Устройство для моделирования напряженно-деформированного состояния насыпных сооружений и оснований Советский патент 1982 года по МПК E02D1/02 G01N33/24 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ НАПРЯЖЕННОДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ НАСЫННЫХ СООРУЖЕНИЙ И ОСНОВАНИЙ

Изобретение относится к строительству в частности к устройствам моделирования напряженно-деформированного состояния и исследования работы земляного полотна автомобильных дорог и его основания, и может быть использовано при инженерностроительных изысканиях.

Известно устройство для моделирования напряженно-деформированного состояния сооружений и оснований методом фотоупругости, содержащее модель исследуемого сооружения, блок моделирования собственного веса сооружения в виде центрифуги и блок фиксации деформаций в виде оптически чувствительного материала, покрывающего модель, и аппаратуры для исследования деформаций 1.

Недостатками этого устройства являются громоздкость дорогостоящего оборудования, сложность нанесения покрытия из оптически чувствительного материала на модель, сложность подбора подобных материалов для модели и необходимость в высококвалифицированных специалистах для исследования и обработки результатов моделирования.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемо.му является устройство для моделирования напряженно-деформированного состояния насыпных сооружений и оснований, включающее блок моделей.элементов структуры грунта, связанный с блоком фиксации деформаций 2.

Недостатком известного устройства является низкая точность измерений.

Цель изобретения - повыщение точности исследований.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для моделирования напряжен15 но-деформированного состояния грунтов, включающем блок моделей-элементов структуры грунта, связанный с блоком фиксации деформаций, каждый элемент структуры грунта выполнен в виде шара, а блок фиксации деформаций - в виде пружины,

20 охватывающей цилиндр с перемещающимся в нем подпружиненным щтоком с делениями, причем каждый элемент щарнирно связан с соседними элементами посредством блока фиксации.

На фиг. 1 - изображена модель исследуемого грунтового массива; на фиг. 2 - взаимосвязь сменных грузов модели.

Устройство состоит из рамы 1 с двумя прозрачными стенками из оргстекла, сменных грузов 2 шаровой формы. Грузы при помощи шарниров 3 соединены с фиксирующим устройством, выполненным в виде цилиндра 4 и перемещающегося в нем щтока 5 с делениями, подпружиненного пружиной 6 малой жесткости. Шток с цилиндром раз.мещены внутри сменной пружины 7, закрепленной на соединенных с шаровыми поверхностями грузов конца.ми штока и цилиндра.

Устройство работает следующим образом.

Для моделирования грунтового основания размеры модели, количество грузов 2, их масса и жесткость пружин 7 подбираются в соответствии с теорией подобия. Установленная в раме 1 с прозрачными стенка.ми в вертикальное положение модель деформируется под собственным весом щаровых грузов. Пружины 7 в зависимости от условий их работы сжимаются или растягиваются, а величина деформации пружин фиксируется по делениям на штоке 5. Люфт штока исключается пружиной 6. Для определения величины возникающих напряжений пружины 7 вместе со щтоком 5 и цилиндром 4 предварительно тарируются.

На модель основания в зависимости от условий прикладывается распределенная или сосредоточенная нагрузка Р. Деформации (напряжения) основания от нагрузки Р определяются также, как и от собственного веса. При необходимости моделировать ограниченные условия боковой деформации основания модель собирается вплотную к торцевы.м стенкам рамы.

В случае моделирования слоистого основания модель делится на слои, например, по линии I-I. При этом масса грузов 2 и жесткость пружин 7 в каждом слое подбирается в соответствии с моделируемыми условиями.

Устройство позволяет .моделировать основание, армированное, например, синтетическими материалами. Для этого достаточно соответственно изменить жесткость пружин 7 по линии I - I.

Моделирование откоса земляного полотна может осуществляться, например, по линии Н - II (или иной конфигурации). Все остальные условия моделирования, например слоистость, армирование откоса и др., выполняются так же, как и при моделировании основания. Для моделирования всей насыпи внешние блоки по линии II-II не монтируются с двух сторон модели. Подобным же образом может быть смоделирована выемка в земляном полотне автомобильной дороги. При этом за счет изменения жесткости пружин 7 и массы грузов 2 в нижней части модели можно моделировать как прочное, так и слабое основание насыпи или выемки. Появление остаточных деформаций в пружинах 7 моделирует процесс разрушения. Следовательно, предлагае.мое устройство позволяет моделировать однородное основание различной прочности с распределенной или сосредоточенной нагрузкой; слабое основание, армированное, например, синтетическими

материалами; слоистое О нование; однородный откос с основанием различной прочности; армированный откос; насыпь или выемку автомобильной дороги с основанием различной прочности. При этом модель фиксирует как сжимающие, так и растягивающие напряжения, а изменение формы отдельных блоков показывает возникновение касательных напряжений. При правильном подборе жесткости пружин 7 и массы грузов 2 моделируется и процесс

разрушения.

Размеры предлагаемого устройства значительно меньше по сравнению с известным. Таким образом, путем .монтажа и демонтажа отдельных блоков модели осуществляется моделирование напряженно-деформированного состояния различных насыпных сооружений и оснований, что значительно упрощает устройство для .моделирования по сравнению с известными, поскольку не требует сложного подбора моделирующих материалов и нанесение на них слоя фотоактивного материала. Определение величины деформаций и напряжений производится непосредственно по шкалам делений на модели или по тарировочным графикам и не требует специального оборудования и сложной расшифровки результатов.

Формула изобретения

Устройство для моделирования напряженно-деформированного состояния насыпных сооружений и оснований, включающее блок моделей-элементов структуры грунта, связанный с блоком фиксации деформаций;

отличающееся тем, что, с целью повышения точности исследований, каждый элемент структуры грунта выполнен в виде шара, а блок фиксации деформаций - в виде пружины, охватывающей цилиндр с перемещаюшимся в нем подпружиненным штоком с делениями, причем каждый элемент шарнирно связан с соседними эле.ментами посредством блока фиксации.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

2.Авторское свидетельство СССР № 561135, кл. G 01 N 33/24, 1974.