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



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

 


Владельцы патента RU 2561239:

Хрусталёв Евгений Николаевич (RU)

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.

 

Способ относится к «Физике материального взаимодействия» при контакте твердого жесткого плоского тела штампа с полупространством деформируемой материальной среды в начале фазы ее предельно критического (провально разрушающего) по прочности и устойчивости состояния.

Известен способ Н.П. Пузыревского (1929 г.) определения начального (первого) критического давления сжатия для грунтового полупространства под краями жесткого плоского штампа шириной В, по которому определяют физические параметры - угол φ=φстр внутреннего трения и удельное сцепление с=сстр грунта ненарушенной структуры, удельный вес γ грунта, глубину h исследования грунта штампом, определяют природное (бытовое) гравитационное давление в грунтовом массиве на глубине h как рб=γh и его принимают всесторонним гидростатическим рб=τ, главные напряжения в грунте под нагруженным давлением p штампом принимают равными в произвольной точке с углом видимости α под штампом на глубине z от его подошвы и подставляют в условие предельного равновесия (σ12)=sinφ(σ12+2c·ctgφ), а минимальное безопасное давление под краями штампа при начальном критическом давлении определяют из выражения

Существенным недостатком известного способа является возможность определения по зависимости Н.П. Пузыревского краевого не начального (первого) критического давления , а величину минимального предельного критического давления сжатия под краями штампа в момент его провальной осадки. При этом максимальные линии сдвигов грунта из-под краев штампа развиваются с выходом на дневную поверхность, а другие - под подошву штампа с выходом на поверхность сжимаемого полупространства с противоположной стороны штампа и пересекаются под подошвой штампа с вертикальной осью симметрии на глубине zmax при краевом предельно критическом давлении , не учитывающем значение истинного природного гравитационного давления в связной среде рб=(γh-сстр)ctgφстр, вытекающее из закона Ш. Кулона τ=р·tgφ+с, из которого величина давления р=(τ-c)ctgφ, где для связной среды (φ≠0, с≠0) тангенциальное напряжение τ=γh (только в бессвязных средах с=0, φ=45° величина p=τ=γh), тогда величина р=(γh-c)ctgφ°, а при удельном весе среды в природном положении γ=γстр получают величину гравитационного (природного, бытового) давления в связной среде как рб=(γh-сстр)ctgφстр.

В пятом фазовом предельно критическом по прочности состоянии [2] (фиг. 1) грунт находится в предельно критическом состоянии и по устойчивости, когда подошва центрально нагруженного штампа может опрокинуться с выпором грунта в одну из сторон штампа с его опрокидыванием относительно одного из краев по схеме Л. Прандтля.

Известен способ определения предельного по несущей способности и устойчивости давления для сыпучей и связной материальной среды, заключающийся в том, что определяют на заданной отметке материального полупространства на глубине h под плоским жестким штампом шириной В (диаметром d) физические характеристики сжимаемого материала: удельный вес γстр, удельное сцепление с=сстр, угол φ=φстр внутреннего трения, гравитационное (бытовое) давление рб, для определения предельного разрушающего давления в среде под нагруженным штампом используют выражение Л. Прандтля - Г. Рейснера

Зависимость Л. Прандтля - Г. Рейснера для определения величины предельной несущей способности материальной среды под штампом, а именно, как выяснено, под центром ее ядра уплотнения получена на базе решения дифференциальных уравнений равновесия совместно с условиями предельного равновесия среды под разрушающей нагрузкой, когда линии сдвигов выходят из-под штампа на дневную поверхность, а штамп проваливается в сжимаемую среду, однако давление до сих пор ошибочно считается средним по величине под штампом в момент провала среды, что и не подтверждается практическими опытами.

Если выражение Н.П. Пузыревского используют для определения предельно критического давления под краями штампа, то выражение Л. Прандтля - Г. Рейснера с некоторым приближением может быть использовано для определения предельно критического давления под ядром уплотнения деформируемой среды под центром штампа. Однако оба выражения не определяют среднюю величину давления .

Поставлена задача - 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.

Технический результат по способу определения предельно критического по прочности и устойчивости давления материального полупространства, заключающемуся в том, что 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, достигается тем, что минимальное разрушающее давление сжатия среды под краем подошвы штампа по схеме Н.П. Пузыревского приближенно определяют по зависимости , где гравитационное (бытовое) давление массива связной среды рб=(γстрh-сстр)ctgφстр, или - для поверхности полупространства, а более строго - через выражения предельного состояния среды минимальное разрушающее сжимающее среду давление под краем штампа определяют по зависимости , причем максимальное разрушающее давление сжатия среды под центром подошвы штампа по разрушающее давление сжатия среды под центром подошвы штампа по схеме Л. Прандтля - Г. Рейснера без доступа атмосферного давления (ратм=0) определяют по зависимости

, а среднее сжимающее среду предельно критическое давление под подошвой штампа определяют по зависимости

или , при этом величину максимально растягивающего среду предельно критического давления за краями штампа определяют по зависимости

, где φн=arcsin[2sinφстр/(1+sin2φстр)]-φстр,

снстр[2-tgφн/tgφстр] - соответственно угол внутреннего трения и удельное сцепление нарушенной структуры среды, среднюю величину растягивающего среду предельно критического давления за краями штампа определяют по зависимости

, а среднюю величину предельно критического давления (за краями и под подошвой штампа) определяют по зависимости

В предлагаемом изобретении предельно критическое давление под краями штампа воспринимает добавочное к гравитационному атмосферное давление, поступающее по линиям сдвига к краям штампа. Под центром подошвы штампа атмосферное давление не действует, так как подошву штампа защищает от доступа воздуха уплотненное ядро среды. При этом степень уплотнения среды такова при под подошвой штампа, что в ее уплотненном состоянии величина γкрп>>γстр, аналогично скрп>>сстр и φкрп≈φстр.

Предлагаемые зависимости более строго через аналитические выражения предельного состояния материальной среды позволяют определять все параметры эпюры контактных напряжений под подошвой штампа и за ее краями в зонах сдвиговых и предельно упругих деформаций (фиг. 3).

Предлагаемое изобретение поясняется графическими материалами, где на фиг. 1 - график S=f(pcp) испытания связной среды (грунт) плоским жестким штампом в интервале давлений , на фиг. 2 - схема разрушения среды под штампом в предельно критическом фазовом напряженно-деформированном состоянии, на фиг. 3 - график τi=f(pi) предельного состояния связной среды под и за краями подошвы штампа в предельно критическом (провальном) состоянии.

При испытании материальной связной среды методом статических нагрузок на сжатие с поверхности полупространства плоской подошвой жесткого штампа вплоть до провального ее разрушения с опрокидыванием штампа относительно одной из его сторон получают график (фиг. 1) зависимости Si=f(pi), на котором отмечают: точку 1, соответствующую осадке Sб грунта под штампом, нагруженным (бытовым) гравитационным давлением рб=(γстрh-сстр)ctgφстр, где φстр, сстр - угол внутреннего трения, удельное сцепление и γстр - удельный вес структурированной среды, и точку 2, соответствующую провальной осадке разрушаемой под штампом среды. При среднем предельно критическом давлении под штампом от его краев и далее за пределы противоположных краев штампа с выходом на дневную поверхность воронки 3 сжатия (фиг. 2) развивается по линиям υ сдвигов трещины, по которым к краям штампа поступает атмосферный воздух под нормальным давлением ратм=1,033 кГ/см2. При этом под подошвой штампа от центра к краям формируется переуплотненное до плотности камня ядро с удельным весом γя>>γстр. Относительно ядра уплотнения шарнирно связанный с нагрузочным устройством штамп опрокидывается с креном относительно одной из своих боковых сторон с потерей предельно критической устойчивости сжимаемой материальной среды и в момент достижения под центром штампа давления , под его краями - давления и среднего под подошвой штампа давления . В этот момент за краями штампа в массиве по линиям υ сдвигов на дневную поверхность развиваются трещины при давлении растяжения боковых стенок воронки 3 сжатия (фиг. 2) давлением , при максимальном давлении растяжения среды по крайним линиям υ сдвига - и при среднем давлении растяжения среды за краями штампа - [2]. На графике τi=f(pi) предельного состояния среды (фиг. 3) круг Мора радиусом R определяет ее напряженное состояние под подошвой штампа, круг Мора радиусом r - напряженное состояние за краями штампа, а давление является средним предельно критическим давлением, необходимым для провального разрушения среды с потерей ее предельно критической устойчивости.

Пример реализации способа

Определим среднюю величину предельно критического давления на грунт под и за краями фундамента без подвального помещения, имеющего глубину заложения h=150 см при угле внутреннего трения основания из суглинка φстр=25°, удельном сцеплении сстр=0,2 кГ/см2 и объемном весе γстр=0,0019 кГ/см3, без доступа атмосферного давления с глубины h>с/γ>0,2/0,0019>105,3 см.

1) Для края фундамента по Н.П. Пузыревскому с учетом истинной величины рб и ратм=0 предельно критическое давление равно

Предельно критическое давление для края фундамента через строгое выражение по предлагаемому способу составляет величину

при выходе линий сдвигов грунта из-под проваливающегося фундамента на поверхность грунтового основания. При этом бытовое давление Рб=(γстрh-сстр)/tgφстр=0,1823 кГ/см2. При работе фундамента с поверхности полупространства .

2) Максимальное предельно критическое давление на грунтовое ядро под центром подошвы штампа составляет величину по зависимости Л. Прандтля - Г. Рейснера

по зависимости, предлагаемой по новому способу, величина

3) Среднее предельно критическое давление под подошвой штампа составляет величину

4) Минимальное сжимающее предельно критическое давление на сдвигаемый суглинок нарушенной структуры за краями штампа составляет величину

где φн=arcsin[2sinφстр/(1+sin2φстр)]-φстр=arcsin[2sin25°/(1+sin225°)]-25°=45°, 82-25°=20,82°,

снстр[2-tgφн/tgφстр]=0,2[2-tg20°, 82/tg25°]=0,2369 кГ/см2.

5) Среднее сжимающее предельно критическое давление за краями штампа составляет величину

6) Среднее предельно критическое давление, разрушающее суглинок под подошвой и за краями фундамента, составляет величину

С позиций «Физики материального контактного взаимодействия» впервые установлены средняя величина разрушающего предельно критического давления для связной материальной среды. Она соответствует моменту опрокидывания штампа на материальном полупространстве при потере предельно критической устойчивости, а также величинам центрального под подошвой штампа и краевого предельно критического давления и .

Параметры предельно критического минимального давления для материальной среды являются основой для обоснования поверхностного трещинообразования деформируемого материала и новым шагом в развитии научного направления «Теории трещин».

Источники информации

1. Цитович Н.А. Механика грунтов (краткий курс): Учебник для ВУЗов. - 3-е изд., доп. - М.: Высшая школа, 1979. - С. 118-120.

2. Хрусталев Е.Н. Контактное взаимодействие в геомеханике. ч.I: Несущая способность оснований сооружений. - Тверь, ТГТУ, «Золотая буква», 2004. - С. 78-80.

3. Цитович Н.А. Механика грунтов (краткий курс): Учебник для ВУЗов. - 3-е изд., доп. - М.: Высшая школа, 1979. - С. 121.

Способ определения предельно критического по прочности и устойчивости давления материального полупространства, заключающийся в том, что 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, отличающийся тем, что минимальное разрушающее давление сжатия среды под краем подошвы штампа по схеме Н.П. Пузыревского приближенно определяют по зависимости , где гравитационное (бытовое) давление массива связной среды рб=(γстрh-сстр)ctgφстр, или - для поверхности полупространства, а более строго через выражения предельного состояния среды минимальное разрушающее сжимающее среду давление под краем штампа определяют по зависимости , причем максимальное разрушающее давление сжатия среды под центром подошвы штампа по схеме Л. Прандтля - Г. Рейснера без доступа атмосферного давления (ратм=0) определяют по зависимости
, а среднее сжимающее среду предельно критическое давление под подошвой штампа определяют по зависимости
, при этом величину максимально растягивающего среду предельно критического давления за краями штампа определяют по зависимости
, где φн=arcsin[2sinφстр/(1+sin2φстр)]-φстр,
снстр[2-tgφн/tgφстр] - соответственно угол внутреннего трения и удельное сцепление нарушенной структуры среды, среднюю величину растягивающего среду предельно критического давления за краями штампа определяют по зависимости
, а среднюю величину предельно критического давления (за краями и под подошвой штампа) определяют по зависимости



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области сельского хозяйства и предназначено для оценки пригодности почвы для возделывания культур. Способ включает отбор испытуемых образцов почвы, проращивание семян в испытуемой почве, помещенной в вегетационные сосуды или кювет.

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.

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.

Изобретение относится к спектрохимическим способам анализа образцов горных пород, а именно к способам определения нефтепродуктов при геологоразведке углеводородного сырья, основанным на молекулярной люминесценции пород.

Изобретение относится к области сельского хозяйства, а именно может быть использовано в комплексной мелиорации агроландшафтов при осушении почвогрунтов, строительстве дренажных систем и использовании осушаемых земель.
Изобретение относится к области экологии и сельского хозяйства, в частности к рекультивации земель. Способ включает использование фитоиндикаторов, их морфологические и физиологические признаки в начальные периоды роста.
Изобретение относится к области исследований параметров грунтов. Представлен способ определения коэффициента фильтрации плывунного грунта, по которому через образец грунта пропускают поток воды, на поверхности образца грунта размещают грузик, фиксируют начало погружения грузика, измеряют параметры образца и потока воды, рассчитывают по измеренным показателям коэффициент фильтрации грунта.

Изобретение относится к области строительства и предназначено для измерения деформаций грунта при сезонном промерзании-оттаивании. Устройство представляет собой гофрированную обсадную трубу, внутри которой установлен шток, соединенный с вертикальным анкерным стержнем при помощи упругой связи, например пружины, на штоке размещены датчики перемещения, а на стенках обсадной трубы размещены магнитные марки.

Изобретение относится к области испытаний при инженерных расчетах в сельском хозяйстве, строительстве и машиностроении, в частности к способам определения физико-механических характеристик слоя почвогрунта при воздействии на него вибрационной нагрузкой.

Группа изобретений относится к экологии и санитарии. Способ оценки антропогенного и орнитогенного загрязнения окружающей среды Антарктиды с использованием биологических индикаторов, по состоянию изменений в которых делают вывод о загрязнении окружающей среды, характеризуется тем, что в качестве биологических индикаторов применяют цианобактериальные маты.

Изобретение относится к строительству, в частности к технике испытания преимущественно крупнообломочных грунтов на трехосное сжатие, и может быть использовано при инженерно-строительных исследованиях.

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.

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.

Изобретение относится к строительству и предназначено для определения в лабораторных условиях механических характеристик грунта, а именно модуля деформации и коэффициента поперечных деформаций.

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 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.
Наверх