Устройство для определения прочностных и деформационных характеристик грунта Советский патент 1983 года по МПК E02D1/00 G01N3/24 

Изобретение относится к строительству, в частности к инженерной гео- . логии.

Известна, установка для определения прочностных и деформационных характеристик грунта в условиях пространственного напряженного состояния, включающая корпус, внешнюю и внутреннюю рабочие камеры, п)испособление для создания гидростатического давлени.я, эластичную.внешнюю и внутреннюю обо-;поч и для образца грунта, матрицу, штамп и подставку 1.

Недостатком данной установки является невысокая точность определения прочностных и деформационных xapaKTejристик грунта, обусловленная тем, что пустотелый образец не остается строго цилиндрическим в течение испытания из-за сжимаемости воды, заполнякндей . рабочую камеру, а также трения торцов образца о поверхность пористых штампов, возникающего при развитии его боковых деформаций под нагрузкой. Боковые деформации грунта в большей степени, чем в торцах, развиваются в средней по высоте части образца, причем при вертикальном сжатии возникает так называемый эффект бочкообразования, обратный эффект которому наблюдается при обжатии образца внешним и внутренним боковым давлением.

А также небольшой диапазон ее применения, .так как она позволяет испытывать образцы грунта различной высоты вследствие-того, что корпус и камеры установки приспособлены для испытания образцов только одной строго определенной высоты.

Кроме того, установка не позволяет измерять величины бокового и порогового давлений и деформации сдвига дифференциро анно, в нескольких уровнях по высоте.Образца. Этим иcкJJЮчaeтcя возможность исследования в данной установке анизотропных по высоте образцов грунта и проведение в ней испытаний , моделирующих i изменение нап-ряженно-дефЬрмиров аннЬго состояния в грунтовых массивах, например в оползневых склонах при переменном режиме грунтовых вод.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устрой- ство для определения прочностных и деформационных характеристик грунта, содержащее кольцевую грунтоприемную камеру с наружной эластичной оболочкой и штампами, нагрузочное, сдвигающее и измерительные приспособления 2. Известное устройство из-эа неравн . мерного развития боковых деформаций по высоте образца, что обусловлено сжимаемостью воды в рабочей камере и трением торцов;образца о поверхность верхнего и ниянего ребристых пористы Ь4тампов, также не обеспечивает доста точно высокой точности определения прочностных и деформационных характе ристик грунтов . Невелик и диапазон применения известного устройства. Так как оно не позволяет измерять величины бокового и порогового давлений, а также дефор маций сдвига в нескольких уровнях по высоте образца, исключается возмсжность исследования в известном устро стве анизотропных и различных по высоте образцов грунта, а также проведение в нем испытаний, моделирующих нестационарное напряженно-деформ рованное состояние грунтовых массиВОВ f например оползневых склонов при переманном режиме грунтовых вод. Цель изобретения - повышение точности исследований и расширение функ циональных возможностей. Цель достигается тем, что устройство для определения прочностных и деформационных характеристик грунта, содержащее кольцевую грунтоприемную камеру с наружной эластичной оболочкой и штампами, нагрузочное, сдвигаю щее и измерительные приспособления, снабжено кольцами с гидравлическими камерами, кольцами с радиальными каналами, дисками и низкомодульными прокладками, при этом кольца с гидра лическими камерами и кольца с радиал ными каналами установлены в порядке чередования на наружной эластичной оболочке, а диски размещены в полост грунтоприемной камвры попарно с НИЗК МОДУЛЬНЫМИ прокладками между ними. На фиг. 1 показано устройство., вертикальный разрез,; на фиг. 2 - то же, горизонтальный разрез. . Устройство содержит основание 1, крепящуюся в нем прижимным кольцом 2 наружную эластичную oбoлo кy 3, в которую помещается полый цилиндрический образец грунта 4, устанавливаемый на нижний ребристый пористый щтамп 5 Внутренняя полость образца грунта 4 заполенна покрытыми тонким слоем густого машинного масла цилиндрическими элементами 6, каждый из которых соетоит из двух жестких дисков 7 с низко модульной прокладкой 8 между ними. На наружную эластичную оболочку 3 устанавливаются с зазором между собой кольца 9 с гидравлическими камерами 10 и бескамерные кольца II с проточ ками 12 по наружным цилиндрическим поверхностям с прокладками из эластич ной резины 13, приклеенными к внутрен ним цилиндрическим поверхностям, и радиальными каналами 14. После этого эластичная оболочка 3 крепится в верхнем зажимном приспособлении 15. Устойчивость собранной рабочей камеры обеспечивается составными по высоте стойками 16, крепящимися в основании 1, и жестко закрепленной от перемещений пластиной 17. Количество колец 9 и 11 рабочей камеры, а также длина составных по высоте стоек 16 выбирается в зависимости от высоты испытуемого образца 4. К гидравлическим камерам 10 колец 9, заполненным дистиллированной, дегазированной водой, через каналы 18 присоединены манометры 19 гидроаэро статического типа. К бескамернымкольцам 11 с проточками 12 .крепятся инварные проволоки 20 прогибомеров 21. Радиальные каналы 14 предназначены для введения в образец грунта 4 иглодатчиков, 22 манометров 23, измеряющих паровое давление. Герметизация контакта иглодатчиков 22 с оболочкой 3 обеспечивается за счет того, что эластичная оболочка 3 и резиновая прокладка 13, зажатые между образцом . 4 и внутренней цилиндрической поверхностью бескамерного кольца 11, деформируясь под воздействием бокового давления грунта, возникающего при передаче вертикальной нагрузки на образец 4, плотно обжимают корпус 24 иглодатчиков 22. Вертикальная нагрузка н-а образ,ец грунта 4 передается через верхний ребристый пористый штамп 25 и центрируемый пластиной 17 шток 26 с шариком 27. Через систему 28 тросов тягового устройства и шкив 29 на образец грунта 4 передается крутящий момент. Отверстие 30 с резьбой в основании 1 устройства предназначено для присоединения, в случае необ хоимости, системы , создающей граничный гидравлический напор. Индикатор 31 измеряет вертикальную деформацию образца. Устройство работает следующим образом. Через ыарик 27, шток 26 и штамп 25 к образцу грунта 4 прикладывается первая ступень вертикальной нагрузки. Кольца 9 и 11, между которыми для создания зазора устанавливаются прокладки за счет трения по цилиндриеской поверхности, возникающего вследствие поперечного распора грунта, повисают на образце 4, дальнейшее заг ружение которого вертикальной нагрузкой производится после удаления прокладок. Жесткие в поперечном направлении гидравлические кольца 9, бсскамерныё кольца 11 и цилиндрические элементы 6 не препятствуют свободной вертикальной деформации образца грунта 4 за счет выбирания зазора между кольцами 9 и 11 и деформирования низкомодульной прокладки 8, модуль деформации которой на порядок и более ниже, чем у грунтов. После стабилизации вертикальной деформации, фиксируемой индикатором 31, к образцу грунта посредством тросов 28 тягового устройства, шкива 29 штока 26 и верхнего ребристого штампа 25 прикладывается крутящий момент требуемой величины. Кольца 9 и 11, установленные с зазором, и соетавные, смазанные Мсшинным маслом, цилиндрические элементы 6 не препятст вуют .свободному развитию деформации сдвига, величина которой дифференцированно по всей высоте образца 4 из- меряется прогибомерами 21. С момента приложения вертикальной нагрузки маномет И 19 гидравлических колец 9 также дифференцированнопо всей высоте образца измеряют величину бокового Давления, а манометры 23 посредством иглодатчиков 22, введенных в образец грунта 4 через радиальные каналы 14 колец 11, измеряют величину парового давления. Использование предлагаемого изобретения, за счет сохранения цилиндри ческой формы образца в течение всрго испытания позволяет повысить точност определения прочностных и деформацио ных характеристик грунтов. Кроме того, ует ойство позволяет испытывать анизотропные и различные по высоте образцы грунта и измерять величину бокового и парового давлени а также деформации сдвига дифференцированно, в нескольких уровнях по высоте образца. В устройстве могут выполняться исследования, моделируйщие нестационарное напряженно-деформированное состояние грунтовых массивов , например природных оползневых склонов при переменном -режиме грунтовых вод. Формула изобретения Устройство для определения прочно-:тных и деформационных характеристик грунта, содержащее кольцевую грунтоприемную камеру с наружной эластичной оболочкой и штампами, нагрузочное, сдвигающее и измерительные приспособления, отлича ощееся тем, что. Сцелью повышения точности исследований и расширения функциональных возможностей, оно снабжено кольцами с гидравлическими камерами, кольцами с радиальными каналами, дисками и ; нйзкомодульными прокладками, при этом кольца с гидравлическими камерами и кольца с радиальными каналами установлены в порядке чередования на наружной эластичной оболочке, а диски размещены в полости грунтоприемной камеры попарно с низкомодульными проклсщками между ними. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР № 319873, кл. G 01 N 3/08, 1970. 1 2. Авторское свидетельство СССР .№ , кл. G 01 N 3/10, 1953 (прототип).