Способ определения прочностных свойств почв в полевых условиях и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к области исследования прочностных свойств твердых материалов, в частности грунтов, и может быть использовано при конструировании орудий почвообрабатывающих машин. Формируют образец почвы в полевых условиях на ненарушенном слое почвы на различных почвенных горизонтах. Образец перемещают на движущейся ленте до момента его обламывания под действием собственного веса. Измеряют величину угла поворота сечения образца и его прогиба. Рассчитывают прочность образца на изгиб. Устройство содержит основание с закрепленной на нем вертикальной П-образной стойкой. Горизонтально на П-образной стойке установлена металлическая пластина с заостренной частью с возможностью ее переустановки на различные почвенные горизонты. На упомянутой пластине размещена сменная полая отрезная форма различного поперечного сечения. На П-образной стойке закреплена пластина из прозрачного материала с нанесенной на ней масштабной сеткой. Способ и устройство позволяют повысить точность результатов измерений образцов на изгиб, а также качество проектирования и расчета рабочих органов почвообрабатывающих машин, адаптированных к различным почвенно-климатическим условиям. 2 с. и 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области исследования прочностных свойств твердых материалов, в частности грунтов, и может быть использовано при конструировании орудий почвообрабатывающих машин.

Известны способ и устройство для определения предела прочности при изгибе для строительных материалов (Воробьев В.А. Лабораторный практикум по общему курсу строительных материалов. - М.: Высшая школа, 1978, стр.61). Способ заключается в проведении опыта на образце, изготовленном в специальной форме определенных размеров. Образец - балочку устанавливают на две опоры в виде призм и прикладывают усилие, создающее изгибающий момент и увеличивают его до излома образца, фиксируют усилие в период излома и по известной формуле определяют предел прочности материала при изгибе. Основным недостатком данного способа является то, что при формировании образца полностью нарушается первоначальная структура материала. Для определения прочностных свойств почвы данный способ не приемлем, т.к. изменение ее естественной структуры непосредственно влияет на деформационные и прочностные свойства почвы.

Известны также способ и устройство определения прочности при изгибе влажных формовочных и стержневых смесей (Медведев Я.И., Валисовский И.В. Технологические испытания формовочных материалов. - М.: Машиностроение, 1973, стр.60; ГОСТ 23409.7-78. Пески формовочные, смеси формовочные и стержневые. Методы определения прочности при сжатии, растяжении, изгибе и срезе). Способ включает изготовление образца путем уплотнения сыпучего материала грузом в стержневом ящике, затем размещение его на замкнутой ленте устройства. При движении ленты часть образца свисает и под действием собственной массы обламывается. По массе и длине отломившейся части образца определяют предел прочности при изгибе.

Недостатком способа является изготовление образца в специальном стержневом ящике путем уплотнения и последующей сушки, что приводит к нарушению структуры испытываемого материала. Способ не позволяет исследовать почву в естественных условиях. Способ и устройство не предусматривают регистрацию таких показателей деформации при изгибе, как угла поворота сечения образца и его прогиба, что существенно снижает достоверность и точность результатов. Устройство не обеспечивает точной фиксации образца на ленте и соответственно положения линии оси изгиба, что может привести к существенным ошибкам при определении момента сопротивления образца и предела прочности на изгиб, снижая при этом точность и достоверность результатов.

Целью изобретения является повышение точности и достоверности результатов измерений при определении прочностных свойств почвы в полевых условиях.

Указанная цель достигается тем, что в способе определения прочностных свойств почв, включающем формирование образца, перемещение его на движущейся ленте до момента обламывания образца под действием собственного веса, измерение его массы и длины с дальнейшим расчетом прочности образца на изгиб, формирование образца проводят в полевых условиях на ненарушенном слое почвы на различных почвенных горизонтах с помощью полой отрезной формы различного поперечного сечения, а в момент обламывания образца дополнительно измеряют величину угла поворота сечения образца и его прогиба.

Поставленная цель решается также за счет применения устройства, которое включает механизм перемещения с гибкой движущейся лентой для перемещения образца и весовой механизм, причем оно содержит дополнительно основание с закрепленной на нем вертикальной П-образной стойкой, металлическую пластину с заостренной частью, установленную горизонтально на П-образной стойке с возможностью ее переустановки на различные почвенные горизонты, сменную полую отрезную форму различного поперечного сечения, размещенную на упомянутой пластине, а также закрепленную на П-образной стойке пластину из прозрачного материала с нанесенной на ней масштабной сеткой, при этом механизм перемещения включает барабан, установленный на вертикальной части П-образной стойки, а гибкая движущаяся лента выполнена из полиэтиленового материала и зафиксирована одним концом на заостренной части металлической пластины, а другим - на барабане. Полая отрезная форма, предназначенная для формирования образца почвы, имеет различное поперечное сечение в виде прямоугольника или квадрата, или равновеликого треугольника. Кроме того, основание содержит в нижней части штыри для закрепления его в почве, а также уровнемер для контроля горизонтального положения основания при проведении измерений.

На фиг.1 представлен общий вид устройства для определения прочностных показателей почв в полевых условиях; на фиг.2 представлены полые отрезные формы различного поперечного сечения для различных типов почв.

Устройство состоит из основания 1 со штырями 2, которые служат для закрепления его в почве. На верхней части основания установлен уровнемер 3. На основании 1 установлена вертикальная П-образная стойка 4, на которой горизонтально закреплена металлическая пластина 5 с заостренной частью, которая установлена с возможностью ее перестановки на различные почвенные горизонты по направляющим канавкам (не показаны). На пластине 5 установлена сменная полая отрезная форма 6 с возможностью перемещения ее вместе с пластиной по направляющим канавкам. Сменная полая отрезная форма 6 имеет различное поперечное сечение в виде квадрата, прямоугольника либо равновеликого треугольника для проведения испытаний различных типов почв. На П-образной стойке 4 закреплена пластина 7 из прозрачного материала с нанесенной на ней масштабной сеткой для линейных и угловых измерений. Механизм перемещения образца почвы выполнен в виде гибкой движущейся ленты 8, выполненной из полиэтиленового материала и зафиксированной одним концом на заостренной части металлической пластины 5, а другим концом на барабане 9, установленном на стойке 4. Барабан 9 приводится в действие ручкой 10. Под прозрачной пластиной 7 установлен весовой механизм 11.

Полая отрезная форма имеет различное поперечное сечение. При формировании образца из малосвязных типов почв рекомендуется использовать треугольную форму, фиг.2(б), а для остальных типов почв и грунтов можно использовать квадратную форму фиг.2(а) или прямоугольную форму (не показана).

Способ определения прочностных свойств почв реализуется с помощью устройства (фиг.1) в полевых условиях следующим образом.

На подготовленную поверхность почвы в приямке на глубину исследуемого почвенного слоя устанавливается основание 1 и закрепляется с помощью штырей 2. Горизонтальный уровень основания 1 контролируется уровнемером 3. Устройство закрепляется на некотором расстоянии от вертикальной стенки приямка, позволяющем свободно вращать рукоятку 10 барабана 9. При установке устройства контролируется, чтобы верхняя направляющая канавка вертикальной П-образной стойки 4 была расположена на уровне поверхности исследуемого слоя почвы. Во вторую сверху направляющую канавку вставляется металлическая пластина 5 заостренной частью в сторону почвенного слоя. На металлическую пластину 5 накладывается гибкая движущаяся лента 8, зафиксированная одним концом на заостренной части металлической пластины 5, а другим концом на барабане 9. В прорези пластины сверху вставляется полая отрезная форма 6 различного поперечного сечения. В таком положении устройство находится в готовности для проведения исследований. Усилием, приложенным к изогнутому концу, металлическая пластина 5 врезается заостренной частью в слой почвы вместе с полой отрезной формой 6. Сформированный по поперечному сечению образец почвы в передней и задней частях полой отрезной формы 6 обрезают ножом по плоскостям образца и обрезанный слой почвы убирают кистью с плоскости гибкой движущейся ленты 8 и металлической пластины 5. Движением вверх за ручку полая отрезная форма 6 снимается. Гибкая движущаяся лента 8 освобождается от крепления на нижней части металлической пластины 5. Вращением за рукоятку 9 образец почвы, лежащий на гибкой движущейся ленте 8 перемещается к изогнутому концу металлической пластины 5. Скорость вращения рукоятки 10 должна быть соизмерима с возможностью визуального наблюдения процесса изгиба образца под действием собственного веса. В период образования трещины при изгибе образца почвы по пластине 7 из прозрачного материала с нанесенной на ней масштабной сеткой фиксируется длина обламывающейся части образца, угол поворота сечения и величина прогиба. Вес обломившейся части образца определяют с помощью весового механизма 11. Полученные данные позволяют по известным методикам рассчитать прочность почвы на изгиб. Затем выравнивается ножом передняя часть образца почвы перпендикулярно плоскости металлической пластины 5 и осуществляется повторное измерение, что позволяет повысить точность и достоверность определения прочности почвы на изгиб. Закончив измерения на верхнем слое почвы и сохраняя положение устройства, металлическую пластину 5 переставляют вниз на следующую направляющую канавку вертикальной П-образной стойки 4 и в вышеизложенной последовательности проводят измерения на следующем почвенном слое.

Способ и устройство позволяют определить прочность почвы на изгиб, не нарушая ее структуры в естественных условиях. Дополнительное измерение угла поворота и прогиба образца позволяет повысить точность результатов и также проводить испытания малосвязанных почв.

Заявляемое устройство позволяет при одном фиксированном положении выполнять несколько измерений по слоям почвы; использование сменных полых отрезных форм различного поперечного сечения для изготовления образца почвы повышает точность результатов измерений для разнообразных типов почв.

Использование способа и устройства позволит повысить качество проектирования и расчета рабочих органов почвообрабатывающих машин, адаптированных к различным почвенно-климатическим условиям, и может быть также использовано при конструировании строительной и дорожной техники.

Формула изобретения

1. Способ определения прочностных свойств почв, включающий формирование образца, перемещение его на движущейся ленте до момента его обламывания под действием собственного веса, измерение его массы и длины с дальнейшим расчетом прочности образца на изгиб, отличающийся тем, что формирование образца почвы проводят в полевых условиях на ненарушенном слое почвы на различных почвенных горизонтах с помощью сменной полой отрезной формы различного поперечного сечения, а в момент обламывания образца дополнительно измеряют величину угла поворота сечения образца и его прогиба.

2. Устройство для определения прочностных свойств почв, включающее механизм перемещения с гибкой движущейся лентой для перемещения образца и весовой механизм, отличающееся тем, что оно содержит дополнительно основание с закрепленной на нем вертикальной П-образной стойкой, металлическую пластину с заостренной частью, установленную горизонтально на П-образной стойке с возможностью ее переустановки на различные почвенные горизонты, сменную полую отрезную форму различного поперечного сечения, размещенную на упомянутой пластине, а также закрепленную на П-образной стойке пластину из прозрачного материала с нанесенной на ней масштабной сеткой, при этом механизм перемещения включает барабан, установленный на вертикальной части П-образной стойки, а гибкая движущаяся лента выполнена из полиэтиленового материала и зафиксирована одним концом на заостренной части металлической пластины, а другим - на барабане.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что полая отрезная форма имеет поперечное сечение в виде прямоугольника, или квадрата, или равновеликого треугольника.

4. Устройство по п.2, отличающееся тем, что основание содержит штыри для закрепления в почве и уровнемер.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2