Грунтовый вискозиметр



Грунтовый вискозиметр
Грунтовый вискозиметр
Грунтовый вискозиметр
Грунтовый вискозиметр
Грунтовый вискозиметр

 


Владельцы патента RU 2578514:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ" (ФГБОУ ВПО "МГСУ") (RU)

Изобретение относится к области измерительной техники, предназначено для измерения вязкости различных связных грунтов и может быть применено при проведении инженерных изысканий для строительства зданий и сооружений. Грунтовый вискозиметр представляет собой камеру стабилометра типа "Б", в котором боковые напряжения передаются на цилиндрический образец грунта через резиновую оболочку. Торцы камеры закрыты жесткими неподвижными фланцами. Вертикальное усилие прикладывается к вертикальному металлическому стержню, проходящему через центральную ось камеры прибора и образца. Стержень имеет свободный ход в вертикальном направлении и фиксируется к нагружающему устройству нагрузочной рамы. Техническим результатом является адаптация конструкции вискозиметра для определения вязкости грунтов, снижение трудоемкости исследований и расширение области применения для исследования реологических характеристик связных и несвязных грунтов. 3 ил.

 

Изобретение относится к области измерительной техники, предназначено для измерения вязкости различных дисперсных грунтов и может быть применено при проведении инженерных изысканий для строительства зданий и сооружений.

В настоящее время для определения вязкости грунтов наиболее широкое распространение получил стандартный прибор одноплоскостного среза. Однако этот прибор, широко применяемый для определения прочностных параметров грунтов, малопригоден для исследования деформационных и реологических процессов. В этих приборах зона сдвига образца мала и является неопределенной, что не позволяет с достаточной точностью определить относительную деформацию сдвига γ. К числу недостатков прибора одноплоскостного среза следует также отнести переменность рабочей площади образца, ограниченность величины деформации, непостоянство зазора между верхней и нижней каретками, а также отклонение поверхности среза от плоскости. Применение приборов перекашивания (многоплоскостного среза) решает часть указанных недостатков, однако величина деформаций в них также ограничена.

Помимо приборов плоскостного среза широкое распространение для определения вязкости получил прибор для испытания на кручение, обеспечивающий проведение испытания в условиях чистого сдвига и позволяющий создавать практически неограниченные деформации без изменения рабочей площади образца. Однако и этот прибор не лишен недостатков, так как для испытания на кручение затруднительно создать сложное напряженное состояние, в котором, как правило, находятся грунты в реальных условиях. Кроме того, данный прибор технически сложен и плохо воспроизводим промышленно.

Наиболее близкий аналог предложенного прибора - вискозиметр, содержащий сплошной шарик, который помещают в измеряемую среду на дно сосуда, соединенный гибкой нитью, переброшенной через блок, с противовесом, масса которого больше массы шарика. Вследствие этого возникает прямолинейное движение вертикально вверх до поверхности измеряемого тела, при этом измеряют время движения шарика внутри тела в пределах заданного пути (т.е. скорость подъема шарика) [SU 318854, G01N 11/10, 1971].

Недостатками данного вискозиметра являются:

1. Низкая точность измерения вязкости, так как в процессе движения шарика внутри исследуемого тела его скорость изменяется от нуля до максимума, т.е. существенно отличается от предполагаемой постоянной.

2. Большая трудоемкость процесса измерения из-за необходимости ручного точного замера времени движения шарика.

3. Ограниченная область применения вследствие невозможности применения для определения вязкости дисперсных твердых тел, к которым относятся грунты.

Целью изобретения является адаптация конструкции вискозиметра для определения вязкости грунтов, снижение трудоемкости исследований и расширение области применения для исследования реологических характеристик связных и несвязных грунтов.

Вискозиметр (Фиг. 1) представляет собой камеру стабилометра типа "Б" (1), установленную на основании (2). Внутри камеры в резиновой оболочке размещается образец грунта (3). Пространство внутри камеры вокруг образца грунта в резиновой оболочке заполняется дистиллированной водой, глицерином или воздухом (4) - средой для создания давления на боковую поверхность образца. Через центральную ось образца проходит металлический стержень постоянного сечения (5), жестко соединенный с нагрузочным устройством. Для настоящего прибора использовалась установка UL60-4 производства APS Antriebs- Pruf- und Steuertechnik GmbH (ФРГ), однако может применяться и иная с аналогичными характеристиками.

Разрез по продольной оси камеры вискозиметра представлен на фиг. 2. На фиг. 3 представлена схема напряженного состояния образца грунта в камере вискозиметра.

Вискозиметр работает следующим образом.

Поставим задачу определить вязкость образца грунта, если известна скорость вертикального перемещения стержня. Полагаем, что сопротивление нижнего конца стержня равно нулю. Предположим также, что преобладает сдвиговой механизм деформирования окружающего стержень грунта. В таком случае скорость сдвиговой деформации грунта вокруг стержня будет определяться исходя из зависимости

где - скорость движения стержня, в м/с;

r - радиус от центра стержня, в м, причем

где τ - касательное напряжение, в кПа;

η - коэффициент вязкости, в кПа·с.

Выражение (2) справедливо в момент, когда сопротивление стержня по боковой поверхности исчерпано и стержень начинает погружаться в грунт с постоянной скоростью.

Значение вертикального усилия, передаваемого на стержень, зависит от значения касательных напряжений по боковой поверхности стержня, которые можно определить исходя из условия

где rc и lcm - радиус и длина стержня, в м;

F - вертикальное усилие, передаваемое в кинематическом режиме () на стержень, в кН.

Сделав предположение, что материал стержня не сжимается, можно определить значение осадки.

Воспользуемся подстановкой условия (2) в (3) и затем, выполнив подстановку полученного выражения в (1), получим

Проинтегрировав выражение (4), получим

и с учетом граничных условий:

при тогда

при

Выражение (6) позволяет получить значение скорости перемещения стержня с учетом приложенной вертикальной нагрузки F и зависит от габаритов стержня и образца грунта.

Преобразовав выражение (6), можно получить значение вязкости при постоянной скорости вертикального перемещения стержня

что позволяет осуществить прогнозирование коэффициента вязкости при различных значениях скорости перемещения стержня.

Таким образом на установке для определения вязкости дисперсных грунтов достигается положительный технический эффект:

1. Конструкция разработанного прибора адаптирована для проведения испытаний грунтов и грунтовых материалов. Разработанный вискозиметр позволяет определить вязкость связных и несвязных грунтов как в сухом, так и в водонасыщенном состоянии, так как камера прибора герметична и сохраняет заданную плотность и влажность образцов.

2. Результаты определения вязкости в разработанном приборе позволяют прогнозировать значение вязкости грунтов при любых значениях скорости внедрения стержня, что важно при инженерных изысканиях для геотехнического строительства.

3. Конструкция прибора адаптирована для промышленного производства, так как основана на промышленном образце камеры трехосного прибора типа "Б" ГТ 2.3.6 производства ООО "НПП Теотек". Прочие элементы конструкции изготавливаются путем токарной обработки заготовок достаточной жесткости.

Грунтовый вискозиметр, содержащий цилиндрическую камеру с образцом исследуемого грунта в оболочке, нагрузочную раму для создания осевого усилия и регистрирующее устройство для измерения перемещений, отличающийся тем, что в образец внедрен стержень постоянного сечения, жестко закрепленный на нагрузочном устройстве и проходящий через верхний и нижний герметичные фланцы камеры.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области определения вибрационным методом сдвиговой вязкости небольших объемов жидкости в локальной области при одновременном измерении ее температуры.

Изобретение относится к области измерительных средств, в частности для измерения вязкости жидких сред при различных температурах и прозрачности. Для достижения технического результата в корпусе (1) вискозиметра установлен теплоизолированный снаружи нагреватель (2) с цилиндрической полостью (5), в которую помещен установленный на платформе (7) цилиндрический стакан (6) для исследуемой жидкости.

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к анализаторам для автоматического определения показателей гемостаза (коагуляторам). .

Изобретение относится к области измерительной техники и предназначено для измерения вязкости различных жидкостей. .

Изобретение относится к области экструдирования материалов растительного происхождения и может быть использовано для определения свойств экструдируемых древесных опилок.

Изобретение относится к ультразвуковым средствам измерения вязкости жидких сред, а более конкретно к магнитострикционным вискозиметрам, и предназначено для контроля в реальном масштабе времени работоспособности рабочих жидкостей, в частности гидравлического, компрессорного, трансмиссионного, моторного и трансформаторного масла, а также для контроля технологических процессов переработки материалов.

Изобретение относится к способу и может быть использовано, например, при контроле и управлении технологическими процессами на предприятиях пищевой промышленности для оценки вязкости жидких оптически непрозрачных суспензий, а также при проведении научно-исследовательских работ.

Изобретение относится к гравитационной седиментации и может быть применено на шахтах и обогатительных фабриках для анализа диапазона крупности частиц в шламовых водах.

Изобретение относится к технике измерения вязкости, а более конкретно - к устройству вибрационных датчиков погружного типа, предназначенных для использования в исследовательских лабораториях, в медицине, для контроля технологических жидкостей.

Изобретение относится к области измерительной техники, в частности к бесконтактным аэрогидродинамическим способам и устройствам автоматического контроля физико-химических свойств жидкости (вязкости, плотности, поверхностного натяжения), и может найти применение как в лабораторной, так и производственной практике.

Изобретение относится к области исследования степени загрязнения легко текучих смазочных материалов продуктами изнашивания пар трения механических систем, например в двигателях, механизмах, машинах и приборах. Знание степени загрязнения легко текучих масел/смазок частицами износа пар трения и/или уплотнений (манжет, сальников и пр.) является весьма важной проблемой, техническое решение которой позволяет значительно повысить надежность работы важных механических систем. Устройство сбора продуктов износа в жидкой смазке содержит привод в виде электрического двигателя и полость для размещения испытуемой жидкости. При этом с целью сбора и анализа продуктов износа в жидкой смазке от пар трения подвижно сопряженных деталей устройство содержит мешалку, соединенную с валом двигателя, которая размещена в воронке конического вида с отсутствием касания мешалки, а в нижней части воронки имеется выпускное для масла отверстие, диаметр которого в точности совпадает с диаметром отверстия в открытом положении заглушки. Техническим результатом является экспресс-тестирование смазочного материала, а также возможность предотвратить аварийные отказы двигателей и иных объектов, использующих жидкую масляную систему смазывания подвижных сопряжений. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.
Наверх