Способ определения деформационных характеристик грунтов Советский патент 1992 года по МПК E02D1/00 

Изобретение относится к полевым методам оценки деформационных характеристик грунтов и может быть использовано в различных отраслях народного хозяйства, связанных с эксплуатацией транспортных средств.

Известен способ определения твердости почвы, реализованный в приборе, по которому перемещают шарнирный четырех- звенник с копирующим катком по исследуемой поверхности почвы, при этом деформатор в виде вертикального ножа производит срез поверхностного слоя почвы. Посредством тензометрической стойки, закрепленной на четырехзвеннике, измеряют сопротивление срезу слоя почвы, по величине которого судят о твердости почвы. Задание уровня поверхностного слоя, подвергаемого исследованию, осуществляется положением защитного ножа перед дефор- матором, а глубина этого слоя - величиной деформатора относительно ножа 1. В основном этот способ твердости грунта применяется в сельском хозяйстве для получения исходных данных при расчете мощности машин и прочности агрегатов для обработки почвы, но его нельзя использовать для измерения подобных характеристик без повреждения поверхностного слоя Кроме того, оценка твердости грунта в каждой точке будет зависеть от положения деформатора и защитного ножа относительно поверхности, а также- от скорости движения при измерении, что существенно снижает точность.

О CJ

ел о

00

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ определения деформационных характеристик слабых грунтов, включающий приложение нагрузки к штампу в виде гусеничной ленты, измерение величины деформации грунта и расчет деформационных характеристик, при этом величина упругой деформации грунта определяется путем измерения величины обратного прогиба гусеничной ленты в середине пролета между опорными катками, причем величину натяжения гусеничной ленты в процессе измерения поддерживают постоянной 2.

В указанном способе величина упругой деформации грунта является средневзвешенной характеристикой, определяемой шириной траков, пролетом между катками, натяжением ленты, неравномерностью прочности покрытия и т. д., т.е. способ дает оптимальную информацию для эксплуатации гусеничных средств на слабых грунтах, но совершенно не пригоден для исследования упругой деформации покрытий средней и высокой твердости, т.к. в этом случае величина обратного прогиба гусеничной ленты будет очень мала и не будет отражать реальную картину деформации в виду неравномерности прочности на измеряемой площадке (например, оба катка находятся в точках с более высокой твердостью, чем лента), а следовательно, будет низка и точность измерения.

Целью изобретения является повышние точности при определении характеристик грунтов высокой твердости.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе, включающем перемещение нагруженного штампа по поверхности грунта, определение величины деформации грунта и расчет деформационных характеристик, приложение нагрузки осуществляют к штампу в виде колеса, которое предварительно устанавливают на раме последовательно за двухколесной тележкой в одной плоскости с ее колесами и закрепляют их и штамп-колесо на равном расстоянии друг от друга. Перемещение штамп-колеса осуществляют вместе с тележкой на расстояние, равное расстоянию между колесами. При этом измеряют угол наклона тележки к горизонту, до п после перемещения, и угол между рамой тележки и рамой крепления штампа-колеса после перемещения. Величину деформации грунта определяют по формуле

Ah b-tg(o:2-ai -/3), где Ь- расстояние между колесами, м;

«1, «2 угол наклона рамы тележки к горизонту, соответственно, до и после ее перемещения на расстояние в, град;

ft- угол между рамой тележки и рамой

штампа-колеса, после перемещения штампа-колеса на расстояние в, град.

Использование штампа в виде колеса позволяет определять упругую деформацию грунта на значительно меньшей площади

поверхности (почти в точке, т.к. площадь контакта зависит от профиля колеса), чем обеспечивается более высокая избирательность при измерении, .а определение величины деформации в измеряемой точке при

недеформированной и деформированной поверхности, осуществляемое по предлагаемому способу, позволило повысить точность измерения.

Отличительные признаки предлагаемого способа определения деформации грунта, обеспечивающие достижение цели, в других технических решениях не найдены, поэтому предлагаемое техническое решение обладает существенными отличиями,

На фиг. 1 изображена схема устройства для реализации предлагаемого способа определения деформации грунта, где;

1- колесо;

2- рама двухколесной тележки; 3 - штамп-колесо;

4- рама крепления штампа-колеса к тележке;

5- гировертикаль;

6- датчик угла; 7 - датчик пути

Определение упругой деформации осуществляется устройством (см. фиг. 1), содержащим два последовательно установленных колеса - 1, соединенных рамой - 2,

за ними последовательно, в одной плоскости, установлено штамп-колесо - 3, соединенное со вторым колесом - 1 рамой - 4.

На раме - 2 установлена гировертикаль - 5, а на оси второго колеса - 1 - высокоточный датчик угла - 6 и датчик пути - 7.

„ Изменение упругой деформации грунта производится следующим образом. При заданном удельном давлении штампа-колеса - 3 на грунт, тележка прокатывается по измеряемой поверхности со скоростью 3-5 км/час, при этом, в момент времени Ti (сигнал от датчика пути - 7), рама - 2 занимает пространственное положение относительно горизонта под углом ом, измеряемым

гировертикалью - 5 (на фиг. 1 это положение рамы - 2 показано пунктиром). В момент времени Та - при перемещении тележки на расстояние в, равное базе между колесами, по сигналу от датчика пути - 7 фиксируется новое угловое положение рамы - 2 - угол а.г и угол / между рамой - 2 и рамой - 4, измеряемый датчиком угла - 6. Далее полученные величины углов а. , GZ и / можно записать на магнитную ленту и на ЭВМ для последующей обработки и определить деформацию грунта по формуле

A h b tg (аг - «i -/),

либо, если необходимо оперативно определять характеристики прочности, то можно создать электронный блок преобразования этих величин по вышеуказанной зависимости. Необходимо, чтобы развертка колеса - 1 (длина окружности) была равна или кратна базе между колесами в, а датчики углов были высокой точности - для этой цели более всего подходят в качестве гировертикали - ЦГВ -4 а датчика угла - высокоточный сельсин-датчик, имеющий погрешность измерения ±10 угловых секунд, Если, например, база тележки b 0,5 м, то диаметр колеса - 1 при этом равен 318 мм. Диаметр штампа-колеса также равен 318 мм, но воз- можен другой, однако, тогда необходимо ввести поправку в формулу при расчете деформации, Погрешность измерения угла ЦГВ-4 составляет 2,5, тогда при выбранных геометрических размерах погреш- ность определения упругой деформации составит 0,4 мм. Для повышения точности необходимо применять в качестве гировертикали приборы с более высокой разрешающей способностью, например, лазерный гироскоп.

Предлагаемый способ определения упругой деформации грунта, по сравнению с

,.

прототипом, позволяет производить изме рения деформации грунта в условиях, близких к реальным. При этом имитируется воздействие колеса транспортного средства, к тому же существенно повышается избирательность.

,.

5 10

1520253035

40

45

Кроме того, предлагаемый способ дает возможность измерить деформацию грунтов высокой твердости, например, грунтовые аэродромы, за счет повышения точности, поскольку измерения в каждой точке осуществляются при недеформированной и деформированной поверхности. Вышеуказанные качества позволяют значительно расширить диапазон применения предложенного способа измерения деформации в различнй5Гбтраслях народного хозяйства.

Формула изобретения Способ определения деформационных характеристик грунтов, включающий перемещение нагруженного штампа по поверхности грунта, определение величины деформации грунта и расчет деформационных характеристик, отличающийся тем, что, с целью повышения точности при определении характеристик грунтов высокой твердости, приложение нагрузки осуществляют к штампу в виде колеса, которое пред- варительно устанавливают на раме последовательно за двухколесной тележкой в одной плоскости с ее колесами и закрепляют их и штамп-колесо на равном расстоянии друг от друга, а перемещение штампа-колеса осуществляют вместе с тележкой на расстояние, равное расстоянию между колесами, при этом измеряют угол наклона тележки к горизонту до и после перемещения и угол между рамой тележки и рамой крепления штампа-колеса после перемещения, а величину деформации Дп грунта определяют по формуле

Ah b 19(0:2 -«1 -Д). где b - расстояние между колесами, м;

он , xi - угол наклона рамы тележки к горизонту соответственно до и после ее перемещения на расстояние в, град;

ft - угол между рамой тележки и рамой крепления штампа-колеса после перемещения штампа-колеса на расстояние в, град.

Использование: в различных отраслях народного хозяйства, связанных с эксплуатацией транспортных средств для оценки деформационных характеристик грунтов. Сущность: в способе приложение нагрузки осуществляется к штампу в виде колеса, установленного на раме последовательно за двухколесной тележкой и в. одной плоскости с колесами тележки. Закрепляют колеса на равном базовом расстоянии друг от друга. Измеряют начальное угловое положение рамы тележки. После этого перемещают тележку на расстояние, равное базе между колесами, и повторно измеряют угловое положение рамы тележки, а также угол между рамой тележки и рамой крепления штампа- колеса. Величину деформации грунта определяют по формуле: Ah tr tg(«2-ai-/S), где b базовое расстояние между колесами, а - начальное угловое положение рамы тележки, «2 - угловое положение рамы тележки после ее перемещения на расстояние, Ь, / - угол между рамой тележки и рамой крепления штампа-колеса. 1 ил, fe