Устройство для исследования разупрочнения пластичных грунтов при вибрации Советский патент 1992 года по МПК E02D1/02 

Изобретение относится к устройствам для исследования механических свойств материалов, в частности, к устройствам для определения пластической прочности (или сцепления) грунтов в условиях вибрации и может быть использовано в различных отраслях науки и техники, например, для прогнозирования поведения пластичных грунтов в сейсмоактивных областях при возможных землетрясениях, в основаниях машин и механизмов, передающих на них динамические нагрузки; АЭС , насосы , турбины, пневмомолоты, поезда и т.п.

Известно устройство для определения пластической прочности в статических условиях, содержащее конический или шаровой индентор, шток-держатель конуса с направляющей, систему нагружения и определения величины перемещения конуса

относительно образца грунта, установленного на столе.

Недостатком устройства является то, что оно приспособлено для определения пластической прочности (или сцепления) только в условиях статического положения образца или при его равномерном подъеме.

Наиболее близким к заявленному является устройство для исследования разуп- оочнения пластичных грунтов при вибрации содержащее корпус в виде стоек и поперечной балки, кольцо для образца грунта, индентор с направляющим штоком, вибростол, нагрузочное и измерительное приспособление.

Недостатком устройства является то, что в нем при исследовании грунтов не учтена зависимость глубин погружения инден- тора от скорости и длительности колебаний

Ј

-ий

оо о

,01

Цель изобретения - повышение точности исследования за счет исключения влияния амплитуды колебаний на величину нагрузки на индентор.

Достигается цель тем, что нагрузочное приспособление выполнено в виде пружины и упорного болта, при этом, пружина размещена на направляющем штоке между индентором и упорным болтом, установленным с возможностью перемещения в попе- речной балке корпуса, а стойки корпуса жестко связаны с вибростолом.

На чертеже представлено устройство, общий вид.

Устройство содержит корпус в виде сто- ек 1 и поперечные балки 2, кольцо 3 для образца грунта, индентор 4 с направляющим штоком 5, нагрузочное приспособление в виде пружины 6 и упорного болта 7. Стойки 1 корпуса жестко связаны с вибро- столом 8. Упорный болт имеет резьбу 9 и проходит через резьбовое отверстие в поперечной балке 2, которое выполнено со смещением от центра балки, что дает возможность на одном образце определить прочность грунта несколько раз - за счет проворачивания образца после каждого определения. Поперечная балка на концах имеет отверстия 10, через которые свободно проходят стойки 1. Поперечная балка 2 с помощью гаек 11 крепится к стойкам. К упорной площадке 12 конуса через шарикоподшипник 13 прижата пружиной нижняя часть подставки 14 для измерения глубины погружения конуса.

Подставка состоит из двух частей, позволяющих с помощью винта 15 регулировать его высоту и фиксировать заданное положение.

На подставку для определения глубины погружения конуса упирается подвижная часть индикатора деформации часового типа 16, укрепленного на поперечной балке с помощью отверстия и винта 17. Упорный болт фиксируют в определенном положении с помощью гайки 18 и контргайки 19.

Устройство работает следующим образом.

Кольцо 3 с образцом грунта крепят к вибростолу 8, к которому также жестко за- креплено устройство. С помощью упорного болта конус подводят к поверхности грунта. Индикатор часового типа устанавливают на подставку для измерения деформаций и выводят на ноль. С помощью упорного болта сжимают пружину 6, причем, шарикоподшипник 13 позволяет легко проворачиваться пружине относительно конуса.

Усилие на конус определяют исходя из жесткости пружины по разнице между вели-

чиной передвижения упорного болта, контролируемого, например, с помощью подсчета целых оборотов и градусов проворачивания болта и по шагу резьбы, и глубиной поружения конуса в грунт, определяемого по индикатору деформаций. После погружения конуса на желаемую глубину, определяемого исследователем, сжатие пружины прекращают и его положение фиксируют с помощью гайки 18 и контргайки 19. После записи отсчетов глубины погружения конуса и величины сжатия пружины, индикатор деформации снова выводят на ноль - для создания запаса измерения больших деформаций. Включают вибратор и, после определенного программой исследований времени, выключают. По индикатору деформации определяют глубину погружения конуса во время вибрации, Если произошло дополнительное погружение конуса во время вибрации, то эту величину перемещения учитывают при расчете величины усилия, передаваемого на конус, так как с погружением конуса в грунт будет происходит расслабление пружины и следовательно, уменьшение силы давления на конус.

Порядок расчета пластической прочности грунта в статическом состоянии и в условиях вибрации будет следующим.

При величине перемещения упорного болта hi и глубине погружения конуса в грунт ha, пластическую прочность грунта в статическом состоянии определяют по формуле:

K C(hi-h2)/h22; где С - жесткость пружины, К - коэффициент, зависящий от угла заострения конуса и равный единице для конуса с углом в 30°.

Если после вибрации произошло дополнительное погружение конуса в грунт на величину пз, то пластическую прочность в условиях вибрации определяют по формуле:

PmD K C(hi-h2-h3)/(h2 + h3)2.

Для слабых грунтов, для повышения точности определения и расчета Рт можно учесть влияние инерционных масс конуса, подшипника и подставки для измерения деформации ти:

Рт° - К C(hi-h2-h3) + тид(1+ a /g)/(h2+h3)2;

здесь а. и q - ускорение колебания и ускорение свободного падения.

Степень изменения прочности (Ки) определяют по формуле: Ки PmC/PmD, а коэффициент разупрочнения Кр PmD/PmC Формула изобретения Устройство для исследования разупрочнения пластичных грунтов при вибрации

содержащее корпус в виде стоек и поперечной балки, кольцо для образца грунта, ин- дектор с направляющим штоком, вибростол, нагрузочное и измерительные приспособления, отличающееся тем, что, с целью повышения точности исследования за счет исключения влияния амплитуды колебаний на величину нагрузки на

индентор, нагрузочное приспособление выполнено в виде пружины и упорного болта, при этом пружина размещена на направляющем штоке между индентором и упорным болтом, установленным с возможностью пе ремещения в поперечной балке корпуса, а стойки корпуса жестко связаны с вибростолом.

Использование: исследование механических свойств материалов, определение пластической прочности грунтов в условиях вибрации, прогнозирование поведения пластичных грунтов в сейсмоактивных областях при возможных землетрясениях, в основаниях машин и механизмов, передающих на них динамические нагрузки: АЭС, насосы, турбины, пневмомолоты, поезда. Сущность изобретения: устройство выполнено в виде стоек, жестко связанных с вибростолом, и поперечной балки Устройство содержит кольцо для образца. Нагрузочное приспособление выполнено в виде пружины и упорного болта. Пружина размещена на направляющем штоке между индентором и упорным болтом. 1 ил (Л