СПОСОБ ХРУСТАЛЁВА Е.Н. ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДЕФОРМАЦИИ МАТЕРИАЛЬНОЙ СРЕДЫ ПОД ДАВЛЕНИЕМ Российский патент 2016 года по МПК G01B21/32 

Изобретение относится к области "Физики материального контактного взаимодействия», конкретно, к способу определения деформации массива материальной среды под давлением.

Известен общепринятый способ определения вертикальной деформации S_o (см) грунтовой материальной среды под заданным внешним давлением р, заключающийся в том, что для деформируемой среды определяют модуль Е_упр (кг/см²) упругости и модуль общей деформации E_o (кг/см²), определяют диаметр d (см) подошвы круглого или размеры В (см) - ширины и длины l (см) для прямоугольного штампа с соотношением сторон L=B/l и площадью F=LB² (см²), устанавливают в лабораторных условиях значение коэффициента ω формы подошвы штампа и его жесткости, значение коэффициента V (Пуассона) упругой относительной поперечной деформации среды, отличающийся тем, что упругую деформацию материальной среды при заданном вертикальном давлении р≤р_стр (кг/см²) определяют по зависимости а общую (упругую и остаточную) деформацию материальной среды за пределом упругости определяют только под подошвой штампа площадью F=5000 см² при р>р_стр по зависимости где V_o - коэффициент общей относительной поперечной деформации среды, B_o=F/l=5000/l (см) [1].

Недостатком известного способа определения деформации среды является то, что зависимость для общей деформации S_o под штампом 5000 см² стала общепринятой и для штампов площадью от 600 см² до 50 м², причем для всех известных разновидностей грунтов, и уточняемой только коэффициентом V_o. Коэффициент V_o принимают методом экстраполирования табличных данных, полученных лабораторными методами. При этом значение получено при математическом решении задачи упругого взаимодействия плоского штампа с подстилающим материальным основанием, полученном С.П. Тимошенко [2]. Точность расчетных деформаций среды под давлением в основном зависит от достоверности полученных модулей E_o общей деформации среды, и вызывает сомнение на основании того, что модуль E_o получают на произвольном участке «условно линейной» зависимости осадки от ступеней возрастания графика давления Si=f(p_i-const, t) опытного испытания среды штампом. Значение коэффициента V_упр Пуассона упругой материальной среды приравнивают на сегодняшний день к значению коэффициента V_o общей относительной поперечной деформации среды с нарушенной под давлением структурой.

Известен способ определения осадок грунтовой среды и торфяной залежи, заключающийся в том, что определяют угол внутреннего трения и удельное сцепление С_стр (кг/см²) материальной среды в структурированном состоянии, через параметры и С_стр получают зависимости для границ давления фазовых переходов напряженно-деформированного состояния грунтовой и торфяной материальной среды в массиве, осадки грунта и торфа под абсолютно гибким полосовым штампом определяют как где V_cтp и Е_упр - упругие константы деформируемой среды, ψ° - угол сектора полуконтакта абсолютно гибкого штампа со средой, под абсолютно гибким квадратным штампом под абсолютно гибким круглым штампом под жестким узким, а также и под коротким цилиндром под жесткой сферой

Абсолютно гибкие и жесткие цилиндрические и сферические штампы имеют ограниченную область применения при контактном взаимодействии с материальной средой. При этом угол ψ° сектора полуконтакта выпуклого штампа со средой при заданном давлении p строго зависит от величины деформации S среды под штампом и имеет аналитическое выражение через φ° и С (кг/см²) только для границ фазового перехода напряженно-деформированного состояния среды, поэтому практическое применение известные зависимости S=f(∠ψ, р) имеют только для границ фазовых переходов состояний деформируемой среды.

Технический результат по способу Хрусталева Е.Н. определения деформации материальной среды под давлением, заключающемуся в том, что определяют модуль E_o (кг/см²) общей деформации среды и модуль упругости Е_упр (кг/см²), угол внутреннего трения структурированной среды и ее удельное сцепление С_стр (кг/см²), устанавливают величину внешнего давления p (кг/см²) на деформируемую среду, достигается тем, что при предварительно рассчитанных величинах гравитационного (бытового) давления на заданной глубине h исследования массива среды общую деформацию сжимаемой штампом материальной среды определяют по зависимости где S_стр (см) - упругая осадка среды, S_H (см) - осадка среды с нарушенной структурой, В (см) - ширина плоского штампа, - диаметр круглого штампа, эквивалентного прямоугольному со стороной В, F_d(см²) - площадь круглого штампа, V_стр и V_H - значения коэффициентов относительной поперечной деформации деформируемой среды в структурированном и нарушенном состоянии, определяемые по зависимости: в массиве среды как и в стенках вертикальной выработки - в условиях компрессионного сжатия - - прочностные параметры среды с нарушенной структурой, а деформацию упругоэластичной торфяной среды определяют по зависимости где - модуль упругости торфа (кг/см²).

Предлагаемое изобретение позволяет получать достоверные значения деформаций материальной среды под сжимающим внешним давлением.

Изобретение поясняется графическими материалами, где представлены схемы деформации материальной среды: на фиг.1 - с поверхности полупространства с V=V^B; на фиг. 2 - со дна выработки массива среды с V=V^B; на фиг. 3 - на боковых стенках выработки массива среды с V=V^B; на фиг. 4 - в массиве среды с V=V^M; на фиг. 5 - в условиях компрессионного сжатия среды с V=V^K.

По предлагаемому способу определения деформации S_ср материальной среды под давлением р (кг/см²) массив 1 материальной (грунтовой, торфяной) среды деформируют жестким плоским штампом 2 диаметром d (см) или прямоугольной формы с шириной В (см) с поверхности полупространства 3 (фиг. 1) с коэффициентом V=V^B, со дна 4 выработки (фиг. 2) с V=V^B, в боковых стенках 5 выработки (фиг. 3) с V=V^B, в замкнутом массиве 6 среды (фиг. 4) с V=V^М и в условиях компрессионного сжатия среды 7 c V=V^К (фиг.5).

На базе лабораторных исследований среды получают показатели ее структурной прочности - угол внутреннего трения и удельное сцепление С_стр (кг/см²), модуль общей деформации Е_о (кг/см²) и модуль упругости Е_упр (кг/см²). Далее рассчитывают величину гравитационного (бытового) давления на глубине h (см) исследования массива 1 среды как и значения коэффициентов - для поверхности полупространства 3 (фиг. 1), для дна 4 выработки (фиг. 2), для стенок 5 выработки (фиг. 3); - для массива 6 среды (фиг. 4) и и - для компрессионных условий работы среды 7 в массиве.

Величину общей осадки S_o упруговязкопластичной (грунтовой) среды под давлением ρ штампа 2 рассчитывают по зависимости величину упругой осадки упругоэластичной (торфяной) среды рассчитывают по зависимости

Пример реализации способа.

Определим деформацию массива материальной среды, сложенного суглинка на глубине h=120 см, характеризующейся физическими параметрами прочности С_стр=0,1678 (кг/см²), модулем общей деформации Е_о=59 (кг/см²), модулем упругости Е_упр=187 (кг/см²). Массив нагружен фундаментом В×l=5×10=50 м весом Р=1250 т.

Определяем предварительно угол внутреннего трения суглинка в нарушенном состоянии и его удельное сцепление (кг/см²), гравитационное бытовое давление Значение коэффициента Пуассона в стенках выработки

Давление под фундаментной плитой ρ=Ρ/(Β·l)=1250000/(500·1000)=2,5 кг/см².

Величина деформации суглинка под фундаментной плитой равна

Источники информации

1. Цытович Н.А. Механика грунтов (краткий курс): Учебник для вузов. - 3-е изд., доп. - М.: Высш. школа, 1979. - С. 167-168.

2. Тимошенко С.П., Гудьер Дж. Теория упругости: Пер. с англ. / Под ред. Г.С.Шапиро. - 2-е изд. - М.: Наука. Глав. редакция физ.-мат. литературы, 1979. - С. 410.

3. Патент РФ №2343448 «Способ определения несущей способности и осадок грунтового основания и торфяной залежи». / Хрусталев Е.Н. и др. от 11.01.2007 г.

Изобретение относится к области «Физики материального контактного взаимодействия», конкретно, к способу определения деформации материальной среды под давлением.

По способу, заключающемуся в том, что определяют модуль E_o (МПа) общей деформации среды и модуль упругости Е_упр (МПа), угол внутреннего трения структурированной среды и ее удельное сцепление С_стр (МПа), устанавливают величину внешнего давления p (МПа) на деформируемую среду, при предварительно рассчитанных величинах гравитационного (бытового) давления на заданной глубине h исследования массива среды общую деформацию сжимаемой штампом упруговязкопластичной (грунтовой) материальной среды определяют по зависимости где S_стр (см) - упругая осадка среды, S_H (см) - осадка среды с нарушенной структурой, В (см) - ширина плоского штампа, - диаметр круглого штампа, эквивалентного прямоугольному со стороной В, F_d (см²) - площадь круглого штампа, и - значения коэффициентов относительной поперечной деформации деформируемой среды в структурированном и нарушенном состоянии, определяемые по зависимости: в массиве среды как и в стенках вертикальной выработки и в условиях компрессионного сжатия - и и - прочностные параметры среды с нарушенной структурой, а деформацию упругоэластичной торфяной среды определяют по зависимости где - модуль упругости торфа (МПа). 5 ил.

Способ определения деформации материальной среды под давлением, заключающийся в том, что определяют модуль E_o (МПа) общей деформации среды и модуль упругости Е_упр (МПа), угол внутреннего трения структурированной среды и ее удельное сцепление С_стр (МПа), устанавливают величину внешнего давления p (МПа) на деформируемую среду, отличающийся тем, что при предварительно рассчитанных величинах гравитационного (бытового) давления на заданной глубине h исследования массива среды общую деформацию сжимаемой штампом материальной среды определяют по зависимости где S_стр (см) - упругая осадка среды, S_H (см) - осадка среды с нарушенной структурой, В (см) - ширина плоского штампа, - диаметр круглого штампа, эквивалентного прямоугольному со стороной В, F_d (см²) - площадь круглого штампа, и - значения коэффициентов относительной поперечной деформации деформируемой среды в структурированном и нарушенном состоянии, определяемые по зависимости: в массиве среды как и в стенках вертикальной выработки - и в условиях компрессионного сжатия - и где и - прочностные параметры среды с нарушенной структурой.