Способ определения прочностных параметров материальной среды методом ее вращательного среза и устройство для его осуществления



Способ определения прочностных параметров материальной среды методом ее вращательного среза и устройство для его осуществления
Способ определения прочностных параметров материальной среды методом ее вращательного среза и устройство для его осуществления
Способ определения прочностных параметров материальной среды методом ее вращательного среза и устройство для его осуществления
Способ определения прочностных параметров материальной среды методом ее вращательного среза и устройство для его осуществления
Способ определения прочностных параметров материальной среды методом ее вращательного среза и устройство для его осуществления
Способ определения прочностных параметров материальной среды методом ее вращательного среза и устройство для его осуществления
Способ определения прочностных параметров материальной среды методом ее вращательного среза и устройство для его осуществления
Способ определения прочностных параметров материальной среды методом ее вращательного среза и устройство для его осуществления
Способ определения прочностных параметров материальной среды методом ее вращательного среза и устройство для его осуществления
Способ определения прочностных параметров материальной среды методом ее вращательного среза и устройство для его осуществления
Способ определения прочностных параметров материальной среды методом ее вращательного среза и устройство для его осуществления
Способ определения прочностных параметров материальной среды методом ее вращательного среза и устройство для его осуществления
Способ определения прочностных параметров материальной среды методом ее вращательного среза и устройство для его осуществления
Способ определения прочностных параметров материальной среды методом ее вращательного среза и устройство для его осуществления
Способ определения прочностных параметров материальной среды методом ее вращательного среза и устройство для его осуществления
Способ определения прочностных параметров материальной среды методом ее вращательного среза и устройство для его осуществления
Способ определения прочностных параметров материальной среды методом ее вращательного среза и устройство для его осуществления
Способ определения прочностных параметров материальной среды методом ее вращательного среза и устройство для его осуществления

 


Владельцы патента RU 2562710:

Хрусталёв Евгений Николаевич (RU)

Изобретение относится к области «Физики материального контактного взаимодействия» четырехлопастного жесткого штампа рабочего наконечника для испытания материальной среды в скважине или массиве методом вращательного среза. Устройство лопастного наконечника снабжено регистратором непрерывной записи крутящего момента Mi от оси наконечника и его угла поворота во времени t, а крутящий момент на оси наконечника или угол его поворота задают возрастающими ступенями, выдерживают на каждой ступени во времени t до стабилизации показателей Mi или , при этом нагрузочное приспособление выполнено в виде плоского диска с навешиваемыми грузами для создания момента Mi на оси лопастного наконечника через червячный редуктор. При вращении лопастного наконечника червячным редуктором через колонну штанг с отключающим от вращения кулачковым устройством замеряют после записи крутящий момент М0 - на вращение колонны штанг в массиве при отключенном лопастном наконечнике и моменты (Mj0) - на оси наконечника со штангами при их вращении в массиве среды: (Мс+Мо) - на пределе пропорциональных деформаций грунтовой упруго-вязко-пластичной среды под лопастями наконечника, (Mmax0) - на срез среды лопастями наконечника, (Муст0) - на сопротивление вращению срезанного лопастями объема среды. Строят графики или и снимают показания стабилизированных значений крутящего момента Мкр1, Мб и соответствующих углов и поворота лопастей наконечника при начальном (первом) критическом давлении под лопастью и при преодолении влияния гравитационного давления рб. Для грунта рассчитывают:

1) удельное сцепление ;

2) угол внутреннего трения ;

3) удельный вес , где , ;

4) гравитационное давление при крутящем моменте на оси лопастного наконечника ;

5) коэффициент общего бокового давления и коэффициент общей относительной поперечной деформации среды νcmp и νн;

6) модуль упругости среды по зависимости Е.Н. Хрусталева

и

7) модуль общей деформации упруго-вязко-пластичной грунтовой среды по зависимости Е.Н. Хрусталева (кГ/см2), где постоянная ,

, а для торфов рассчитывают: ;

;

.

Технический результат - повышение точности и информативности исследования среды вращательным срезом с получением истинных прочностных, а также деформационных характеристик среды. 3 н. и 8 з.п. ф-лы, 12 ил., 3 табл.

 

Изобретения относятся к области «Физики материального контактного взаимодействия» и позволяют определить параметры прочности материальной среды методом ее вращательного среза.

1. Известен способ определения прочностных параметров материальной упруго-вязко-пластичной (грунтовой и нарушенной торфяной) среды методом ее вращательного среза, заключающийся в том, что производят погружение на глубину h (см) массива материальной среды рабочего лопастного наконечника путем его вдавливания через наращиваемую по высоте из секций колонну штанг и отключающее штанги от рабочего наконечника с возможностью свободного вращения приспособление, на глубине h рабочий наконечник отключают от колонны штанг путем поддергивания последней на высоту кулачков зацепления отключающего приспособления и производят свободное вращение колонны штанг с замером крутящего момента М0 (кГ·см) от бокового трения штанг со средой, далее колонну штанг опускают до момента сцепления кулачков отключающего приспособления и ее соединения с рабочим наконечником, через колонну штанг вращают лопастной наконечник со скоростью 2…3 град/с с регистрацией максимального крутящего момента Mmax (кГ·см) до полной стабилизации его значений в процессе 2…3 полных оборотов лопастного наконечника и фиксируют установившееся показание измерительного устройства - крутящий момент среза среды Муст (кГ·см), отличающийся тем, что максимальное сопротивление среды срезу вычисляют по зависимости , установившееся сопротивление среды срезу - по зависимости , где постоянная крыльчатки (статический момент), d - диаметр наконечника (см), Н - высота

крыльчатки (см); для материальной среды с числом пластичности JL>1 в нестабилизированном состоянии определяют удельное сцепление при принятом значении угла внутреннего трения φстр=0°, определяют модуль общей деформации , где Мн - начальный крутящий момент на начальном линейном участке кривой , - угол поворота лопастного наконечника, соответствующий моменту Мн, рассчитывают показатель структурной прочности среды при срезе по зависимости . [1,2,3].

Недостатком известного способа определения прочностных параметров материальной среды является низкая точность регистрации крутящего момента до наступления максимального значения Mmax на лопастном наконечнике (в момент среза окружающей его среды), что оправдано для напластованных отложений торфяной среды, когда ее структурное разрушение и потеря упругости наступает в момент достижения значения Mmax. Однако для дисперсных связных грунтов нарушение их структурной прочности происходит при давлении рстрб, где рб - гравитационное (бытовое) давление, еще до наступления значения Mmax на лопастном наконечнике, что при испытаниях грунтов вращательным срезом в известном способе во внимание не принимается, и величину максимального момента Mmax ошибочно принимают для материальной грунтовой среды в момент достижения, по сложившемуся мнению, ее структурной прочности, а при считающейся потере структурной прочности величину крутящего момента ошибочно принимают за показатель Муст. В действительности опыты свидетельствуют, что структурная прочность грунтовой среды при вращении лопастного наконечника теряется еще до момента достижения среза среды при Mmax, когда на краях лопастей лопастного наконечника контактное разрушающее давление достигает величины предельно критического давления , преодолевающего гравитационное (бытовое) давление на глубине h, а именно , где рстр - давление структурной прочности среды. Это положение доказывается следующим известным способом определения прочностных параметров материальной среды.

Известен способ определения прочностных параметров материальной среды методом ее вращательного среза, заключающийся в том, что производят погружение на глубину h (см) исследования массива материальной среды лопастного наконечника путем вдавливания через наращиваемую из секций колонну штанг и отключающее их от лопастного наконечника с возможностью свободного вращения приспособление, колонну штанг отключают от лопастного наконечника и вращают вокруг своей оси с замером крутящего момента М0 на преодоление трения с окружающей средой, далее колонну штанг через отключающее устройство соединяют с лопастным наконечником и производят вращение последнего вокруг своей оси со скоростью, позволяющий регистрировать угол поворота наконечника вокруг свой оси и величины: Мс (кГ·см) - крутящего момента на преодоление начального сопротивления среды, Mmax (кГ·см) - на преодоление максимального сопротивления среды вращательному срезу и Муст (кГ·см) - на преодоление установившегося сопротивления среды вращательному срезу , где - постоянная лопастного наконечника, d - диаметр и Н - высота лопастного наконечника (см), для материальной среды с числом пластичности JL>1 в нестабилизированном состоянии определяют удельное структурное сцепление сстрmax(кГ/см2) при принятом угле внутреннего трения φстр=0°, модуль общей деформации , где Мн - начальный крутящий момент на начальном линейном участке кривой н (рад) - угол поворота лопастного наконечника, соответствующий моменту Мн, рассчитывают показатель структурной прочности среды при срезе по зависимости . [4].

Недостатком известного способа определения прочностных параметров материальной среды является неопределенность показателя τс - сопротивления среды и ошибочность принятия показателя τmax за сопротивление среды вращательному срезу при потере ею структурной прочности. Низкая информативность и точность метода вращательного среза определяет ограниченный объем его использования, тем более, что удельное сцепление и показатель структурной прочности известным способом получают только для слабых, водонасыщенных сред, в которых принято значение ccmpmax при фстр=0° для идеализированных материальных сред. В теоретических расчетах показателей прочности материальной среды в массиве по прежнему бытовое гравитационное давление на глубине h ошибочно принято рассчитывать по выражению p6-γh, соответствующему тангенциальному напряжению τстр=γh, где γ - удельный вес структурированной среды.

Модуль материальной среды при ее испытании методом вращательного среза по предложенной в известном способе расчетной зависимости относится прежде всего к модулю упругости среды Еупр, т.к. определяется в интервале углов α° упругого деформирования среды при сохранении ею своей структурной прочности, полностью характеризующему деформационные свойства ненарушенной торфяной среды и частично - грунтовой среды в упругом состоянии. При этом модуль общей деформации Е0 материальной среды при испытании лопастным наконечником методом вращательного среза ошибочно рассчитывают для ее нестабилизированного состояния при задаваемой скорости ее загрузки ω=const, крутящим моментом (М - varir) в режиме, неприемлемом для испытания статическими нагрузками по стандартной методике.

Технический результат по способу определения прочностных параметров грунтовой и нарушенной торфяной материальной среды методом ее вращательного среза, заключающемуся в том, что погружают на глубину h (см) исследования массива материальной среды посредством наращиваемой из секций колонну штанг с ее отключающим приспособлением для свободного вращения относительно лопастного наконечника, колонну штанг отключают от лопастного наконечника и медленно со скоростью 2…3 град/с, вращают в массиве с замером крутящего момента М0 (кГ·см)на преодоление трения с окружающей средой, колонну штанг через отключающее приспособление соединяют с лопастным наконечником и их одновременно вращают вокруг своей оси, регистрируют параметры текущего крутящего момента Mi (кГ·см) на оси вращения штанг с лопастным наконечником при соответствующих регистрируемых углах их поворота, строят график испытания , где - постоянная лопастного наконечника (см3), d - диаметр и Н - высота лопастного наконечника (см), на график испытания наносят отсечки, соответствующие крутящим моментам на оси лопастного наконечника на преодоление: Мс (кГ·см) - начального сопротивления упруго-вязко-пластичной структурированной среды сдвигу , Mmax (кГ·см) - максимального сопротивления материальной среды вращательному срезу , Муст(кГ·см) -установившегося сопротивления среды медленному вращательному срезу , определяют удельное сопротивление с (кГ/см2) и угол φ° внутреннего трения среды, ее модуль общей деформации E0(кГ/см2) и показатель структурной прочности - Пстрmaxуст, достигается тем, что лопастной наконечник вращают вокруг своей оси возрастающими ступенями крутящего момента MtiB≤Mmax(кГ/см), соответствующего тангенциальному напряжению τi(кГ/см2) согласно таблице

каждую ступень крутящего момента Mi≤Mmax выдерживают во времени ti до стабилизации угла αi поворота лопастного наконечника вокруг своей оси или задают возрастающие ступени углов поворота лопастного наконечника до момента стабилизации величины соответствующего крутящего момента Mi≤Mmax на оси наконечника и окончания релаксации напряжений в среде под его лопастями, по результатам испытания среды вращательным срезом строят график , где - стабилизированный во времени t угол поворота лопастного наконечника при заданной ступени крутящего момента Mi, назначаемого в соответствии с таблицей, или график αi=ƒ(τicт), где τicтiст/В - стабилизированное во времени t значение тангенциального напряжения при заданных ступенях угла αi поворота лопастного наконечника, график τ1=F(α1) или α1=F(τ1) совмещают с графиком τ1=f(p1) предельного состояния материальной среды, для связной упруго-вязко-пластичной грунтовой среды угол φстр внутреннего трения ее ненарушенной структуры определяют по зависимости φ с т р = arccos M c / M max , где τхуycm - установившееся сопротивление грунта вращательному срезу или принимают φ с т р = α max 0 соответствующим углу α max 0 поворота лопастного наконечника в момент среза грунта при крутящем моменте Mmax, а угол внутреннего трения грунтовой среды в нарушенном под лопастью наконечника состоянии рассчитывают по зависимости φн=arcsin[2sinφстр/(1+sin2φстр)]-φстр, для структурированной грунтовой среды удельное сцепление определяют по зависимости сстр=(Mmax-Mc)/B=(Муст-M0)/B - при удельном сцеплении грунтовой среды в нарушенном состоянии снстр[12-tgφн/tgφстр], для структурированной грунтовой среды ее удельный вес на глубине h рассчитывают по зависимости γстрн/(hcos2φстр) (кГ/см3), гравитационное (бытовое) давление на глубине h материальной среды рассчитывают по зависимости pб=(γстрh-сстр)ctgφстр, коэффициент общего бокового давления структурированной и нарушенной грунтовой среды при вращательном срезе на глубине h рассчитывают по зависимостям ζстр=sinφстр·cos3φстр=0,5sin2φстр·cos2φстр,

ζн=sinφн·cos3φн=0,5sin2φн·cos2φн при соответствующих коэффициентах общей относительной поперечной деформации νстрстр/(1+ζстр)=sinφстр·cos3φстр/(1+sinφстр· cos3φстр),

νнн/(1+ζн)=sinφстр·cos3φн/(1+sinφн·cos3φн), вертикальный модуль упругости грунтовой и нарушенной торфяной среды (модуль Юнга) при вращательном срезе определяют по зависимости , где α0б - угол поворота лопастного наконечника, соответствующий моменту графика τxy=f(α0б) на преодоление гравитационного (бытового) давления рб, а модуль общей деформации упруго-вязко-пластичной грунтовой среды определяют по зависимости , где моменты , Мбб·В=γстр·h·B, α0кр1 - угол поворота лопасти при соответствующем первом (начальном) критическом давлении

.Впервые методом вращательного среза материальной среды в массиве в режиме возрастающих статических ступеней прикладываемой нагрузки или ступеней ее угловой деформации, как при штамповых испытаниях, получают истинные значения ее вертикального модуля деформации в требуемых диапазонах давления .

Определение физических параметров среды φстр и сстр, φн и сн в структурированном и нарушенном состоянии в натурных условиях (без эмпирических зависимостей) методом вращательного среза позволяет впервые с высокой точностью определять удельный вес среды, коэффициенты ее общей относительной деформации νстр и νн и общего бокового давления ζстр и ζн.

2. Известен способ определения прочностных параметров материальной упруго-эластичной в структурированном состоянии торфяной среды, заключающийся в том, что лопастной наконечник погружают на глубину h(см) исследования массива торфа ненарушенной структуры посредством наращиваемой из секций колонных штанг с ее отключающим приспособлением для свободного вращения относительно лопастного наконечника, колонну штанг отключают от лопастного наконечника и вращают со скоростью 2…3(град./с) в массиве торфа с замером крутящего момента на преодоления трения с торфом, колонну штанг через отключающее приспособление соединяют с лопастным наконечником и их одновременно вращают вокруг своей оси со скоростью 0,1…0,2(град./с) в пределах угла поворота 90°…120° для 4-х лопастного наконечника и 60°…90° - для 6-ти лопастного наконечника, а далее вращают с повышенной скоростью 3…5(град./с), регистрируют параметры текущего крутящего момента Mi (кГ·см) на оси вращения штанг с лопастным наконечником при соответствующих регистрируемых углах их поворота, строят график испытания среды лопастным наконечником, где - постоянная лопастного наконечника, d - диаметр и Н - высота лопастного наконечника (см), на график испытания наносят отсечки, соответствующие крутящим моментам на оси лопастного наконечника на преодоление: максимального сопротивления торфа вращательному срезу , - установившегося сопротивления торфа вращательному срезу , определяют удельное сопротивление торфа срезу 4-х лопастного наконечника по зависимости , где а=3 - при сдвиге на дне скважины или на поверхности торфа, а=6 - при сдвиге в толще торфа, и удельное сцепление торфа как при принятом значении угла внутреннего трения , определяют модуль общей деформации , где - начальный крутящий момент на линейном участке кривой , где αн(рад.) - угол поворота лопастного наконечника, соответствующий моменту , и рассчитывают показатель структурной прочности торфа при срезе как [2, 3, 5].

Недостатком известного способа определения прочностных параметров торфяной среды с ненарушенной структурой является его низкая информативность. Удельное сцепление сТ определяют только для сильно разложившегося торфа с . Модуль деформации получают для неустановившегося режима испытания торфа при непрерывном вращении лопастного наконечника и он имеет приближенные значения.

Наиболее близким к предлагаемому является способ определения прочностных параметров торфяной среды методом ее вращательного среза, заключающийся в том, что производят погружение на глубину h (см) исследования массива торфяной среды лопастного наконечника путем вдавливания через наращиваемую по высоте из секций колонну штанг и отключающее их от лопастного наконечника с возможностью свободного вращения приспособление, на глубине h колонну штанг отключают от лопастного наконечника и вращают вокруг своей оси с замером крутящего момента М0 на преодоление трения с торфом, далее колонну штанг через отключающее устройство соединяют с лопастным наконечником и производят вращение последнего вокруг своей оси со скоростью, позволяющий регистрировать угол поворота наконечника вокруг своей оси и величины: - на преодоление максимального сопротивления торфа вращательному срезу и - на преодоление установившегося сопротивления торфа вращательному срезу , где - постоянная лопастного наконечника, d - диаметр и Н - высота лопастного наконечника (см), для торфа в нестабилизированном состоянии определяют удельное структурное сцепление при принятом угле внутреннего трения , модуль деформации , где - начальный крутящий момент на начальном линейном участке кривой , αн (рад) - угол поворота лопастного наконечника, соответствующий моменту , рассчитывают показатель структурной прочности торфа при срезе по зависимости [4].

Недостатком известного способа определения прочностных параметров торфа является неопределенность показателя τс - сопротивления торфа и ошибочность принятия показателя τmax за сопротивление торфа вращательному срезу при потере им структурной прочности. Низкая информативность и точность метода вращательного среза определяет ограниченный объем его использования, тем более, что удельное сцепление и показатель структурной прочности известным способом получают только для сильно разложившегося водонасыщенного торфа, в которых принято значение при (для идеализированных материальных сред). В теоретических расчетах показателей прочности торфа в массиве по прежнему бытовое гравитационное давление на глубине h ошибочно принято рассчитывать по выражению p6=γh, соответствующему тангенциальному напряжению τстр=γh, где γ - удельный вес структурированного торфа.

Модуль деформации торфа при его испытании методом вращательного среза по предложенной в известном способе расчетной зависимости относится к модулю упругости торфа Еупр, т.к. определяется в интервале углов α° упругого деформирования при сохранении торфом своей структурной прочности, полностью характеризующему деформационные свойства ненарушенной торфяной среды. При этом модуль общей деформации Е0 торфа ненарушенной структуры, который не существует, при испытании лопастным наконечником методом вращательного среза ошибочно рассчитывают для нестабилизированного состояния торфа при задаваемой скорости его загрузки ω=const, крутящим моментом (М - varir) в режиме, неприемлемом для испытания статическими нагрузками по стандартной методике.

Технический результат по способу определения прочностных параметров материальной упруго-эластичной структурированной торфяной среды методом ее вращательного среза, заключающемуся в том, что погружают на глубину h (см) исследования массива торфа посредством наращиваемой из секций колонну штанг с ее отключающим приспособлением для свободного вращения относительно лопастного наконечника, колонну штанг отключают от лопастного наконечника и медленно со скоростью 2…3 град/с, вращают в массиве с замером крутящего момента на преодоление трения с торфом, колонну штанг через отключающее приспособление соединяют с лопастным наконечником и их одновременно вращают вокруг своей оси, регистрируют параметры текущего крутящего момента на оси вращения штанг с лопастным наконечником при соответствующих регистрируемых углах их поворота, строят график испытания , где - постоянная лопастного наконечника (см3), d - диаметр и Н - высота лопастного наконечника (см), на график испытания наносят отсечки, соответствующие крутящим моментам на оси лопастного наконечника на преодоление: - максимального сопротивления торфа вращательному срезу , - установившегося сопротивления торфа медленному вращательному срезу , определяют удельное сопротивление сТ (кГ/см2) и угол φ° внутреннего трения торфа, его модуль ЕТ(кГ/см2) и показатель структурной прочности - , достигается тем, что лопастной наконечник вращают вокруг своей оси возрастающими ступенями крутящего момента , соответствующего тангенциальному напряжению τi(кГ/см2) согласно таблице

и __,

каждую ступень крутящего момента выдерживают во времени ti до стабилизации угла αi поворота лопастного наконечника вокруг своей оси или задают возрастающие ступени углов поворота лопастного наконечника до момента стабилизации величины соответствующего крутящего момента на оси наконечника и окончания релаксации напряжений в торфе под его лопастями, по результатам испытания торфа вращательным срезом строят график , где - стабилизированный во времени t угол поворота лопастного наконечника при заданной ступени крутящего момента , назначаемого в соответствии с таблицей, или график , где - стабилизированное во времени t значение тангенциального напряжения при заданных ступенях угла αi поворота лопастного наконечника, график или совмещают с графиком предельного состояния торфяной среды, для ненарушенной торфяной среды угол внутреннего трения ее ненарушенной структуры определяют по зависимости , где - установившееся сопротивление торфа вращательному срезу или принимают соответствующим углу поворота лопастного наконечника в момент среза торфа при крутящем моменте , а угол внутреннего трения торфа в нарушенном под лопастью наконечника состоянии рассчитывают по зависимости , для структурированного торфа удельное сцепление определяют по зависимости - при удельном сцеплении торфа в нарушенном состоянии , для структурированного торфа его удельный вес на глубине h рассчитывают по зависимости , гравитационное (бытовое) давление торфа на глубине h рассчитывают по зависимости , коэффициент общего бокового давления структурированного и нарушенного торфа при вращательном срезе на глубине h рассчитывают по зависимостям при соответствующих коэффициентах общей относительной поперечной деформации , вертикальный модуль упругости (модуль Юнга) торфа при вращательном срезе определяют по зависимости где - угол поворота лопастного наконечника, соответствующий моменту графика на преодоление гравитационного (бытового) давления рб.

Предлагаемый способ повышает информативность и точность тспытания структурированного торфа методом вращательного среза в массиве.

3. Известно устройство сдвигомера-крыльчатки СК-8 для полевого определения параметров прочности среды в массиве методом вращательного среза, состоящее из четырехлопастного наконечника, связанного с наращиваемой колонной штанг через отключающее кулачковое приспособление, рукоятки вращения и поддергивания колонны штанг с отключающим приспособлением относительно лопастного наконечника, динамометрической пластины, связанной через вилку со штангами, и с деформометром ее прогиба от воздействия упора на рукоятке вращения [6].

Недостатком известного устройства вращательного среза среды в массиве является отсутствие приспособлений для 1) непрерывной регистрации параметров среза среды лопастным наконечником и 2) задания ступеней поддерживаемого по величине во времени крутящего момента Mi на лопастном наконечнике или ступеней поддерживаемого по времени и задаваемого по величине угла а, поворота лопастного наконечника вокруг своей оси. Определяемый прямым методом вращательного среза параметр τср сдвига среды в массиве лопастным наконечником позволяет судить только о величине ее сопротивления сдвигу, о чем в своих трудах отмечает проф. Л.С. Амарян, все остальные параметры - угол внутреннего трения, удельное сцепление, модуль деформации или упругости среды определяют через полуэмпирические зависимости [7].

Известно устройство полевого сдвигомера конструкции ГПИ «Фундаментпроект» СП-52 и ВСЕГИНГЕО для определения параметров прочности среды в массиве методом вращательного среза, состоящее из четырехлопастного наконечника, связанного с наращиваемой колонной штанг, механизма вращения лопастного наконечника, выполненного, например, в виде самотормозящегося червячного редуктора со съемной рукояткой ручного привода, механизма непрерывной регистрации крутящего момента Mi на оси штанг и угла αi поворота лопастного наконечника при заданной скорости ω=const вращения лопастного наконечника [8].

Существенным недостатком известных устройств для вращательного среза среды в массиве лопастным наконечником является отсутствие возможности задания и стабилизации величины ступени крутящего момента на лопастном наконечнике или ступени задаваемого угла поворота лопастного наконечника с регистрацией стабилизированной во времени величины установившегося соответствующего крутящего момента, что определяет невозможность точного установления прочностных и деформационных показателей исследуемой среды.

Технический результат по устройству для определения прочностных параметров материальной среды в массиве методом ее вращательного среза, состоящему из четырехлопастного наконечника высотой H(см)и диаметром d(см)при постоянной величине В=(πd212)(Н+d/3) (см3), связанного с наращиваемой колонной штанг через отключающее кулачковое приспособление с возможностью относительного продольного перемещения и вращательного движения, механизма вращения штанг с лопастным наконечником в виде самотормозящегося червячного редуктора со съемной рукояткой вращения на червяке и стопорной вилки замыкания штанг на червячном колесе, механизма непрерывной регистрации крутящего момента Mi на оси штанг и угла αi поворота лопастного наконечника, достигается тем, что червяк механизма вращения штанг с лопастным наконечником оснащен нагрузочным приспособлением, выполненным в виде дискового колеса со съемным подвесом с тарированным грузом для задания возрастающих постоянных ступеней угла αi=const поворота лопастного наконечника при регистрируемых параметрах ступеней крутящего момента Mi или задания возрастающих постоянных ступеней крутящего момента Mi=const на лопастном наконечнике при регистрируемых параметрах угла αi поворота лопастного наконечника.

Предлагаемое устройство для вращательного среза материальной среды в массиве впервые позволяет в режиме стабилизированных значений параметров крутящего момента Mi=const или угла поворота αi лопастного наконечника определять с высокой точностью ее прочностные и деформационные характеристики.

Предлагаемые изобретения поясняются графическими материалами, где на фиг. 1 представлено устройство для испытания материальной среды в массиве методом вращательного среза, на фиг. 2 - диаграмма испытания среды в массиве методом вращательного среза; на фиг. 3 - диаграмма αi=f(Mi-const,t) испытания среды в массиве и установления стабилизированных во времени t значений угла αi=const поворота лопасти наконечника при окончании релаксаций под ней контактных напряжений; на фиг. 5 - график τi=f(αi) испытания связной вязко-упруго-пластичной грунтовой среды методом вращательного среза; на фиг. 6 - график р=f(τ) предельного состояния вязкой упруго-пластичной среды при испытании методом вращательного среза, совмещенный с графиком τi=f(α0i); на фиг. 7 - график S=f(p) осадки среды от ступеней возрастающего давления под лопастью рабочего наконечника предлагаемого устройства для ее испытания методом вращательного среза, совмещенный с графиком τ=f(р) предельного состояния среды при вращательном срезе; на фиг. 8 представлены эпюры контактного напряжения связной упруго-вязко-пластичной среды с жесткой лопастью наконечника в фазе ее начального критического состояния; на фиг. 9 представлен график испытания упругоэластичной торфяной среды предлагаемым методом вращательного среза, на фиг. 10 - эпюра предельного состояния Ш. Кулона упругоэластичной торфяной среды под лопастью рабочего наконечника для вращательного среза среды, совмещенная с графиком испытания ; на фиг. 11 - представлен график S=ƒ(р) осадки упругоэластичной среды от ступеней возрастающего давления под лопастью рабочего наконечника, совмещенный с графиком τ=ƒ(р) предельного состояния упругоэластичной среды при вращательном срезе, на фиг. 12 представлены эпюры контактного напряжения упругоэластичной среды с жесткой лопастью наконечника в фазе ее предельно упругого состояния.

Предлагаемое устройство для вращательного среза материальной среды в массиве состоит (фиг. 1) из четырехлопастного наконечника 1, связанного с наращиваемой колонной штанг 2 через отключающее кулачковое приспособление 3 с возможностью относительного продольного перемещения и вращательного движения, механизма вращения штанг 2 с лопастным наконечником 1 в виде самотормозящегося червячного редуктора 4 со съемной рукояткой 5 ручного вращения червячного колеса 6 на червяке 7 и стопорной вилки 8 замыкания штанг 2 на червячном колесе 6, размещенного в корпусе 9 червячного редуктора 4, установленного на жесткой треноге 10, крепящейся к массиву среды винтовыми анкерными сваями 11, механизма непрерывной регистрации крутящего момента Mi на оси штанг 2 и угла αi поворота лопастного наконечника 1, выполненного в виде плоского диска 12, установленного посредством шлицевого соединения (не показано) на полой ступице червячного колеса 6, вращающегося в корпусе 13, жестко связанного с корпусом 9 червячного редуктора 4, закрепленной на диске 12 сетки (не показана) круговой диаграммы 14 (фиг. 2, 3, 4) с угловыми значениями крутящего момента Mi по их радиусам ri самописца 15 величины крутящего момента Mi в масштабе на круговой диаграмме 14, связанного с червячным колесом 6 через передаточный механизм, выполненный в виде, например, тензоаппаратуры с датчиками напряжения (не показаны), механизма вращения штанг 2 и регистрации крутящего момента на оси рабочего наконечника, установленного в совмещенных корпусах 9 и 13, нагрузочного приспособления лопастного наконечника 1 (фиг. 1) выполненного в виде рычжно-штурвального дискового колеса 16 с рукояткой 5 вращения, связанного посредством шлицевого соединения с червяком 7 редуктора 4 или при необходимости посредством тросовой системы 17 через подвеску 18 с набором тарированных грузов 19. 1. Способ определения прочностных параметров грунтовой и нарушенной торфяной материальной среды методом ее вращательного среза с помощью предлагаемого устройства реализуется следующим образом. На сгоризонтированной открытой площадке исследуемого материального массива посредством зондировочно-буровой установки производят задавливание по вертикали на заданную глубину h (см) исследования четырехлопастного наконечника 1 с отключающим кулачковым приспособлением 3 при помощи наращиваемой по высоте колонны штанг 2. Зондировочную установку отводят в сторону, и на штанги 2, пропуская их через отверстие в червячном колесе 6 установки вращательного среза (фиг. 1), вертикально устанавливают треногу 10 с червячным редуктором 4, крепящимся к массиву среды винтовыми анкерными сваями 11. Через центральное отверстие червячного колеса 6 пропускают колонну штанг 2, связанную через отключающее кулачковое приспособление 3 с четырехлопастным наконечником 1. Колонну штанг 2 поддергивают вверх на высоту зацепления кулачков 4 и фиксируют на ступице червячного колеса 6 стопорной вилкой 8. На диске 12 закрепляют бумажную сетку круговой диаграммы 14 или (фиг. 2, 3, 4), устанавливают самописец 15 и рукоятку вращения 5. Включают самописец 15 и посредством рукоятки 5 производят свободное вращение штанг 2 вокруг своей оси в массиве среды с фиксацией на графике диаграммы крутящего момента М0 (фиг. 2, 3, 4) при 2-х кратном вращении штанг 2. Далее колонну штанг 2 отключают от вращения и погружают в массив на глубину зацепления кулачков 3 отключающего приспособления с включением лопастного наконечника 1. Штанги 2 крепят на ступице червячного колеса 6 стопорной вилкой 8 и при включенном отключающем приспособлении 3 на тросовую систему 17 нагрузочного приспособления крепят подвеску 18 с тарированным грузом 19 весом Р1, соответствующим 1-ой ступени крутящего момента M1 на лопастном наконечнике 1 согласно таблице

После стабилизации значения М1 на графике испытания производят в соответствии с таблицей навешивание тарированных грузов 19 на подвеску 18, соответствующих 2-ой ступени нагружения среды моментом М2 до стабилизации угла α2 поворота лопастного наконечника 1 и так далее до момента Mmax максимального сопротивления среды вращательному срезу и с регистрацией промежуточного момента Мс (фиг. 5) начального сопротивления грунтовой структурированной среды сдвигу. Далее лопастной наконечник 1 вращают с постоянной скоростью ω=2…3 (град/с) рукояткой 5 до стабилизации установившегося момента Муст. Нагрузочное приспособление разгружают, отключают самописец 15, снимают бумажную круговую диаграмму 14 с диска 12 механизма непрерывной регистрации крутящего момента и относят ее на обработку в лабораторию. Устройство для вращательного среза среды в массиве демонтируют. Снятую диаграмму обрабатывают и строят графики 20, 21 испытания материальной среды методом вращательного среза: 20 - для упруго-вязко-пластичной среды (грунта) (фиг. 5) или 21 для упругоэластичной среды (торф) (фиг. 9), которые совмещают с графиками 22, 23 предельного состояния соответствующей среды при вращательном срезе (фиг. 6, фиг. 10). Достраивают графики 24, 25 (фиг. 7, фиг. 11) статического испытания среды под лопастью рабочего наконечника 1 при его повороте на угол αi.. Предельно критическое разрушающее среду давление рассчитывают для лопастного наконечника по зависимости , начальное (первое) критическое давление для грунтовой связной среды определяют по зависимости (фиг. 8), а гравитационное (природное бытовое) давление на глубине h массива среды определяют как . Для связной упруго-вязко-пластичной грунтовой среды угол внутреннего трения рассчитывают по зависимости (фиг. 6) или принимают по графику (фиг. 5) равным и соответствующим углу поворота лопастного наконечника при срезе грунта моментом Mmax, угол внутреннего трения грунта с нарушенной структурой рассчитывают как , удельное сцепление грунта определяют по зависимостям . Удельный вес структурированной грунтовой среды рассчитывают как . Коэффициент общего бокового давления структурированной и нарушенной среды на глубине h рассчитывают по зависимостям , при соответствующих коэффициентах общей относительной поперечной деформации среды . Гравитационное (бытовое) давление определяют как при и . Модуль упругости (Юнга) для грунта и нарушенной (переработанной) торфяной залежи рассчитывают по зависимости , где угол соответствует значению М6 на графике на преодоление гравитационного (бытового) давления, а модуль общей деформации упруго-вязко-пластичной среды методом вращательного среза определяют по зависимости где момент

- начальное (первое) критическое давление под лопастью наконечника при угле ее поворота вокруг своей оси, снимаемом с графика(фиг. 5).

2. Для структурированной торфяной залежи на глубине исследования h лопастным наконечником (при числе лопастей n=4) производят определение момента сопротивления торфа медленному вращению штанг вокруг своей оси при отключенном наконечнике, а затем производят вращение лопастью наконечника возрастающими ступенями крутящего момента или возрастающими ступенями сжатия торфяной среды в межлопастном пространстве наконечника при релаксации напряжений под лопастью до момента ускоренной стабилизации их величины во времени. При непрерывной записи показателей вращательного среза торфа лопастным наконечником: 1) максимального момента при срезе торфа, 2) установившегося сопротивления срезанного торфа в межлопастном пространстве трению о стенки цилиндрической срезанной поверхности массива торфа определяют расчетным путем по показаниям графика : 1) угол внутреннего трения торфа при регистрируемом соответствующем угле поворота лопастного наконечника вокруг своей оси; 2) угол внутреннего трения торфа нарушенной структуры ;

3) удельный вес торфа ;

4) гравитационное давление ; 5) удельное структурное сцепление и удельное сцепление торфа с нарушенной структурой ; 6) коэффициенты общего бокового давления торфа и ; 7) коэффициенты общей относительной поперечной деформации торфа и ; 8) модуль упругости торфа по зависимости

Показатель структурной прочности грунтовой и торфяной среды определяют по зависимости по ГОСТ 21719-80.

Пример 1 реализации способа. При испытании морского суглинка в массиве методом вращательного среза четырехлопастным наконечником диаметром d=7,5 см и высотой Н=15 см посредством колонн штанг с отключающим устройством на глубине h=120 см были получены результаты: 1) крутящий момент на преодоление бокового трения колонны штанг о грунт при отключенном от штанг лопастном наконечнике М0 (кг·см); 2) крутящий момент Мс=540 (кг·см) на пределе условно пропорциональных деформаций грунта при соответствующем сопротивлении грунта , угле поворота лопастного наконечника со штангами вокруг своей оси αс=3,4° и значении «постоянной» лопастного наконечника ; 3) максимальный крутящий момент при срезе суглинка Mmax=760 (кГ·сл/) лопастным наконечником и сопротивлении грунта срезу в момент поворота лопастного наконечника вокруг своей оси на угол αстр=32,6° и потри структурной прочности среды вокруг цилиндра вращения ее срезаемого объема; 4) стабилизированный крутящий момент Муст=220 (кГ·см) после поворота лопастного наконечника на угол 2π/(n=4)=90° при скорости вращения ω=2…3 град/с и сопротивлении срезанного массива среды вращению

Далее строят график зависимости изменения сопротивления материальной среды при вращательном срезе и повороте крыльчатого наконечника на угол вокруг своей оси (фиг. 5)

По полученным данным в соответствии с графиком предельного состояния упруго-вязко-пластичной материальной среды (фиг. 6) определяют следующие параметры грунтовой среды:

1) удельное сцепление суглинка с ненарушенной структурой ;

2) угол внутреннего трения суглинка с ненарушенной структурой , величину которого сопоставляют с показанием угла поворота лопастного наконечника в момент среза грунта при максимальном крутящем моменте Mmax=760 (кГ·см);

3) угол внутреннего трения суглинка с нарушенной структурой ;

4) удельное сцепление структурированного суглинка с нарушенной структурой , что соответствует крутящему моменту

;

5) для структурированного суглинка удельный вес на глубине 270 см составляет величину

6) гравитационного давление на глубине 120 см в суглинке равно , что при соответствует крутящему моменту на оси лопастного наконечника ;

7) коэффициент общего бокового давления структурированного суглинка равен и для суглинка с нарушенной структурой ;

8) коэффициенты общей относительной поперечной деформации структурированного суглинка равен , а суглинка с нарушенной структурой ;

9) модуль упругости суглинка с ненарушенной структурой составляет величину

где а) в условиях компрессионного сжатия среды в горизонтальном направлении отношение , а в условиях свободного расширения среды под лопастью наконечника отношение ; б) крутящий момент на оси четырехлопастного наконечника (n=4) на преодоление бокового давления в массиве среды равен при главном касательном напряжении, равном горизонтальному давлению ; в) величина средней горизонтальной осадки среды под лопастью наконечника равна ; г) угол поворота лопасти на преодоление бокового бытового давления в массиве среды и снимается с графика (фиг. 5) по данным измерительного приспособления;

10) модуль общей деформации суглинка по результатам вращательного среза

составляет величину

, где а) - начальное (первое) критическое давление под лопастью наконечника при тангенциальном напряжении

и

; б) величина(фиг. 5); в) момент вращательного сдвига среды при действии бытового давления ;

11) Показатель соответствует низкой структурной прочности грунта при срезе (ГОСТ 21719-80).

Пример 2 реализации способа. При испытании низинной структурированной торфяной залежи со степенью разложения RH=45% и влагоемкостью W=75,2% методом вращательного среза четырехлопастным наконечником (d=1,5 см Н=15 см) посредством наращиваемой по высоте колонны штанг с кулачковым отключающим устройством на глубине h=170 см были получены результаты: 1) крутящий момент на преодоление трения колонны штанг (без вращения лопастного наконечника) о торф ; 2)максимальный крутящий момент при срезе торфа лопастным наконечником при сопротивлении торфа сдвигу и угле поворота ; 3) стабилизированный крутящий момент после двухкратного поворота лопастного наконечника вокруг своей оси (без учета штанг) со скоростью ω=2…3 град/с и при сопротивлении срезанного торфа вращению

Далее строят график зависимости (фиг. 9) изменения сопротивления торфа при вращательном срезе крыльчатого наконечника на угол а вокруг своей оси. По полученным данным в соответствии с графиком Ш.Кулона предельного состояния упругой эластичной торфяной среды (фиг. 10) определяют ее следующие параметры:

1) угол внутреннего трения структурированного торфа

при регистрируемом угле ;

2) угол внутреннего трения торфа с нарушенной структурой составляет величину ;

3) удельный вес структурированного торфа равен (фиг. 10)

;

4) гравитационное (бытовое) давление на глубине h=170 см торфяной залежи составляет величину ;

5) удельное структурное сцепление торфа определяем как

,

а удельное сцепление торфа с нарушенной структурой равно

;

6) коэффициент общего бокового давления торфа с ненарушенной структурой равен

, а с нарушенной структурой -

;

7) коэффициент общей относительной поперечной деформации торфа с ненарушенной структурой равен , а с нарушенной -

;

8) модуль упругости торфа с ненарушенной структурой равен

;

9) показатель структурной прочности торфа , что соответствует низкой структурной прочности торфа (ГОСТ 21719-80).

Научные положения «Физики материального контактного взаимодействия» впервые позволяют обосновать аналитические зависимости для определения показателей прочности и деформируемости материальной среды с определением угла внутреннего трения, удельного сцепления, модулей деформации в структурированном и нарушенном состоянии. Резко повышается информативность метода вращательного среза, способного заменить метод поступательного и вращательного среза среды в массиве и на ее образцах, а также и ее испытания на сжимаемость статическими нагрузками.

Источники информации

1. Корчагин Г.П., Коренева С.Л. Прессиометрия и вращательный срез в инженерной геологии - М.: Недра, 1976. - С. 69-74, 75-95, 136-140, 148-157 (аналог).

2. ГОСТ 217 19-80. Грунты. Методы полевых испытаний на срез в скважинах и в массиве. - М.: Госком СССР по делам строительства, 1980 г. - С. 3-8 (аналог).

3. Тер-Мартиросян З.Г. Механика грунтов / Учебное пособие. - М.: Изд-во Ассоциации строительных вузов, 2005. - С. 83.

4. Информационный проспект шведской фирмы «Geotech» АВ "Field vane apparatus and manually operated static penetrometer" (Datavagen 53? S-43600 Askin Sweden) (прототип).

5. Глотов H.M., Леонычев A.B., Рогаткина Ж.Е., Соловьев Г.П. Основания и фундаменты транспортных сооружений: Учебник для вузов. - М..: Транспорт, 1995. - С. 142.

6. Корчагин Г.П., Коренева С.Л. Прессиометрия и вращательный срез в инженерной геологии - М.: Недра, 1976. - С. 76.

7. Амарян Л.С. Свойства слабых грунтов и методы их изучения. - М.: Недра, 1990 -220 с.

8. Корчагин Г.П., Коренева С.Л. Прессиометрия и вращательный срез в инженерной геологии - М.: Недра, 1976. - С. 74-76.

1. Способ определения прочностных параметров грунтовой и нарушенной торфяной материальной среды методом ее вращательного среза, заключающийся в том, что погружают на глубину h (см) исследования массива материальной среды посредством наращиваемой из секций колонну штанг с ее отключающим приспособлением для свободного вращения относительно лопастного наконечника, колонну штанг отключают от лопастного наконечника и медленно со скоростью 2…3 град/с вращают в массиве с замером крутящего момента М0 (кГ·см) на преодоление трения с окружающей средой, колонну штанг через отключающее приспособление соединяют с лопастным наконечником и их одновременно вращают вокруг своей оси, регистрируют параметры текущего крутящего момента Mi (кГ·см) на оси вращения штанг с лопастным наконечником при соответствующих регистрируемых углах их поворота, строят график испытания , где - постоянная лопастного наконечника (см3), d - диаметр и Н - высота лопастного наконечника (см), на график испытания наносят отсечки, соответствующие крутящим моментам на оси лопастного наконечника на преодоление: Мс (кГ·см) - начального сопротивления упруго-вязко-пластичной структурированной среды сдвигу , - максимального сопротивления материальной среды вращательному срезу , - установившегося сопротивления среды медленному вращательному срезу , определяют удельное сопротивление с (кГ/см2) и угол φ° внутреннего трения среды, ее модуль общей деформации Е0(кГ/см2) и показатель структурной прочности - , отличающийся тем, что лопастной наконечник вращают вокруг своей оси возрастающими ступенями крутящего момента , соответствующего тангенциальному напряжению τi(кГ/см2) согласно таблице

каждую ступень крутящего момента Mi≤Mmax выдерживают во времени ti до стабилизации угла αi поворота лопастного наконечника вокруг своей оси или задают возрастающие ступени углов поворота лопастного наконечника до момента стабилизации величины соответствующего крутящего момента Mi≤Mmax на оси наконечника и окончания релаксации напряжений в среде под его лопастями, по результатам испытания среды вращательным срезом строят график , где - стабилизированный во времени t угол поворота лопастного наконечника при заданной ступени крутящего момента Mi, назначаемого в соответствии с таблицей, или график , где - стабилизированное во времени t значение тангенциального напряжения при заданных ступенях угла αi поворота лопастного наконечника, график или совмещают с графиком предельного состояния материальной среды, для связной упруго-вязко-пластичной грунтовой среды угол φстр внутреннего трения ее ненарушенной структуры определяют по зависимости , где - установившееся сопротивление грунта вращательному срезу или принимают соответствующим углу поворота лопастного наконечника в момент среза грунта при крутящем моменте Mmax, а угол внутреннего трения грунтовой среды в нарушенном под лопастью наконечника состоянии рассчитывают по зависимости , для структурированной грунтовой среды удельное сцепление определяют по зависимости при удельном сцеплении грунтовой среды в нарушенном состоянии .

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для структурированной грунтовой среды ее удельный вес на глубине h рассчитывают по зависимости γстрн/(hcos2φстр) (кГ/см3).

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что гравитационное (бытовое) давление на глубине h материальной среды рассчитывают по зависимости рб=(γcтph-сстр)ctgφcmp.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что коэффициент общего бокового давления структурированной и нарушенной грунтовой среды при вращательном срезе на глубине h рассчитывают по зависимостям ζстр=sinφстр·cos3φстр=0,5sin2φстр·cos2φстр, ζн=sinφн·cos3φн=0,5sin2φн·cos2φн при соответствующих коэффициентах общей относительной поперечной деформации
νстрстр/(1+ζстр)=sinφстр·cos3φстр/(1+sinφстр·cos3φстр),
νнн/(1+ζн)=sinφн·cos3φн/(1+sinφн·cos3φн).

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что вертикальный модуль упругости грунтовой и нарушенной торфяной среды (модуль Юнга) при вращательном срезе определяют по зависимости , где α0б - угол поворота лопастного наконечника, соответствующий моменту графика τxy=f(α0б) на преодоление гравитационного (бытового) давления рб, а модуль общей деформации упруго-вязко-пластичной грунтовой среды определяют по зависимости , где моменты Мбб·В=γстр·h·В, α0кр1 - - угол поворота лопасти при соответствующем первом (начальном) критическом давлении .

6. Способ определения прочностных параметров материальной упруго-эластичной структурированной торфяной среды методом ее вращательного среза, заключающийся в том, что погружают на глубину h(см) исследования массива торфа посредством наращиваемой из секций колонну штанг с ее отключающим приспособлением для свободного вращения относительно лопастного наконечника, колонну штанг отключают от лопастного наконечника и медленно со скоростью 2…3 град/с, вращают в массиве с замером крутящего момента (кГ·см) на преодоление трения с торфом, колонну штанг через отключающее приспособление соединяют с лопастным наконечником и их одновременно вращают вокруг своей оси, регистрируют параметры текущего крутящего момента (кГ·см) на оси вращения штанг с лопастным наконечником при соответствующих регистрируемых углах их поворота, строят график испытания , где - постоянная лопастного наконечника (см3), d - диаметр и Н - высота лопастного наконечника (см), на график испытания наносят отсечки, соответствующие крутящим моментам на оси лопастного наконечника на преодоление: - максимального сопротивления торфа вращательному срезу , - установившегося сопротивления торфа медленному вращательному срезу , определяют удельное сопротивление сТ (кГ/см2) и угол φ° внутреннего трения торфа, его модуль ЕТ(кГ/см2) и показатель структурной прочности - , отличающийся тем, что лопастной наконечник вращают вокруг своей оси возрастающими ступенями крутящего момента , соответствующего тангенциальному напряжению τi((кГ/см2) согласно таблице

каждую ступень крутящего момента выдерживают во времени tt до стабилизации угла αi поворота лопастного наконечника вокруг своей оси или задают возрастающие ступени углов поворота лопастного наконечника до момента стабилизации величины соответствующего крутящего момента на оси наконечника и окончания релаксации напряжений в торфе под его лопастями, по результатам испытания торфа вращательным срезом строят график , где стабилизированный во времени t угол поворота лопастного наконечника при заданной ступени крутящего момента , назначаемого в соответствии с таблицей, или график , где- стабилизированное во времени t значение тангенциального напряжения при заданных ступенях угла αi поворота лопастного наконечника, график или совмещают с графиком предельного состояния торфяной среды, для ненарушенной торфяной среды угол внутреннего трения ее ненарушенной структуры определяют по зависимости , где - установившееся сопротивление торфа вращательному срезу, или принимают соответствующим углу поворота лопастного наконечника в момент среза торфа при крутящем моменте , а угол внутреннего трения торфа в нарушенном под лопастью наконечника состоянии рассчитывают по зависимости , для структурированного торфа удельное сцепление определяют по зависимости
- при удельном сцеплении торфа в нарушенном состоянии .

7. Способ по п. 6, отличающийся тем, что для структурированного торфа его удельный вес на глубине h рассчитывают по зависимости .

8. Способ по п. 6, отличающийся тем, что гравитационное (бытовое) давление торфа на глубине h рассчитывают по зависимости .

9. Способ по п. 6, отличающийся тем, что коэффициент общего бокового давления структурированного и нарушенного торфа при вращательном срезе на глубине h рассчитывают по зависимостям при соответствующих коэффициентах общей относительной поперечной деформации , .

10. Способ по п. 6, отличающийся тем, что вертикальный модуль упругости (модуль Юнга) торфа при вращательном срезе определяют по зависимости , где α0б - угол поворота лопастного наконечника, соответствующий моменту графика τху=f(α0б) на преодоление гравитационного (бытового) давления рб.

11. Устройство вращательного среза материальной среды для реализации способа по п. 1 и 6, состоящее из четырехлопастного наконечника высотой H (см) и диаметром d (см) при постоянной величине В=(πd2/2)(Н+d/3) (см3), связанного с наращиваемой колонной штанг через отключающее кулачковое приспособление с возможностью относительного продольного перемещения и вращательного движения, механизма вращения штанг с лопастным наконечником в виде самотормозящегося червячного редуктора со съемной рукояткой вращения на червяке и стопорной вилки замыкания штанг на червячном колесе, механизма непрерывной регистрации крутящего момента Mi на оси штанг и угла αi поворота лопастного наконечника, отличающееся тем, что червяк механизма вращения штанг с лопастным наконечником оснащен нагрузочным приспособлением, выполненным в виде дискового колеса со съемным подвесом с тарированным грузом для задания возрастающих постоянных ступеней угла αi=const поворота лопастного наконечника при регистрируемых параметрах ступеней крутящего момента Mi или задания возрастающих постоянных ступеней крутящего момента Mi=const на лопастном наконечнике при регистрируемых параметрах угла αi поворота лопастного наконечника.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к машинам для испытания на усталость и может быть использовано для получения механических характеристик материалов. .

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано для определения свойств клеевых слоев в многослойных листовых материалах. .

Изобретение относится к испытательной технике. .

Изобретение относится к области определения физико-механических свойств материалов. .

Изобретение относится к испытательной технике. .

Изобретение относится к испытательной технике, в частности к устройствам для испытания материалов на усталостную прочность при циклическом изгибе и кручении образца.

Изобретение относится к устройствам для определения свойств листовых материалов. .

Изобретение относится к области исследования прочностных характеристик материалов, а именно сопротивления материалов растяжению с кручением. .

Изобретение относится к области оптического приборостроения и может быть использовано при создании био- и химических сенсоров на основе поверхностного плазмонного резонанса (ППР).

Изобретение относится к устройствам для исследования свойств материалов путем приложения к ним механических усилий при корреляции параметров затухающего колебательного процесса, возбуждаемого в исследуемом материале с подвижностью определяемых структурно-кинетических элементов, приводящих к локальным изменениям упругих характеристик и, в целом, к изменению прочностных свойств в широком температурно-частотном интервале. Измерительный преобразователь содержит колебательную систему с крутильным маятником, установленным на игольчатой опоре, устройство для возбуждения крутильных колебаний маятника, печь нагрева испытуемого образца, подвижную и неподвижную платформы со средствами закрепления испытуемого образца и систему съема и обработки информации. При этом колебательная система выполнена опирающейся в центре масс игольной опорой на опорную пластину, жестко закрепленную на подвижной платформе, установленной посредством опор качения на неподвижной платформе. Крутильный маятник выполнен в виде крепежного кольца с коромыслом, плечи которого прикреплены к крепежному кольцу с двух диаметрально противоположных сторон и ориентированы перпендикулярно продольной оси испытуемого образца, а также груза, прикрепленного к плечам коромысла, позволяющего изменять период колебаний колебательного процесса. Технический результат заключается в повышении точности измерений, а также в увеличении срока службы преобразователя. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к области испытательной техники, а именно к установкам для испытаний образцов и фрагментов пространственных коробчатых (сварных, клеесварных, клепанных или клееклепанных) конструкций. Устройство содержит корпус с размещенным в нем приводом и жестко закрепленную на нем металлическую раму с основанием, захватами для испытуемого образца и тензодатчиками. Один из захватов жестко закреплен на раме, а второй установлен на основании посредством двух пневмоцилиндров с возможностью обеспечения приложения вертикальной нагрузки и крутящего момента на испытуемый образец. Тензодатчики размещены на подвижном захвате и испытуемом образце. Технический результат: обеспечение испытания пространственных коробчатых конструкций, изготовленных с использованием сварки, клеесварки, клепки или клееклепки, позволяющие проводить оценку прочностных характеристик конструкции в различных зонах. 2 ил.

Изобретение относится к испытательной технике, к устройствам для испытаний материалов на сдвиг и кручение и может быть использовано в машиностроении. Устройство содержит нагружающий и опорный стержни, снабженные тензодатчиками, между которыми размещен образец. Устройство снабжено тремя последовательно перекрещивающимися под приблизительно прямым углом рычагами, в каждом из которых по центру перекрестия выполнено отверстие некруглой формы, причем в двух из них расположены противоположные концы опытного образца, а в третьем - средняя его часть. Концы образцов и средняя часть выполнены одинаковой формы и входят в отверстия рычагов с минимальными зазорами, при этом рычаги установлены так, что продольные оси симметрии рычагов по концам образца установлены в одной плоскости, а продольная ось симметрии среднего рычага расположена приблизительно перпендикулярно этой плоскости. Один конец каждого рычага контактирует с нагружающим стержнем, а другой - с опорным. Сущность способа: производят замер деформаций в падающем, отраженном и прошедшем импульсе деформаций на всем временном промежутке деформационного воздействия с помощью тензодатчиков, расположенных на стержнях, а затем деформацию сдвига в образце, максимальное касательное напряжение для образца и скорость деформации определяют по формулам. Технический результат: расширение возможностей устройства. 3 н. и 2 з.п. ф-лы, 7 ил.
Наверх