Прибор для исследования сопротивленияСдВигу гРуНТОВ и СыпучиХ МАТЕРиАлОВ Советский патент 1981 года по МПК E02D1/02 

(54) ПРИБОР ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ СОПРОТИВЛЕНИЯ СДВИГУ ГРУНТОВ И СЫПУЧИХ МАТЕРИАЛОВ Изобретение относится к исследованию физико-механических свойств грунтов и сыпучих материалов, а именно к исследованию сопротивления сдвигу. Известен прибор для исследования плоскостного сдвига грунтов и сыпучих материалов, включающий верхнюю и нижнюю обоймы, устройства для создания и измерения нормального и сдви гающего усилий Ш . Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является прибор, содержащий верхнюю матрицу, нижнюю матрицу, установленную на под вижную тележку, поршень, устройства для создания и измерения усилия сдвига, устройства для создания и из мерения усилия, приложенного к поршню, датчик перемещения нижней матрицы Г2Л . Устройство обладает недостаточнойточностью измерения усилия, перпенди кулярного плоскости сдвига, и принимается равным усилию, приложенному к поршню. При этом не учитывается, что усилие, перпендикулярное плоскости сдвига, меньше усилия, приложенного к поршню на величину сил трения. Цель изобретения - повышение точности исследования. Эта цель достигается тем, что прибор для исследования сопротивления грунта, содержащий верхнюю и нижнюю матрицы, причем в верхней установлен поршень, а нижняя размещена на тележке устройства, связанные с матрицами для создания и измерения нормальной и сдвигающей нагрузок, снабжен дополнительным индикатором давлений и-силоизмерителем, связанным с верхней матрицей и поршнем. Причем силоизмеритель выполнен в виде двух стержней с наклеенными на них электротензометрическими датчиками, а верхняя матрица выполнена с фланцами и винтами, которые установлены в резьбовые отверстия фланца и оперты в силоизмеритель. При этом силы трения испытуемого материала и поршня о стенки верхней ма1трицы передаются на силоизмеритель и могут быть измерены. В этом случае усилие, перпендикулярное плоскости сдвига, определяется по форгмуле

где F .- усилие, перпендикулярное

плоскости сдвига; f - усилие, приложенное к поршню;FT - СИЛЫ трения испытуемого

материала и поршня о стен: ки верхней матрицы.

Таким образом, ранее неучитываемые силы трения испытуемого материала и поршня о стенки верхней матрицы в предлагаемом приборе могут быть измерены и учтены при определении усилия, перпендикулярного плоскости сдвига. Это позволяет повысить точность исследования сопротивления сдвигу.

На фиг. 1 изображен прибор, общий вид; на фиг. 2 - нижняя матрица с тележкой, датчик для регистрации перемещения нижней матрицы, устройства для создания и измерения усилия сдвига.

Прибор работает следующим образом Прибор монтируется на опорной плите 1 и содержит нижнюю матрицу 2, установленную на тележку 3, верхнюю матрицу 4 с фланцем 5, который устан авливается на силоизмеритель 6, состоящий, например, из двух штырей с электротензометрическими датчиками Для регулирования зазора между нижней матрицей 2 и верхней матрицей 4 в резьбовые отверстия фланца 5 установлены винты 7,упирающиеся в силоизмеритель 6. Для предотвращения перекоса верхней матрицы 4 к фланцу 5 крепятся втулки 8, скользящие по направляющим стойкам 9. Исследуемый материал 10 сжимается поршнем 11 Усилие на поршень 11 создается винтом 12 и измеряется динамометром сжатия 13. Усилие сдвига создается, например, грузами 14, подвешенньми на троссе 15, проходящем через ролик 16 .г Усилие сдвига измеряется датчиком 17, который крепится к тяге 18 нижней матрицы 2. Расположение тяги 18 должно быть таким, чтобы линия действия усилия сдвига лежала в плоскости сдвига. Для регистрации перемещения нижней матрицы 2 к опорной плите 1 .крепится микрометрический индикатор часового типа 19i

Исследования сопротивления сдвигу на предлагаемом приборе проводятся в следующей последовательности.

Проверяют установку опорной плИК ты 1, которая должна быть установлена прочно и в горизонтальном положении. Горизонтальность плиты 1 проверяется с помощью уровня. Проверка производится перед каждым исследованием. Тележку 3 устанавливают так, чтобы оси нижней матрицы 2 и верхней матрицы 4 совпадали. Винты 7 выкручивгиот до тех пор, пока верхняя матрица 4 не опустится на 1 ижнюю матрицу 2, которые заполняются исследуематериалом.

Устанавливается поршень 11, диаметр 13 и вращением винта 12 создается усилие на поршень 11. Устанавливается микрометрический индикатор часового типа 19, предназначенный для регистрации перемещения матрицы 2. Соединяется датчик усилия сдвига 17 с тягой 18, трос 15 проводится в канавку ролика 16 и присоединяется к датчику усилия сдвига 17. Устанавливается зазор, между верхней матрицей 4 и нижней матрицей 2 за счет перемещения верхней матрицы 4 с фланцем 5 и втулками 8 в направляющих 9 путем одновременного вращения винтов 7 до упора с силоизмерителем 6. Путем последовательного увеличения веса грузов 14 производят сдвиг нижней матрицы 2 с тележкой 3 относительно верхней матрицы 4. Перемещение матрицы 2 регистрируют индикатором 19. Сдвиг считают наступившим, если без увеличения веса грузов 14 происходит непрерывное возрастание скорости деформации сдвига.

При сдвиге регистрируют вертикальное усилие F, приложенное к поршню 11 динамометром 13, силы трения Fj исследуемого материала 10 и поршня 11 о стенки верхней матрицы 4, которые передаются через фланец 5 и винты 7 на силоизмеритель 6 усилие сдвига .F - датчиком усилия сдвига 17. Усилие,перпендикулярное плоскости сдвига, определяется по формуле,

1 - Ъ

где F - усилие, приложенное к поршню 11; F- - силы трения исследуемого

матери с1Ла 10 и поршня 11 о стенки верхней матрицы 4j F - усилие, перпендикулярное плоскости сдвига . Среднее напряжение, нормальное к плоскости сдвига, определяется

. 4- F-1 по формуле 3 г где rf внутренний диаметр нижней и верхней

матриц. Среднее напряжение сдвига

г 4- F-1

0 определяется по формуле 6- .о- ,

тг- О

где Рд - усилие сдвига, регистрируемое датчиком 17.

После проведения серии испытаний на сдвиг строится график (t), характеризует сопротивление сдвигу исследуемого материала при различных значениях напряжения нормального к плоскости сдвига.

Использование изобретения позволяет повысить точность исследования соиротявленйя сдвигу грунтов и сыпучих материалов, что имеет первостепенное значение для практики, так как обуславливает точность ин5 женернйх расчетов по определению