Способ контроля состояния водонасыщенного грунта при динамическом воздействии и устройство для его осуществления Советский патент 1991 года по МПК G01N33/24 

Изобретение относится к контролю за состоянием грунтов и может быть использовано для определения устойчивости грунтов к разжижению при динамическом воздействии (сейсмическом, техногенном, вибрационном или импульсном), в условиях, близких к их естественному залеганию.

Цель изобретения - повышение точности контроля в условиях, близких к естественному залеганию.

На фиг.1 изображена схема устройства; на фиг.2 - график зависимости сопротивления грунта погружению конуса (Р) во времени (t) при динамическом воздействии,

Устройство содержит стакан 1 для грунта 2, размещенный на вибростоле 3, штамп 4 с центральным отверстием для размещения металлического конуса 5, соединенного тонкой металлической нитью 6 с площадкой 7 для груза 8. Штамп 4 соединен с пневматическим нагрузочным приспособлением, состоящим из корпуса 9, поршня 10, установленного на штампе4,резиновой мембраны 11 и источника давления.

Последний содержит компрессор 12, соединенный с полостью корпуса 9 через буферную емкость 13с вентилями 14 и 15.

Перемещение конуса 5 фиксируют регистрирующим прибором - самописцем 16с диаграммной лентой 17 и контактами 18 и 19 конечных выключателей в цепи управления работой пера самописца 16. Контакт 18 размыкается приспособлением 20 при падении конуса 5, а контакт 19 замыкается грузом 8 при достижении конуса 5 дна стакана 1.

Отверстие в дне стакана 1, через которое пропущена нить 6, герметизировано прокладкой 21.

Сьемная рама 22 фиксирует корпус 9 нагрузочного приспособления в стакане 1. Для сброса давления в пневматической системе служит вентиль 23, а для его измерения - манометр 24.

Способ осуществляют следующим образом.

Водонасыщенный грунт 2 в стакане 1 размещают на вибростоле 3, устанавливают

на поверхности грунта штамп 4, связанный с нагрузочным приспособлением конус 5, соединенный нитью 6 с площадкой 7 для грузов 8,

Нагружают грунт 2 статическим давлением, по величине равным природному, на глубине естественного залегания грунта, после стабилизации давления производят вдавливание конуса 5 в грунт путем установки грузов 8 на площадку 7. Погружение конуса 5 продолжается до некоторой глубины, когда скорость его погружения равна нулю, а сопротивление грунта погружению конуса соответствует определенному значению (состояние предельного равновесия).

Затем грунт подвергают динамическому воздействию,в результате чего он теряет прочность и разжижается, вследствие чего происходит резкое уменьшение сопротивления грунта погружению конуса 5, который

падает на дно стакана.

Момент падения конуса 5 регистрируют посредством размыкания и замыкания контактов 18 и 19 конечных выключателей в цепи управления работой самописца 16.

Момент разжижения грунта определяют по резкому уменьшению сопротивления погружению конуса по сравнению с величиной его предельного равновесия.

Зависимость между резким уменьшением сопротивления погружению конуса с одной стороны и разжижением грунта с другой получена экспериментальным путем. На фиг.2 приведен график, характеризующий момент разжижения грунта при динамическом воздействии (в данном случае частота колебаний f 8 Гц, амплитуда а 6 мм и нагрузка а 0,15 кг/см ). Как видно из фиг.2 разжижение грунта соответствует моменту времени Atp 2,5 с после приложения вибрационного воздействия, а сопротивление погружению конуса уменьшается в 50 раз.

Устройство для реализации способа работает следующим образом.

Стакан 1 размещают на вибростоле 3, заполняют его водонасыщенным грунтом 2 и устанавливают на его поверхности перфорированный штамп А, в центральное отверстие которого помещают конус 5, соединенный тонкой металлической нитью 6 с площадкой 7 для установки грузов 8.

Штамп 4 нагружают статической нагрузкой при помощи пневматического нагрузочного способления. Для этого компрессору 12 при закрытом вентиле 11 и открытом вентиле 15 создают давление сжатого воздуха в буферной емкости 13, которое фиксируют по манометру 24. Затем закрывают вентиль 15, соединяющий компрессор 12с буферной емкостью 13,и откры- вают вентиль 14, передавая давление через мембрану 11 на поршень 10, который давит на штамп 4. Погружение конуса 5 в грунт 2 осуществляют установкой грузов 8 на площадку 7. После остановки конуса 5 (при достижении состояния предельного равновесия) на грунт воздействуют динамической нагрузкой, включая вибратор (не показан).

Разжиженный под действием динамической нагрузки грунт теряет прочность и под действием груза 8 резко падает на дно стакана 1,в момент падения конуса 5 при помощи приспособления 20 размыкаются контакты 18 первого конечного выключателя в цепи управления работой пера само- писца 16. На диаграммной ленте 17 видно резкое скачкообразное изменение линии записи, соответствующее моменту разжижения грунта (Д tp).

Когда конус 5 упадет на дно стакана 1, груз 8 замыкает контакты 19 второго конечного выключателя в цепи управления работой пера самописца 16. Линия записи при этом скачкообразно вернется в положение записи до момента разжижения грунта, по- еле чего вентилем 23 сбрасывают давление в пневмосистеме, и опыт закончен.

Использование изобретения позволяет получить данные, необходимые для оценки устойчивости грунтов к разжижению при ди-

намическом воздействии в условиях, близких к их естественному залеганию.

Формула изобретения 1. Способ контроля состояния водо- насыщенного грунта при динамическом воздействии, включающий размещение образца грунта в стакане на вибростоле, насыщение его водой, динамическое воздействие на образец и определение момента разжижения грунта, отличающийся тем, что, с целью повышения точности контроля в условиях, близких к естественному залеганию, после насыщения грунта водой его нагружают статическим давлением, по величине равным природному, на глубине естественного залегания грунта и производят вдавливание конуса в грунт до состояния предельного равновесия с измерением сопротивления грунта погружению конуса, после чего осуществляют динамическое воздействие на грунт, а момент его разжижения определяют по резкому уменьшению сопротивления погружению конуса по сравнению с величиной предельного равновесия.

2. Устройство для контроля состояния водонасыщенного грунта при динамическом воздействии, включающее стакан для размещения водонасыщенного грунта, установленный на вибростоле, и приспособление для регистрации момента разжижения грунта, отличающееся тем, что, с целью повышения точности контроля в условиях, близких к естественному залеганию, оно снабжено штампом с центральным отверстием и связанным с ним пневматическим нагрузочным приспособлением, а приспособление для регистрации момента разжижения грунта выполнено в виде ме- таллическбго конуса, вершина которого соединена посредством тонкой металлической нити с грузом, и регистрирующего прибора с концевыми выключателями в цепи управления, причем конус размещен в центральном отверстии штампа, а связывающая его с грузом нить пропущена через отверстие в днище стакана с возможностью взаимодействия груза с контактами концевых выключателей.

Изобретение относится к контролю за состоянием грунтов, в частности к опреде - лению их устойчивости к разжижению при динамическом воздействии. Цель изобретения - повышение точности контроля в условиях, близких к естественному залеганию. В способе, заключающемся в воздействии на