Устройство для испытания грунтов на сдвиг в массиве Советский патент 1983 года по МПК E02D1/00 

1

г/ Изобретение касается исследования грун тов способом вращательного среза в условиях их естественного залегания при инженерно-геологических изысканиях в строительстве. Известно устройство для испытания грунтов в массиве, включающее щтангу с винтовой лопастью на конце, сдвигомер и упорное приспособление 1. Недостатком его является то, что в процессе погружения винтовой лопасти в исследуемый объем грунта имеет место нарущение естественной структуры грунта, в результате чего снижается достоверность получаемой информации о его свойствах. Кроме того, такое устройство не обеспечивает одновременного определения нормальных напряжений, возникающих при сдвиге грунта. Наиболее близким к предлагаемому является устройство для испытания грунтов на сдвиг в массиве, включающее шатнгу с винтовой лопастью на конце, сдвигомер и упорное приспособление 2. Недостатком этого устройства также является низкая достоверность получаемой информации о свойствах грунта, вследствие того, что при погружении в грунт винтолопастного зонда происходит смятие и нарущение естественной структуры грунта. Кроме того, невозможно одновременно определять нормальные и касательные напряжения, возникающие при погружении в грунт винтовой лопасти. Цель изобретения - повышение достоверности и увеличение объема получаемой информации. Это достигается тем, что устройство для испытания грунтов на сдвиг в массиве, включающее щтангу с винтовой лопастью на конце, сдвигомер и упорное приспособление, снабжено винтовым домкратом, жестко связанным со щтангой, причем щаг винта домкрата равен щагу винтовой лопасти, и динамометром, закрепленным на упорном приспособлении и опирающимся на торец штанги. На фиг. 1 изображено предлагаемое устройство, общий вид; на фиг. 2 - винтолопастной зсшд; на фиг. 3 - развертка боковой цилиндрической поверхности среза грун та с эпюрами нормальных напряжений; на фиг. 4 - график зависимости нормальных напряжений в грунте от угла поворота зонда; на фиг. 5 - график зависимости моментов вращения от этого угла. Устройство состоит из винтовой лопасти 1, составной щтанги 2, сдвигомера 3, динамометра 4, винтового домкрата 5 и упорного приспособления 6, которое включает станину 7с укрепленными на ней стойками 8. На стойках .8 смонтирована с возможностью перемещения по ним каретка 9 с динамометром 4, закрепленная на уровне щтанги 2 болтами 10. Станина 7 закреплена анкерными сваями 11, на ней жестко укреплен домкрат 5, связанный со щтангой 2 зажимным приспособлением 12. Шаг винта домкрата 5 равен шагу винтовой лопасти 1. Устройство работает следующим образом. Штангу 2 вместе с винтовой лопастью 1 погружают на исследуемую глубину правым вращением домкрата 5. Перед началом испытаний домкрат 5 отключают от штанги 2, а к ее верхнему концу подводят каретку 9 с динамометром 4 и жестко закрепляют ее со стойками 8 болтами 10. В процессе испытания грунта на сдвиг в массиве щтангу 2 с винтовой лопастью 1 левым вращением медленно поворачивают сдвигомером 3. При этом конец штанги 2 передает давление на динамометр 4, закрепленный на упорном приспособлении 6. При вращении винтовой лопасти 1 происходит срез грунта по боковой поверхности и основаниям цилиндра. При этом по поверхности среза возникают поля нормальных напряжений, обусловленные вытеснением частиц грунта в сторону массива, что приводит к образованию полости выще винтовой лопасти. Из-за наличия полости нормальные напряжения 6 по поверхностям среза выше винтовой лопасти распределены неравномерно, при равномерном их распределении в нижней части. На фиг. 3 пунктирной линией показано первоначальное положение винтовой лопасти, сплошной - ее последующее положение (после перемещения слева - направо); а между этими положениями образуется полость А. Нормальные напряжения 6 фиксируют с помощью динамометра 4. Одновременно фиксируют момент усилия вращения с помощью сдвигомера 3. Нагрузки на грунт при вращении штанги передают ступенями через 0,25-0,5 кг/см и выдерживают до их стабилизации. По результатам замеров строят графики зависимости нормальных напряжений 6 и моментов MO вращения от угла cf поворота зонда (фиг. 4 и 5). В начальный период на стадии упругих деформаций грунта в основании интовой лопасти зависимость между нормальными напряжениями 6 и углом о1 поворота зонда является линейной (ветвь Оа графика (o()). Последующее увеличение напряжений приводит к появлению пластических деформаций грунта в массиве, и эта зависимость становится нелинейной (ветвь аЬ графика 6 f(ol)). Рост напряжений в грунте в основании винтовой лопасти ограничивается максимальным значением сопротивления его сдвигу по поверхностям среза выше винтовой лопасти (точка Ь графика 6 Цл))- Дальнейшее вращение зонда приводит к спаду напряжений. Изменение нормальных напряжений 6 ведет к изменению касательных напряжений, которые связаны с моментом усилий вращения. Начальный момент MO вращения характеризует трение штанги 2 о грунт. . Из-за неравномерного распределения нормальных 6 и касательных t напряжений, по поверхности среза выще винтовой лопасти при расчете удельного сопротивления сдвигу грунта учитывают лишь поверхность среза в основании винтовой лопасти. Общий момент М вращения (момент трения штанги о грунт не учитывают) расчитывают как сумму момента Mj сил реакции, возникающих по поверхностям среза ниже винтовой лопасти, и момента М этих сил, возникающих по поверхностям среза выше винтовой лопасти М MI -f MS, (кгс-см). Расчет момента Мг ведут по нормальному давлению грунта на лопасть, направленному по касательным к линиям вращения его частиц. Равнодействующая реактивных сил, обусловленная этим давлением равна Q 6-S, где 6 - среднее нормальное давление грунта в основании винтовой лопасти, кгс/см ; S - площадь радиального сечения сферы вращения, описываемой винтовой лопастью, см. Среднее нормальное давление грунта , где Р - вертикальная нагрузка, фиксируемая динамометром, кгс; f площадь горизонтальной проекции винтовой лопасти, см2. Площадь радиального сечения сферы вращения, описываемой винтовой лопастью, равна S(R -r)-t где R - радиус лопасти, см; г радиус щтанги, см; .-шаг винтовой поверхности лопасти, см. Исходя из распределений напреяжений в радиусе сферы вращения винтовой лопасти, плечо равнодействующих сил равно 2/3 R, откуда М2 -6-R-(R -r)-t (кгс-см). Момент MI вычисляют по формуле М, 1/2-W--с(кгс-см), где W - общий момент сопротивления поверхностей среза ниже винтовой лопасти, см. Расчетное значение удельного сопротивления сдвигу грунта равно T: Mi (кгс/см2). На основании полученных даннных cтpoяt график зависимости t f( 6 ), по которому определяют угол внутреннего трения грунта и его сцепление. При использовании предлагаемого устройства возможно определение прочностных характеристик грунтов рыхлых осадочных отложений (кроме крупнообломочных).

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ ГРУНТОВ НА СДВИГЪ МАССИВЕ, включающее штангу с винтовой лопастью на конце, сдвигомер и упорное приспособление, отличающееся тем, что, с целью повышения достоверности и увеличения объема получаемой информации, оно снабжено винтовым домкратом, жестко связанным со штангой, причем шаг винта домкрата равен шагу винтовой лопасти, и динамометром, закрепленным на упорном приспособлении и опирающимся на торец щтанги. г (Л со О 01 4 -Я

Фиг.г

Фиг.5

О

Й/г.4

Фчг.5