Устройство для определения сопротивления грунта срезу Советский патент 1992 года по МПК E02D1/02 G01N3/24 

Изобретение относится к инженерно- геологическим исследованиям для строительства, а именно к устройствам для лабораторного исследования физико-механических свойств грунта и предназначено для испытаний образцов грунта, вырезанных из монолитов.

Известно устройство для определения сопротивления грунта срезу, содержащее станину, срезную коробку со штампом, состоящую из подвижной и неподвижной обойм для размещения образца грунта, механизм для создания срезывающего усилия и механизм для создания вертикальной нагрузки на штамп.

Недостатком данного устройства является недостаточная точность, вследствие того, что нижняя подвижная обойма находится в прижатом к станине положении, что препятствует ее свободному перемещению и, следовательно, величина срезывающего усилия существенно уменьшается, причем неопределенным образом.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является устройство для определения сопротивления грунта срезу, содержащее станину, срезную коробку для размещения образца грунта, состоящую из подвижной и неподвижной обойм, приспособление для создания вертикальной нагрузки и приспособление для создания срезающего усилия, выполненное в виде барабана с рычагом, размещенных на одной оси, груза и трЪса, соединенного с подвижСА)

О Х|

ной обоймой и барабаном, и измерительные приспособления.

Недостатком известного устройства является то, что прилагаемое к образцу среза ющее усилие не зависит от изменения в процессе опыта площади сечения образца в плоскости среза. Это изменение составляет 10-11 % и приводит к существенному снижению достоверности резупьтатов проводимого опыта.

Целью предполагаемого изобретения является повышение достоверности определения сопротивления грунта срезу путем обеспечения постоянства срезающего усилия.

Указанная цель достигается тем, что в устройстве для определения сопротивления грунта срезу, содержащем станину, срезную коробку для размещения образца грунта, состоящую из подвижной и неподвижной обойк, приспособление для создания вертикальной нагрузки и приспособление для создания срезающего усилия, выполненное в виде барабана с рычагом, размещенных на одной оси, груза и троса, соединенного с подвижной обоймой и барабаном, и измерительные приспособления, рычаг выполнен с криволинейной поверхностью, которая является геометрическим местом точек, полярные координаты которых определяют по формулам:

a R-s, .- . К s™

о

г 2жг , где RI - радиус-вектор 1-ой точки;

- полярный угол i-ой точки;

R- радиус-вектор, соответствующий начальному положению рычага (полярная ось );

Si - площадь поверхности, лежащая в плоскости среза, см2;

S - площадь поперечного сечения обойм,см ;

hi - расстояние смещения подвижной обоймы относительно неподвижной, см;

г - радиус барабана, см.

На фиг.1 изображено устройство, щий вид; на фиг 1 - схема действия срезающей нагрузки, соответствующая начальному моменту проведения опыта; не фиг.З - та же схема, соответствующая окончанию опыта.ч

Схемы фиг.2 и 3 поясняют вывод зависимости для определения полярных координат точек кривизны рычага.

Устройство включает в себя станину 1, срезную коробку в виде верхней подвижной обоймы 2 и нижней неподвижной 3, приспо.

0

собление для создания вертикальной нагрузки, состоящее из штампа 4 и передающей на штамп 4 нагрузки силовой рамки 5 с грузом 6, приспособление для создания срезающей нагрузки, состоящее из рычага 7, жестко соединенного с барабаном 8, каната 9, закрепленного одним концом на барабане 8, а другим - на верхней подвижной обойме 2, и груза 10, подвешенного на рычаге 7 посредством гибкой связи 11. закрепленной в верхней части 12, и имеющего на другом конце подвеску 13.

Поверхность рычага 7 имеет изменяющуюся кривизну, при этом криволинейная поверхность рычага 7 является геометрическим местом точек, полярные координаты которых определяют по формулам4

20

25

30

35

40

45

50

55

R,

R Si

0

360° h,

S 2 п г

где RI - радиус-вектор i-той точки1

R - радиус-вектор, соответствующий начальному положению рычага (полярная ось Р 0);

Si - площадь поверхности, лежащая в плоскости среза;

S - площадь поперечного сечения обойм;

- полярный угол i-ой точки;

hi - величина промежуточного перемещения подвижной обоймы срезной коробки по отношению к неподвижной;

г - радиус барабана.

Устройство работает следующим образом.

В соосно расположенные верхнюю 2 и нижнюю 3 обоймы срезной коробки устанавливают испытуемый образец грунта, в верхнюю подвижную обойму 2 вводят штамп 4. На штампе 4 монтируется силовая рамка 5.

Вертикальную нагрузку на образец грунта создают ступенчато путем укладывания грузов 6 ка подвеску силовой рамки 5, которая передает нагрузку на штамп 4 и соответственно на образец грунта,

Срезывающую нагрузку на образец создают также ступенчато путем укладывания грузов 10 на подвеску 13 рычага 7. При этом масса грузов создает момент на рычаге 7 и на скрепленном с ним барабане 8, который трансформируется в тяговое усилие каната 9, сопрягающего барабан 8 и подвижную обойму 2 срезной коробки.

Определенная податливость образца грунта срезывающей нагрузке приводит к перемещению подвижной обоймы, которое, в свою очередь, сопровождается поворотом на некоторый угол барабана 8 и скрепленного с ним рычага 7. При этом поворот рычага 7 (вниз), имеющего криволинейную поверхность периферийной части, удовлетворяющую вышеприведенным зависимостям в полярных координатах, приводит к сокращению плеча рычага в строгом соответствии с уменьшающейся площадью сечения образца в плоскости среза, и тем самым удель- ное давление среза сохраняется постоянным.

Таким образом, в предлагаемом техническом решении обеспечивается постоянство срезывающего давления, действующего на образец в плоскости среза независимо от изменения площади сечения последнего Формула изобретения Устройство для определения сопротивления грунта срезу, содержащее станину, срезную коробку для размещения образца грунта, состоящую из подвижной и неподвижной обойм, приспособление для создания вертикальной нагрузки и приспособление для создания срезающего усилия, выполненное в виде барабана с рычагом, груза и троса соединенного с по0

5

0

движной обоймой и барабаном, и измерительные приспособления, отличающее- с я тем, что, с целью повышения достоверности определения путем обеспечения постоянства срезающего усилия, рычаг выполнен с криволинейной поверхностью, которая является геометрическим местом точек, полярные координаты которых определяют по формулам:

Ri RSi/S;/, 360°h|/2jr r, где R, - радиус-вектор i-й точки;

R - радиус-вектор, соответствующий начальному положению рычага (полярная ось

- полярный угол 1-й точки; Si - площадь поверхности, лежащая в плоскости среза, см ;

S - площадь поперечного сечения обойм, см ,

h, - расстояние смещения подвижной обоймы относительно неподвижной, см; г - радиус барабана, см.

Использование: строительство, определение физико-механических характеристик грунта. Сущность изобретения: устройство включает станину, срезную коробку с подвижной и неподвижной обоймами. Механизм для создания вертикальной нагрузки состоит из штампа и передающей на него нагрузку силовой рамки с грузом. Механизм для создания срезающей нагрузки включает рычаг, жестко соединенный с барабаном, канат, груз. Периферийная часть рычага .имеет криволинейную поверхность, которая образована геометрическим местом точек плоскости, удовлетворяющим следующим полярным координатам: Rj R«Si/S:Д 360° hi/ In r , где RI - радиус-вектор i-той точки, R - радиус-вектор, соответствующий начальному положению рычага (полярная ось /J 0). Si - площадь поверхности, лежащая в плоскости среза: S - площадь поперечного сечения обоим,/ - полярный угол i-ой точки, hi - величина промежуточного перемещения подвижной обоймы срезной коробки по отношению к неподвижной, г - радиус барабана 3 ил. (Л

9

Фиг

//

/m, n

C-,

S

.2

/

.-3

77Z7/77/77;

77////////.

mi n

Фие.З