтом. С внутренней поверхности мембраны на нее наклеен тензорезистор 2 (например, кольцевой), реагирующий на небольшие прогибы мембраны. Для исключения концентрации краевых напряжений на краях мембраны сделаны кольцевые выточки 4, заполненные обычно Пористой резиной 5. Деформируемость мембраны подбирают таким образом, чтобы жесткость месдозы соответствовала жесткости материала, в котором она располагается.

Перед испытаниями месдозы градуируют в специальном приспособлении (обычно — в баке, в котором создается контролируемое распределенное давление воды или воздуха, или в грунте). Для каждой месдозы строят градуировочный график, который должен быть прямолинеен при создании и снятии нагрузки и не иметь петель. Погрешность измерений не должна превышать 5—10 %. При градуировке месдоз на грунте он должен быть того же состава и той же начальной плотности, что и принятый в опытах

Мембранно-балочная месдоза (рис. 3.6, б) в качестве измерительного элемента содержит металлическую ба- лочку 8 с тензорезистором 2. От гибкой мембраны 1 перемещения передаются на балочку 8 через винт. Наряду с активным тензорезистором, наклеенным на балочку, в месдозе должен быть термокомпенсационный, обычно наклеиваемый на жесткий корпус 3; возможна наклейка двух тензорезисторов в сжатой и растянутой зоне балочки, что повышает чувствительность месдозы.

Разработана конструкция кубической месдозы (рис. 3.6, с), в которой объединены месдозы давления и трения. Такая конструкция позволяет замерять все составляющие напряжений в точках основания. В месдозе трения жесткая крышка может перемещаться на шариках 6 относительно корпуса, при этом гибкая мембрана 7 реагирует на горизонтальные перемещения. На мембрану 7 наклеивают тензорезистор 2. На шести гранях кубической месдозы располагают три месдозы давления и три месдозы трения.

Несколько более сложной является мембранная грунтовая месдоза (рис. 3.6, г). У нее обе поверхности мембраны — рабочие, гибкие. Месдоза состоит из гибкого корпуса (с двумя мембранами), заполненного жидкостью, обычно дистиллированной окрашенной водой, под вакуумом во избежание появления пузырьков воздуха. От корпуса отходит тонкая трубка, на конце которой устанавливают капиллярную стеклянную трубку с миллиметровыми делениями. Мениск окрашенной жидкости должен быть виден в стеклянной трубке. При создании давления грунта на месдозу мениск жидкости перемещается в капиллярной трубке, что позволяет судить с величине давления грунта.

Широко распространенной и надежной для проведения длительных испытаний является струнная месдоза конструкции НИИСК Госстроя УССР (рис. 3.6, д). В этой месдозе перемещения мембраны 11 передаются натянутой стальной нити (струна) 12, Которая меняет частоту собственных колебаний в зависимости от степени ее натяжения. Таким образом, работа струнных месдоз аналогична работе струнных тензометров (см. рис. 1.8). Для большей чувствительности месдозы в корпусе 3 устроена полость, заполненная жидкостью 10. Электромагнит 13 реагирует на колебания струны 12.