Способ испытания грунтов и устройство для его осуществления Советский патент 1982 года по МПК E02D1/02 

Изобретение относится к строи.тельству, в частности к технике для исследования физико-механических свойств пород, и может быть использовано в грунтоведении и инженерной геологии.

Известен способ испытания грунтов на прочность в условиях трехосного сжатия, включающий помещение образца грунта в эластичную, влагонепроницаемую оболочку, размещение егов нагрузочном устройстве высокого давления, раздельного приложения нагрузки по боковой поверхности и с торцов образца, измерение параметров перемещения грунта, построение графика нагрузка-деформация И определение прочностных параметров из соотношения главных напряжений нескольких испытаний по формуле 1 .

Этот способ испытания позволяет определять параметры прочности CQ и Чо в условиях равенства промежуточного главного напряжения минимальному главному напряжению ( Сэ 6j ) при параметре Надаи-Лоде 6 -бэ/61-63 -1. Однако эти параметры не обладают высокой точностью в. связи с тем,что в координатах t -бпвозле оси касательных напряжений прочностные параметры определяют экстраполяцией, так как невозмо хно на этом участке получить участок огибающ кругов Мора экспериментальным путем.

Известен прибор для осуществления испытаний методом трехосного сжатия, включающий нагрузочное устройство высокого давления с гидрав10лической системой и подводящими каналами , эластичную,влагонепроницаемую оболочку с образцом грунта, измерительные приспособления и силовые устройства с возможностью раз15дельного приложения давления на боковую и торцовую поверхности образца 2. .

Однако этот прибор не позволяет создавать в образце одновременно

20 сжимающие и растягивающие напряжения ,необхоот1лые для получения точных значений параметров прочности.

Наиболее близким техническим решением кпредлагаемому является

25 способ испытания грунтов на прочность в сложном напряженном состоянии сжатия-растяжения, включающий приложение сжимающе-растягивающей нагрузки по боковой поверхности 30 обраэда грунта с переменной площадью

по длине, измерение параметров перемещения образца грунта, построение графика нагрузка-деформация и определение прочностных параметров из соотношения главных напряжений по формуле З.

Этот способ испытания позволяет получить точные значения параметров пррчности грунтов, но в условияхравенства промежуточного главного напряжения наибольшеглу главному напряжению ( 0,, 6 ),-т,е. при ju.( +1,

провести испытания в условиях й б при ( -1 и получить точные значения параметров прочности С и при этом виде напряженного состояния он не дает возможности.

.Известен прибор для осуществления испытаний методом сжатия-растяжения, включающий корпус, нагру39ЧНЫЙ механизм с камерами, трубопроводами и эластичными рубашками, измерительные приспособления.

Прибор не позволяет создавать в образце напряженное состояние, при котором промежуточное главное напряженйе равно наименьшему главному напряжению ( d ) и получить точные параметры прочности при виде на/тряженного состояния /А - 1.

Целью изобретения является повьшение точности определения прочностных параметров в сложном напряженном состоянии кругового сжатия-растяжения.

Поставленная цель достигается тем, что в способе испытания грунтов, включающем приложение сжимающе-растягивающей нагрузки по боковой поверхности образца грунта с переменной пйоцадью по длине, измерение параметт ров перемещения образца грунта, построение графика нагрузка-деформация и определение прочностных параметров из соотношения главных напряжений по формуле, образец грунта изготовляют с выемками по оси одинаковой глубины с противоположных торцов, устанавливают его соосно между двух упорных держателей и приложение нагрузки производят одновременно с двух сторон по оси образца в пределах противоположных выемок, а прочностные параметры определяют по формуле

1/ (Hlii-1),

где б и (э, - параметры главных напряжений, Н - высота образца, h - высота образца между

дном выемок.

Поставленная цель достигается тем что в устройстве для испытания грунтов, включащем корпус, нагрузочный механизм с камерами, трубопроводами и эластичными рубашками, измерительные .приспособления,нагрузочный механизм состоит из двух упорных элементов с платформами, соединенными между собой крепежными стойками, причем на внутренних торцах упорных элементов закреплены эластичные рубашки

Способ Осуществляется следующим образом.

Образец грунта.(фиг.1 и 2) нагружают гидростатическим давлением Р одновременно с двух сторон на одинаковую глубину в пределах выемок ВСДЕ и . Рабочей частью образца, воспринимающей сложное напряженное состояние кругового сжатия-растяжения, является область С00-, С-,. Давление Р в пределах областей образца CD и С-1 D-, создает наибольшее главное напряжение б . Воспринимаемые боковыми частями выемок СВ; ED и С-, , давление Р создает кругов растягивающие напряжения в пределах рабочих зон образца и 00. Таким образом, круговые зоны EFF.E и являются вспомогательными и служат для передачи сжимающих усилий в пределах зон ED; ВС и , зоны 00/,и СС, преобразу-, ясь в этих зонах в растягивающие напряжения.

Созданные растягивающие радиальны напряжения бр по боковым поверхностям DD и СС одновременно являются минимальными главными напряжениями, равными промежуточному главному напряжению ( бр. - 6j 2

Таким образом, в рабочей части образца CDD-,Cv, получают одновременно сжимающие( растягивающие напряжения (- и строят в координа.тах t-6f, (фиг. 2) круг Мора(а ), котрый находится одновременно в области сжимающих и растягивающих напряжений Испытывая образцы с различными значениями h - .толщины образца между дном выемок, получают круги Мора, сдвинутые или в область растягивающих напржений (в д), если значение h 0,5Н, или в область сжимающих (г б) если, значение h 0,5Н. Проводя огибающую полученных экспериментально кругов Мора, находят точные значения парамеров прочности Ср и tf. Минимальное количество испытаний равно двум.

Величина главного напряжения ji равна гидростатическому давлению Р ( (у Р). Величину минимального и промежуточного главных напряжений (р ) находят из

соотношения l/(H/h- 1 ) .Параметры прочности Со и 4(j определяю исходя из полученных экспериментально главных напряжений б-j и б.б / по известным формулам 2 It

Прибор (фиг.3 ) состоит из нагружющего устройства., включающего два упорных элемента: верхний 1 и нижний 2 с эластичными, влагонепроницаемыми рубашками 3. Рубашки в форме усеченного конуса крепят к корпусу упорных элементов при помощи прижимных колец 4 и затяжных гаек 5. Корпу упорных элементов закреплен при помо щи стопорных колец 6 к верхней 7 и нижней 8 платформам, установленным на ножках 9. Платформы 7 и С скрепле ны стойками 10. Оба упорных элемента соединены с цилиндром давления 11 при помощи гидросистемы. Всю гидравл ческую систему заполняют жидкостью. Между двумя упорныг1и элементами поме щают образец грунта 12 с выемками по оси одинаковой глубины с торцов, который соприкасается с камерами 13 и 14. Перед испытанием на среднюю часть образца одевают поясок 15, который одним концом закреплен на стойке 16, а в другой его конец упирается индикатор часового типа 17, закрепленный при помощи держателя 18 на одной из репежных стоек 10 прибора. МаноkeTp 19 закреплен на трубопроводе гидравлической системы. работает следующим образом В результате включения в работу поршня в цилиндре 11 жидкость заполняет камеры 13 и 14. Эластичные, вла гонепроницаемые рубашки принимают форму выемок до момента полного сопр косновения с грунтом/ что отмечают по показаниям манометра 19. Постепенно повышают давление в камерах при помощи цилиндра давления одновременно отмечая показания манометра и индикатора деформаций часово го типа, и доводят образец грунта до разрушения. Отмечают максимальное гидростатическое давление ,кг/см и максимальную деформацию образца в момент разрушения. По окончанию испытаний оболочки приводят в начальное положение обрат ными движением поршня в ци 1индре давления 11, снимают испытанный обра зец и устанавливают между упорными элементами следующий образец. Пример 1. Берут образцы глинистого грунта.с упруго-структурными связями и с влажностью .W 20% и испытывают методом кругового сжатия-растяжения и для сравнения методом трехосного сжатия. Метод кругового сжатия-растяжения. При размерах образцов H/h-, 1 152 получают (э-, 1,16 кг/см ; 6 -0,60. При размерах образцов H/h2 2,0 получают „ 5-1 кг/см ; й 0,8 кг/см Из известных формул Г2 получают Со 0,83 кг/см ; So 16°3б . Метод трехосного сжатия. При 63 0,2 кг/см получают d 2,25 кг/см. При 2 3 § кг/см получают эх, 2,45 кг/см . Из известных формул 11 получают .Со 0,95 кг/см, Чо 2044 . V П р и м е р 2. Берут образцы глинистого грунта с упругкпл связями и с влажностью W 16% и испытывают методом кругового сжатия-растяженяя и для сравнения методом трехосного сжатия. Метод кругового сзкатия- растяжения . При размерах образцов H/h 1,52 получают (э-) 0,6 кг/см ; bj - 0,3 кг/см 2. При размерах образцов H/h-j 2,0 получают 6-1 0,40 кг/см, 6j - 0,40 кг/см. Из известных формул 2 получают Со О,43 кг/см2; Чо 19°30 . Методом трехосного сжатия. При &2 (i i 0,1 кг/см получают ., 1,45 кг/см. При 2 бз, 0,38 кг/см получают б-, 1,90 кг/см. Из известных формул 11 получают Со 0,52 кг/см ; Чо 11°49 . В зависимости от типа испытуемого грунта уточнение по параметрам прочности составляет 5-80%. Результаты испытаний приведены в таблице.

Технико-экономические расчеты показывают, что за счет более точного определения параметров прочности Со и 0 удешевлении в связи с

этим проектно-изыскательских работ и экономии стройматериалов при строительстве только по Госстрою РСФСР годовой экономический эфф.ект составляет от внедрения предложенного способа и прибора для его осуществления 100 -200 тыс. руб. с 10-ти приборов I Способ испытания и прибор для его осуществления позволяют создать в образце сложное напряженное состояние кругового сжатия-растяжения с любой комбинацией сжимающих и расжимающих напряжений, при котором проме жуточное главное напряжение равно наименьшему главному напряжению, получить экспериментально по резуль татам испытаний участок огибающей кругов Мора возле оси касательных напряжений и определить точньте знач ния параметров прочности С р и . Способ испытания и прибор для ег осуществления могут найти широкое применение при определении параметров прочности связных груйтов по образцам в практике строительных, изыскательских лабораг.орий, в грунт ведении инженерной геологии. Повышение точности определения параметров прочности позволяет снизить допуск при проектировании фундаментов сооружений и удешевить строительство. Формула изобретения 1. Способ испытания грунтов, вкл чающий приложение сжимающе-растягив ющей нагрузки по боковой поверхност образа грунта с переменной площадью по длине, измерение параметров пере мещения образца грунта, построение графика нагрузка-деформация и опр д{&ление прочностных параметров из соотношения главных напряжений по формуле, отличающийся тем, что, с целью повышения точности определения прочностных параметров в сложном напряженном состоянии кругового сжатия-растяжения, образец грунта изготовляют с выемками по оси один 1ковой глубины с противоположных торцов, приложение нагрузки производят одновременно с двух сторон по оси образца в пределах противоположных выемок, а прочностные параметры определяют по формуле где з-, и (э - параметры главных напряжений/ Н - высота образца; h - высота образца между дном выемок. 2. Устройство для испытания грунтов, включающее корпус, нагрузочный механизм с камерами, трубопроводами и эластичными рубашками, измерительные приспособления, отличающееся тем, что нагрузочный механизм состоит из двух упорных элементов с платформами, соединенными между собой крепежными стойками, йричегл на внутренних торцах упорных элементов:закреплены эластичные рубашки. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Методы определения прочности глинистых пород. М. , Недра, с.170184. . 2.Авторское свидетельство СССР 323705/ кл. G 01 N 3/12, 1968. 3.Авторское свидетельство СССР W 808591, кл. Е 02 D 1/02, 1979.

r

fjW

10 19

IS