Способ определения гравитационного давления в массиве связной материальной среды



Способ определения гравитационного давления в массиве связной материальной среды

 


Владельцы патента RU 2547099:

Хрусталев Евгений Николаевич (RU)

Изобретение относится к области физики материального взаимодействия, конкретно к способу определения гравитационного (бытового) давления в массиве связной материальной среды. Величину гравитационного давления определяют по зависимости pб=(γ·h-cстр)ctgφстр, где γ - удельный вес материальной среды, h - глубина определения давления в массиве среды, cстр - структурное удельное сцепление среды, φстр - угол внутреннего трения структурированной среды в естественном залегании. Технический результат - повышение точности определения величины бытового давления. 1 ил.

 

Изобретение относится к физике контактного взаимодействия частиц связной материальной среды в массиве полупространства в условиях гравитационного воздействия.

Известен способ определения природного гравитационного (бытового) давления в массиве жидкой и газовой бессвязной материальной среды, заключающийся в том, что определяют глубину h замера давления от поверхности полупространства с плотностью ρ и удельным весом γ=ρ·g, где g - ускорение свободного падения материального тела в условиях гравитации, а гравитационное природное давление определяют по расчетной зависимости pб=γ·h [1].

Природное давление pб=γ·h для бессвязных материальных сред (газ, вода) при отсутствии сил трения является всесторонним под их поверхностью в условиях полупространства и нормально действующим на погружаемые в них поверхности объектов. Величина тангенциального напряжения τ и нормального давления pб на заданной глубине равны друг другу τ=pб=γh.

Известен способ определения гравитационного давления несвязной материальной среды, заключающийся в том, что определяют глубину h замера давления от поверхности полупространства с плотностью ρ и удельным весом γ=ρ·g, где g - ускорение свободного падения материального тела в условиях гравитации, принимают угол внутреннего трения идеально чистой материальной среды φ=45° при коэффициенте внутреннего трения f=tgφ=1, а удельное сцепление с≈0, рассчитывают по закону Кулона тангенциальное напряжение как τ=p·tgφ+c=p, а гравитационное давление определяют, как и тангенциальное pб=τ=γ·h [2].

Технический результат по способу определения гравитационного давления в массиве связной материальной среды, заключающемуся в том, что устанавливают от поверхности массива глубину h замера давления, на глубине h определяют тангенциальное напряжение по зависимости τ=ρ·g·h=γ·h, МПа, где ρ - плотность, кг/м3, γ - удельный вес материальной среды с учетом взвешивающей силы воды, кг/м3, g - ускорение свободного падения тела в условиях гравитации, м/с2, удельное структурное сцепление cстр, МПа, и угол φстр внутреннего трения среды, достигается тем, что нормальное гравитационное давление на глубине h массива связной материальной среды определяют расчетным путем по зависимости pб=(τ-cстр)ctgφстр=(γ·h-cстр)ctgφстр, МПа, а связную материальную среду на глубине h<cстр/γ принимают находящейся в растянутом по вертикали напряженном состоянии и уравновешенной атмосферным давлением.

Величина нормального гравитационного давления pб на глубине h от поверхности структурно-устойчивого связного материального полупространства поясняется графически на фиг. 1 через зависимость Кулона τ=pб·tgφ+cстр для предельно нагруженной грунтовой среды.

Предлагаемый способ определения гравитационного давления в необводненном массиве связной материальной среды реализуется следующим образом.

В процессе инженерных изысканий массива среды определяют глубину h (см) его исследования, с которой отбирают образцы с ненарушенной структурой. В лаборатории по образцам среды определяют ее удельный вес γ=ρ·g (кг/см3), где ρ (кг/см3) - плотность среды, g (м/с2) - ускорение свободного падения тела, и производят расчет тангенциального напряжения на глубине h (см) исследуемого массива по зависимости τ=ρ·g·h=γ·h, пригодной для связной и несвязной материальной среды. По результатам лабораторных испытаний образцов среды в сдвиговых приборах или в стабилометрах строят график зависимости τ=p·tgφстр+cстр (кг/см2) Кулона-Мора предельного состояния материальной среды и устанавливают значения ее прочностных параметров - угла φстр внутреннего трения и cстр (кт/см2) удельного сцепления при не менее трех ступенях возрастающего сжимающего давления ρ (кг/см2) (фиг. 1). По графику τ=p·tgφстр+cстр определяют значение p=pб=(τ-cстр)ctgφстр=(γ·h-cстр)ctgφстр (кг/см2), соответствующее гравитационному давлению в массиве среды на глубине исследования h.

На глубине h<cстр/γ поверхность земной коры находится в состоянии растяжения и

удерживается от отделения в космическое пространство давлением атмосферы. На глубине h=cстр/γ природное (бытовое) давление в грунтовом массиве отсутствует.

Гравитационное давление проявляется на глубине h>cстр/γ от земной поверхности.

Пример 1. Археологические раскопки сохранившихся исторических ценностей в связной грунтовой среде с удельным сцеплением cстр=0,02 МПа; удельным весом γстр=0,0019 кг/см2 следует производить с глубины h=cстрстр=1,05 м. Если захоронения произведены на глубине h<1,05 м, то с годами на дневную поверхность грунтовой среды могут быть вытеснены надгробные кресты, что отмечено сегодня «как чудо» верующими людьми и до сих пор не объяснено учеными.

Пример 2. Вода в чистом виде обладает поверхностным натяжением верхнего слоя - пленки σпл=P/l, определяемым силой P, приложенной к метрической единице прямолинейного участка границы поверхности воды по направлению касательной к поверхности жидкости при ее равновесии. При температуре Τ=20°C поверхностное натяжение σпл=0,0725 дж/м2 = 0,0725 Н/м ≈ 0,00739 кг/м. При ускорении свободного падения g=9,81 м/с2 и плотности чистой воды ρ=1000 кг/м3 удельный вес воды составляет γ=981 кг/м3. Удельное сцепление поверхностной пленки воды толщиной hпл и воды в целом равно cвв·g·hплв·hплвпл/ hпл, где τв - тангенциальное (касательное) напряжение. Толщина пленки воды, находящейся в состоянии поверхностного растяжения, . При σпл=0,00739 кг/м, γв=981 кг/м3 получаем hпл=27,978·10-4 м, а удельное сцепление воды cввв·hпл=274,642·10-6 кг/см2=27,446 Па.

Коэффициент поверхностного натяжения водной глади при заданной температуре равен α=σплв·hпл=cвhплвh2пл=981 кг/м3 (27,978·10-4 м)2=76,79·10-4 кг/м =75,33·10-3 Н/м. При Т=0°C опытный коэффициент поверхностного натяжения воды равен α=σпл =75,6·10-3 Н/м [4].

Источники информации

1. Ландсберг Г.А. Элементарный учебник физики / Механика. Теплота. Молекулярная физика. - T.1, издание 8. - М.: «Наука». - С.122, 323-327.

2. Цытович Н.А. Механика грунтов / Краткий курс: Изд-е 3, доп. - М.: «Наука», 1979. - С.46-47.

3. Ландсберг Г.А. Элементарный учебник физики / Механика. Теплота. Молекулярная физика. - T.1, издание 8. - М.: «Наука». - С.509-513.

4. Кошкин Н.И., Ширкевич М.Г. Справочник по элементарной физике / Изд-е 5, перераб. и доп. - «Наука», 1972. - С.84.

Способ определения гравитационного давления в массиве связной материальной среды, заключающийся в том, что устанавливают от поверхности массива среды глубину h замера давления, на глубине h определяют тангенциальное напряжение τ=ρ·g·h=γ·h, МПа, где удельный вес γ=ρ·g, кг/м3, самой среды, где ρ - плотность среды, кг/м3, g - ускорение свободного падения, м/с2, удельное структурное сцепление cстр, МПа, и угол φстр внутреннего трения среды, отличающийся тем, что нормальное гравитационное давление на глубине h массива связной материальной среды определяют расчетным путем по зависимости pб=(γ·h-cстр)ctgφстр, МПа, а связную материальную среду на глубине h<сстр/γ принимают находящейся в растянутом по вертикали напряженном состоянии и уравновешенной атмосферным давлением.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области строительства и предназначено для использования при проведении инженерно-геологических изысканий с целью расчленения грунтовой толщи в процессе вращательного бурения и определения механических свойств грунтов в полевых условиях.

Изобретение относится к строительству и может быть использовано при испытаниях сваи, свайных фундаментов, зданий и др. сооружений.

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.

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

Изобретение относится к устройству диагностики и прогноза состояния грунтовых технических систем на слабых грунтах и оползневых склонах. Техническим результатом изобретения является повышение чувствительности устройства при однократном воздействии вибродинамической нагрузки с сохранением высокой точности измерения.

Изобретение относится к устройствам для отбора почв с нарушенной структурой и может быть использовано при извлечении различного типа почвенно-грунтовых образцов в полевых условиях для комплексного анализа земли сельскохозяйственного назначения.

Изобретение относится к промышленному или гражданскому строительству, в частности к определению устойчивости мерзлых грунтов, и может быть использовано при строительстве нефте- и газопроводов для установления степени устойчивости грунтов к термоэрозионному размыву.

Изобретение относится к строительству, а именно к определению механических свойств грунтов в полевых условиях при проведении инженерно-геологических изысканий и обследовании грунтов в основании существующих фундаментов.

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при разработке месторождений полезных ископаемых и строительстве подземных сооружений открытым способом.

Изобретение относится к области строительства, а именно к исследованию физико-механических характеристик грунтов динамическим зондированием. Способ динамического зондирования грунтов, при котором погружают штангу с зондом в грунт посредством периодических ударов и во время каждого удара определяют параметры воздействия грунта на датчики измерительной системы, обеспечивая усиление сигналов от датчиков, их аналого-цифровое преобразование, регистрацию и передачу данных, включая зависимость перемещения зонда от времени и зависимость изменения лобового сопротивления от времени, во внешний блок обработки данных с помощью соответствующего программного обеспечения, в результате чего определяют физико-механические характеристики грунта.

Изобретение относится к области инженерных изысканий и предназначено, в частности, для определения распределения реактивных нормальных напряжений грунтовых оснований по площади приложения нагрузки, необходимых для расчета внутренних усилий в теле фундаментов, и может быть использовано для определения деформационных характеристик грунтов. Устройство содержит нагрузочный штамп, блок приложения нагрузки, упорную систему и измерительную систему. Штамп выполнен в виде жесткой конструкции квадратной формы. Под штампом размещена упругая пластина с размерами штампа в плане, толщиной 0,05-0,1 размера сторон штампа и модулем упругости 30-50 МПа. На боковых сторонах упругой пластины нанесена координатная прямоугольная сетка. В измерительную систему введены регистратор приложенной нагрузки и регистратор осадки штампа. На штампе с боковых сторон по осям его симметрии с помощью кронштейнов жестко закреплены видеорегистраторы деформации упругой пластины с возможностью полного обзора боковых сторон упругой пластины. Технический результат: упрощение и удешевление определения распределения реактивного напряжения грунтового основания в любых произвольных точках по подошве штампа и повышение достоверности результатов при одном испытании. 2 ил.

Изобретение относится к области «Физики материального контактного взаимодействия» и служит для определения гравитационного (бытового) давления в массиве материальной среды определенной плотности. Способ определения гравитационного давления материальной среды в массиве и ее природной плотности, заключатся в том, что на заданной глубине h (см) массива материальной среды полевыми методами инженерных изысканий определяют угол φстр внутреннего трения и удельное сцепление cстр среды ненарушенной структуры в условиях гравитационного (бытового) давления pб. При этом величину гравитационного давления в массиве упругосвязнопластичной грунтовой среды определяют по зависимости , а плотность грунтовой среды рассчитывают как при удельном весе , где g - ускорение свободного падения тела в условиях гравитации (см/с2). Затем величину гравитационного давления в массиве упрутоэластичной анизотропной торфяной среды определяют по зависимости , а плотность торфяной среды рассчитывают как при удельном весе . Техническим результатом является возможность определения значения гравитационного (бытового) давления в массиве материальной среды по данным ее прочностных параметров φстр и cстр в ненарушенном состоянии, а также значение удельного веса γстр и плотности ρстр среды в условиях гравитационного притяжения поверхности Земли. 2 ил.

Изобретение относится к гидротехническому, мелиоративному, дорожному и другим видам строительства, где необходимо оценить качество насыпей и искусственных оснований. При реализации способа предварительно проводят статическое, динамическое или вибрационное зондирование в выбранных точках на глубину от 1 м относительно верха насыпи. Одновременно отбирают образцы уплотненного грунта ненарушенной структуры для определения влажности и плотности скелета указанного грунта из нескольких пробуренных скважин в точках на расстоянии не более 1 метра в плане от точек зондирования. На отобранных образцах грунтов из тела уплотненной насыпи проводят лабораторные исследования стандартного уплотнения с определением коэффициента уплотнения в зависимости от плотности скелета грунта. Выполняют построение корреляционной зависимости между указанными значениями коэффициента уплотнения и значениями сопротивления проникновению стандартного конуса в грунт при зондировании с учетом ранее выполненных в лаборатории определений с последующей оценкой качества уплотнения выполненной земляной насыпи. Технический результат состоит в повышении точности определения и выявлении зон недоуплотненного грунта для его последующего локального доуплотнения. 2 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к физике материального контактного взаимодействия, конкретно к способу установления предельного состояния деформируемой сжимающей и растягивающей нагрузкой материальной среды. Сущность: по данным сдвига нагруженной ступенями нормального давления pi материальной среды на глубине h тангенциальной нагрузкой τi строят график зависимости τi=ƒ(pi). График линеаризируют прямой до пересечения с осью τi и осью pi, на оси τi устанавливают величину удельного сцепления структурированной среды с=сстр, на оси pi устанавливают величину противодавления связности среды -ре= -сстр·ctgφстр и определяют угол φ=φстр внутреннего трения структурированной среды. Закон Ш. Кулона τстр=pi·tgφстр+сстр устанавливают в интервале нормального давления -(ре)≤pi≤(+рб), где рб=(γстр·h-сстр)ctgφстр - гравитационное (бытовое) давление для структурированной среды с удельным весом γстр, при давлении pi>рб. Предельное состояние материальной среды рассматривают с нарушенной структурой и описывают зависимостью τн=рн·tgφн+сн, а предельное состояние материальной среды в общем виде описывают системой уравнений. Технический результат: возможность определения границ предельного состояния материальной связной среды с нарушенной структурной прочностью и установления закономерности предельного состояния связной среды за пределами ее структурной прочности и закона Ш. Кулона при давлениях pi свыше гравитационного (бытового) рб, т.е. pi>рб. 3 ил.,1 табл.

Изобретение относится к области «Физики материального контактного взаимодействия» жесткого плоского тела с пористой материальной средой и предназначено для определения ее параметров деформируемости и прочности. Сущность: материальную среду нагружают жестким плоским перфорированным штампом ступенчато возрастающей нагрузкой до момента потери несущей способности среды и устойчивости на ней штампа. Во времени контролируют параметры давления pi и деформации Si среды при нагружении и строят график испытания, по которому определяют параметры прочности и деформируемости среды. Каждую ступень деформации среды поддерживают постоянной во времени до ее условной стабилизации. Перед заданием последующих ступеней деформации среды упругий динамометрический элемент фиксируют стопорным винтом нагрузочного устройства. Устройство состоит из корпуса с рабочей камерой, неподвижно установленного на дне камеры нижнего жесткого плоского перфорированного штампа, рабочего кольца с образцом материальной среды, установленного в верхней части рабочего кольца на образце среды верхнего жесткого плоского подвижного перфорированного штампа и нагрузочного устройства. Нагрузочное устройство состоит из жесткой рамки с верхней и нижней перекладинами и двух направляющих стоек, толкателя и упругого динамометрического элемента. Технический результат: повышение производительности испытаний среды на сжимаемость и прочность. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к строительству и предназначено для определения в лабораторных условиях механических характеристик грунта, а именно модуля деформации и коэффициента поперечных деформаций. Прибор для испытаний грунта на сжимаемость содержит цилиндрический корпус, перфорированный поршень и пористое дно. Дополнительно включает вкладыш из эластичного материала, снабженный датчиками перемещений, расположенный между корпусом и испытываемым образцом. Вкладыш позволяет образцу грунта под действием нагрузки расширяться в поперечном направлении, причем обеспечивается одновременное сжатие образца грунта и эластичного вкладыша. Технический результат состоит в повышении точности результатов измерений модуля деформации и коэффициента поперечных деформаций, упрощении конструкции прибора. 4 ил.

Изобретение относится к приборам для измерения деформаций морозного пучения грунта в лабораторных условиях. Прибор содержит гильзы для образцов исследуемого грунта, которые составлены из колец, поддон с водой, штампы, теплоизоляцию и датчики температуры. При этом гильзы размещены на телескопических стаканах различной высоты, установленных на поддоне. Прибор позволяет повысить достоверность определения деформации морозного пучения. 3 ил.

Изобретение относится к строительству, в частности к устройствам для определения деформационно-прочностных свойств органических и органо-минеральных грунтов. Прибор содержит гильзу для образца грунта, перфорированное днище, поршень, механизм нагружения поршня, штамп и механизм нагружения штампа. При этом штамп размещен в цилиндрической выемке на нижней поверхности поршня и имеет диаметр меньше диаметра поршня. Прибор позволяет расширить возможности приборов для определения деформационно-прочностных свойств грунтов. 6 ил.

Изобретение относится к строительству, в частности к технике испытания преимущественно крупнообломочных грунтов на трехосное сжатие, и может быть использовано при инженерно-строительных исследованиях. Устройство содержит цилиндрическую упругую обойму, круглый штамп, основание, цилиндрический жесткий корпус и измерители деформаций и напряжений. Упругая обойма выполнена с антикоррозионным покрытием на внутренней поверхности, заключена в цилиндрическую жесткую обечайку, внутренний диаметр которой равен внешнему диаметру обоймы. Обечайка разрезана по образующей цилиндра на осесимметричные части, прикрепленные к внешней поверхности обоймы и к радиальным пластинам ребер жесткости, установленным с возможностью радиального перемещения в направляющих вертикальных пазах, выполненных в стенках корпуса, внутренний радиус которого превышает внешний радиус обечайки на величину максимальной боковой деформации образца грунта при испытании его на сжатие. К наружным граням ребер жестко прикреплены горизонтальные штоки динамометров, установленные в каналах стенок корпуса с возможностью радиального перемещения. Корпуса динамометров жестко прикреплены к наружной поверхности корпуса устройства. Свободные концы штоков динамометров выполнены с резьбой и снабжены гайками, фиксирующими натяжение пружин динамометров, и соединены с индикаторами деформаций, закрепленными на стойках, установленных на плите основания устройства. Технический результат: увеличение точности результатов испытаний. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к «Физике материального взаимодействия» при контакте твердого жесткого плоского тела штампа с полупространством деформируемой материальной среды в начале фазы ее предельно критического (провального разрушающего) по прочности и устойчивости состояния. Сущность: на заданной отметке материального полупространства на глубине h под плоским жестким штампом по результатам испытаний определяют физические характеристики сжимаемого материала с ненарушенной структурой: удельный вес - γстр, удельное сцепление с=сстр, угол φ=φстр внутреннего трения, гравитационное (бытовое) давление рб, принимают величину атмосферного давления ратм=1,033 кГ/см2, для приближенного определения минимального разрушающего давления в среде под краем нагруженного штампа используют схему Н.П. Пузыревского и условие предельного равновесия среды, а для установления величины разрушающего давления под центром подошвы штампа рассматривают схему Л. Прандтля - Г. Рейснера. Минимальное разрушающее давление сжатия среды под краем подошвы штампа по схеме Н.П. Пузыревского приближенно определяют по зависимости . Технический результат: возможность определить границы фазового предельно критического (разрушающего) напряженно-деформированного состояния массива связной материальной среды под давлением от плоского жесткого штампа средних размеров в момент начала развития поверхностного трещинообразования. 3 ил.
Наверх