СПОСОБ ИСПЫТАНИЯ ГРУНТА Российский патент 1994 года по МПК E02D1/00 

Изобретение относится к строительству, в частности к устройствам для определения физико-механических свойств грунта в полевых условиях.

Известен лабораторный способ испытания образца грунта путем его нагружения растягивающими нагрузками с определением значения сопротивления растяжению [1] .

Недостатком данного способа является невозможность использования его в полевых условиях (в условиях естественного залегания), что снижает эффективность испытаний.

Известен также способ испытания целика грунта на разрушение при сжатии с определением значения сопротивления сжатию [2] .

Недостатком данного способа является сложность проведения испытания, а также нарушение напряженного состояния, что снижает эффективность испытания и точность измерения.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является способ испытания грунта, заключающийся в том, что винто-лопастной наконечник завинчивают в грунт на глубину, равную его высоте, создают пригрузку, прикладывают отрывающее усилие, определяют сопротивление сдвигу и растяжению и строят зависимость τ = f (σ_P, σ_сж ) [3] .

Недостатками известного способа являются неточное определение напряжения растяжению σ_p с помощью конического винта и невозможность определения сопротивления сжатию σ_сж . Так как при простом вертикальном отрыве конического винта на всей поверхности развиваются как напряжения растяжению σ_p , так и касательные напряжения сдвигу τ . В этом случае довольно трудно выделить основную часть σ_P или τ из общего отрывающего усилия P, что снижает точность измерения и эффективность испытания.

Цель изобретения - повышение точности измерения сопротивления растяжению за счет формирования в процессе отрыва наконечника четко разграниченных поверхностей, характерных для этих деформаций грунта.

Цель достигается тем, что в известном способе отрывающее усилие к винто-лопастному наконечнику прикладывают в направлении, перпендикулярном противоположной образующей с углом раскрытия конуса от 0 до 90^о.

Отличием предложенного технического решения от прототипа является то, что отрывающее усилие прикладывают в направлении, перпендикулярном противоположной образующей с углом раскрытия конуса от 0 до 90^о.

Использование винтовых наконечников с углом раскрытия свыше 90^онецелесообразно ввиду получения усложненной расчетной схемы.

Исследование известных в науке и технике решений показало, что аналогичного технического решения обнаружено не было. Это свидетельствует о том, что заявленное техническое решение, содержащее всю приведенную совокупность признаков, соответствует критерию "Существенные отличия".

Положительный эффект достигается совокупностью всех признаков, но причиной достижения поставленной цели (повышение точности испытаний) является то, что отрывающее усилие прикладывают к коническому винту в определенном направлении.

На фиг. 1-3 представлены схемы испытаний коническим винтом с различными углами раскрытия описываемого конуса.

В случае необходимости определения сжимающих напряжений σ_сж и соответствующих им касательных напряжений τ используют несколько винтовых наконечников (например α₁ = 30^о; α₂= 45^о; α₃ = 60^о) с различным углом при вершине описываемого конуса.

Испытания проводят следующим образом.

Завинчивают наконечник, например, с углом при вершине α₁ (фиг. 2) в грунт на глубину, равную его высоте. Затем организуют пригрузку вокруг винта. После этого прикладывают отрывающее усилие P₁ в направлении, перпендикулярном противоположной образующей. На поверхности описываемого винта (т. А) общее усилие P₁ частично будет раскладываться на усилие сжатия P_сж, которое при приведении его к поверхности сдвига раскладывается на сжимающие σ_сж и касательные напряжения τ (т. Б).

Проведя последовательно, например, три испытания с углами при вершине наконечников α₁ < α₂ < α₃, получают соответственно три значения отрывающего усилия. Зная, что
P = P_сж + σ _р 0,5 S_б найдем P_сж = P - σ _р 0,5 S_б, где S_б - площадь боковой поверхности, описываемой винтом.

Значение σ_р берут по результатам предыдущих испытаний.

Далее, рассмотрев равновесие всех сил в т. Б, найдем:
σ_сж = P_сж/S_с ˙ cos δ, где S_с - поверхность сдвига (S_c = S - 0,5 S_б, где S - общая поверхность отрыва);
τ= P_сж/S_с·sin δ
Трем значениям P₁, P₂, P₃ будут соответствовать и три значения δ _сжи τ . Т. е. зная три значения σ_сж и соответствующие ему три значения τ , легко найти, например, графически значения удельного сцепления С и угла внутреннего трения ϕ , используя модель Кулона.

Применение предлагаемого изобретения позволит повысить эффективность испытаний за счет возможности определения дополнительных параметров: сопротивление сжатию, удельного сцепления и угла внутреннего трения, а также повысит точность измерения за счет создания более качественной поверхности отрыва, позволяющей четко разграничить растягивающие, сдвигающие и сжимающие напряжения.

Использование: определение физико-механических свойств грунтов в полевых условиях. Сущность изобретения: винто-лопастной конический наконечник завинчивают в грунт на глубину, равную его высоте, создают пригрузку, прикладывают отрывающее усилие и определяют сопротивление сдвигу и растяжению. Причем отрывающее усилие к винто-лопастному наконечнику прикладывают в направлении, перпендикулярном противоположной образующей с углом раскрытия конуса от 0 до 90. Изобретение обеспечивает повышение точности испытаний за счет формирования в процессе отрыва наконечника четко разграниченных поверхностей, характерных для этих деформаций грунта. 3 ил.

СПОСОБ ИСПЫТАНИЯ ГРУНТА, включающий завинчивание винтолопастного наконечника в грунт на глубину, равную его высоте, создание пригрузки, приложение к наконечнику отрывающего усилия с измерением и определение сопротивления сдвигу и растяжению, отличающийся тем, что, с целью повышения точности испытаний, отрывающее усилие прикладывают в направлении, перпендикулярном противоположной образующей наконечника с углом раскрытия конуса 0 - 90^o.