СПОСОБ ЛАБОРАТОРНОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕХАНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ГРУНТОВ Российский патент 2024 года по МПК E02D1/00 G01N33/24 

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

Известен способ определения механических свойств грунта путем испытаний на приборах трехосного сжатия (стабилометрах) с отбором 3-х и более образцов грунта с ненарушенной структурой и образцов связного или несвязного грунта нарушенного сложения, искусственно сформированных с заданными значениями плотности и влажности, последовательным сжатием каждого образца в приборе, построением на основе полученных результатов огибающей кругов Мора и определением значений угла внутреннего трения и сцепления [1].

Известен способ определения механических свойств грунта по методу одноплоскостного среза с испытанием образцов ненарушенного о или нарушенного сложения путем сдвига по фиксированной плоскости. Испытание заключается в сдвиге одной части образца относительно ею второй части касательной нагрузкой при одновременном воздействии на образец нагрузки, нормальной к плоскости среза. Определяют предельное касательное напряжение, при котором происходит срез образца при заданном нормальном напряжении. Определение характеристик прочности ϕ и с производится путем испытаний как минимум трех образцов исследуемою грунта [2].

Известные способы [1, 2] для определения механических свойств грунта имеют индивидуальные технические и технологические возможности.

Известен способ (прототип) лабораторного определения механических характеристик грунта природного и нарушенного сложения [3]. На первом этапе способа определяются характеристики деформируемости грунта по известной методике [4] с использованием, например прибора для определения деформационных и прочностных свойств грунтов [3, 5], позволяющим испытывать образцы грунта в условиях компрессионного сжатия и по методике ограниченного бокового расширения, основанного на том, что при загружении грунта местной нагрузкой штампом, он испытывает ограниченное боковое расширение, подобное расширению элементарного объема в грунтовой среде. На втором этапе после завершения компрессионных испытаний штамп вдавливается в образец грунта. Нагрузка на штамп постепенно увеличивается до достижения предельного значения, величина которого определяется по графику зависимости осадки штампа от давления под ним. Предварительно выполняется численное моделирование, например, с помощью конечно элементного вычислительного комплекса Plaxis. По данным моделирования при заданных, например, двух значениях давления под поршнем строятся графики предельного давления в зависимости от комбинации значений угла внутреннего трения и удельного сцепления и по пересечению соответствующих графиков определяются значения характеристик прочности грунта: угол внутреннего трения и удельное сцепление.

Основным недостатком известного способа [3] является методика определения предельного значения давления на грунт по графику зависимости осадки штампа от давления под ним. так как известно [6 стр. 115-117], что на графике момент достижения предельного значения не представлен в виде точки с явно выраженным переломом кривой и установить точно значение предельного давления на грунт затруднительно, а, следовательно, и точность и достоверность определения прочностных характеристик грунтов.

Задача изобретения состоит в разработке способа, позволяющим увеличить точность и достоверность определения прочностных характеристик грунтов.

Техническим результатом изобретения является существенное повышение достоверности и точности определения прочностных характеристик грунта.

Технический результат достигается тем, что в лабораторном способе определения механических свойств грунта, включающий осевое сжатие образца грунта с помощью поршня в условиях невозможности бокового расширения с получением деформационных характеристик грунта и после завершения компрессионного сжатия - циклическое вдавливание штампа в образец с получением характеристик прочности грунта, причем нагрузка на штамп постепенно увеличивается до достижения предельного значения, отличающийся тем, что предельное значение нагрузки на штамп определяют по графику зависимости изменения остаточных деформаций от давления под штампом, построенному по результатам циклического вдавливания и разгрузки штампа, обеспечивая при этом в каждом последующем цикле одинаковое увеличение значения максимального давления на грунт под штампом, при котором начинается разгрузка, за тем ко второму образцу грунта через поршень прикладывают другое давление и после условной стабилизации деформаций проводят аналогичные исследования, как при первом давлении, а по полученным результатам определяют предельное давление на грунт, по данным моделирования с помощью конечно элементного вычислительного комплекса Plaxis при заданных значениях давлений под поршнем строят графики предельного давления в зависимости от комбинаций значений характеристик прочности грунта - угла внутреннего трения ϕ и удельного сцепления с и по пересечению соответствующих графиков определяют ϕ и с.

Преимущество предлагаемого изобретения по сравнению с прототипом заключается в методике точного определения предельного значения давления на грунт по графику зависимости изменения остаточных деформаций от давления под штампом с явно выраженным переломом кривой, позволяющим повысить достоверность и точность определения деформационных характеристик грунта.

На фиг. 1 представлен характерный график зависимости осадки штампа от давления под ним при циклическом вдавливании штампа в образец грунта и разгрузки штампа с одинаковым увеличением значения давления на грунт под штампом в каждом последующем цикле, при котором наминается разгрузка.

На фиг. 2 представлен характерный график зависимости изменения остаточных деформаций от давления под штампом, построенного по результатам циклического вдавливания и разгрузки штампа в образец грунта с одинаковым увеличением значения давления на грунт под штампом в каждом последующем цикле, при котором начинается разгрузка.

Для реализации способа можно использовать приборы для определения деформационных и прочностных свойств грунта [3, 5], позволяющие испытывать образцы грунта в условиях компрессионного сжатия и по методике ограниченного бокового расширения, основанного на том, что при загружении грунта местной нагрузкой, он испытывает ограниченное боковое расширение, подобное расширению элементарного объема в грунтовой среде.

Способ осуществляют следующим образом. Подготовленный образец грунта помещают в рабочее кольцо прибора. Собранный прибор устанавливают под механизм для вертикального нагружения образца грунта, регулируют первый механизм нагружения, подключают устройства для измерения вертикальных деформаций образца и записывают начальные показания приборов. С помощью первого механизма нагружения образец грунта испытывают в режиме компрессионного уплотнения по известной методике [4] и определяют деформационные характеристики грунта.

К образцу грунта через поршень прикладывают давление q₁ и после условной стабилизации деформаций с помощью второго механизма нагружения к образцу грунта через штамп равномерно без ударов прикладывают ступенями давление, доводят его до начального значении (фиг. 1), и после условной стабилизации деформации проводят разгрузку образца ступенями до нулевого значения нагрузки. Регистрируют показания приборов, определяют значение остаточной деформации в первом цикле s_OCT,1 и переходят ко второму циклу. Описанное циклическое нагружение штампа продолжают повторять до тех пор, пока значение остаточной деформации очередного цикла S_OCT,i не станет больше предыдущего цикла S_OCT,i-1: S_OCT,i>s_OCT,i-1. При этом в каждом цикле обеспечивается ступенчатое возрастание нагрузки и разгрузку образца, повышая в каждом следующем цикле максимальное давление под штампом на заданную величину, после которого начинается разгрузка штампа с уменьшением величины нагрузки до нулевого значения (фиг. 1). По результатам циклического вдавливания и разгрузки штампа в образец грунта строят график зависимости перемещения штампа от давления под ним (фиг. 1). По значениям остаточных деформаций S_OCT,i образца грунта и соответствующих им давлений p_i при завершении каждой из циклов строят график зависимости остаточных деформаций от давления под штампом (фиг. 2), в котором момент перелома кривой соответствует окончанию фазы уплотнения и местных сдвигов и началу фазы развития интенсивных сдвигов и уплотнения с последующим выпором грунта, т.е. соответствует предельному давлению на грунт [6]. К графику кривой s_OCT,i=ƒ(p_i) (к точке перелома) проводят касательную параллельную оси давлений р. Из точки касания касательной к кривой проводят перпендикуляр к оси давлений р, точка пересечения которых принимают за предельное давление на грунт p_max,1=Р_пред,1. Затем к другому образцу близнецу грунта через поршень прикладывают давление q₂ и после условной стабилизации деформаций проводят аналогичные исследования, как и при давлении q₁ и по результатам опыта определяют предельное давление на грунт P_mах,2 - Р_пред,2. По данным моделирования, например, с помощью конечно элементного вычислительного комплекса Plaxis при заданных значениях давлений под поршнем q₁ и q₂ строятся графики предельного давления в зависимости от комбинаций значений характеристик. прочности грунта - угла внутреннего трения ϕ и удельного сцепления с и по пересечению соответствующих графиков определяются ϕ и с [3].

Применение предлагаемого способа лабораторного определения механических характеристик грунта позволит существенно повысить достоверность и точность определения прочностных характеристик грунтов угла внутреннего трения ϕ и удельного сцепления с.

Источники информации

1. ГОСТ 12248.3-2020. Грунты. Определение характеристик прочности и деформируемости методом трехосного сжатия. - М.: Стандартинформ, 2020.-33 с.

2. ГОСТ 12248.1 -2020. Грунты. Определение характеристик прочности методом одноплоскостного среза. -М.: Стандартинформ, 2020. - 20 с.

3. Патент РФ RU 2558819 С1 от 27.05.2014.

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

5. Патент РФ RU 2753244 С1 от 13.10.2020.

6. Мангушев Р.А., Карлов В.Д., Сахаров И.И. Механика грунтов. Учебник: - М.: Издательство АСВ, 2009 -264 с.

Изобретение относится к строительству, в частности к лабораторным способам определения механических характеристик грунтов. Способ лабораторного определения механических характеристик грунтов включает осевое сжатие образца грунта с помощью поршня в условиях невозможности бокового расширения с получением деформационных характеристик грунта и после завершения компрессионного сжатия - циклическое вдавливание штампа в образец с получением характеристик прочности грунта, причем нагрузка на штамп постепенно увеличивается до достижения предельного значения. Предельное значение нагрузки на штамп определяют по графику зависимости изменения остаточных деформаций от давления под штампом, построенному по результатам циклического вдавливания и разгрузки штампа, обеспечивая при этом в каждом последующем цикле одинаковое увеличение значения максимального давления на грунт под штампом, при котором начинается разгрузка. Затем ко второму образцу грунта через поршень прикладывают другое давление и после условной стабилизации деформаций проводят аналогичные исследования, как при первом давлении. По полученным результатам определяют предельное давление на грунт, по данным моделирования с помощью конечно-элементного вычислительного комплекса Plaxis при заданных значениях давлений под поршнем строят графики предельного давления в зависимости от комбинаций значений характеристик прочности грунта - угла внутреннего трения ϕ и удельного сцепления с и по пересечению соответствующих графиков определяют ϕ и с. Технический результат состоит в повышении достоверности и точности определения прочностных характеристик грунтов. 2 ил.

Способ лабораторного определения механических характеристик грунтов, включающий осевое сжатие образца грунта с помощью поршня в условиях невозможности бокового расширения с получением деформационных характеристик грунта и после завершения компрессионного сжатия - циклическое вдавливание штампа в образец с получением характеристик прочности грунта, причем нагрузка на штамп постепенно увеличивается до достижения предельного значения, отличающийся тем, что предельное значение нагрузки на штамп определяют по графику зависимости изменения остаточных деформаций от давления под штампом, построенному по результатам циклического вдавливания и разгрузки штампа, обеспечивая при этом в каждом последующем цикле одинаковое увеличение значения максимального давления на грунт под штампом, при котором начинается разгрузка, затем ко второму образцу грунта через поршень прикладывают другое давление и после условной стабилизации деформаций проводят аналогичные исследования, как при первом давлении, а по полученным результатам определяют предельное давление на грунт, по данным моделирования с помощью конечно-элементного вычислительного комплекса Plaxis при заданных значениях давлений под поршнем строят графики предельного давления в зависимости от комбинаций значений характеристик прочности грунта - угла внутреннего трения ϕ и удельного сцепления с и по пересечению соответствующих графиков определяют ϕ и с.