Прибор для испытаний грунтов на сжимаемость



Прибор для испытаний грунтов на сжимаемость
Прибор для испытаний грунтов на сжимаемость
Прибор для испытаний грунтов на сжимаемость
Прибор для испытаний грунтов на сжимаемость

 


Владельцы патента RU 2555981:

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Северный (Арктический) федеральный университет имени М.В. Ломоносова" (САФУ) (RU)

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 области строительства и предназначено для определения в лабораторных условиях механических характеристик грунта, а именно модуля деформации и коэффициента поперечных деформаций (коэффициента Пуассона).

Известно УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ БОКОВОГО ДАВЛЕНИЯ В ГРУНТАХ (авт.св. СССР №939638, МПК E02D 1/00, 1982 г.). Устройство включает корпус с перфорированным поршнем и пористым дном, тензокольцо с тензодатчиками, нагрузочное и измерительные приспособления. Боковое давление грунта измеряется при помощи тензодатчиков, закрепленных на наружной поверхности тензокольца и фиксирующих его удлинение. Коэффициент бокового давления ξ определяется как отношение бокового (горизонтального) давления σx к вертикальному σz; ξ=σxz. Коэффициент Пуассона ν находят по известной зависимости: ν=ξ/(1+ξ) (аналог).

Недостатком аналога является недостаточная точность измерения бокового давления, связанная с изменением высоты образца в ходе опыта. Так как высота образца за счет сжатия становится меньше высоты кольца, интерпретировать результаты измерений не представляется возможным. Кроме того, покрытие боковых стенок кольца фторопластом не позволяет избавиться от сил трения между кольцом и грунтом, при этом оценить величину трения не предоставляется возможным, так как трение будет зависеть от гранулометрического состава грунта.

Известен прибор для компрессионных испытаний грунтов (патент РФ №92958 на полезную модель, МПК G01N 3/08, 2010 г.), включающий корпус с пористым дном, кольцо с образцом грунта, поршень, камеру, заполненную жидкостью, и измерительные приспособления.

Данному прибору свойственны недостатки, присущие приборам трехосного сжатия, а именно: необходимость использования дегазированной жидкости, сложность исключения утечек жидкости, невозможность учета деформации самой резиновой оболочки. Как и в аналоге, между стенками прибора и образцом грунта возникают силы трения, влияющие на данные измерений.

При обработке результатов испытаний в приборах, являющихся прототипом и аналогом, принимают условие полного отсутствия поперечных деформаций, но сама конструкция таких приборов и датчиков давления в них обуславливают возможность перемещений, искажающих данные измерений.

Задачей изобретения является упрощение конструкции прибора, а также повышение точности результатов измерений модуля деформации и коэффициента поперечных деформаций.

Данная задача решается тем, что прибор для испытаний грунта на сжимаемость, содержащий цилиндрический корпус, перфорированный поршень и пористое дно, дополнительно включает вкладыш из эластичного материала с известными упругими характеристиками, снабженный датчиками перемещений, укладываемый между корпусом и испытываемым образцом.

Изобретение иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 изображен прибор для испытаний грунта на сжимаемость, на фиг.2 - прибор с сеткой конечных элементов до приложения нагрузки, на фиг.3 - прибор с сеткой конечных элементов после приложения нагрузки, на фиг.4 - номограмма для определения модуля деформации и коэффициента поперечных деформаций.

Прибор содержит корпус 1 с углублением 2 и дренажным отверстием 3, перфорированный поршень 4, пористое дно 5 и датчики перемещения 6, эластичный вкладыш 7, расположенный между корпусом 1 и образцом грунта. Вкладыш 7 позволяет образцу грунта под действием нагрузки расширяться в поперечном направлении.

Под действием нагрузки, прикладываемой к поршню 4, образец грунта и эластичный вкладыш 7 одновременно сжимаются, а датчики перемещения 6 регистрируют их поперечные деформации. Испытания, в зависимости от свойств грунтов, могут проводиться с вкладышами с различными значениями модуля упругости. Модуль деформации и коэффициент поперечных деформаций грунта определяют по результатам численного моделирования.

На фиг.2, 3 представлен пример моделирования предлагаемого прибора с сеткой конечных элементов образца грунта и эластичного вкладыша до и после приложения нагрузки. Задача решалась в осесимметриченой постановке с помощью нашедшей широкое применение в практике геотехнических вычислений программы "Plaxis".

По данным моделирования при различных значениях модуля деформации и коэффициента поперечных деформаций образца грунта строится номограмма, на которой по оси абсцисс откладывают разность значений относительных вертикальных и горизонтальных деформаций (εzx), по оси ординат - относительные вертикальные деформации εz (фиг.4).

По результатам лабораторных испытаний определяют вертикальные и горизонтальные деформации образца, находят относительные деформации. Точку с координатами [(εzx); εz] наносят на номограмму и далее интерполяцией определяют модуль деформации и коэффициент поперечных деформаций грунта.

Конструкция прибора позволяет исключить трение по боковой поверхности образца грунта, так как вкладыш и образец грунта сжимаются одновременно. Коэффициент трения между эластичным вкладышем и корпусом является постоянным и легко определяется при градуировке прибора. Силы трения учитываются при численном моделировании.

Прибор предлагаемой конструкции позволяет получать более достоверные значения модуля деформации и коэффициента Пуассона, так как при обработке данных не вводится допущение об отсутствии поперечных деформаций. Также необходимо подчеркнуть простоту предлагаемого прибора для испытаний грунта.

Прибор для испытаний грунта на сжимаемость, содержащий цилиндрический корпус, перфорированный поршень и пористое дно, отличающийся тем, что он дополнительно включает вкладыш из эластичного материала, снабженный датчиками перемещений, расположенный между корпусом и испытываемым образцом, при этом вкладыш позволяет образцу грунта под действием нагрузки расширяться в поперечном направлении, причем обеспечивается одновременное сжатие образца грунта и эластичного вкладыша.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области «Физики материального контактного взаимодействия» жесткого плоского тела с пористой материальной средой и предназначено для определения ее параметров деформируемости и прочности.

Изобретение относится к физике материального контактного взаимодействия, конкретно к способу установления предельного состояния деформируемой сжимающей и растягивающей нагрузкой материальной среды.

Изобретение относится к гидротехническому, мелиоративному, дорожному и другим видам строительства, где необходимо оценить качество насыпей и искусственных оснований.

Изобретение относится к области «Физики материального контактного взаимодействия» и служит для определения гравитационного (бытового) давления в массиве материальной среды определенной плотности.

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.

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 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.

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.

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.

Изобретение относится к области «Физики контактного взаимодействия материальной среды», конкретно к способу определения несущей способности и устойчивости дисперсной среды под нагрузкой от плоского жесткого штампа. Сущность: определяют физические характеристики структурированной материальной среды: угол φ=φстр внутреннего трения, удельное сцепление - c=cстр, удельный вес - γ=γстр. При испытании среды методом статических нагрузок рассчитывают величину среднего прикладываемого к среде плоским жестким штампом шириной В внешнего давления, соответствующего среднему начальному (первому) по прочности критическому давлению , массив материальной среды рассматривают как линейно деформируемое полупространство, принимают среднюю величину атмосферного давления равной pатм=1,033 (кГ/см2). При доступе атмосферного давления минимальную величину начального (первого) критического давления сжатия среды под краями штампа принимают равной , где pб=(γстрh-cстр)ctgφстр - гравитационное (бытовое) давление на глубине h массива среды, а среднее начальное (первое) критическое по прочности давление среды (на сжатие под подошвой и на растяжение за его краями) определяют по зависимости. Технический результат: возможность определения истинной величины среднего начального (первого) критического давления для любой сжимаемой как сильнодеформируемой (грунт, торф), так и малодеформируемой (металл, бетон) материальной среды через определяющие физические параметры - угол ее внутреннего трения и удельное сцепление. 3 ил.

Изобретение относится к области «Физики материального контактного взаимодействия» весомой среды в ее массиве и на краях откосов в естественном и нарушенном состоянии. На глубине h весомого материального массива определяют на отобранных образцах среды в лабораторных условиях параметры ее угла φстр внутреннего трения, сстр - удельного сцепления. Рассчитывают по зависимостям φн=arcsin[2sinφстр/(1+sin2φстр)]-φстр, cн=cстр[2-tgφн/tgφстр] соответственно параметры угла внутреннего трения и удельного сцепления среды на глубине испытания в нарушенном по структуре состоянии, где pб=(γстрh-cстр)ctgφстр - бытовое давление на глубине h. Определяют величину тангенциального бытового давления на глубине h как τxy=px=py=γстрh·cos2φстр. По зависимости автора определяют параметры коэффициента общего бокового давления среды в состоянии покоя ζ 0 с т р = 0,5 sin 2 ϕ с т р , при нарушении естественного сложения массива ζ 0 н = 0,5 sin 2 ϕ н , в стенках открытого котлована ζ 0 а т м с т р = γ с т р h ⋅ cos ϕ с т р / [ ( γ с т р h − c с т р ) c t g ϕ с т р + p а т м ] = c с т р cos 2 ϕ с т р ( 1 + sin ϕ с т р ) c с т р cos ϕ с т р ( 1 − sin ϕ с т р ) + p а т м ( 1 + sin 2 ϕ с т р ) и в стенках открытого котлована с нарушенной структурой ζ 0 а т м н = γ н h ⋅ cos 2 ϕ н / [ ( γ н h − c н ) c t g ϕ н + p а т м ] = c н cos 2 ϕ н ( 1 + sin ϕ н ) c н cos ϕ н ( 1 − sin ϕ н ) + p а т м ( 1 + sin 2 ϕ н ) . Коэффициенты общей относительной поперечной деформации среды в массиве соответственно определяют по зависимости автора ν 0 с т р = sin 2 ϕ с т р / ( 2 + sin 2 ϕ с т р ) , ν 0 н = sin 2 ϕ н / ( 2 + sin 2 ϕ н ) , а в боковых стенках открытого котлована ν 0 а т м с т р = γ с т р h ⋅ cos ϕ с т р / [ ( γ с т р h − c с т р ) c t g ϕ с т р + γ с т р h ⋅ cos 2 ϕ с т р + p а т м ] = = c с т р cos 2 ϕ с т р ( 1 + sin ϕ с т р ) c с т р cos ϕ с т р ( 1 − sin ϕ с т р ) + c с т р cos 2 ϕ с т р ( 1 + sin ϕ с т р ) + p а т м ( 1 + sin 2 ϕ с т р ) , ν 0 а т м н = γ н h ⋅ cos ϕ н / [ ( γ н h − c н ) c t g ϕ н + γ н h ⋅ cos 2 ϕ н + p а т м ] = = c н cos 2 ϕ н ( 1 + sin ϕ н ) c н cos ϕ н ( 1 − sin ϕ н ) + c н cos 2 ϕ н ( 1 + sin ϕ н ) + p а т м ( 1 + sin 2 ϕ н ) , где pатм=1,033 кг/см2 - нормальное атмосферное давление на материальную среду, γ н = p б t g ϕ н + c н h - удельный вес среды с нарушенной структурой. Достигается повышение информативности и надежности определения. 2 з.п. ф-лы, 3 пр., 2 ил.

Изобретение относится к области инженерной геологии, а именно к способам для определения влияния различных веществ на газообразующую способность грунтов в лабораторных и полевых условиях, и позволяет подобрать ингибиторы газообразования в грунтах. Для этого сравнивают объем газа, выделяющегося из опытного образца грунта, подвергнутого обработке химическими веществами или их смесями, с объемом газа, выделяющегося из контрольного образца грунта. Навеску контрольного грунта помещают в колбу, добавляют дистиллированную воду, затем закрывают пробкой с газоотводной трубкой, подсоединенной к U-образному стеклянному манометру, и считывают показания манометра через определенные интервалы времени. Опытный образец грунта анализируют аналогично после внесения испытуемого химического соединения или смеси. Изобретение позволяет прогнозировать изменение газообразующей способности грунтов под воздействием внешних факторов, подобрать ингибиторы газообразования и их оптимальные концентрации. 6 ил., 3 пр.

Изобретение относится к строительству, а именно к испытанию грунтов методом статического зондирования в труднодоступных участках. Установка статического зондирования содержит винтовой механизм зондировочный и включает два или более винтовых валов с возможностью синхронного вращения, расположенных параллельно колонне зондировочных штанг, связанных общей подвижной траверсой для упора колонны зондировочных штанг. Технический результат состоит в обеспечении компактности устройства и повышении надежности работы при статическом зондировании грунтов, снижении эксплуатационных расходов. 2 з.п. ф-лы, 20 ил.
Наверх