Установка для трехосных испытаний грунтов статическими и динамическими нагрузками

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИ ЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК ав 30ии

А1 (Sl)S 4 01 3(10

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТ6ЕННЬЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4393353/33 (22) 10.02.88 (4б) 15.04.91. Бюл. Р 14 (71) Государственный всесоюзный дорожный научно-исследовательский ин.— ститут и Винницкий политехнический институт (72) Г.В.Малеванский А.Е.Иарзликин, И.В.Коц, A.À.Èàëÿð÷óê и В.В.Мацык (53) 624. 1 3 1 . 376.5 (088. 8) (5б) Бугров А. К. и др. Исследование грунтов в условиях трехосного сжатия, Л.:, Стройиздат, Ленинградское отделение, с. 129-1 32.

Авторское свидетельство СССР

М 1264041, кл. 1 01 N 3/10, 1984. (54) УСТАНОВКА ДНЯ ТРЕХОСНЫХ ИС1ЫТАНИЙ ГРУНТОВ СТАТИЧЕСКИМИ И ДИНАМИЧЕСКИМИ НАГРУЗКАМИ (57) Изобретение касается инженерногеологических изысканий в строительстве и может использоваться при опре47 Ф5 Ф5 делении строительных свойств грунтов в состоянии осесимметричного трехосного сжатия при статических и динамических нагрузках. L(ear изобретения— упрощение конструкции и повышение ее надежности. Установка содержит рабочую камеру 1 стабилометра с гидроцомкратом, имеющим рабочую полость 5 шток б, гидроцилиндр 28, шток 29 оторого через раму 33 связан с поршнем 34, ресивер 35, выполненный в вице цилиндра с расточкой; отверстием, orраничителем 4! хода пор:..п.я; тормозной «амерой 4U, генератор 6 гидравлических импульсов, гидракяический запорный элемент 22 и насосную станцию 24. Генератор Ih содержит подпр,жиненный двухступенчатый сливной клапан 17, а в корпусе генератора 16 установлена кольцевая растс чка 25, Нри закрытом элементe 22 давление рабочей жидкости от насосной станции negg д> „1

1642305 редается одновременно в полости 5 и

30. Через шток 6 на образец переда" ется осевое усилие. Шток 29 давит на поршень 34 и сжимает воздушную подушку в полости Зб. Давление воздуха пе5 редается на боковую поверхность образца в камере 1. Величина давления воздуха регулируется ограничителем 41 хода поршня„При динамических испысоздаваемое давлением рабочей жидкости, подпружиненной пружинами 32, подвижной раме 33„ жестко соединенной с поршнем 34 ресивера 35. Подпоршневая полость 36 связана пневмолинией

37 с рабочей камерой 1 стабилометра, а надпоршневая полость 38 соединена с атмосферой каналом 39. Кроме того, ресивер имеет тормозную камеру 40, периодически перекрываемую от связи с атмосферой. В нижнем торце ресивера

35 установлен регулируемый ограничитель 41 хода поршня 34.

Величинь. прикладываемых нагрузок и измеряемых параме ров определяют я по показаниям измерительных приспособлений 42 — 26.

Установка работает следующим образом.

35 При включении насосной станции 24 рабочая жидкость поступает под заданным давлением по общей гидролинии 23 и гидролинии 31 в рабочую полость 5 гидродомкрата. Давление рабочей жидкости воспринимает шток 6

Изобретение относится к строительству, в частности к лабораторным испытаниям строительных свойств грунтов на стройплоцадке.

Цель изобретения †упрощение конструкции и повышение ее надежности.

На чертеже показана схема установки.

Установка содержит рабочую каме-. ру 1 стабилометра, образованную основанием 2, корпусом 3 и крьш кой 4, внутри которой встроен гидродомкрат, имеющий рабочую полость 5 и шток 6, посредством которого через штамп 7 передается осевое усилие на образец грунта 8, помещенный в резиновую оболочку 9, герметично обжатую кольцами

10. По обеим сторонам образца 8 установлены пористые вставки 11, с противоположных сторон которых образованы полости 12, соединенные каналами 13, 14 и гибким трубопроводом 15 с внешними вспомогательными устройствами.

1енератор гидравлических импульсов состоит из корпуса 16, внутри которого расположен двухступенчатый сливной клапан 17, прижатый регулируемой пружиной 18 к установочному седлу 19. Подклапанная полость 20 соединяется гидролинией 21 через гидравлический запорный элемент 22 с общей гидролинией 23 насосной станции

24. Расточка 25, выполненная в теле корпуса 16 генератора гидравлических импульсов, выполняющая роль подклапанной полости второй ступени клапана, сообщается со сливной гидролинией 26, связанной с баком 27.

1идроцилиндр 28 со штоком 29 и рабочей полостью 30 соединяется параллельно, рабочей полости 5 гидродомкрата гидролинией 31 с общей гидролинией 23. Шток 29 передает усилие, т аниях открывают элемент 22. Клапан

l7 вступает во взаимодействие с остальными элементами установки и, периодически приподнимаясь, сбрасывает давление в гидросистеме, что влечет одновременное периодическое снижение напряжений в образце, 1 з,п. ф-лы, 1 ил. и передает возникающее осевое усилие посредством сопряженных с ним датчика 42 усилия, штампа 7 и пористой вставки 11 на образец грунта 8, помещенный в резиновую оболочку 9, закрепленную кольцами 10. Происходит статическое осевое сжатие образцов 8.

Дпя созлания всестороннего давления обжатия образца используется сжатый воздух, поступающий из нодпоршневой полости 36 по пневмолинии 37 в рабочую камеру 1 стабилометра, сжимаемый поршнем 34, жестко соединенным с подпружиненной пружинами 32 ра.— мой 33, кинематически связанной со штоком 29, воспринимающим давление рабочей жидкости, поступающей в рабочую полость 30 гидроцилиндра 28 из

5 16423 гидролинии 31, связанной с общей гидролинией 23. Регулирование величины всестороннего давления обжатия образца осуществляется при помощи регулируемого ограничителя 41 хода поршня.

Этим предусмотрена возможность оперативно изменять объем подпоршневой полости 36, что ведет к изменению давления в рабочей камере 1. 8 случае возврата штока в первоначальное верхнее положение воздух, находящийся в подпоршневой полости, удаляется в атмосферу посредством канала 39. Удаление воздуха продолжается до тех пор, пока не произойдет перекрытие расточки 38. При дальнейшем движении поршня 34 вверх происходит сжатие воздуха в тормозной надпоршневой полости, что предотвращает его жесткое 20 соударение с корпусом.

При необходимости создания динамического напряжения образца грунта

8 в рабочей камере необходимо переключить гидравлический запорный 25 элемент 22 в положение, при котором общая гидролиния 23 соединяется с гидролинией 21» связанной с подклапанной полостью 20 генеряторя гидравлических импульсов, Преодолевая силу 30 прижатия клапана 17 к установочному седлу 19 от пружины 8, рабочая жид— кость, находяцаяся под давлением, перемещает клапан 17, соединяя подкляпанную полость 20 с рясточкой:.5, сообщаюц«ейся гидролинией 26 с б аком

27. Возникающий перепад давления на кромке клапана 17 5Р> определяется суммарным р асходом Q ()» пропорциональнымм усилив пружины 8, т. е. 40

Р «V»

Р I7 = P «

-1 д где V Н вЂ” соответст «e;»»o объе"! воз!

» 2 духа в рабочей камере н нодноршневой полосм 36 п нижнем и «ерхнем крайних положениях норшн» 3 «н штока 29;

Р, I < — соот««е гст»«енно макснмяль-! ное и минимальное давление воздуха в камере 1 и нодпоршневой полости 36.

Ход поp!. 1ня при прямом и Оорятном ходе (при нагрузке и разгрузке) опре— деляется огласно зависимости

1/л (6) пр34.

;» (« = P f< 2 Р „/ где Я вЂ” расходный -oçô!««Höè.!т;

+ — площадь дросселирующей щели.

Суммарный расход +Q через дросселирующую щель равен также усилия сжатия пружин 32; — расход жидкости, определяя, емый обратным ходом штока

6 за счет действия упругих сил деформированного образца 8; - дополнительный расход из гидросистемы, определяемый суммарной податливостью (сжимаемостью) рабочей жидкости и трубопровода.

С учетом расшифровки формула (2) принимает вид

Т Л = 1 н ало, Ч рр (4) При подъеме клапана 17 через открывающуюся дроссельную щель происходит выпуск суммарного расхода жидкости, определяемого согласно зависимости (4), основная составляющая из которых, после расхода насоса, это расход жидкости, вытесняемой из полости 30 гидроцнлиндра, который преобладает над 1 о 5- и

Поскольку закон расширения воздуха в рабочей камере и подпоршневой полости 36 мажет быть -: н".сан согласно известной зависимости .pV =- сс нзс» имеющей место нрн изотермн:сском расширении I«03p „хя

1 и дОБ» (2) (3) !1,оЕ 1 п.3o+ 1 в g где Q «« — расход гидр онасо с а;

Я вЂ” добавочный расход из гид— росистемы; — расход жидкости, определя-!!. ло емый обратным ходом шгока

29 за счет избыточного давления воздуха в камере и подпоршневой полости 36 а (8) лл 29 "р

4 п,so

При подъеме штока 29 вверх он будет двигаться со cKcроетьв тт1« xone (7)

op "xone где t о л — время хода.

Прн площади попере сного сечения штока 29 Р„„2) расход жидкости нз рабочей полости 30 прн его подъеме (обратном ходе) вверх равен

1642305

С учетом выражений (7), (6) и (5)

Ь xoÀ

Я ч(1,80 пь 29 „ОД

Vg P< V(<(9)5 ар,94 tхО Р2 пРЭ4tХО

Время обратного хода (подъема) штока 29 примерно равно половине длительности цикла нагружения, т„е. 10

>—

tyQA2 Тэ (10) где Т - период нагружения, равный

Т = - ((>(— частота нагружения). 15

1

Зависимость 9 с учетом зависимости (10) примет вид

2 РИ2 Р(V(1

Ч, 1

ПЗО Р . Р а уравнение (4) с учетом зависимостей (1) и (11) примет вид

2P A.2-„Ð V()

P ° Е 28 6 P /(= Q 1(+ — - - 25

2 0 >ЪФ (12)

Следовательно, перепад pàâëåíèÿ на дросселирующей цели, который необходимо преодолеть усилием сжатой пружи1 ны 18, чтобы возвратить в исходное 30 положение клапан 17, равен

2Р((г (Р д (° ) ч (Ч" + Рв Рп9э+

ДР (13)

Ц и 2 35

И

Шток 29 гидроцилиндра возвращается в исходное положение со скоростью, имеющей определенное значение Vz . Когда шток 29 перемещается в крайнее положение до жесткого упора, его скорость резко падает до нуля, т.е.

V — О. Расход жидкости из рабочей полости 30 также резко падает до нул4 (((((Ло + 0) > (To сопровождается 45 резким уменьшением перепада давления на дросселирующей щели до величины

Î(3

Ар (.(Щ л и „ 28

Конструктивные особенности двухступенчатого клапана 17 обеспечивают выполнение неравенства

Р, )ДРЩ. Е

?О

55 где Р—, усилие пружины 18;

F2 — эффективная площадь второй ступени клапана 17.

Под действием пружины 18 плунжер перекрывает дросселирующую щель и перемещается вниз до посадки на седло.

Прекращение расхода жидкости из рабочей полости 30 вызывает снижение перепада давления не только на дросселирующей щели, но и давления в подклапанной полости 20 до значения, которое не успевает возрасти до величины

1Р = -Л, И (16)

М=г исключающей посадку плунжера на седло за время й1. Это обусловлено низкой гидравлической жесткостью гидросистемы, обеспечиваемой наличием связи штока.29 с поршнем 34, подпружиненным через раму 33 пружинами,.32 и воздушной подушкой в полости 36 и камере 1, вследствие чего после обеспечения слива давление в гидросистеме при работающем гидронасосе поднимается до (( величины g PI„за время t2, большее, чем время t t перемещения клапана 17 до посадки йа седло. В результате описанного взаимодействия клапан 17 работает в устойчивом автоколебательном режиме и генератор 16 гидравлических импульсов обеспечивает динамический режим нагружения испытуемого образца.

) Подсоединение полости рабочей камеры 1, содержащей испытуемый образец грунта 8, помещенный в резиновую оболочку 9 и загерметизированный коль— цами 10, к внешним вспомогательным устройствам посредством пористых вставок 11, полостей 12, каналов 13, 14 и гибкого трубопровода 15 позволяет во время испытаний производить нагрев образца теплым воздухом, увлажня ть его или удалять из него воду

И T o?Io

Предлагаемая установка позволяет изучать закономерности поведения грунтов при трехосном воздействии на них статическими и динамическими нагрузками, что наиболее соответствует действующим нагрузкам в естественных условиях эксплуатации.

lIo сравнению с прототипом предлагаемая установка имеет более простую компоновку устройства для создания динамической нагрузки генератора гидравлических импульсов, так как взамен устройства для создания вертикальной динамической нагрузки и дополнительного устройства для созда9 164 ния радиальной динамической нагрузки с подпружиненным клапаном и гидроципиндром с поршнем в предлагаемом решении использован один генератор гидравлических импульсов. Это позволяет существенно упростить конструкцию, снизить количество точных подвижных сопряжений деталей и уплотнений этих сопряжений в зонах высокого давления, что позволяет увеличить надежность работы установки.

Формула изобретения

2. Установка по и. 1, о т л и ч аю .ц а я с я тем, что пневмоцилиндр

25 ресивера снабжен в подпоршневой полости регулируемым ограничителем хода поршня.

Составитель Л. Рябченко

Редактор М. Бандура Техред И. Дидык Корректор С. Черни

Заказ 1141 Тирак 402 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям прп ГКНТ СССР

113035, 11оскна, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул. Гагарина, 101

1. Установка для трехосных испытаний грунтов статическими и динамическими нагрузками, включающая рабочую камеру стабилометра для трехосных испытаний, устройства для создания осевой и радиальной нагрузки с гидроцилиндром и ресивербм и измерительные приспособления, о т л и ч аю щ а я с я тем, что, с целью упрощения конструкции и повышения ее надежности, она снабжена генератором гидравлических импульсов с запорным

2305 10 . элементом и насосной станцией, причем генератор гидравлических импульсов выполнен в виде подпружиненного

5 двухступенчатого сливного клапана, ресивер снабжен подпружиненным поршнем и выполнен в виде пневмоцилиндра с расточкой и выпускным отверстием в средней части и тормозной надпоршне10 вой полостью, поршень жестко связан со штоком гидроцилиндра, а устройство для создания осевой нагрузки выполнено в виде гидродомкрата, при этом гидродомкрат, гидроцилиндр и генератор гидравлических импульсов связаны общей гидролинией с насосной станцией с возможностью отключения от нее генератора гидравлических импульсов запорным элементом, а рабо20 чая камера стабилометра сообщена с подпоршневой полостью ресивера.