Устройство для испытания грунтов

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 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.

Известен тензометрический штамп [Авт. св. СССР на изобретение №294095, G01n 3/08, БИ №6, 1971] для измерения контактного давления, включающий нагрузочное устройство и систему измерения осадки штампа, нижнюю и верхнюю балки с вмонтированными между ними измерительными приспособлениями, причем обе балки выполнены из пяти элементов-пластин, а между пластинами верхней и нижней балок установлены измерительные приспособления в виде тензометрических колец для измерения реактивного напряжения.

Недостатками известного штампа являются: сложность изготовления и транспортировки; большая трудоемкость и сложность монтажа и демонтажа; необходимость тарировки тензометрической измерительной системы после каждого монтажа установки; невозможность определения распределения реактивного напряжения грунтового основания в любых произвольных точках по подошве штампа, искаженное распределение контактных деформаций по подошве штампа вследствие жесткости нижних балок и, вследствие этого, низкая достоверность результатов испытаний.

Известно также устройство для испытания грунтов [Авт. св. СССР на изобретение №746034, E02D 1/00, БИ №25, 1980], включающее секционный штамп и связанные с каждой секцией нагрузочное и измерительное приспособления, смонтированные на раме, причем с каждой секцией соединены два силовых цилиндра, с помощью которых контролируется распределение контактного напряжения по подошве штампа.

Недостатками известного устройства являются: сложность конструкции; сложность и высокая стоимость изготовления; повышенные требования к транспортировке, монтажу и демонтажу; сложность управления работой установки; заданность распределения реактивного напряжения по подошве штампа до испытания; низкая достоверность результатов испытаний из-за получения на каждом элементе-пластине только одного значения и ограниченной возможности варьирования распределения значений напряжения.

Известен также штамп для нагружения грунта [Авт. св. СССР на изобретение №1511332, E02D 1/00, БИ №36, 1989], включающий нагружающие элементы, выполненные в виде набора вертикально расположенных стержней, подвешенных на горизонтальной площадке несущей рамы с возможностью осевого перемещения, причем стержни выполнены в виде идентичных призм, имеющих равные массы с основаниями в виде равносторонних многоугольников и контактирующих боковыми гранями друг с другом.

Недостатком известного штампа являются: сложность конструкции, состоящей из сотен стержней; сложность измерений их перемещений; возможность приложения только одного значения прикладываемого на грунтовое основание напряжения, определяемого массой стержней; нарушение природного сложения грунтового основания предварительной закладкой датчиков давления; отсутствие согласования нагрузки от стержней штампа с датчиками давления; низкая достоверность результатов испытаний из-за получения только одного измерения при одном испытании и нарушения природного сложения грунтового основания.

Наиболее близким к заявляемому изобретению является установка для испытания грунта статической нагрузкой [Авт. св. СССР на изобретение №256321, G01l, БИ №34, 1969 (прототип)], включающая нагрузочный штамп, упорную систему, состоящую из упорной балки и анкеров, блок приложения нагрузки, состоящий из гидродомкрата и стабилизатора давления, и измерительную систему.

Недостатком известной установки является получение в одном испытании только одного значения реактивного напряжения грунтового основания, среднего для всей площади подошвы штампа и соответствующего ему одного значения осадки штампа; невозможность определения распределения реактивного напряжения грунтового основания в любых произвольных точках по подошве штампа; низкая достоверность результатов испытаний из-за получения при одном испытании только одного значения осадки грунта и одного значения давления.

Задача изобретения - определение распределения реактивного напряжения грунтового основания в любых произвольных точках по подошве штампа при одном испытании.

Технический результат изобретения - упрощение и удешевление определения распределения реактивного напряжения грунтового основания в любых произвольных точках по подошве штампа и повышение достоверности результатов при одном испытании.

Технический результат достигается тем, что в устройстве для испытания грунтов, включающем 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, а на боковых сторонах упругой пластины нанесена координатная прямоугольная сетка, при этом в измерительную систему введены регистратор приложенной нагрузки и регистратор осадки штампа, а 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.

В частности:

размещение под нагрузочным штампом упругой пластины обеспечивает определение распределения нормальных реактивных напряжений грунтовых оснований по подошве нагрузочного штампа;

выполнение нагрузочного штампа в виде жесткой конструкции исключает деформацию подошвы штампа и обеспечивает равномерно распределенную передачу сжимающей нагрузки по всей поверхности упругой пластины;

выполнение упругой пластины с толщиной 0,05-0,1 размера сторон штампа и модулем упругости не более 50 МПа обеспечивает сжимаемость упругой пластины под действием приложенной нагрузки и реакции грунтового основания приложенной сжимающей нагрузке;

выполнение на боковых сторонах упругой пластины координатной прямоугольной сетки обеспечивает отображение величины деформации по всем боковым сторонам упругой пластины в неограниченном количестве точек;

жесткое закрепление с помощью кронштейнов на штампе с боковых сторон по осям его симметрии видеорегистраторов деформации упругой пластины с возможностью полного обзора боковых сторон упругой пластины обеспечивает полный обзор боковых сторон упругой пластины и одинаковые условия видеорегистрации и обработки результатов видеорегистрации деформации упругой пластины со всех ее боковых сторон;

выполнение упругой пластины и нагрузочного штампа квадратной формы упрощает обработку результатов видеорегистрации и определение величины деформации в любой точке боковых сторон упругой пластины;

введение в измерительную систему регистратора приложенной нагрузки и регистратора осадки штампа обеспечивает синхронизацию регистрации величины приложенной нагрузки, величины осадки нагрузочного штампа и деформации упругой пластины в любой точке боковых сторон упругой пластины в любой момент испытания грунтового основания.

Таким образом совокупность указанных отличительных признаков обеспечивает новый положительный эффект и является сущностью изобретения.

Заявляемое устройство для испытания грунтов и пояснения по его работе схематично изображены на чертеже, где даны: фиг.1 - принципиальная блок-схема устройства для испытания грунтов; фиг.2 - устройство для испытания грунтов (вид сверху).

Устройство для испытания грунтов состоит из нагрузочного штампа 1, упругой пластины 2, упорной системы 3, блока 4 приложения нагрузки, регистратора 5 приложенной нагрузки, регистратора 6 осадки штампа, видеорегистраторов 7 деформации упругой пластины с кронштейнами 8. На всех боковых сторонах упругой пластины 2 выполнена координатная прямоугольная сетка 9.

Нагрузочный штамп 1 имеет жесткую конструкцию и квадратную форму в плане.

Упругая пластина 2 имеет такие же форму и размеры в плане, что и нагрузочный штамп 1, толщину 0,05-0,1 размера сторон штампа и модуль упругости 30-50 МПа.

Видеорегистраторы 7 деформации упругой пластины размещены со всех боковых сторон нагрузочного штампа 1 по его осям симметрии, имеют полный обзор боковых сторон упругой пластины 2 и жестко закреплены на нагрузочном штампе 1 с помощью кронштейнов 8.

Упорная система 3 может быть выполнена, например, в виде жесткой упорной балки и анкеров.

Блок 4 приложения нагрузки может быть выполнен, например, в виде гидродомкрата со стабилизатором давления.

Регистратор 5 приложенной нагрузки может быть выполнен, например, в виде цифрового датчика давления с блоком памяти.

Регистратор 6 осадки штампа может быть выполнен, например, в виде цифрового датчика линейных перемещений с блоком памяти.

Устройство для испытания грунтов работает следующим образом.

На выровненном грунтовом основании горной выработки устанавливают нагрузочный штамп 1 с упругой пластиной 2 и видеорегистраторами 7 деформации упругой пластины, жестко закрепленными с помощью кронштейнов 8 со всех боковых сторон нагрузочного штампа 1 по его осям симметрии с возможностью полного обзора боковых сторон упругой пластины 2.

Монтируют упорную систему 3, блок 4 приложения нагрузки, регистратор 5 приложенной нагрузки и регистратор 6 осадки штампа.

Видеорегистраторы 7 деформации упругой пластины могут устанавливаться также на самостоятельной реперной системе.

После монтажа устройства для испытания грунтов с помощью блока 4 приложения нагрузки производят приложение на нагрузочный штамп 1 нагрузки заданными ступенями с выдержкой каждой до стабилизации осадки нагрузочного штампа 1.

В процессе испытания грунтового основания с помощью регистратора 5 приложенной нагрузки регистратора 6 осадки штампа и видеорегистраторов 7 деформации упругой пластины производят синхронную регистрацию приложенной нагрузки, осадки нагрузочного штампа 1 и видеорегистрацию деформации всех боковых сторон упругой пластины 2, имеющих координатную прямоугольную сетку 9.

По данным видеорегистрации боковых сторон упругой платины 2 определяют величину деформации в любых точках боковых сторон упругой пластины на любой ступени нагрузки в любой момент испытания грунтового основания.

По величине деформации упругой пластины в различных точках боковых сторон в любой момент испытания вычисляют величину деформации упругой пластины в любых точках по подошве нагрузочного штампа, используя, например, формулу Коши [Лаврентьев М.А., Шабат Б.В. Методы теории функций комплексного переменного. - М.: Физматгиз, 1958. - 678 с.].

По величине деформации упругой пластины в любых точках по подошве нагрузочного штампа в любой момент испытания грунтового основания и модуля упругости упругой пластины вычисляют реактивное нормальное напряжение на поверхности грунтового основания в этих точках, при этом число и положение точек по подошве нагрузочного штампа, в которых можно определить реактивное нормальное напряжение на поверхности грунтового основания, не ограничено.

Кроме того, по разнице осадки нагрузочного штампа и средней деформации упругой пластины определяют среднюю деформацию поверхности грунтового основания и рассчитывают модуль деформации грунтового основания.

Таким образом, изобретение позволяет при одном испытании грунтового основания определять распределение реактивного нормального напряжения грунтового основания в любых произвольных точках по подошве штампа и определять деформационные характеристики грунтов, упрощает и удешевляет испытания грунтового основания, повышает достоверность результатов.

Устройство для испытания грунтов, включающее нагрузочный штамп, блок приложения нагрузки, упорную систему и измерительную систему, отличающееся тем, что 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, а на боковых сторонах упругой пластины нанесена координатная прямоугольная сетка, при этом в измерительную систему введены регистратор приложенной нагрузки и регистратор осадки штампа, а 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.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к испытательной технике, к методам определения механических свойств материалов. Сущность: испытывают одновременно два объекта испытаний.

Изобретение относится к области исследований и анализа физических свойств изделий и материалов и может быть использовано преимущественно для определения физических свойств текстильных изделий путем приложения сжимающих нагрузок.

Изобретение относится к испытательной технике и, в частности, к определению коэффициента сцепления транспортного средства с дорожным покрытием. Метод заключается в измерении параметров дорожного покрытия непосредственно на транспортном средстве с учетом его параметров.

Изобретение относится к области методов контроля качества сталей и сплавов. Технический результат - повышение точности измерений.

Использование: для изучения первичной рекристаллизации. Сущность: заключается в том, что осуществляют нагартовку образца и повышение его температуры до температуры прохождения рекристаллизации, при этом к образцу прикладывают постоянную нагрузку, приводящую к упругой деформации, а при повышении температуры фиксируют изменение модуля упругости, находят на зависимости изменения модуля упругости в функции температуры зону повышения градиента модуля упругости, продолжают линию, предшествующую началу зоны смены градиентов модуля упругости, продолжают линию после завершения зоны смены градиентов модуля упругости до пересечения с линией, предшествующей зоне смены градиентов модуля упругости, и идентифицируют абсциссу этой точки с температурой начала рекристаллизации.

Использование: для лазерной вибродефектоскопии крупногабаритных оболочек из полимерных многослойных клееных материалов. Сущность: заключается в том, что устройство лазерного вибропреобразователя содержит корпус с размещенным в нем оптоволокном с объективом лазерного излучения, соединенным с преобразователем, при этом преобразователь выполнен в виде подпружиненного бойка, взаимодействующего одним концом с оптоволокном, установленным в корпусе с возможностью качания, а другим с исследуемым объектом, при этом на подпружиненном бойке жестко закреплена упругая пластина, конец которой жестко связан с корпусом, а подпружиненный боек имеет паз под выступы ротора, установленного в корпусе, при этом оптоволокно оптически связано с отражающим зеркалом, которое также взаимодействует с чувствительным элементом, электрически связанным с вычислительной машиной, при этом сам корпус связан с динамометром посредством пружины сжатия и с устройством перемещения, взаимодействующие между собой с помощью направляющей, при этом в корпусе установлены шаровые опоры, перемещающиеся по исследуемому объекту, обеспечивающие зазор.

Изобретение относится к области анализа материалов, преимущественно смазочных масел, в частности для оценки влияния масел на поверхности деталей двигателей внутреннего сгорания в зонах высоких температур, и может быть использовано в химической и нефтехимической промышленности для оценки моющих свойств масел при их допуске к производству и применению в технике.

Изобретение относится к нанотехнологическому оборудованию и предназначено для идентификации материалов в насыпном виде и экспресс-контроля микромеханических, реологических и микро-электромеханических характеристик продукции, их стабильности на разных стадиях производства продукта и отклонений от эталонных образцов.

Изобретение относится к области определения реологических характеристик пищевых продуктов и применяется для сравнения условной когезии рубленых мясных кулинарных изделий (котлет, биточков, шницелей и др.).

Изобретение относится к области измерительно-испытательной техники и направлено на обеспечение возможности исследования воздействия интенсификаторов на напряжение сдвига материалов и грунтов по поверхности сдвига при изменении угла взаимодействия грунта и поверхности сдвига, что обеспечивается за счет того, что сдвиговый стенд включает обойму со съемным кольцом для размещения образца грунта, пригрузочное приспособление, приводной механизм и поверхность наклонного стола, размещенную под обоймой.

Изобретение относится к области физики материального взаимодействия, конкретно к способу определения гравитационного (бытового) давления в массиве связной материальной среды.

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 «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 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.

Наверх