Способ определения динамических характеристик грунта и устройство для его осуществления Советский патент 1987 года по МПК G01N33/24 G01N3/00 

грузка, МПа; G - радиальная нагрузка МПа. Приложение осевой и радиальной динамических нагрузок, к образцу грунта производят с отставанием колебаний одной из них на половину периода колебаний другой нагрузки. Определение динa шчecкиx характеристик грунта осуществляют с помощью устройства, содержащего стабилометр с рабочей камерой 2 для размещения образца грунта 3f приспособления для статического осевого и радиального нагружений, гидроцилиндр нагружения 5 и гидропульсатор . Последний выполнен в, виде вибратора 8 с толкателем 9, коромысла 10 и пары гидроци-пиндров 11 и 12,

1

Изобретение относится к строительству и предназначено для определения динамических свойств грунтов в условиях сложного напряженного состояния при сейсмических воздействиях.

,Целью изобретения является повышение точности и уменьшение трудоемкости определения дилатансной части объемной деформации.

На фиг. 1 дана общая схема устройства J на фиг. 2 - схема стабилометра

Устройство включает стабилометр со штоком 1 и рабочей камерой 2 для образца грунта 3, закрепленньй на столе 4, гидроцилиндр 5 нагружения, установленный на корпусе стабилометра и соединенный с гидрО1Ц1линдром 6 статического осевого нагружения,гидроцилиндр 7 для статического радиального нагружения, соединенный с рабочей камерой 2 и гидропульсатор для динамического нагружения, выполненный в виде вибратора 8 с толкателем 9, шарнирно соединенным с коромыслом 10 и пары гидроцилиндров 11 и

12,закрепленных на станине 13 с помощью каретки 14, позволяющей, перемещать гидроцилиндры вдоль станины

13.Штоки гидроцилиндров 11 и 12 шарнирно соединены с концами коромысла 10, шарнирно прикрепленного к станине 13. Гидроцилиндр 5 нагру:ясения установлен на корпусе стабилометра,его шток выполнен за одно целое со штоко 1 стабилометра, а гидроцилиндры гидзакрепленных на станине 13 с помощью каретки 14. Штоки гидроцилиндров 11 и 12 и толкатель 9 шарнирно соединены с коромыслом 10, закрепленным на станине 13 шарнирно. Гидроцилиндр нагружения 5 установлен на корпусе стабилизатора, гаток 1 которого вьгпол нен за одно целое со штоком гидроцилиндра, нагружения 5. Гидроцнлиндры 12 и 11 сообщены соответственно с рабочей камерой 2 и гидроцилиндром нагружения 5, Последний сообщен с гидроцилиндром 6 для статического осевого нагружения. 2 с.п. и 1 з.п.ф-лы 2 табл., 2 ил.

р.опульсатора 1 1 и 12 трубопроводами со.общены соответственно с гидроцилиндром 5 нагружения и с рабочей камерой 2 стабилометра. В основании

образца грунта 3 и в рабочей камере 2 стабиламетра размещены датчики 15 и 16 давления, а на штоке 1 стабилометра и на штоке гидроцилиндра 7 - датчики 17 и 18 перемещений. Датчики с помощью проводов соединены с усилителями 19, соединенными с самописцем 20. Рабочая камера 2 снабжена верхним 21 и нижним 22 штампами,между которыми устанавливают образец грунта 3 в резиновой оболочке 23. Трубопроводы, соединяющие рабочую камеру 2 и гидроцилиндр нагружения 5 с гидроцилиндрами 6, 7, 11 и 12 имеют краны 24, 25, 26, 27.

Способ определения динамических характеристик грунта осуществляют следующим образом.

На образец грунта 3, размещенньш

в рабочей камере 2 стабилометра, прикладывают осевую и радиальную статические нагрузки, например, ступенями 0,01-0,1 МПа. После достижения заданного изотропного состояния, характеризуемого равенством осевой (б,) и радиальной ((5,) нагрузок между собой, начинают увеличение осевой нагрузки указанными ступенями с одновременным уменьшением в два раза меньшими ступенями радиальной нагрузки, достигая

тем самьш сохранения значения сред31

него напряжения С постоянным, при условии G (G,+2G j)/3. Довейя напряженное состояние образца грунта до заданного, на него прикладывают осевую и радиальную динамические на- грузки заданной амплитуды порядка 0,05-0,2 МПа, и частоты порядка 5 - 10 Гц, изменяющиеся по гармоническому закону, с отставанием колебаний одной из них на половину периода ко- лебаний другой нагрузки, добиваясь тем самым сохранения значения среднего напряжения о, постоянным при условии Сд (G,+2б)/3. Осуществляют заданное количество циклов дина- мического нагружения (10-50 в зависимости от силы землетрясения), после чего динамическую нагрузку снимают. Затем доводят образец грунта до разрушения, увеличивая ступенями осевую статическую нагрузку, одновременно уменьшая ступенями радиальную нагрузку, сохраняя тем самым значение

G постоянным, о

В процессе эксперимента фиксиру- ют величины осевых и радиальных напряжений и деформаций и определяют объемную деформацию образца грунта, происшедшую при динамическом воздей, (-.Дип ,

ствии (л Су. ), которая составляет дилатансную часть объемной деформации при динамическом воздействии.

из соотношения

АНН

рАин . .(гА-

Д - объемная деформах я об-

разца грунтаi - часть объемной деформации образца грунта за счет равномерного, всестороннего обжатия на- грузкой GP (0, +2G j)/3;

часть объемной деформации образца Грунта за счет переупаковки частиц (дилатансная часть).

Устройство для определения динамических характеристик грунта работает следующим, образом.

Образец грунта в резиновой оболочке 23 устанавливают в рабочей камере 2 стабилометра между нижним 22 и L верхним 21 штампами. Камеру стабило- сообщают с гидроцилиндрами 7 , открывая краны 24 и 25 и через кран 25 заполняют их рабочей жид- кортью, например водой. Гидроцилиндр 5 нагружения сообщают с гидроцилинд94

рами 6 и 11, открывая краны 26 и 27, и через кран 26 также заполняют их рабочей жидкостью. Датчики 15-18 с помощью проводов подключают к усилителям 19 и к самописцу 20. На самописце фиксируют нулевые показания датчиков и в дальнейшем, в процессе всего эксперимента, ведут автоматическую запись задаваемых напряжений и деформаций образца грунта. Приложение осевой и радиальной статических нагрузок осуществляют путем нагружения гидроцилиндров 6 и 7 соответственно с помощью гирь. Для приложения к образцу грунта динамической нагрузки включают гидропульсатор. При перемещении толкателя 9 вибратора 8 вверх левое плечо коромысла 10 нагружает гидроцилиндр 11, при этом увеличивается осевая динамическая нагрузка, одновременно правое плечо коромь1сла разгружает гидроцилиндр 12 и уменьшает радиальную динамическую нагрузку на образец. При перемещении толкателя вниз происходит обратное действие, т.е. осевая динамическая нагрузка уменьшается, а радиальная увеличивается. Таким образом производят необходимое количество циклов нагружения.

Пример 1, Исследуют песчаный грунт среднезернистый, средней плот-, ности, в воздушно-сухом состоянии,

- 0,67 - коэффициент пористости, удельный вес J 1,70 г/см , влажность W 0,1%. Результаты измерений приведены в табл. 1.

). 0,33+0,01 0,34%,

Дилатансная часть объемной деформации 0,34%,

Пример 2. Исследуют песчаный грунт, среднезернистый, средней плотности, коэффициент пористости 0,61, удельный вес у 1,9 т/м, частота колебаний 40 Гц, амплитуда изменения напряжений 0,2 кг/см, продолжительность динамического воздействия 1 ч. Результаты измерений приведены в табл. 2.

1

(.). 0,27%-0,17% 0,10%,

5 . 13

Дилатансная часть объемной деформации 0,10%.

Изобретение позволяет повысить точность и снизить трудоемкость при изучении дилатансных свойств грунтов, существенно влияющих на их поведение при динамических воздействиях и учитывать эти свойства при анализе сейсмостойкости грунтовых оснований и сооружений.

Формула изобретения

1. Способ определения динамических характеристик грунта, включающий обжатие образца грунта в стабиломет- ре путем приложения осевой и радиальной статических нагрузок равными ступенями до заданной величины, приложение ступенчатой увеличивающейся осевой статической нагрузки до заданного напряженного состояния, приложение изменяющихся по гармоническому закону осевой и радиальной динамических нагрузок, заданной амп.питуды чаС тоты и количества циклов с измерением осевой и радиальной деформаций, доведение образца грунта до разрушения путем приложения осевой статической нагрузки и определение дила- тансной части объемной деформации при динамическом воздействии, о т- личающийся тем, что, с целью повышения точности и уменьшения трудоемкости определения дила- тагнсной части объемной деформации, приложение ступенчато увеличивающейся осевой статической нагрузки до заданного напряженного состояния производят с одновременным уменьшением радиальной нагрузки, а приложение осевой и радиальной динамических нагрузок производят с отставанием колебаний одной из них на половину периода колебаний другой нагрузки, при

,„

5 О

5 20- 35 4045

25

этом приложение осевой статической нагрузки при одновременном уменьшении радиальной нагрузки и приложение динамических нагрузок производят при сохранении среднего напряжения образца грунта G постоянным с вьшол- нением условия

0 (С5,+2б,)/3,

где G, - осевая нагрузка, МПа;

Gj - радиальная нагрузка, МПа.

2.Устройство для определения динамических характеристик грунта, включающее стабилометр со штоком и рабочей камерой для размещения образца грунта, приспособления для статического осевого и радиального на- гружения, гидропульсатор для динамического нагружения, закрепленный на станине, соединенный с ним гидроцилиндр нагружения и измерительные приспособления, отличающееся тем, что гидропульсатор выполнен в виде вибратора с толкателем, коромысла и-пары гидроцилиндров, закрепленных на станине с возможностью горизонтального перемещения, причем штоки гидроцилиндров и толкатель вибратора шарнирно соединены с коромыслом, закрепленным шарнирно на станине, гидроцилиндр нагружения установлен

на корпусе стабилометра, а шток последнего выполнен за одно целое со штоком гидроцилиндра нагружения, при этом гидроцилиндры гидропульсатора сообщены соответственно с гидроцилиндром нагружения и рабочей камерой стабилометра.

3,Устройство по п. 2, о т л и - чающееся тем, что приспособление для статического осевого нагружения выполнено в виде гидроцилиндра, сообщенного с гидроцилиндром нагружения.

Таблица 1

/

/7

Фиг. 2

ВНИИПИ Заказ 2856/39 Тираж 776 Подписное Произв-полигр. пр-тие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Изобретение относится к области строительства и предназначено для определения динамических свойств грунтов в условиях npocTpaHCTBeliHoro напряженного состояния. Целью изобретения является повышение точности и, уменьшение трудоемкости определения дилатансной части объемной деформации грунта при динамическом воздействии. Динамические характеристики грунта определяют при статическом и динамическом нагружениях образца грунта с сохранением среднего напряжения (б), с постоянного при выполнении условия (Jo (&,+2G ,)/3, где G , - осевая на(Л 00 1C to NU СО