Устройство для испытания грунтов на сдвиг в массиве

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ ГРУНТОВ НА СДВИГЪ МАССИВЕ, включающее штангу с винтовой лопастью на конце, сдвигомер и упорное приспособление , отличающееся тем, что, с целью повышения достоверности и увеличения объема получаемой информации, оно снабжено винтовым домкратом, жестко связанным со штангой, причем шаг винта домкрата равен шагу винтовой лопасти, и динамометром, закрепленным на упорном приспособлении и опирающимся на торец щтанги. г (Л со О 01 4 -Я

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51) Е 02 D I 00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ(СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 2723680/29-33 (22) 26.! 2.78 (46) 23.05.83. Бюл. № 19 (72) Б. И. Безруков (53) 624. 131.1 (088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР № 367363, кл. G 01 N 3/42, 1971.

2. Авторское свидетельство СССР № 243931, кл. Е 02 D 1/02, -1968 (прототип).

„„SU„„1019054 А (54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ ГРУНТОВ HA СДВИГ В МАССИВЕ, включающее штангу с винтовой лопастью на конце, сдвигомер и упорное приспособление, отличающееся тем, что, с целью повышения достоверности и увеличения объема получаемой информации, оно снабжено винтовым домкратом, жестко связанным со штангой, причем шаг винта домкрата равен шагу винтовой лопасти, и динамометром, закрепленным на упорном приспособлении и опирающимся на торец штанги.

C?

CO

СР

С в

1019054 тов способом врашательного среза в условиях их естественного залегания при инженерно-геологических изысканиях в строительстве.

Известно устройство для испытания грунтов в массиве, включающее штангу с винтовой лопастью на конце, сдвигомер и упорное приспособление (1).

Недостатком его является то, что в процессе погружения винтовой лопасти в ис- 10 следуемый объем грунта имеет место нарушение естественной структуры грунта, в результате чего снижается достоверность получаемой информации о его свойствах.

Кроме того, такое устройство не обеспечивает одновременного определения нормальных напряжений, возникающих при сдвиге грунта.

На фиг. 1 изображено предлагаемое устройство, общий вид; на фиг. 2 — винтолопастной зонд; на фиг. 3 — развертка боко50

Изобретение касается исследования грунНаиболее близким к предлагаемому является устройство для испытания грунтов на сдвиг в массиве, включающее шатнгу с винтовой лопастью на конце, сдвигомер и упорное приспособление (2).

Недостатком этого устройства также является низкая достоверность получаемой информации о свойствах грунта, вследствие того, что при погружении в грунт винтолопастного зонда происходит смятие и нарушение естественной структуры грунта.

Кроме того, невозможно одновременно определять нормальные и касательные напряжения, возникающие при погружении в грунт винтовой лопасти.

Цель изобретения — повышение достоверности и увеличение объема получаемой информации.

Это достигается тем, что устройство для испытания грунтов на сдвиг в массиве, включаюшее штангу с винтовой лопастью на конце, сдвигомер и упорное приспособление, снабжено винтовым домкратом, жестко связанным со штангой, причем шаг винта домкрата равен шагу винтовой лопасти, и динамометром, закрепленным на упорном приспособлении и опирающимся на торец штанги. вой цилиндрической поверхности среза rpyHта с эпюрами нормальных напряжений; на фиг. 4 — график зависимости нормальных напряжений в грунте от угла поворота зонда; на фиг. 5 — график зависимости моментов вращения от этого угла.

Устройство состоит из винтовой лопасти 1, составной штанги 2, сдвигомера 3, динамометра 4, винтового домкрата 5 и упорного приспособления 6, которое включает станину 7 с укрепленными на ней стойками 8.

На стойках 8 смонтирована с возможностью перемещения по ним каретка 9 с динамометром 4, закрепленная на уровне штанги

2 болтами 10. Станина 7 закреплена анкерными сваями 11, на ней жестко укреплен домкрат 5, связанный со штангой 2 зажимным приспособлением 12. Шаг винта домкрата 5 равен шагу винтовой лопасти 1.

Устройство работает следующим образом.

Штангу 2 вместе с винтовой лопастью

1 погружают на исследуемую глубину правым врашением домкрата 5. Перед началом испытаний домкрат 5 отключают от штанги 2, а к ее верхнему концу подводят каретку 9 с динамометром 4 и жестко закрепляют ее со стойками 8 болтами 10. В процессе испытания грунта»а сдвиг в массиве штангу 2 с винтовой лопастью 1 левым вращением медленно поворачивают сдвигомером 3. При этом конец штанги 2 передает давление на динамометр 4, закрепленный на упорном приспособлении 6.

При вращении винтовой лопасти 1 происходит срез грунта по боковой поверхности и основаниям цилиндра. При этом по поверхности среза возникают поля нормальных напряжений, обусловленные вытеснением частиц грунта в сторону массива, что приводит к образованию полости выше винтовой лопасти. Из-за наличия полости нор мальные напряжения 6 по поверхностям среза выше винтовой лопасти распределены неравномерно, при равномерном их распределении в нижней части. На фиг. 3 пунктирной линией показано первоначальное положение винтовой лопасти, сплошной— ее последующее положение (после перемещения слева — направо); а между этими положениями образуется полость А. Нормальные напряжения 6 фиксируют с помощью динамометра 4. Одновременно фиксируют момент усилия вращения с помощью сдвигомера 3. Нагрузки на грунт при врашении штанги передают ступенями через 0,25 — 0,5 кг/см и выдерживают до их стабилизации.

По результатам замеров строят графики зависимости нормальных напряжений

6 и моментов Мо вращения от угла <А поворота зонда (фиг. 4 и 5).

В начальный период на стадии упругих деформаций грунта в основании винтовой лопасти зависимость между нормальными напряжениями 6 и углом поворота зонда является линейной (ветвь Оа графика

6 = f (e) ) . Последующее увеличение напряжений приводит к появлению пластических деформаций грунта в массиве, и эта зависимость становится нелинейной (ветвь пЬ графика 6 = 1(й) ).

Рост напряжений в грунте в основании винтовой лопасти ограничивается максималь

10-19054 ным значением сопротивления его сдвигу по поверхностям среза выше винтовой лопасти (точка Ь графика 6= f(e) ). Дальнейшее вращение зонда приводит к спаду напряжений. Изменение нормальных напряжений 6 ведет к изменению касательных напряжений, которые связаны с моментом усилий вращения. Начальный момент М вращения характеризует трение штанги 2о грунт.

Из-за неравномерного распределения нормальных 6 и касательных т напряжений, по поверхности среза выше винтовой лопасти при расчете удельного сопротивления сдвигу грунта учитывают лишь поверхность среза в основании винтовой лопасти.

Общий момент М вращения (момент трения штанги о грунт не учитывают) расчитывают как сумму момента М сил реакции, возникающих по поверхностям среза ниже винтовой лопасти, и момента N» этих сил, возникающих по поверхностям среза выше винтовой лопасти

М = М + М», (кгccM).

Расчет момента М» ведут по нормальному давлению грунта на лопасть, направленному по касательным к линиям вращения его частиц. Равнодействующая реактивных сил, обусловленная этим давлением равна

Q-6 S, где 6 — среднее нормальное давление грунта в основании винтовой лопасти, кгс/см»;

S — площадь радиального сечения сферы вращения, описываемой винтовой лопастью, см .

Среднее нормальное давление грунта

Ь—

F где p — вертикальная нагрузка, фиксируемая динамометром, кгс; площадь горизонтальной проекции винтовой лопасти, см».

Площадь радиального сечения сферы вращения, описываемой винтовой лопастью, равна

S =-(R — r) ° t где R -радиус лопасти, см; г — радиус штанги, см; шаг винтовой поверхности лопасти, см.

Исходя из распределений напреяжений в радиусе сферы вращения винтовой лопасти, плечо " равнщ ействующих сил равно

2/3 R, откуда

М» = — — 6-R- (R — r) t (кгссм).

Момент М вычисляют по формуле

М вЂ” — 1/2.W т(кгс.см), где Ю вЂ” общий момент сопротивления поверхностей среза ниже винтовой лопасти, смз.

Расчетное значение удельного сопротивления сдвигу грунта равно с = — — « » — (кгс/см) . — ° 9

2

На основании полученных даннных строят график зависимости = f(б ), по которому определяют угол внутреннего трения грунта и его сцепление.

При использовании предлагаемого устройства возможно определение прочностных характеристик грунтов рыхлых осадочных отложений (кроме крупнообломочных) .

1019054

Составитель В. Василевский

Редактор Н. Гунько Техред И. Верес Корректор Г. Огар

Заказ 3650/24 Тираж 673 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5 филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4