Способ исследования уплотнения грунтов и устройство для его осуществления Советский патент 1989 года по МПК G01N3/08 G01N33/24 

Изобретение относите к строитель- тву, к исследованию физико-механи- еских свойств грунтов и предназначе- ю для определения плотности грунта t лабораторных условиях.

Цель изобретения - повьшение эф- оективности исследований за счет моделирования и учета сжатия подстилающего слоя и его влияния на уплотне- jffie верхнего слоя грунтовой насыпи.

На. чертеже дана схема устройства ,р;ля осуществления предлагаемого способа.

Устройство содержит виброштамп 1 (например, электромагнитный), ци- рнндрический стакан 2 для образца 3 грунта, закрепленньй на корпусе гидравлической подушки 4., и нижний штам 5, жестко соединенньш штоками с порш нем б г 1дравлнческой подушки 4, имеющей дроссель 7. Поршень 6 соединен со штоком поршня 8 разрядной камеры 9. Гидравлическая подушка 4 и камера 9 соединены с внешними гидросисте майи. Устройство снабжено блоком вы- сглсого напряжения. содержап1им высоковольтный выпрямитель 10, подключенньш к внешней цепи, переменный конденсатор 11, переключатель 12 и многоканапьньй усилитель 13.

Иа штампе 5 установлена мессдоза 14, подключенная через усилитель 13 к переключателю 2 и осциллографу 18. В разрядной камере 9 размещены электроды 15, подсоединенные к переменному конденсатору 11. Устройство также содержит датчик 16 перемещения (например, индуктивный), нижнего штампа 5 и датчик 17 осадка (например индуктивный) образца грунта. Датчики 16 и 17 подключены через усилитель 13 к осциллографу 18. Движок переменного конденсатора 11 имеет механическую гибкую связь 19 со штоком поршня 6 гидравлической подушки 4, , которая установлена на пружинные демферы 20 с резонансной частотой 150 - 200 Гц.

Способ осуществляют следующим образом.

В цилиндрический стакан 2 засыпают грунт и уплотняют его путем приложения ударных импульсов через виброштамп 1. В процессе уплотнения образец грунта перемещают по направлению движения фронта прямой волны ударного иютульса в момент ее подхода к нижней части образца, который определяют по увеличению давления на его нижнем торце, которое измеряют с помощью мессдозы 14. Величину перемещения образца грунта ( Л) задают по формуле

О)

среднее контактное давление в уплотняемом образце грунта при действии вибрационгде

f

ной нагрузки: С (0,9 - 1,0)GP, МПа; предел прочности грунта, МПа;

h - высота уплотняемого слоя насыпи в полевых условиях принимается в зависимости от характеристик виброуп- лотняющих машин, м; п - количество ударных импуль сов за время испытаний; модуль деформации грунта, МПа (G p и ЕО, определяют известными методами). Уплотнение ведут до стабилизации осадки образца 3 грунта в цилиндрическом стакане 2. Плотность грунта после стабилизации осадки является максимальной для данного уровня величины ударного импульса (контактного давления), частоты и количеств импульсов. В завершающей стадии уплотнения, когда осадка и перемещение образца грунта стабилизируются, начинают происходить колебания всего устройства на пружинных демпферах 20, резонансная частота которых подбирается равной резонансной частоте грунтов.

Пример. Величина смещения образца грунта рассчитьшается слёдунгщим образом. Производят уплотнение песка виброкатком средней мощности, например SVAW-8. Частота импульсов f 25 Гц; О 0,2 МПа; ,7м ЕЛ 10 МПа. Общее количество ходок катка по одному месту 8; скорость катка 0,6 м/с; длина уплотняемой зоны под вальцом катка 0,6 м.

Общее количество импульсов составляет

8 0,6

о:б

25 200

0

5

0

где

}максимальной плотности грунта. Тогда величина смещения равна

-5

А

Ол2.

м.

200. 10 ° 7 ° ° Устройство работает следующим образом.

Виброштамп 1 передает вертикальные колебания образцу 3 грунта и уплотняет его в стакане 2. В момент подхода фронта прямой волны от внешнего ударного импульса к нижней части образца грунта мессдозы 14 преобразуется давление на фронте прямой волны в злектрический сигнал, который поступает в усилитель 13 и после усиления и преобразования его формы используется для управления работой переключателя 12. Конденсатор 11 в обычном состоянии заряжен при помощи высоковольтного выпрямителя 10. При замыкании контактов переключателя 12 знергия конденсатора 11 передается

через злектроды 15 жидкости (техническая вода) в камере 9. Происходит злектрический пробой жидкости, сопровождающийся совпадением ударной волны, действующей в камере 10-20мкс,

0 Под действием силы ударной волны поршень 8 опускается вниз и вытесняет из корпуса гидравлической подушки 4 поршнем 6 жидкость через дроссель 7. Одновременно с перемещением поршня

5 6 происходит перемещение штампа 5 с образцом 3 грунта. Осадка образца 3 грунта относительно корпуса гидравлической подушки 4 преобразуется, соответственно, в электрический сиг0 нал в датчиках 17 и 16, выходы которых через многоканальный усилитель 13 подключены к осциллографу 18, ко- TOpfrM в процессе испытания регистрирует показатели давления, перемеще5 ния и осадки во времени. Результаты измерения используют при определении плотности грунта по известным формулам.

Q Величина перемещения штампа 5 с образцом 3 грунта относительно корпуса гидравлической подушки 4 при одном электрическом разряде в камере 9 регулируется объемом порции жидкости,

g выбрасываемой через дроссель 7. Объем порции жидкости определяется дгш- лением внутри гидравлической подушки 4 и величиной сечения -проходного канала дросселя и назначается в зависи

мости от величины перемещения образца грунта при действии одиночного и1-шульса, которз та задают по формуле

(1).

Так как модуль деформации Е в процессе уплотнения песчаньЕХ грунтов увеличивается, то для учета этого эффекта в лабораторных испытаниях используется механическая гибкая связь 19 между датчиком 16 и движком переменного конденсатора 1. При перемещении штампа 5 относительно корпуса гидравлической подушки 4 механическая связь 19 воздействует на движок переменного конденсатора 11, снижая его электрическую емкость и величину запасенной энергии. Снижение энергии электрического разряда в камере 9 приводиг к уьзеньшению дополнительного давления на поршень 6 при электроразряде в камере 9. Так как давление жидкости в гидрав-пической подушке 4 с каждым ударом снижается, то порции выбрасываемой через дроссель 7 жидкости с каждг м разом становятся все меньше при определенном давлении задаваемом параметрами дросселя. Использование такой обратной механической связи позволяет изменять величину модуляции деформации Eg, практически по любому закону изменения Е,, в полевых условиях.

Применение способа и устройства позволяет смоделировать и -учесть при уплотнении образца грунта сжатие по -р стилающего слоя насыпи или основания и влияние этого сжатия на процесс уплотнения верхнего слоя пасьши, что дает г возможность .опредешить требуемое количество ударных импульсов для достижения нормируемой плотности в лабораторных условиях и использоват эти данные для назначения вида грун тоуплотняющей техники, толщины слоя и количества проходов машин при уплотнении зг рунта в полевых условиях.

изо

р е т е. н и я

1. Способ исследования уплотнения грунтов, включающий засыпку грунта в цилиндрический стакан; приложение к нему вибрационной нагрузки оп ;еделеннь М количеством ударных импульсов, веэвешивакие уплотненного грунта и определение плотности по ф .;п,аулам., о т л и ч ю щ и и с я

тем, что, с целью повышения эффективности исследований за счет моделирования и учета сжатия подстилающего слоя и его влияния на уплотнение верхнего слоя грунтовой насыпи, до- . полнительно измеряют давление на нижнем торце образца, а при цриложении вибрациЬнной нагрузки образец грунта перемещают по направлению движения фронта прямой волны ударного импульса в момент ее подхода у. .нижней части образца, который определяют по мо- гменту увелигчення давления на его нижнем торце, при-STOM образец грунта уплотняют до стабилизации осадки грунта, а величину перемешения при действии каждого ударного импульса (i) определяют по формуле

5

Д Л

G,.

0

55

2п Eg

перемещение образца грунта, по наг фавлению движения . фронта прямой волны, м; среднее контактное давление в уплотгяемом образце грунта при действии вибрационной нагру-кк:; о. (0,9 - 1,0) б р (G p - предел прочности грунта, Miia) ; В., -модуль деформации грунта,

3 Ша;

п - количество ударных импульсов во время испытани; ; h высота уплотняемого слоя насыпи в полевых условиях, принимаемая в зависимости от характеристи-к виброуплот- няющих машин, м

2, Устройство для исследования уплотнения грунтов, включающее цилиндрический стакан для размеш.ения rpyi-iTa, виброштамп с пригрузом, и датчики для измерения осадки грунта и частоты вибрации, подсоединенные к осциллографу, отличающееся тем, что, с целью повышения эффективности исследования путем моделирования и учета сжатия подст1-ша- ющего слоя и его влияния на уплотнение верхнего слоя грунтовой насыпи, устро-йство снабжено гидравлической подупжой, выполненной в виде корпуса с крьш1кой и размещеннььм в нехч поршнем со штоками, проходящими через отверстия в крышке, дросселемi соединенным с полостью гидравлической подушки., разрядной канер й с электродами

.

и поршнем, мессдозой и блоком высо- кого напряжения, а цилиндрический стакан снабжен нижним подвижным штампом с датчиком его перемещения и установлен на крышке гидравлической по душки, поршень которой соединен посредством штоков с подвижным нижним штампом цилиндрического стакана и поршнем разрядной камеры, при этом блок высокого напряжения выполнен в виде высоковольтного выпрямителя, подключенного к внешней цепи, переменного конденсатора и переключателя подсоединенного к усилителю, причем

8

электроды разрядной камеры подсоединены к переменному конденсатору, а мессдоза, установленная на нижнем штампе, через усилитель - к переключателю и осциллографу.

3.Устройство по п.2, о т л и - чающееся тем, что переменный конденсатор механически связан с одним из штоков гидравлической подушки.

4.Устройство по п.2, о т л и - чающееся тем, что корпус гидравлической, подушки установлен на пружинные демпферы.

Изобретение относится к исследованию физико -механических свойств. грунтов и может использоваться при лабораторных определениях их плотнос- ти.Цель изобретения - повьшение эффективности исследования за счет моделирования и учета сжатия подстилающего слоя и его влияния на уплотнение верхнего слоя грунтовой насыпи. Для этого при вибрационном уплотнении образца грунта определенным количеством ударных импульсов (п) осуществляют его перемещение по направлению достижения фронта прямой волны ударного нмпуль§ (Л