Способ определения физических параметров прочности нарушенной структуры материальной среды



Способ определения физических параметров прочности нарушенной структуры материальной среды
Способ определения физических параметров прочности нарушенной структуры материальной среды

 


Владельцы патента RU 2537725:

Хрусталёв Евгений Николаевич (RU)

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.
Наверх