Способ определения модуля деформациигРуНТА и уСТРОйСТВО для ЕгО ОСущЕСТВлЕНия Советский патент 1981 года по МПК E02D1/02 

Изобретение относится к строительству, в частности к устройствам для изучения напряженно-деформированного состояния грунта с целью оценки его несущей способности при инженерно-гео логических изысканиях. Известен способ полевого определения модуля деформации прессиометрами скваженного уипа, заключающийся в npo буривании скважины, погружении в нее зонда прессиометра, обжатии стенок скважины эластичйой оболочкой зонда, создании ступеней давления на стенки скважины, измерении их стабилизированных радиальных перемещений, вычислении величины модуля деформации ЕВД Недостатком известного способа вычисления модуля деформации Е является необходимость предварительного пробуривани - сквс1жины и ее обсадки для устойчивости стенок в слабых грунтах, пробуривание скважины ведет как правило, к нарушению природного сложения и влажности грунта, а следовательно, и его естественного напряженно-деформированного состояния. Перерыв во времени между окончанием бурения и началом испытания грунтов определяется устойчивостью стенок скважины. Обжатие стенок скважины идет неравномерно и объясняется неровностями поверхности скважины в устойчивых грунтах, повышенной текучестью слабых грунтов и анизот зопией самого грунта. Известен прессиометр скважинного типа, состоящий из зонда, выполненного в виде цилиндрической эластичной оболочки, устройства для создания давления в камере зонда, устройства для измерения радиальных перемещений оболочки камеры, причем длина камеры зонда должна быть не менее четырех ее внешних диаметров. Однако надежность эластичных оболочек невелика, точность измерения снижается за счет неравномерного обжатия скважины эластичной оболочкой, имеющей, как правило, неодинаковый модуль растяжения -эластичного элемента поего площади. Устройство для замера деформации и роздания давления сложно в конструкции и громоздко. Наиболее близким к предлагаемому является способ исследования физикомеханических свойств грунта, заключающийся в задавливании прессиометра, нагружении штампов прессиометра возрастающими ступенями удельных нагрузок до условной стабилизации деформации грунта, замере деформации и определении модуля деформации. Наиболее близким техническим решением для реализации способа являет ся устройство для исследования физик механических свойств грунта, включаю шее корпус с лопастями, имеющими , углубления, в которых размещены вьщвижные штампы, связанные с нагрузочным и измерительным приспособлениям fz},, Недостаток способа определения мо дуля деформации грунтов состоит в том, что прессиометрические испытани продолжительны во времени, а определение значения модуля деформации по расчетной формуле требует учета авиз тропии деформируемого грунта в горизонтсшьном и вертикальном направлени значения козффициентов принимаются с недостаточной точностью. Недостаток задавливаемых прессиометров заключается в том, что выдвиж ные штампы должны быть достаточно жесткими для достижения определенной картины напряженного состояния грунта под штампом, поддающийся точному математическому описанию. Однако кар тина напряженно-деформированного состояния грунта под штампом еще недостаточно изучена-, а описание этой картины недостаточно точно и требует множество условностей. .Цель изобретения - точное определение модуля деформации грунта по глубине массива. Поставленная цель достигается тем, что согласно способу исследования физико-механических свойств грун та, заключающемуся в задавливании прессиометра, нагружении. штаиипов прессиометра возрастающими ступенями удельных нагрузок до условной стабилизации деформации грунта, замере деформации и определении модуля деформации, нагружение грунта осуществ ляют через упругий эталонный элемент с постоянным модулем деформации,а определение модуля деформации производят по формуле Е- ,ia мпа; где hi- деформация упругого элемента при заданной ступени удельно нагрузки, стабилизированная осадка грунта под штампом, модуль деформации упругого элемента. В устройстве для реализации спосо ба корпус с лопастями,имеющими углуб ления , в которых размещены выдвижные штампы, связанные с нагрузочным и из мерительным приспособлением, последнее выполнено в виде штанги, пропущенной через корпус, на которой с возможностью поворота относительно лопастей и вертикальной, оси корпуса монтированы ввдвижные штампы, оснащенные эталонными упругими элементами. На фиг. 1 и 2 изображен задавливаемый прессиометр, внешний вид; на фиг. 3 - сечение А-А на фиг.2, Способ определения модуля деформации Е грунта заключается в следующем . Перед проведением прессиометрических испытаний проводят тарировку штампов, состоящих из полного корпуса 1, упругого элемента 2 толщиной Н и опорной пластины 3, для чего штамп накладывают опорной пластиной 3 на жесткую плиту и производят деформирование упругого элемента 2 ступенями удельной нагрузки р, после чего по известной методике расчитывается модуль деформации упругого элемента где дН - относительная деформация упругого элемента 2. Далее оттарированный прессиометр погружают в грунт ,на проектную отметку путем задавливания специальной установкой. Штампы прессиометра погружают их торцовой стороной так, что их плоскости строго параллельны вертикальной оси прессиометра. После погружения штампы прессиометра нагружают возрастающими ступенями нагрузок Т и удельная уплотняющая нагрузка р передается площадью штампа на грунт через упругий элемент 2 и опорную пластину 3. При этом в начальной стадии приложения нагрузки ( ) деформация упругого элемента и грунта под штампом растет (фиг. 1) и при стабилизации деформации () достигает соответственной величины hsH-L и S (фиг. 2). Модуль деформации грунта Е- определяется на каждой ступени удельной нагрузки на грунт р-в момент стабилизации его деформации S, форму ле где Eg- известный модуль деформации, упругого элемента, МПа; h.- деформация упругого элемента при заданной ступени удельной нагрузки р, взятая по графику тарировки упругого элемента р - f () , мм S- стабилизированная осадка грунта под штампом при заданной ступени удельной нагрузки P.J , мм. Способ определения модуля деформации грунта реализуется конкретным устройсо вом (фиг. 1, 2), представляющим собой задавливаемый прессиометр, состоящий из крыльчатого корпуса 1 с заостренным наконечником,поворотных штампов 2 с упругими элементами 3 и опорными пластинами 4, выполненными из пружинной листовой стали для равномерной передачи сжимающей нагрузки на грунт. Поворотные штампы 2 жестко связаны с внутренней штангой 5 посредством стяжек 6, образующих свободное пространство с обсадной трубой 7, охватывающей внутреннюю штангу 5 и жестко связанной с корпусом 1. Свободное пространство совпадает с прорезями в крыльях корпуса 1 для предотвращения защемления грунта между штампом 2 и соседним крылом корпуса при деформации грунта Задавливаемый прессиометр работае следующим образом. С помощью Надавливающей установки прессиометр -погружают через обсад ную трубу 7 на проектную отметку гру тового массива, при этом штампы 2 плотно прилегают ккрыльям корпуса 1 Затем, путем поворота внутренней штанги 5 заданными ступенями крутящего момента М- производят поворот штампов 2 относительно крыльей корпу са 1 на угол V до стабилизации деформации грунта, при этом грунт деформируется в пространстве между штампом 2 и соседним крылом корпуса 1, а передача нагрузки на-грунт осуществляется опорными пластинами 4 через упругие элементы 3. По окончании опытов вычисляется модуль деформации каждого изученного слоя грунто вого массива в заданном интервале удельных сжимающих нагрузок р, формуле где eg и h-- известные характеристики упругого эталонного элемента;S - замеренные стабилизирова ные осадки грунта под штампом при соответствую щих нагрузках. Изобретение позволяет точно и доступными методами определять модуль деформации грунта Е; по всей глубине массива. Предлагаемая формула расчета модуля деформации вполне конкретна и не требует определения лабораторным путем многих трудноопределяемых характеристик грунта, в результате .чего стоимость и продолжительность инженерно-геологических изыска ний снижают ся на 30-40%. Для расчета модуля деформации необязательно построение графика s (р) и отыскан1|е предела пропорциональности. Конструк ция предлагаемого задавливаемого прессиометра проста в изготовлении, надежна в эксплуатации, а наличие штампов с тарированными упругими элементами позволяет в полевых условиях определять модуль деформации по глубине изучаемоТо массива. Точность измерения возрастает за счет возможности увеличения площащи штампов и их количества и следовательно, площади контакта с грунтом. Формула изобретения 1. Способ определения физико-механических свойств грунта, заключающийся в задавливании прессиометра, нагружении штампов прессиометра возрастающими ступенями удельных нагрузок до условной стабилизации деформации грунта, замере деформации и определении модуля деформации, о т л и чающийся тем, что, с целью повышения точности определений, нагружение грунта осуществляют через упругий эталонный элемент с постоянным модулем деформации, а определение модуля деформации производят по формуле где h - деформация упругого элемента при заданной ступени удельной иагрузки, . S - стабилизированная осадка грунта под штампом; Е , - известный модуль деформации упругого элемента. 2. Устройство, включающее корпус с лопастями, имеющими углубления, в которых размещены выдвижные , связанные с нагрузочным и измерительным приспособлением, отлич.ающ е е с я тем, что нагрузочное приспособление выполнеио в виде штанги, пропущенной через корпус, на которой с возможностью поворота относительно лопастей и вертикальной оси корпуса монтированы выдвижные штампы, оснащенные эталонными упругими элементами. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Грунты. Метод определения модуля деформации прессиометра. ГОСТ 20276-74, M.J.1975. 2.Авторское свидетельство СССР 624426, кл. G 01 N 33/24, 1976.

У.