Способ определения гравитационного давления материальной среды в массиве и её природной плотности

Авторы патента:

E02D1/02 - Основания и фундаменты; котлованы; насыпи (для гидротехнических сооружений E02B); подземные и подводные сооружения

Владельцы патента RU 2549533:

Хрусталёв Евгений Николаевич (RU)

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 φ_стр внутреннего трения и удельное сцепление c_стр среды ненарушенной структуры в условиях гравитационного (бытового) давления p_б. 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 φ_стр и c_стр в ненарушенном состоянии, а также значение удельного веса γ_стр и плотности ρ_стр среды в условиях гравитационного притяжения поверхности Земли. 2 ил.

Изобретение относится к области «Физики материального контактного взаимодействия» и служит для определения природного гравитационного давления в массиве материальной среды и ее плотности.

Известен способ определения природного гравитационного давления в массиве структурированной материальной среды и ее плотности ρ_стр (кг/см³), заключающийся в том, что на глубине h (см) материального массива в условиях действия гравитации с ускорением свободного падения тела g (см/с²) определяют плотность материальной среды из выражения ρ_стр=m/V (кг/см³), где m - масса отобранного образца среды (кг) объемом V (см³), а удельный вес среды ненарушенной структуры рассчитывают как γ_стр=ρ_стрg (кг/см³), а природное гравитационное давление в массиве определяют по зависимости [1].

Недостатком известного способа определения параметров ρ_стр и материальной среды в массиве является необходимость тщательного отбора из массива образцов материальной среды определенного объема с ненарушенной структурой и их догружения исходным гравитационным (бытовым) давлением , значение которого принимают ориентировочным или определяют в массиве датчиками давления - мессдозами.

Технический результат по способу определения гравитационного давления материальной среды в массиве и ее природной плотности, заключающемуся в том, что на заданной глубине h (см) массива материальной среды полевыми методами инженерных изысканий определяют угол φ_стр внутреннего трения и удельное сцепление c_стр среды ненарушенной структуры в условиях гравитационного (бытового) давления p_б, достигается тем, что гравитационное давление в массиве упруговязкопластичной 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), а величину гравитационного давления в массиве упругоэластичной анизотропной торфяной среды определяют по зависимости , а плотность торфяной среды рассчитывают как при удельном весе

Предлагаемое изобретение поясняется графическими материалами, где на фиг. 1 - график Ш. Кулона предельного состояния грунтовой упруговязкопластичной материальной среды, на фиг. 2 - график предельного состояния торфяной упругэластичной анизотропной среды в заболоченной местности в условиях гравитационного воздействия.

Из графика предельного состояния грунтовой среды (фиг. 1) следует, что , где p_б=r_Г, r_Г - малый радиус круга Мора материальной среды в состоянии растяжения за краями плоского жесткого штампа, R - большой радиус крута Мора материальной среды в состоянии сжатия под подошвой плоского жесткого штампа, причем R+r_Г=R₀. С другой стороны

откуда . Из уравнений (1)-(2) следует

откуда .

При известном выражении получаем выражение для удельного веса грунта . С учетом уравнения (3) получаем - удельный вес грунта с плотностью .

Из графика предельного состояния торфяной анизотропной среды (фиг. 2) следует, что гравитационное (бытовое) давление в торфяной залежи с напластованиями горизонтальных малоразложившихся волокон растительных остатков определяется структурной прочностью этих волокон на растяжение, то есть - удельный вес торфа на глубине h торфяной залежи.

При получаем величину удельного веса торфа в залежи ненарушенной структуры при его структурной плотности .

Пример 1

По результатам инженерных изысканий массива суглинка на глубине h=300 см определен его угол φ^стр=25° внутреннего трения и удельное сцепление c^стр=0,2 кг 1 см². Величина гравитационного (бытового) давления на глубине h равна , удельный вес суглинка при его плотности , где g=981 см/с² - ускорение свободного падения тела на поверхность Земли.

Пример 2

По результатам инженерных изысканий торфяной залежи на глубине h=180 см определен ее угол внутреннего трения и удельное сцепление . Величина гравитационного (бытового) давления на глубине h равна , удельный вес торфа при его плотности

По справочным данным удельный вес низинного торфа в неуплотненной торфяной залежи равен при степени ее разложения R_p=20% [2].

Предлагаемое изобретение впервые позволяет определить значение гравитационного (бытового) давления в массиве материальной среды по данным ее прочностных параметров φ_стр и c_стр в ненарушенном состоянии, а также значение удельного веса γ_стр и плотности ρ_стр среды в условиях гравитационного притяжения поверхности Земли.

Источники информации

1. Тер-Мартиросян З.Г. Механика грунтов / Учебное пособие. - М.: Изд-во Ассоциации строительных вузов, 2005. - С. 24-25, 85, 389.

2. Справочник по торфу /Под ред. к.т.н. А.В. Лазарева и д.т.н. С.С. Корчунова - М.: Недра, 1982. - С. 50.

Способ определения гравитационного давления материальной среды в массиве и ее природной плотности, заключающийся в том, что на заданной глубине h (см) массива материальной среды полевыми методами инженерных изысканий определяют угол φ_стр внутреннего трения и удельное сцепление c_стр среды ненарушенной структуры в условиях гравитационного (бытового) давления p_б, отличающийся тем, что 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), а величину гравитационного давления в массиве упрутоэластичной анизотропной торфяной среды определяют по зависимости , а плотность торфяной среды рассчитывают как при удельном весе .

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.

Способ определения гравитационного давления в массиве связной материальной среды // 2547099

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

Установка для бурового зондирования // 2541977

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.

Способ испытания несущей способности сваи // 2541011

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

Способ определения физических параметров прочности нарушенной структуры материальной среды // 2537725

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.

Устройство для измерения скорости и направления движения грунта относительно подземного трубопровода // 2531979

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

Устройство для измерения деформаций грунтов // 2529214

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.

Устройство для отбора почвы // 2525080

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.

Способ моделирования горизонтального термоэрозионного размыва мерзлых грунтов // 2520590

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.

Устройство для комплексного определения физических и механических свойств грунтов в полевых условиях // 2510440

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.

Способ оценки качества послойного уплотнения возведенных земляных насыпей автомобильных, железных дорог и плотин гидротехнических сооружений // 2551088

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.

Способ установления предельного состояния деформируемой материальной среды // 2555504

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.

Способ испытания на сжимаемость пористой материальной среды и устройство для его осуществления // 2555529

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.

Прибор для испытаний грунтов на сжимаемость // 2555981

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.

Прибор для определения деформаций морозного пучения грунта // 2556681

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.

Прибор для определения деформационных и прочностных свойств грунта // 2558819

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.

Устройство для испытания грунтов на трехосное сжатие // 2560149

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.

Способ хрусталёва е.н. определения предельно критического по прочности и устойчивости давления материального полупространства // 2561239

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.

Конструкция наблюдательной геоэкологической скважины для отбора проб воздуха // 2561398

Изобретение относится к области экологии и может быть использовано для отбора проб воздуха из грунта в местах подземных переходов магистральных газопроводов под водными и иными преградами, в местах расположения подземных газовых хранилищ, емкостей и т.д. Техническим результатом является создание простой универсальной конструкции наблюдательный геоэкологической скважины. Предложена конструкция наблюдательной геоэкологической скважины для отбора проб воздуха, включающая перфорированную обсадную колонну с фланцем. При этом перфорированная обсадная колонна с фланцем обернута геотканью и имеет перфорированную трубку малого сечения. Кроме того, конструкция скважины содержит герметичную крышку с установленным на ней шаровым краном, проходное сечение которого соответствует диаметру мерного хоботка пробоотборника. 2 ил.

Способ испытаний грунтового основания штампом // 2561433

Изобретение относится к области инженерных изысканий и предназначено, в частности, для определения характеристик деформируемости грунтового основания. Способ испытания грунтового основания штампом включает нагружение грунта в массиве давлением на подошве штампа до конечного давления и выдерживание при постоянном конечном давлении до стабилизации осадки штампа, регистрацию осадки штампа при нагружении и конечном давлении и определение характеристик деформируемости грунтового основания. Погружение грунта производят возрастающим с постоянной скоростью давлением, а регистрацию осадки штампа производят с шагом не более 0,005 мм, при этом в процессе нагружения грунта вычисляют скорость осадки штампа на каждом шаге регистрации осадки штампа по приведенной зависимости. Выделяют циклы изменения скорости осадки штампа от первого (n0), в котором происходит обмятие неровностей грунтового основания под подошвой штампа, до последнего (nk), в котором завершился последний цикл изменения скорости осадки штампа, определяют максимальное значение скорости осадки штампа (fmax.i, м/кПа) в каждом цикле изменения скорости осадки штампа и среднее значение скорости осадки штампа (avg fmax.i, м/кПа) для всех циклов изменения скорости осадки штампа от n0 до nk и значение коэффициента вариации. После завершения каждого очередного (nk+1) цикла изменения скорости осадки штампа вычисляют среднее значение скорости осадки штампа для всех циклов изменения скорости осадки штампа от n0 до nk+1 и значение коэффициента вариации. Выстраивают ряд средних значений скорости осадки штампа (fmax.i, м/кПа) для всех циклов изменения скорости осадки штампа от nk+1 до n0 и соответствующих им значений коэффициента вариации, после того как коэффициент вариации по мере возрастания давления на подошве штампа примет минимальное значение, нагружение грунта продолжают до момента, когда скорость осадки штампа станет равной предельной для данного сооружения скорости осадки грунтового основания, по результатам испытания рассчитывают модуль деформации грунта по приведенной зависимости, определяют расчетное сопротивление грунтового основания как значение конечного давления и характеристики ползучести грунта путем аппроксимации графика зависимости осадки штампа от времени при pfin=const по приведенной зависимости функции. Технический результат состоит в определении модуля деформации, значения расчетного сопротивления и характеристик ползучести грунтового основания в условиях, моделирующих нагружение грунтового основания при реальном строительстве сооружения, повышении достоверности результатов испытания и надежности прогноза деформации грунтового основания фундамента при одном испытании. 4 ил.