СПОСОБ ЛАБОРАТОРНОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДЕФОРМАЦИОННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ГРУНТОВ Российский патент 2023 года по МПК G01N33/24 

Изобретение относится к строительству, в частности к лабораторным способам определения деформационных характеристик грунтов.

Известен способ [1-4] лабораторного определения деформационных характеристик грунтов природного или нарушенного сложения в условиях одноосного сжатия без возможности его бокового расширения в компрессионном приборе, в котором образец грунта испытывают в режиме релаксации напряжений и по конечным значениям напряжений и соответствующих деформаций образца при завершении каждой из ступеней строят компрессионную кривую. При этом после достижения заданной величины деформирования образца грунта на каждой ступени дополнительную осадку образца грунта ограничивают путем частичного сбрасывания нагрузки, приближая к условной стабилизации напряжений или деформаций образца.

Недостатками данного способа являются необходимость фиксации изменений во времени как напряжений, так и деформаций и необходимость кинематического нагружения - деформирования образца грунта с постоянной скоростью с помощью электромеханического привода [5], что затруднит широкому применению данного способа на практике инженерно-геологических изысканий. Кроме того, процессы, происходящие в грунте при реализации данного способа (релаксация напряжений и частичный рост деформаций), существенно отличаются от процессов, происходящих в грунте в условиях нагружения грунтового основания при реальном строительстве сооружения, т.е. от роста деформаций при постоянно действующих напряжениях, из-за которых возникает необходимость сопоставления получаемых результатов с результатами классического режима нагружения при компрессионном сжатии - ступенчатое нагружение с выдержкой каждой ступени до условной стабилизации.

Известен способ (прототип) лабораторного определения характеристик сжимаемости грунтов природного и нарушенного сложения [6]. Способ заключается в определении относительной деформации грунта, полученной по результатам испытаний образцов в условиях одноосного статического ступенчатого нагружения без возможности бокового расширения, при этом ступени прикладываемых давлений выбирают согласно программе испытаний в зависимости от вида испытываемого грунта с использованием компрессионного прибора, механизма создания центральной нагрузки на штамп через динамометр с измерением линейных перемещений штампа через заданные интервалы времени, до наступления условной стабилизации этих перемещений и с последующим переходом на другую ступень нагружения, по конечным значениям перемещений и соответствующих ступеней прикладываемых давлений строят графики зависимости относительной осевой деформации и коэффициента пористости от осевых напряжений и определяют искомые характеристики грунта.

Основным недостатком известного решения является зависимость достоверности и точности определения деформационных характеристик грунта от времени выдерживания ступеней прикладываемых давлений.

Задача изобретения состоит в разработке способа, позволяющим сократить сроки проведения испытаний, снизить зависимость результатов испытаний от времени выдерживания ступеней прикладываемых давлений и увеличить точность и достоверность определения деформационных характеристик грунтов.

Техническим результатом изобретения является существенное сокращение сроков проведения испытаний, снижение зависимости результатов испытаний от времени выдерживания ступеней прикладываемых давлений и, повышение достоверности и точности определения деформационных характеристик грунта.

Технический результат достигается тем, что в способе определения деформационных характеристик грунтов природного или нарушенного сложения, заключающемся в определении относительной деформации грунта, полученной по результатам испытаний образцов, в условиях одноосного статического, ступенчатого нагружения, без возможности бокового расширения, при этом ступени прикладываемых давлений выбирают согласно программе испытаний в зависимости от вида испытываемого грунта с использованием компрессионного прибора, механизма создания центральной нагрузки на штамп с измерением линейных перемещений штампа через заданные интервалы времени, до наступления условной стабилизации этих перемещений и с последующим переходом на другую ступень нагружения и по конечным значениям перемещений и соответствующих ступеней прикладываемых давлений строят графики зависимости относительной осевой деформации и коэффициента пористости от осевых напряжений и определяют искомые характеристики грунта, согласно изобретению, во время каждой ступени нагружения штамп, передающий давление на образец грунта, жестко фиксируют (для исключения перемещений и создания условий чистой свободной релаксации напряжений), по меньшей мере, один раз на расчетный промежуток времени, затем фиксацию штампа снимают, через расчетный период времени регистрируют перемещение штампа и переходят на следующую ступень нагружения.

Преимущество предлагаемого изобретения по сравнению с прототипом заключается в существенном сокращении сроков проведения испытаний, снижении зависимости результатов испытаний от времени выдерживания ступеней, прикладываемых давлений, повышении точности и достоверности определения деформационных характеристик грунта. При передаче давления р₁ на образец грунта через подвижный штамп в нем возникает напряженное состояние, штамп перемещается вниз, образец грунта сжимается, регистрируется перемещение штампа во времени s₁ (фиг.1). Жесткая фиксация подвижного штампа останавливает перемещение штампа на расчетный промежуток времени . Начинается релаксация напряжений в образце грунта, напряженное состояние образца уменьшается, образец грунта ослабевает. После снятия фиксации подвижной штамп под действием приложенного давления за расчетный промежуток времени получает дополнительное перемещение (фиг.1) из-за сниженного напряженного состояния образца грунта, возникшее во время релаксации напряжений при остановке подвижного штампа. Регистрируют общее перемещение подвижного штампа за первую ступень и переходят на следующую ступень. При этом регистрация релаксаций напряжений в образце грунта не требуется, а процесс релаксации стабилизируется быстро, так как в жесткость нагрузочной системы в период жесткой фиксации подвижного штампа не входит устройство для регистрации давлений на образец грунта (например, динамометр, вызывающий дополнительное деформирование образца грунта за счет упругой разгрузки и увеличивающий процесс релаксации). Таким образом, образец грунта испытывается по многолетней опробованной на практике стандартной методике компрессионного сжатия с частичным использованием режима чистой релаксации, позволяющим существенно уменьшить время испытаний и определения деформационных характеристик грунта, так как условная стабилизация деформаций, достигаемая по предлагаемому способу, достигается по стандартной методике [6] за существенно больший промежуток времени (фиг.2).

Для реализации способа используют компрессионный прибор (одометр), механизм для вертикального нагружения образца грунта (например, механический пресс с тензометрическим динамометром или грузорычажную систему компрессионного прибора), устройство для измерения вертикальных деформаций образца грунта (например, один или два индикатора часового типа ИЧ-50 с точностью измерения 0,01 мм в зависимости от того, в какую точку они упираются). В качестве устройства для жесткой фиксации подвижного штампа можно использовать, например, механизм жесткого цилиндрического тормоза, обеспечивающий исключение перемещений подвижного штампа.

На фиг.1 представлен характерный график зависимости перемещения подвижного штампа в процессе одноосного статического ступенчатого нагружения образца грунта без возможности бокового расширения от вертикального давления на образец грунта.

На фиг.2 представлен характерный график зависимости перемещения подвижного штампа во времени в процессе одноосного статического ступенчатого нагружения образца грунта без возможности бокового расширения от одной ступени давления на образец грунта, где 1 - по ГОСТ 12248.4-2020 без частичного использования режима чистой релаксации; 2 -по предлагаемому способу с частичным использованием режима чистой релаксации.

На фиг.3 представлен характерный график зависимости относительной деформации образца грунта в процессе одноосного статического ступенчатого нагружения образца грунта без возможности бокового расширения от вертикального напряжения в образце грунта, где 1 - по ГОСТ 12248.4-2020 без частичного использования режима чистой релаксации; 2 -по предлагаемому способу с частичным использованием режима чистой релаксации.

На фиг.4 представлен характерный график (компрессионная кривая) зависимости коэффициента пористости грунта в процессе одноосного статического ступенчатого нагружения образца грунта без возможности бокового расширения от вертикального напряжения в образце грунта, где 1 - по ГОСТ 12248.4-2020 без частичного использования режима чистой релаксации; 2 - по предлагаемому способу с частичным использованием режима чистой релаксации.

Способ осуществляют следующим образом.

Подготовленный образец грунта помещают в одометр. Собранный одометр устанавливают под механизм для вертикального нагружения образца грунта, регулируют механизм нагружения, подключают устройства для измерения вертикальных деформаций образца и записывают начальные показания приборов. К образцу грунта равномерно без ударов прикладывают первую ступень давления р₁ на образец грунта, значение которого назначают согласно программе испытаний в зависимости от вида испытываемого грунта в соответствии с ГОСТ [6]. Через расчетный период времени регистрируют показание s₁ (фиг.1) устройства для измерения вертикальных деформаций образца грунта и жестко фиксируют подвижный штамп с помощью, например, жесткого цилиндрического тормоза. В образце грунта начинается процесс чистой свободной релаксации. Напряженное состояние образца грунта уменьшается. Затем через расчетный промежуток времени t₁ жесткую фиксацию подвижного штампа снимают. Подвижной штамп под действием приложенного давления за расчетный промежуток времени получает дополнительное перемещение (фиг.1) из-за уменьшенного напряженного состояния образца грунта, возникшее во время релаксации напряжений при остановке подвижного штампа. Регистрируют суммарное перемещение подвижного штампа за первую ступень и переходят на следующую ступень. По конечным значениям суммарных перемещений подвижного штампа и соответствующих им давлений (напряжений в образце грунта ) при завершении каждой из ступеней строят графики зависимости относительной осевой деформации (фиг.3) и коэффициента пористости (фиг.4) от осевых напряжений и определяют искомые характеристики грунта

Применение предлагаемого способа лабораторного определения деформационных характеристик грунтов позволит значительно сократить продолжительность испытания образца грунта за счет частичного применения процесса релаксации в стандартной методике компрессионного сжатия и повысить достоверность и точность определения деформационных характеристик грунта.

Способ имеет промышленную применимость благодаря существенным отличиям от прототипа и других известных решений, поэтому, по мнению автора, может быть защищен патентом РФ.

Источники информации

1. Патент РФ RU 2272101 С1 от 25.08.2004.

2. СТО 60284311-003-2012. Грунты. Метод компрессионных испытаний грунтов в режиме релаксации напряжений. Краснодар: НП «Кубань Строй Изыскания», 2012.

3. Труфанов А. П. Метод релаксаций напряжений / Инженерные изыскания. 2013. №5. с. 44-51.

4. Труфанов А.П., Чайкин А.А. Сравнительный анализ результатов компрессионных испытаний глинистых грунтов методом релаксации напряжений и по ГОСТ 12248-2010. Инженерные изыскания, №6, 2014.

5. Мирный А.И., Идрисов И.Х. Метод релаксации напряжений. Независимый электронный журнал Геоинфо. Режим доступа: https://geoinfo.ru/product/mirnyj-anatolij-yurevich/metod-relaksacii-napryazhenij-43234.shtml.

6. ГОСТ 12248.4-2020. Грунты. Определение характеристик деформируемости методом компрессионного сжатия. - М.: Стандартинформ, 2020.- 19 с.

Изобретение относится к строительству, в частности к лабораторным способам определения деформационных характеристик грунтов. Способ лабораторного определения деформационных характеристик грунтов заключается в определении относительной деформации грунта, полученной по результатам испытаний образцов в условиях одноосного статического ступенчатого нагружения без возможности бокового расширения, при этом ступени прикладываемых давлений выбирают согласно программе испытаний в зависимости от вида испытываемого грунта с использованием компрессионного прибора, механизма создания центральной нагрузки на штамп с измерением линейных перемещений штампа через заданные интервалы времени, до наступления условной стабилизации этих перемещений и с последующим переходом на другую ступень нагружения и по конечным значениям перемещений и соответствующих ступеней прикладываемых давлений строят графики зависимости относительной осевой деформации и коэффициента пористости от осевых напряжений и определяют искомые характеристики грунта. Во время каждой ступени нагружения штамп, передающий давление на образец грунта, жестко фиксируют, по меньшей мере, один раз на расчетный промежуток времени, затем фиксацию штампа снимают, через расчетный период времени регистрируют перемещение штампа и переходят на следующую ступень нагружения. Технический результат состоит в обеспечении существенного сокращения сроков проведения испытаний, снижении зависимости результатов испытаний от времени выдерживания ступеней, прикладываемых давлений, повышении достоверности и точности определения деформационных характеристик грунта. 4 ил.

Способ лабораторного определения деформационных характеристик грунтов, заключающийся в определении относительной деформации грунта, полученной по результатам испытаний образцов в условиях одноосного статического ступенчатого нагружения без возможности бокового расширения, при этом ступени прикладываемых давлений выбирают согласно программе испытаний в зависимости от вида испытываемого грунта с использованием компрессионного прибора, механизма создания центральной нагрузки на штамп с измерением линейных перемещений штампа через заданные интервалы времени, до наступления условной стабилизации этих перемещений и с последующим переходом на другую ступень нагружения и по конечным значениям перемещений и соответствующих ступеней прикладываемых давлений строят графики зависимости относительной осевой деформации и коэффициента пористости от осевых напряжений и определяют искомые характеристики грунта, отличающийся тем, что во время каждой ступени нагружения штамп, передающий давление на образец грунта, жестко фиксируют, по меньшей мере, один раз на расчетный промежуток времени, затем фиксацию штампа снимают, через расчетный период времени регистрируют перемещение штампа и переходят на следующую ступень нагружения.