СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДЕФОРМАЦИОННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ГРУНТОВ Российский патент 2024 года по МПК E02D1/00 

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

Известен способ лабораторного определения характеристик сжимаемости грунтов природного или нарушенного сложения [1]. 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.

Известен способ (прототип) [2-5] 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.

Недостатком данного способа является отсутствие возможности определения деформационных характеристик грунтов с учетом напряженного состояния грунта в массиве. В массиве будущий образец грунта цилиндрической формы находится в напряженном состоянии под действием собственного веса грунта. В процессе отбора монолита или керна и последующего отбора из них образцов грунта цилиндрической формы образец разгружается, разуплотняется и, следовательно, снижается достоверность деформационных характеристик грунта, определяемые с помощью таких образцов.

Задача изобретения состоит в разработке способа, позволяющим увеличить достоверность и точность определения деформационных характеристик путем учета напряженного состояния грунта в массиве.

Техническим результатом изобретения является существенное повышение достоверности и точности определения деформационных характеристик грунта путем учета напряженного состояния образца грунта в массиве.

Технический результат достигается тем, что в способе лабораторного определения деформационных характеристик грунтов природного или нарушенного сложения в условиях одноосного сжатия без возможности его бокового расширения в компрессионном приборе, включающий испытание образца грунта 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 ограничивают путем частичного сбрасывания нагрузки, приближая к условной стабилизации напряжений или деформаций образца, отличающийся тем, что вначале к образцу грунта прикладывают постоянное во времени давление и после достижения условной стабилизации деформаций образец грунта испытывают в режиме релаксации напряжений.

Преимущество предлагаемого изобретения по сравнению с прототипом заключается в существенном повышении достоверности и точности определения деформационных характеристик грунта путем учета напряженного состояния образца грунта в массиве.

В качестве устройства для реализации предлагаемого способа можно использовать, например, компрессионно-релаксационный прибор [6] или другое устройство, позволяющее прикладывать к образцу грунта и постоянную во времени нагрузку, и задавать постоянную во времени деформацию. Вначале к образцу грунта прикладывают постоянную во времени нагрузку, моделирующую напряженное состояние грунта в массиве. Выдерживают нагрузку до достижения условной стабилизации осадки образца грунта. Затем проводят испытание образца грунта в режиме релаксации напряжений и по конечным значениям напряжений и соответствующих деформаций образца при завершении каждой из ступеней строят компрессионную кривую (фиг. 1) по формуле (1), 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 (фиг. 2 и 3). Характерный график-релаксации напряжений во времени при i-той ступени задания постоянной во времени деформации с учетом напряженного состояния грунта в массиве представлен на фиг. 4.

где е_н и h_н - начальный коэффициент пористости, определяемый по формуле (2), и начальная высота образца грунта после достижения условной стабилизации деформаций перед началом испытания в режиме релаксации

s_i и s_н - осадка образца грунта при i-той ступени задания постоянной во времени деформации и начальная стабилизированная осадка образца под действием постоянной во времени нагрузки р_н;

е_о и h - коэффициент пористости и высота образца грунта до начала испытаний в режиме компрессии.

На фиг. 1 представлен характерный график компрессионной кривой, где пунктиром показан часть компрессионной кривой, построенной по формуле (2) под действием постоянной во времени нагрузки р_н.

На фиг. 2 представлена характерная последовательность построения компрессионной кривой по конечным значениям нагрузки и осадки образца на каждой из ступеней деформирования: Δh_i+Δh_доп,i без ограничения дополнительной осадки Δh_доп,i образца на каждой ступени [2], где ε_i и ε_н - относительная осадка образца грунта при i-той ступени задания постоянной во времени деформации и начальная относительная осадка образца под действием постоянной во времени нагрузки р_н; р_i - давление на образец грунта в момент достижений условной стабилизации напряжений при i-той ступени задания постоянной во времени деформации.

На фиг. 3 представлена такая же характерная последовательность построения компрессионной кривой по конечным значениям нагрузки и осадки образца на каждой из ступеней деформирования: Δh_i+Δh_доп,i с ограничением дополнительной осадки Δh_доп,i образца па каждой ступени путем частичного сбрасывания нагрузки [2]: Δh_доп,i=0.

На фиг. 4 представлен характерный график релаксации напряжений при i-той ступени задания постоянной во времени деформации с учетом напряженного состояния грунта в массиве, где р_ст,i - стабилизированное давление на образец грунта при i-той ступени задания постоянной во времени деформации.

Способ осуществляют следующим образом. Подготовленный образец грунта помещают в одометр. Собранный одометр устанавливают под механизм для вертикального нагружения и винтового пресса компрессионно-релаксационного прибора [6], регулируют механизм нагружения и винтовой пресс, подключают устройства для измерения напряжений и вертикальных деформаций образца и записывают начальные показания приборов. К образцу грунта равномерно без ударов прикладывают давление р_н на образец грунта, моделирующее напряженное состояние образца грунта в массиве [6]. После достижения условной стабилизированной осадки образца регистрируют значение начальной стабилизированной осадки s_н образца под действием постоянной во времени нагрузки р_н. Затем образцу грунта задаю т первую постоянную во времени деформацию s₁, следят за релаксацией напряжений (фиг. 4). После достижения условной стабилизации напряжений регистрируют давление р₁, ограничивают дополнительную осадку образца Δh_доп,1=0 (фиг. 2 и 3) путем частичного сбрасывания нагрузки и переходят на следующую ступень задания постоянной во времени деформации. По конечным значениям напряжений и соответствующих деформаций образца при завершении каждой из ступеней строят графики зависимости относительной осевой деформации ε=ƒ(p) (фиг. 3) и коэффициента пористости е=ƒ(p) (фиг. 1) от осевых давлений и определяют искомые характеристики грунта.

Применение предлагаемого способа лабораторного определения деформационных характеристик грунта позволит существенно повысит достоверность и точность определения деформационных характеристик грунта путем учета напряженного состояния образца грунта в массиве.

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

2. Патент РФ RU 2272101 С1 от 25.08.2004.

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

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

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

6. Кятов Н.Х. Разработка методики измерения напряжений в глинистых основаниях природного сложения. Кандидатская диссертация. М.: МИСИ, 1983. - 177 с.

Изобретение относится к строительству, в частности к лабораторным способам определения деформационных характеристик грунтов. Способ определения деформационных характеристик грунтов природного или нарушенного сложения в условиях одноосного сжатия без возможности его бокового расширения в компрессионном приборе включает испытание образца грунта 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. Вначале к образцу грунта прикладывают постоянное во времени давление и после достижения условной стабилизации деформаций образец грунта испытывают в режиме релаксации напряжений. Технический результат состоит в существенном повышении достоверности и точности определения деформационных характеристик грунтов путем учета напряженного состояния образца в массиве. 4 ил.

Способ определения деформационных характеристик грунтов природного или нарушенного сложения в условиях одноосного сжатия без возможности его бокового расширения в компрессионном приборе, включающий испытание образца грунта 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, отличающийся тем, что вначале к образцу грунта прикладывают постоянное во времени давление и после достижения условной стабилизации деформаций образец грунта испытывают в режиме релаксации напряжений.