Способ определения физических параметров прочности нарушенной структуры материальной среды

Изобретение относится к области физики материального (контактного) взаимодействия, а именно к способу определения угла φн внутреннего трения и удельного сцепления - сн материальной связной среды нарушенной структуры, воспринимающей давление свыше гравитационного. Способ определения физических параметров прочности нарушенной структуры материальной среды заключается в определении при лабораторном сдвиге образцов среды ненарушенной структуры в условиях компрессии угла φ=φстр внутреннего трения и удельного сцепления с=сстр среды ненарушенной структуры при построении графика Кулона-Мора τi=pi·tgφстрстр предельного состояния среды под давлением pi, где τi - напряжение сдвига среды под давлением сжатия pi. Для определения угла внутреннего трения среды с нарушенной структурой, образующейся при достижении под штампом давления, равного бытовому давлению рстр.бб=(γ·h-сстр)ctgφстр на отметке h массива ее естественного сложения, определяют угол θ=φстрн=arcsin[2sinφстр/(1+sin2φстр)]. Определяют угол внутреннего трения среды с нарушенной структурой по выражению φн=θ-φстр, а удельное сцепление материальной среды с нарушенной структурой определяют по зависимости с н = с с т р [ 2 t g φ н t g φ с т р ] . Технический результат - получение связи физических параметров прочности φн и сн нагруженной материальной среды сверх природного гравитационного (бытового) давления с параметрами структурной прочности среды φстр и сстр.2 ил.

 

Изобретение относится к физике материального контактного взаимодействия, конкретно к способу определения угла внутреннего трения и удельного сцепления нарушенной структуры материальной среды.

Известен способ определения механических параметров - угла φ=φстр внутреннего трения и удельного сцепления с=сстр грунтовой материальной среды с ненарушенной структурой, заключающийся в том, что отбирают образцы грунта с ненарушенной структурой, выдерживают их под гравитационной бытовой нагрузкой рб=γh, где γ - удельный вес грунта, h - глубина отбора образца из массива грунта, поочередно образцы грунта заряжают в кольцевую обойму сдвигового прибора, производят обжатие каждого из них возрастающей ступенью нагрузки pi и плоскостной срез обжатого образца грунта с замером сопротивления сдвига τ, отличающийся тем, что строят график зависимости Кулона-Мора τi=pi·tgφстрстр и при нулевом давлении р=0 в условиях компрессии определяют удельное сцепление сстр и угол φстр внутреннего трения грунта ненарушенной структуры [1].

Недостатком известного способа является определение параметров φстр и сстр грунта ненарушенной структуры при гидростатическом бытовом давлении рб=γh, когда связные грунты обладают в массиве бытовым давлением рб=(γ·h-сстр)tgφстр. Проектировщиков интересуют давления пригрузок р>рб от действующих сооружений, когда требуется значение углов φ=φн и удельного сцепления с=сн грунта с нарушенной структурой. С другой стороны, испытания ненарушенных образцов грунта на сдвиг в лабораториях производят в условиях компрессии, а не с поверхности полупространства массива, в связи с чем параметры φстр и сстр получают искаженными, отличными от действительных.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ определения механических параметров прочности ненарушенной структуры грунтовой среды в массиве методом поступательного среза лопастным сдвигомером-прессиометром Л.С. Амаряна, заключающийся в том, что бурят вертикальную скважину в массиве грунта, в скважину задавливают на заданную глубину h двутавровый рабочий наконечник сдвигомера-прессиометра с обрезанием ее грунтовых стенок боковыми плоскими полками, из боковых полок двутаврового наконечника выдвигают поочередно возрастающими ступенями давления pi жесткие штампы с поперечными грунтозацепами, далее производят сдвиг грунта на глубине h на каждой ступени давления piб, выше бытового давления рб=γh, в момент стабилизации осадок грунта под ступенями давления путем поступательного среза под напряжением τi обжатого грунта в скважине, по полученным данным pi и τi строят график Кулона-Мора τi=pi·tgφ+с и определяют параметры прочности грунта φ=φстр и с=сстр [2, 3].

Получаемые лопастными прессиометрами-сдвигомерами параметры прочности φ и с не совпадают с лабораторными данными исследований образцов грунта φ=φстр и с=сстр ненарушенной структуры в условиях компрессионного сжатия, поэтому метод поступательного среза грунтов лопастными прессиометрами-сдвигомерами не получает распространения. В действительности срез грунта, обжатого давлением штампов лопастных сдвигомеров-прессиометров, производится уже в нарушенном состоянии его структуры обжимающим давлением р>рб и параметры прочности получают по графику Кулона-Мора именно в виде φ=φн и с=сн, интересующем проектировщиков.

Технический результат по способу определения физических параметров прочности нарушенной структуры материальной среды под запроектированной нагрузкой р>рб, превышающей ее структурную прочность, заключающемуся в том, что на образцах в лаборатории определяют угол φ=φстр внутреннего трения и удельного сцепления с=сстр среды ненарушенной структуры при построении графика Кулона-Мора τi=pi·tgφстрстр предельного состояния среды под давлением pi, где τi - напряжение сдвига среды под давлением сжатия pi, достигается тем, что моментом нарушения структурной прочности связной материальной среды считают достижение под штампом давления, равного бытовому давлению рстр.бб=(γ·h-сстр)ctgφстр на отметке h массива ее естественного сложения, при этом угол внутреннего трения среды с нарушенной структурой определяют из выражения φн=θ-φстр, где угол φстр - угол внутреннего трения среды ненарушенной структуры, угол θ=φстрн=arcsin[2sinφстр/(1+sin2φстр)]. Причем удельное сцепление среды нарушенной структуры определяют как с н = с с т р [ 2 t g ϕ н t g ϕ с т р ] .

Предлагаемый способ позволяет перевести данные φстр и сстр, полученные в лабораториях на ненарушенных образцах исследуемой среды, в параметры прочности среды в нарушенном под нагрузкой р>рб состоянии и наоборот. Аналитические расчетные зависимости несущей способности материальной среды под нагрузкой получают более точные решения при достоверном определении φн и сн.

Изобретение поясняется графическими материалами, где на фиг.1 представлен график Кулона-Мора предельного состояния материальной среды в структурно устойчивом и нарушенном состоянии; на фиг.2 - эпюры контактных напряжений под и за краями штампа (на поверхности воронки сжатия).

Согласно известной методике определения максимальной контактной прочности материальной связной среды в условиях плоской деформации [4] график поверхности полупространства выглядит в виде трех кругов Мора (фиг.1): круга 1 предельного состояния грунта под подошвой штампа, круга 2 предельного состояния грунта за краями штампа и охватывающего их круга 3 Мора, суммирующего предельное напряженное состояние грунта в целом (под и за пределами контакта штампа со средой в воронке сжатия). Предельное состояние среды в воронке растяжения-сжатия под и за краями штампа представлено в виде эпюр контактных напряжений с зонами сдвиговых деформаций под краями штампа (эпюра 4) и с зонами растяжения-сжатия за краями штампа (эпюра 5) в деформационной воронке 6.

Из тригонометрических соотношений графика Кулона-Мора (фиг.1) определяем, что ∠θ=∠φстр+∠φн, a sinθ=2sinφстр/(1+sin2φстр), откуда угол внутреннего трения нарушенной структуры деформируемой среды φн=θ-φстр.

При φстр=25° получаем sinθ=2sinφстр/(1+sin2φстр)=2sin25°/(1+sin225°)=0,6676 и угол θ=46,536°, тогда угол φн=θ-φстр=46,536°-25°=21,536°.

Из тригонометрических соотношений графика Кулона-Мора (фиг.1) находим, что удельное сцепление среды в нарушенном состоянии равно с н = с с т р [ 2 t g ϕ н t g ϕ с т р ] = 0 , 2 [ 2 t g 21 , 536 t g 25 ] = 0 , 23013  кг/см 2 = 0 , 023  МПа ,

что нашло свое подтверждение при испытаниях суглинков лопастными сдвигомерами-прессиометрами ЛПМ-12С и на сдвиговых лабораторных приборах ПНИИИС Госстоя СССР в 1981 году: показания прессиометров-сдвигомеров сн=0,23 кг/см2, φн=25°, показания лабораторных приборов сстр=0,2 кг/см2, φстр=22°.

Источники информации, принятые во внимание при составлении заявочных материалов

1. Цитович Н.А. Механика грунтов (краткий курс): Учебник для ВУЗов. - 3-е изд., доп. - М.: Высшая школа, 1979. - с.41-48.

2. Амарян Л.С. Свойства слабых грунтов и методы их изучения. - М.: «Недра», 1990. - с.57-59.

3. ГОСТ 21719-80. Грунты. Методы полевых испытаний на срез в скважинах и в массиве. - М.: Госстандарт СССР. - С.16-17, 20.

4. Патент РФ №2265824, G01N 8/24. БИ №34 от 10.12.2005.

Способ определения физических параметров прочности нарушенной структуры материальной среды, заключающийся в том, что определяют при лабораторном сдвиге образцов среды ненарушенной структуры в условиях компрессии угол φ=φстр внутреннего трения и удельное сцепление с=сстр среды ненарушенной структуры при построении графика Кулона-Мора τi=pi·tgφстрстр предельного состояния среды под давлением pi, где τi - напряжение сдвига среды под давлением сжатия pi, отличающийся тем, что для определения угла внутреннего трения среды с нарушенной структурой, образующейся при достижении под штампом давления, равного бытовому давлению рстр.бб=(γ·h-сстр)ctgφстр на отметке h массива ее естественного сложения, определяют угол θ=φстрн=arcsin[2sinφстр/(1+sin2φстр)], и по полученным значениям определяют угол внутреннего трения среды с нарушенной структурой по выражению φн=θ-φстр, а удельное сцепление материальной среды с нарушенной структурой определяют по зависимости .



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения прочности растительных материалов (соломы, зерен злаков, отходов древесины и др.) в условиях сдвига с целью обоснованного расчета и конструирования измельчающего оборудования.

Изобретение относится к испытательной технике, к испытаниям на прочность. Установка содержит основание, установленный на нем барабан, резец для взаимодействия с образцом, закрепленный на барабане коаксиально последнему, держатель образца в виде обоймы, толкатель для взаимодействия с одним из торцов образца, упор для взаимодействия со вторым торцом образца и механизм перемещения толкателя, выполненный в виде пресса.

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к способам и устройствам для испытания на сдвиг, и может быть использовано при изготовлении многослойных панелей в самолетостроении, судостроении, строительстве и других отраслях промышленности.

Изобретение относится к машиностроению, а именно к испытанию материалов на сдвиг. .

Изобретение относится к испытательной технике, к испытаниям на прочность. .

Изобретение относится к области обувного производства, а именно к исследовательскому приборному комплексу, предназначенному для определения зависимости жесткости каблука при взаимодействии его с опорной поверхностью, что имеет место в фазе переднего толчка при ходьбе.

Изобретение относится к обувной подотрасли легкой промышленности. .

Изобретение относится к механике грунтов. .

Изобретение относится к исследованиям механических свойств снега и может быть использовано для определения оптимального режима уборки снежных завалов. .

Изобретение относится к испытательной технике для определения механических свойств материалов и изделий. Преимущественная область применения - исследование эксплутационных характеристик антисейсмических гидроамортизаторов атомных реакторов и другого оборудования АЭС.

Изобретение относится к методам определения эксплуатационных характеристик строительных материалов, конкретно к способам определения прочности древесины различных пород на скалывание.

Изобретение относится к области медицины, а именно к ортопедической стоматологии, и предназначено для использования при реставрации окклюзионной поверхности комбинированных зубных протезов любой протяженности, поврежденной при частичных сколах керамического облицовочного покрытия.

Изобретение относится к испытательной технике, а именно к установкам для испытания образцов материалов на прочность при постоянной и переменной нагрузках при комнатной и повышенной температурах и может быть применена в заводской и исследовательской лабораториях.

Изобретение относится к области исследования, а именно измерения механических свойств твердых материалов, например твердых геологических пород в условиях гидростатического давления, и может быть использовано для оценки их качества, а именно их прочности и модуля упругости при сжатии.

Изобретение относится к испытательной технике, в частности к машинам для механических испытаний растяжением, например геосинтетических материалов для дорожных покрытий и т.д., и может применяться в соответствующих областях техники.

Изобретение относится к испытательной технике, а именно к нагружающим механизмам установок для испытания образцов материалов на ползучесть и длительную прочность при комнатной температуре, и может быть применено в заводской и исследовательской лабораториях.

Изобретение относится к текстильному материаловедению и предназначено для объективной оценки свойств трикотажных полотен для одежды в текстильной и легкой промышленности.

Изобретение относится к области строительства и машиностроения, а именно, к определению физико-механических свойств изделий, и может быть использовано для исследования прочностных свойств твердых материалов.

Изобретение относится к испытательной технике, а именно к стендам для определения предела прочности хрупких и малопрочных материалов. Стенд содержит основание, опоры, нагружающее устройство, снабженное силоизмерителем, и образец в виде диска, размещенный между опорами через прокладки из материала, модуль упругости которого меньше модуля упругости материала образца, причем одна из опор жестко закреплена на основании и является неподвижной, а другая опора - подвижная и соединена через шток с нагружающим устройством.

Изобретение относится к устройству для измерения скорости и направления движения грунта относительно подземного трубопровода, расположенного в местах с возможными оползневыми явлениями.

Изобретение относится к области физики материального взаимодействия, а именно к способу определения угла φн внутреннего трения и удельного сцепления - сн материальной связной среды нарушенной структуры, воспринимающей давление свыше гравитационного. Способ определения физических параметров прочности нарушенной структуры материальной среды заключается в определении при лабораторном сдвиге образцов среды ненарушенной структуры в условиях компрессии угла φφстр внутреннего трения и удельного сцепления ссстр среды ненарушенной структуры при построении графика Кулона-Мора τipi·tgφстр+сстр предельного состояния среды под давлением pi, где τi - напряжение сдвига среды под давлением сжатия pi. Для определения угла внутреннего трения среды с нарушенной структурой, образующейся при достижении под штампом давления, равного бытовому давлению рстр.брбctgφстр на отметке h массива ее естественного сложения, определяют угол θφстр+φнarcsin[2sinφстр]. Определяют угол внутреннего трения среды с нарушенной структурой по выражению φнθ-φстр, а удельное сцепление материальной среды с нарушенной структурой определяют по зависимости снсстр[2−tgφнtgφстр]. Технический результат - получение связи физических параметров прочности φн и сн нагруженной материальной среды сверх природного гравитационного давления с параметрами структурной прочности среды φстр и сстр.2 ил.

Наверх