Способ определения динамических характеристик грунта и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к области строительства и предназначено для определения динамических свойств грунтов в условиях npocTpaHCTBeliHoro напряженного состояния. Целью изобретения является повышение точности и, уменьшение трудоемкости определения дилатансной части объемной деформации грунта при динамическом воздействии. Динамические характеристики грунта определяют при статическом и динамическом нагружениях образца грунта с сохранением среднего напряжения (б), с постоянного при выполнении условия (Jo (&,+2G ,)/3, где G , - осевая на (Л 00 1C to NU СО

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)4 G 01 N 33/24, 3/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АBTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3919099/31-33 (22) 01 ° 07.85 (46) 07.07.87 ° Бюл. ¹- 25 (71) Московский инженерно-строительный институт им. В.В.Куйбышева (72) А.А.Музафаров и В.B.×èðêoâ (53) 624.131,376.5 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 332266, кл. Е 02 D 1/00, 1968.

Зарецкий Ю.К, и др. Прочность и деформируемость несвязных грунтов при динамических воздействиях. — Гид— ротехническое строительство, 1982, ¹ 10, с. 39 — 45, Авторское свидетельство СССР № 1063931, кл. E 02 D 1/00, 1983.

„„Я0„„1322149 А 1 (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДИНАМИЧЕСКИХ

ХАРАКТЕРИСТИК ГРУНТА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ

ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к области строительства и предназначено для определения динамических свойств грунтов в условиях пространствейного напряженного состояния. Целью изобретения является повышение точности и, уменьшение трудоемкости определения дилатансной части объемной деформации грунта при динамическом воздействии.

Динамические характеристики грунта определяют при статическом и динамическом нагружениях образца грунта с сохранением среднего напряжения (6 ),, c

Ю постоянного при выполнении условия б, =(б, +2б,)/3, где б, — осевая на1322149 груэка, МПа; G — радиальная нагрузка, ИПа. Приложение осевой и радиальной динамических нагрузок к образцу грунта производят с отставанием колебаний одной из них на половину периода колебаний другой нагрузки. Определение динамических характеристик грунта осуществляют с помощью устройства, содержащего стабилометр с рабочей камерой 2 для размещения образца грунта 3, приспособления для статического осевого и радиального нагружений, гидроцилиндр нагружения 5 и гидропульсатор. Последний выполнен в, виде вибратора 8 с голкателем 9, коромысла 10 и пары гидроцкпиндров 11 и 12, Изобретение относится к строительству и предназначено для определения динамических свойств грунтов в условиях сложного напряженного состояния при сейсмических воздействиях. 5 . Целью изобретения является повышение точности и уменьшение трудоемкости определения дилатансной части объемной деформации.

На фиг. 1 дана общая схема устройства, на фиг, 2 — схема стабилометра, Устройство включает стабилометр со штоком 1 и рабочей камерой 2 для образца грунта 3, закрепленный на столе 4, гидроцилиндр 5 нагружения, установленный на корпусе стабилометра и соединенный с гидроцилиндром 6 статического осевого нагружения,гидроцилиндр 7 для статического ради20 ального нагружения, соединенный с рабочей камерой 2 и гидропульсатор для динамического нагружения, выполненный в виде вибратора 8 с толкателем 9, шарнирно соединенным с коромыслом 10 и пары гидроцилиндров 11 и

12, закрепленных на станине 13 с помощью каретки 14, позволяющей. перемещать гидроцилиндры вдоль станины

13. Штоки гидроцилиндров 11 и 12 шарнирно соединены с концами коромысла

i0, шарнирно прикрепленного к станине 13. Гидроцилиндр 5 нагружения установлен на корпусе стабилометра,его шток выполнен за одно целое со штоком

1 стабилометра, а гидроцилиндры гид35 закрепленных на станине 13 с помощью каретки 14. Штоки гидроцилиндров 11 и 12 и толкатель 9 шарнирно соединены с коромыслом 10, закрепленным на станине 13 шарнирно. Гидроцилиндр нагружения 5 установлен на корпусе стабилизатора, шток 1 которого выполнен за одно целое со штоком гидроцилиндра нагружения 5. Гидроцилиндры

12 и 11 сообщены соответственно с рабочей камерой 2 и гидроцилиндром нагружения 5, Последний сообщен с гидроцилиндром 6 для статического осевого нагружения. 2 с,п, и 1 з.п.ф-лы, 2 табл., 2 ил, ропульсатора 11 и 12 трубопроводами сообщены соответственно с гидроцилиндром 5 нагружения и с рабочей камерой 2 стабилометра. В основании образца грунта 3 и в рабочей камере

2 стабилометра размещены датчики 15 и 16 давления, а на штоке 1 стабилометра и на штоке гидроцилиндра 7 датчики 17 и 18 перемещений. Датчики с помощью проводов соединены с усилителями 19, соединенными с самописцем 20, Рабочая камера 2 снабжена верхним 21 и нижним 22 штампами,между которыми устанавливают образец грунта 3 в резиновой оболочке 23.

Трубопроводы, соединяющие рабочую камеру 2 и гидроцилиндр нагружения 5 с гидроцилиндрами 6, 7, 11 и 12 имеют краны 24, 25, 26, 27, Способ определения динамических характеристик грунта осуществляют следующим образом.

На образец грунта 3, размещенный в рабочей камере 2 стабилометра, прикладывают осевую и радиальную статические нагрузки, например, ступенями

0,01-0,1 МПа. После достижения заданного изотропного состояния, характеризуемого равенством осевой (б,) и радиальной (Б ) нагрузок между собой, начинают увеличение осевой нагрузки укаэанными ступенями с одновременным уменьшением в два раза меньшими ступенями радиальной нагрузки, достигая тем самым сохранения значения сред13221

=О, 107. него напряжения б, постоянным, при условии Q, = (G,+26 )/3. ДовеДя напряженное состояние образца грунта до заданного, на него прикладывают осевую и радиальную динамические нагрузки заданной амплитуды порядка

0,05-0,2 MTIa и частоты порядка 5

10 Гц, изменяющиеся по гармоническому закону, с отставанием колебаний одной из них на половину периода ко- 10 лебаний другой нагрузки, добиваясь тем самым сохранения значения среднего напряжения б постоянным при условии G = (б, +26 )/3. Осуществляют заданное количество циклов дина- 15 мического нагружения (10-50 в зависимости от силы землетрясения), после чего динамическую нагрузку снимают.

Затем доводят образец грунта до разрушения, увеличивая ступенями осевую 20 статическую нагрузку, одновременно уменьшая ступенями радиальную нагрузку, сохраняя тем самым значение

6 постоянным. о

В процессе эксперимента фиксируют величины осевых и радиальных напряжений и деформаций и определяют объемную деформацию образца грунта, происшедшую при динамическом воздей*ип ствии (й E v ), которая составляет З0 дилатансную часть объемной деформации при динамическом воздействии, из соотношения дан дин дин

v чо

*ИН где 6 Š— объемная деформация обv разца грунта;

Ь „о — часть объемной деформации образца грунта за счет равномерного, всестороннего обжатия на40 грузкой бо =(б + бэ) /3, и E — часть объемной деформаYi ции образца r рунта за счет переупаковки частиц (дилатансная часть).

Устройство для определения динамических характеристик грунта работает следующим образом.

Образец грунта в резиновой оболоч50 ке 23 устанавливают в рабочей камере

2 стабилометра между нижним 22 и верхним 21 штампами, Камеру стабилометра сообщают с гидроцилиндрами 7 и 12, открывая краны 24 и 25 и через кран 25 заполняют их рабочей жидкостью, например водой, Гидроцилиндр

5 нагружения сообщают с гидроцилинд49 4 рами 6 и 11, открывая краны 26 и 27, и через кран 26 также заполняют их рабочей жидкостью. Датчики 15-18 с помощью проводов подключают к усилителям 19 и к самописцу 20. На самописце фиксируют нулевые показания датчиков и в дальнейшем, в процессе всего эксперимента, ведут автоматическую запись задаваемых напряжений и деформаций образца грунта, Приложение осевой и радиальной статических нагрузок осуществляют путем нагружения гидроцилиндров 6 и 7 соответственно с помощью гирь. Для приложейия к образцу грунта динамической нагрузки включают гидропульсатор.

При перемещении толкателя 9 вибратора 8 вверх левое плечо коромысла 10 нагружает гидроцилиндр 11, при этом

I увеличивается осевая динамическая нагрузка, одновременно правое плечо коромысла разгружает гидроцилиндр 12 и уменьшает радиальную динамическую нагрузку на образец. При перемещении толкателя вниз происходит обратное действие, т.е. осевая динамическая нагрузка уменьшается, а радиальная увеличивается. Таким образом производят необходимое количество циклов нагружения, Пример 1, Исследуют песчаный грунт среднезернистый, средней плот-, ности, в воздушно-сухом состоянии, о = 0,67 — коэффициент пористости, удельный вес = 1,70 г/см, влажность v - =0,17. Результаты измерений приведены в табл. 1. ;= =(б,-бэ), Я„", = О,ЗЗ+О,01 =О,З47

Дилатансная часть объемной деформации 0,347, Пример 2. Исследуют песчаный грунт, среднезернистый, средней плотности, коэффициент пористости Я

=0,61, удельный вес (1,9 т/м, частота колебаний 40 Гц, амплитуда изменения напряжений 0,2 кг/см, продолжительность динамического воздействия 1 ч ° Результаты измерений привЕдены в табл, 2. б =- Зэ- (б -Gg) . 4 Е „=0,277-0, 177=

1322149

Дилатансная часть объемной деформации 0,107,.

Изобретение позволяет повысить точность и снизить трудоемкость при изучении дилатансных свойств грунтов, существенно влияющих «а их поведение при динамических воздействиях и учитывать эти свойства при анализе сейсмостойкости грунтовых оснований и сооружений. 10

Формула и з обре т е н и я

1. Способ определения динамических характеристик грунта, включающий обжатие образца грунта в стабилометре путем приложения осевой и радиальной статических нагрузок равными ступенями до заданной величины, приложение ступенчатой увеличивающейся 20 осевой статической нагрузки до заданного напряженного состояния, приложение изменяющихся по гармоническому закону осевой и радиальной динамических нагрузок, заданной амплитуды частоты и количества циклов с измерением осевой и радиальной деформаций, доведение образца грунта до разрушения путем приложения осевой статической нагрузки и определение дилатансной части объемной деформации при динамическом воздействии, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности и уменьшения трудоемкости определения дила- 35 тансной части объемной деформации, приложение ступенчато увеличивающейся осевой статической нагрузки до заданного напряженного состояния производят с одновременным уменьшением 40 радиальной нагрузки, а приложение осевой и радиальной динамических нагрузок производят с отставанием колебаний одной из них на половину периода колебаний другой нагрузки, при 45 этом приложение осевой статической нагрузки при одновременном уменьшении радиальной нагрузки и приложение динамических нагрузок производят при сохранении среднего напряжения образца грунта 5, постоянным с выполнением условия (G,+26,)/3, где 6, - осевая нагрузка, MIIa (7 — радиальная нагрузка, МПа.

2, Устройство для определения динамических характеристик грунта, включающее стабилометр со штоком и рабочей камерой для размещения образца грунта, приспособления для статического осевого и радиального нагружения, гидропульсатор для динамического нагружения, закрепленный на станине, соединенный с ним гидроцилиндр нагружения и измерительные приспособления, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что гидропульсатор выполнен в виде вибратора с толкателем, коромысла и пары гидроцилиндров, закрепленных на станине с возможностью горизонтального перемещения, причем штоки гидроцилиндров и толкатель вибратора шарнирно соединены с коромыслом, закрепленным шарнирно на станине, гидроцилиндр нагружения установлен на корпусе стабилометра, а шток последнего выполнен за одно целое со штоком гидроцилиндра нагружения, при этом гидроцилиндры гидропульсатора сообщены соответственно с гидроцилиндром нагружения и рабочей камерой стабилометра.

3. Устройство по и, 2, о т л и — ч а ю щ е е с я тем, что приспособление для статического осевого нагружения выполнено в виде гидроцилиндра, сообщенного с гидроцилиндром нагружения, f 322149

Деформация

Напряжение

G„, 6,, 6,, KI /CM KI /CM кг/см

G„) кг/см

E«-

Ж „,Х

0,75

1,0

2,0

1,00 I 16

3i0

О, 87 1, 16 0

1, 74 1, 16 -001

1, 16

4,0

1,15

5,0

Динамика

5+1

2+0,5 3,0

1,74+0,58 1,16 0,33

2,18 2,16 -0,07

1,49

1,09

2,61

6,0

1,5 3,0

Разрушение

Деформация

Напряжение кг/см кг/см iver/ñì кг/см

1

0,45

1,0

1,0

1,0

0,78

2,0

2,0

2,0

0,96.

3,0

3,0

3,0

1,13

4,0

4,0

4,0

1, 13 0,08

1,21

1, 16

3 5

4,0

5,0

1,24

1,74

1,13 0,11

1,13 0,17

3,0

4,0

6,0

7,0

1,30

2,61

2,5

4,0

2,61+0 116 1, 13 0, 7

1,40

3,48,1 09

1, 13 -0,04

Разрушение

3,77

1,0 1,0

2,0 2,0

3,0 3,0

2,5 3,0

2,0 3,0

5,5 1,75 3,0

Динамика

7,0+0,2 2,5+0,2 4,0

8,0 2,0 4,0

8,33 1,83 4,0

Таблица 1

0,75 0

1,00 0

t,!6 0

Таблица 2

0,45 0

0,78 О

0,96 0

1, 13 О

1322149

ВНИИПИ Заказ 2856/39 Тираж 77б Подписное Произв-полигр. пр-тие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4