Устройство для определения параметров прочности грунтов и отвальных пород в натурных условиях Российский патент 2024 года по МПК E02D1/00 

Изобретение относится к строительству и горному делу и может быть использовано для определения характеристик прочности грунтов и отвальных пород в натурных условиях.

Известно устройство, реализующее схему испытаний породных призм путем плоского среза, включающее домкрат, горизонтально расположенный и две упорные пластины (Попов В.Н., Шпаков П.С., Юнаков Ю.Л. Управление устойчивостью карьерных откосов - М.: Издательство Московского государственного горного университета, издательство «Горная книга», 2008 - 683 с; стр 238).

Ограниченность рассматриваемого устройства заключается:

- в постоянстве нормальных напряжений по поверхности сдвига за счет исключения возможности создания вертикальной нагрузки на породную призму;

- в возможности определения лишь сцепления породы через известную величину угла внутреннего трения.

Наиболее близким к предлагаемому устройству является специальная установка для проведения натурных испытаний на сдвиг скальных пород, включающая упорную балку, короб, штамп, вертикальный домкрат, горизонтальный домкрат, шариковую обойму (см. Попов В.Н., Шпаков П.С., Юнаков Ю.Л. Управление устойчивостью карьерных откосов - М.: Издательство Московского государственного горного университета, издательство «Горная книга», 2008 - 683 с; стр 251).

В качестве недостатков известного устройства можно перечислить следующие:

Согласно требованиям «ГОСТ 20276.4 - 2020. ГРУНТЫ. Метод среза целиков», в нижней части целика между краем кольца и поверхностью грунта в основании выработки оставляют зазор размером 1-2 сантиметра, но не менее Уг максимального размера включений, по которому должна пройти плоскость среза при испытании. Этот зазор должен быть восстановлен в случае его нарушения при подготовке к срезу. В известном устройстве порода помещается в металлический короб и накрывается металлической плитой для передачи вертикальной нагрузки на породу. При создании такой нагрузки возникают вертикальные деформации породы, инициирующие силы трения породы о стенки короба. Таким образом, возникает возможность вертикального перемещения короба вниз, исключающая поддержание требуемого ГОСТом зазора, каких - либо компенсационных устройств для восстановления зазора в устройстве не предусмотрено.

Второе требование ГОСТа заключается в том, что касательная нагрузка должна быть приложена в плоскости среза или выше ее на расстоянии не более 30 миллиметров. В известном устройстве, судя по описанию, это требование не соблюдается. В этом случае высока вероятность возникновения момента сил относительно плоскости среза, что принципиально искажает принятое в ГОСТе напряженное состояние испытуемой породы.

Техническим результатом изобретения является повышение эффективности и достоверности определения параметров прочности грунтов и отвальных пород в натурных условиях.

Результат достигается тем, что устройство для определения параметров прочности грунтов и отвальных пород, включающее упорную балку, короб с призмой пород, штамп, установленный на призму пород, домкрат, установленный между балкой и штампом, шариковую обойму, установленную между домкратом и упорной балкой, отличается тем, что оно снабжено двумя тележками, соединенными с помощью тяг и талрепов с боковыми поверхностями короба и упорной балкой, устройство также снабжено пластиной, установленной с возможностью горизонтального перемещения и жестко соединенной с коробом при помощи тяг и динамометров растяжения, при этом пластина снабжена двумя горизонтально установленными домкратами.

Заявленное техническое решение отличается от прототипа тем, что оно позволяет эффективно и достоверно определять параметры прочности грунтов и отвальных пород в натурных условиях. Для этого используют два талрепа, соединенные с коробом и тележками, расположенными на упорной балке. С их помощью производится восстановление в ходе опыта требуемого зазора между нижним краем короба и поверхностью грунта или отвальной породы. Для передачи срезающего усилия на грунт или отвальную породу используют два горизонтальных домкрата, соединенные с пластиной, имеющей возможность горизонтального перемещения. Для регистрации возникающих усилий среза грунта или отвальной породы в коробе, он жестко соединен тягами с горизонтальной пластиной и динамометрами растяжения. При этом тяги, согласно требованиям ГОСТА, закреплены на коробе на уровне 30 мм не выше плоскости среза грунта или отвальной породы.

На фиг. 1 изображено устройство для определения параметров прочности грунтов и отвальных пород в натурных условиях. На фиг. 2 изображен вид А на фиг. 1.

На фиг. 1, 2 изображены: выемка - 1, призма грунта или отвальной породы - 2, короб - 3, штамп - 4, упорная балка - 5, тележки - 6, талрепы - 7, вертикальный домкрат - 8, шариковая обойма - 9, тяги - 10, динамометры растяжения - 11, горизонтально перемещающаяся пластина - 12, основание горизонтальных домкратов - 13, вертикальные металлические стержни - 14, пластины - 15, горизонтальные домкраты - 16.

Работа устройства для определения параметров прочности грунтов и отвальных пород в натурных условиях заключается в следующем:

- в массиве грунтов или отвальных пород разрабатывают выемку 1 необходимой конфигурации и размеров;

- на дне выемки подготавливают призму грунта или отвальной породы 2 с оконтуриванием ее с четырех сторон;

- полученную призму 2 помещают в короб 3 и сверху накрывают штампом 4 с размерами, допускающими возможность свободного перемещения внутри короба 3;

- производят монтаж упорной балки 5, располагают на нижней полке балки тележки 6, соединенные тягами 10 и талрепами 7 с коробом 3. С помощью талрепов устанавливают необходимый зазор между нижним краем короба 3 и поверхностью грунта или отвальной породы;

- на штамп 4 устанавливают враспор с упорной балкой 5 домкрат 8 и шариковую обойму 9;

- короб 3 с призмой 2 с помощью тяг 10, динамометров растяжения 11 жестко соединяют с пластиной 12;

- по бокам короба 3 с призмой 2 устраивают основание 13 для горизонтальных домкратов и погружают вертикальные металлические стержни 14, для исключения разрушения основания 13 от силового воздействия домкратов 16, устанавливают пластины 15 и горизонтальные домкраты 16 с упором в пластину 12;

- с помощью домкрата 8 создают первую ступень вертикальной нагрузки. При этом с помощью талрепов 7 с тягами 10 производят корректировку зазора между нижним краем короба и поверхностью грунта или отвальной породы.

Характеристики прочности грунта определяют по результатам среза призмы 2 по фиксируемой и контролируемой плоскости среза горизонтальной нагрузкой, создаваемой домкратами 16 и передаваемой тягами 10 на призму 2, при одновременном ее нагружении вертикальной нагрузкой с помощью штампа 4 и домкрата 8.

Согласно ГОСТ 20276.4 - 2020, для определения угла внутреннего трения и сцепления грунта или отвальной породы необходимо провести не менее трех испытаний призм при различных значениях нормального к плоскости среза давления. Передача нормальной и касательной нагрузок к призме грунта или отвальных пород осуществляется ступенями вплоть до ее среза.

Изобретение относится к строительству и горному делу и может быть использовано для оценки параметров прочности грунтов и отвальных пород. Устройство для определения параметров прочности грунтов и отвальных пород включает упорную балку, короб с призмой пород, штамп, установленный на призму пород, домкрат, установленный между балкой и штампом, шариковую обойму, установленную между домкратом и упорной балкой. Снабжено двумя тележками, соединенными с помощью тяг и талрепов с боковыми поверхностями короба и упорной балкой. Устройство также снабжено пластиной, установленной с возможностью горизонтального перемещения и жестко соединенной с коробом при помощи тяг и динамометров растяжения, при этом пластина снабжена двумя горизонтально установленными домкратами. Технический результат состоит в повышении эффективности и достоверности определения параметров прочности грунтов и отвальных пород в натурных условиях. 2 ил.

Устройство для определения параметров прочности грунтов и отвальных пород, включающее упорную балку, короб с призмой пород, штамп, установленный на призму пород, домкрат, установленный между балкой и штампом, шариковую обойму, установленную между домкратом и упорной балкой, отличающееся тем, что оно снабжено двумя тележками, соединенными с помощью тяг и талрепов с боковыми поверхностями короба и упорной балкой, устройство также снабжено пластиной, установленной с возможностью горизонтального перемещения и жестко соединенной с коробом при помощи тяг и динамометров растяжения, при этом пластина снабжена двумя горизонтально установленными домкратами.