Способ хрусталева е.н. определения удельного и эквивалентного сцепления дисперсной связной среды

Изобретение относится к «Физике материального контактного взаимодействия», конкретно к способу определения удельного и эквивалентного сцепления в структурированном и нарушенном состоянии. Удельное сцепление среды в структурированном состоянии определяют по зависимости в нарушенном состоянии - а эквивалентное сцепление где - удельный вес среды с нарушенной структурой. Технический результат – точное определение прочностных характеристик среды в структурированном и нарушенном состоянии. 2 ил.

 

Изобретение относится к области «Физики материального контактного взаимодействия», конкретно к способу определения удельного и эквивалентного сцепления дисперсной связной среды в структурированном и нарушенном состоянии.

Известен способ определения удельного сцепления Cстр структурированной грунтовой среды, заключающийся в том, что отбирают образцы грунта ненарушенной структуры с глубины h массива, определяют удельный вес грунта, образцы поочередно испытывают на сжимаемость под возрастающими ступенями i (не менее трех i≥3) нормального давления pi+1>pi, на каждой ступени сжимающего давления производят поперечный срез обжимаемого образца с замером соответствующей ступени тангенциальной нагрузки τi+1i, строят прямолинейный график зависимости Ш. Кулона |τi|=pitgϕ°+C до пересечения с осями координат opi и oτi, на оси oτ абсцисс определяют значение удельного сцепления Cстр структурированной среды, а по тангенсу наклона графика определяют угол внутреннего трения структурированной среды [1].

График Ш. Кулона прямолинейный на участке где - давление связности среды и pб - гравитационное (бытовое) давление. График Хрусталева Е.Н. прямолинейный на участке , где - первое (начальное) критическое давление, однако его ошибочно принимают в современной «Механике грунтов» за продолжение графика Ш. Кулона, а величину удельного сцепления с большой погрешностью принимают равным Cстр (МПа) с графика как среднеквадратичную величину (по ГОСТ 20522-75).

Известен способ определения эквивалентного сцепления CЭ (МПа) материальной дисперсной связной среды в мерзлом состоянии, заключающийся в нагружении массива среды усилием P жесткой сферы диаметром D с замером текущей осадки St до момента ее стабилизации во времени t, разгрузке сферы, определении ее контактной осадки S0 и по результатам испытаний величины эквивалентного CЭ (МПа) и длительного Cдл (МПа) сцепления среды, для определения последних строят график зависимости и касательную прямую линию к точкам графика, соответствующим усилиям P1, P2 и Pk, до пересечения с осью абсцисс; радиусами ρ, равными разнице значений pср и соответствующих им точек пересечения касательных с осью абсцисс, строят круги напряжений Мора максимального предельного состояния среды при растяжении и проводят к ним касательную прямую (max τпр)=p⋅tgθ+CЭ до пересечения с осью абсцисс и ординат, с помощью которой находят предельный угол θ° внутреннего трения и эквивалентное сцепление CЭ, по которым рассчитывают угол внутреннего трения и удельное сцепление [2].

Величину эквивалентного сцепления CЭ получают графоаналитическим методом с низкой точностью его определения. Предельный угол θ° внутреннего трения получен графоаналитическим методом и точно определяется только из выражения [3], где и - соответственно углы внутреннего трения среды в структурированном и нарушенном состоянии.

В известных способах величины Cстр, CЭ являются физическими, но не определены аналитическими выражениями и не позволяют в полной мере описывать свойства материальной среды.

Цель изобретения - точное определение прочностных характеристик материальной среды в структурированном и нарушенном состоянии.

Технический результат по способу определения удельного и эквивалентного сцепления дисперсной связной среды, заключающийся в лабораторном определении удельного веса структурированной среды на глубине h (см) ее массива, нагружении образцов или массива среды ненарушенной структуры на глубине h возрастающими ступенями i нормального сжимающего давления pi+1>pi (МПа) методом статических нагрузок до момента времени t (мин) стабилизации осадки Si (см) среды под соответствующими ступенями давления pi, в поступательном или вращательном срезе обжатой каждой ступенью давления pi среды в плоскости, перпендикулярной нормальному направлению приложения давления, с замером соответствующей величины максимального тангенциального напряжения среза τi+1i (МПа), строят график предельного состояния структурированной среды по зависимости Ш. Кулона в интервале давления 0≤pi≤pб.стр, где - гравитационное (бытовое) давление массива структурированной среды, и график предельного состояния среды с нарушенной структурой по зависимости Е.Н. Хрусталева при давлении piб.стр, где - гравитационное давление массива среды в нарушенном состоянии, где Cстр и Cн (МПа) - удельное сцепление, и - угол внутреннего трения среды соответственно в структурированном и нарушенном состоянии, определенные по графикам предельного состояния и и уточняемые по зависимости достигается тем, что удельное сцепление структурированной дисперсной связной среды определяют по зависимости а удельное сцепление дисперсной связной среды в нарушенном состоянии - по зависимости или при этом величину эквивалентного сцепления рассчитывают по зависимости или где удельный вес среды в нарушенном по структуре состоянии pатм≈1,033 МПа.

Предлагаемое изобретение поясняется графическими материалами: на фиг. 1 и 2 представлены графики предельного состояния дисперсной связной материальной среды и где и Cстр (МПа), Cн (МПа) - угол внутреннего трения и удельное сцепление соответственной для структурированной и нарушенной материальной среды при эквивалентном сцеплении CЭ=pатм=1,033 (МПа).

Пример реализации способа. На глубине h=170 см грунтового массива, сложенного суглинком, проводят инженерно-геологические изыскания. Отбирают образцы грунта ненарушенной структуры. В лабораторных условиях по образцам среды устанавливают удельный вес структурированного суглинка в сдвиговых приборах производят одноплоскостной срез обжатых возрастающими ступенями i нормального давления pi+1>pi (МПа) образцов среды (i>3).

Первую ступень нормального давления при срезе образцов задают из расчета нормативного гравитационного (бытового) давления где [Cстр]=0,034 МПа - нормативные значения угла внутреннего трения и удельного сцепления суглинка с показателем консистенции и коэффициентом пористости e=0,55 при удельном весе [4], когда [pб.стр]=(0,00273⋅170-0,34)ctg23°=0,2924 (кг/см2)≈0,029 МПа. Возрастающие ступени давления должны соответствовать ступеням давления при испытании грунтов на сжимаемость статическими нагрузками, т.е. для суглинка при срезе Δpi=0,05 МПа=0,5 кг/см2.

При срезе обжатых ступенями давления образцов суглинка фиксируют максимальную величину тангенциального напряжения среза τi (МПа) каждого образца при давлении pi (МПа) и строят криволинейный график (а, б, с) предельного состояния суглинка (фиг. 1), состоящий из дуги (1-4) и дуги окружности (5-8) радиусом Rкрп. График (а, б, с) аппроксилируют прямой (d, к, а, с) линией графика предельного состояния структурированного суглинка и прямой (е, f, а, б) линией графика предельного состояния суглинка в нарушенном состоянии (фиг. 1), составляющими с осью абсцисс соответственно приближенный угол и внутреннего трения суглинка в структурированном и нарушенном состоянии соответственно, а на оси ординат отсекающими соответствующие приближенные значения удельного сцепления {|Cстр|}=0,42 (кг/см2)=0,042 МПа и {|Cн|}=0,45 (кг/см2)=0,045 МПа.

Уточняем приближенную величину бытового давления как

Строят графики предельного состояния суглинка в структурированном и нарушенном состоянии и (фиг. 2), по которым путем измерений устанавливают величину угла внутреннего трения структурированного суглинка и рассчитывают величину угла

Величину удельного сцепления определяют по зависимости

и

Величину эквивалентного сцепления определяют как или как где - удельный вес суглинка в нарушенном состоянии.

Впервые на базе физики материального контактного взаимодействия получены определяющие зависимости для определения точных значений удельного и эквивалентного сцепления дисперсной связной среды в структурированном и нарушенном состоянии.

Источники информации

1. ГОСТ 21719-80. Грунты. Методы полевых испытаний на срез в скважинах и в массиве. - М.: Гос. ком. СССР по делам строительства, 1980 - С. 3-17.

2. Патент РФ №2345360. Способ определения механических характеристик грунтового, торфяного и мерзлого основания. / Хрусталев Е.Н., Б.И. №3 от 27.01.2009.

3. Хрусталев Е.Н. Контактное взаимодействие в геомеханике. Часть I: Несущая способность оснований сооружений. - Тверь: ТГТУ, 2004. - С. 76 (рис. 2.13).

4. Руководство по проектированию оснований зданий и сооружений. - М.: Стройиздат, 1977. - С. 70-71, С. 19.

Способ определения удельного и эквивалентного сцепления дисперсной связной среды, заключающийся в лабораторном определении удельного веса структурированной среды γстр (кг/см3) на глубине h (см) ее массива, нагружении образцов или массива среды ненарушенной структуры на глубине h возрастающими ступенями i нормального сжимающего давления pi+1>pi (МПа) методом статических нагрузок до момента времени t (мин) стабилизации осадки Si (см) среды под соответствующими ступенями давления pi, в поступательном или вращательном срезе обжатой каждой ступенью давления pi среды в плоскости, перпендикулярной нормальному направлению приложения давления, с замером соответствующей величины максимального тангенциального напряжения среза τi+1i (МПа), строят график предельного состояния структурированной среды по зависимости Ш. Кулона в интервале давления 0≤pi≤pб.стр, где (МПа) - гравитационное (бытовое) давление массива структурированной среды, и график предельного состояния среды с нарушенной структурой по зависимости Е.Н. Хрусталева при давлении pi>pб.стр, где (МПа) - гравитационное давление массива среды в нарушенном состоянии, где Cстр и Cн (МПа) - удельное сцепление, и - угол внутреннего трения среды соответственно в структурированном и нарушенном состоянии, определенные по графикам предельного состояния и и уточняемые по зависимости , отличающийся тем, что удельное сцепление структурированной дисперсной связной среды определяют по зависимости (МПа), а удельное сцепление дисперсной связной среды в нарушенном состоянии - по зависимости (МПа) или (МПа), при этом величину эквивалентного сцепления рассчитывают по зависимости (МПа) или (МПа), где удельный вес среды в нарушенном по структуре состоянии (кг/см3), pатм≈1,033 МПа - величина атмосферного давления на глубине h<Cстрстр.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области определения остаточного напряжения путем инструментального индентирования. Сущность: осуществляют приложение к образцу одноосного напряжения, двуосного напряжения и одинакового по всем направлениям напряжения, а затем выполнение инструментального индентирования с использованием индентора, вычисление наибольшей глубины вдавливания индентора в ненапряженном состоянии образца путем подстановки в формулу для вычисления максимальной глубины вдавливания индентора в ненапряженном состоянии фактической глубины контакта в ненапряженном состоянии, полученной из фактической глубины контакта индентора, и максимальной глубины вдавливания индентора и результирующей глубины отпечатка индентора при приложении максимального вдавливающего усилия L0, найденных из зависимости глубины вдавливания индентора от вдавливающего усилия, полученной путем инструментального индентирования, получение кривой зависимости глубины вдавливания индентора от вдавливающего усилия в ненапряженном состоянии путем подстановки вычисленной указанным образом максимальной глубины вдавливания индентора в ненапряженном состоянии образца в формулу, связывающую глубину вдавливания индентора и вдавливающее усилие, и вычисления разности ΔL усилий между усилием L1, соответствующим максимальной глубине вдавливания индентора на кривой зависимости глубины вдавливания индентора от вдавливающего усилия в ненапряженном состоянии, и максимальным вдавливающим усилием L0, и вычисление остаточного напряжения в образце путем подстановки вычисленной разности ΔL усилий в формулу для вычисления остаточного напряжения.

Изобретение относится к механическим испытаниям, предназначенным для определения свойств металла, проявляющихся при пластическом деформировании в технологических операциях холодной обработки металла давлением (ХОМД).

Изобретение относится к области испытаний строительных изделий. Стенд содержит опорную трубу с центральным сквозным отверстием для соосного вертикального размещения в нем арматуры и с днищем для опирания нижнего конца арматуры.

Изобретение относится к производству строительных материалов. Способ включает подготовку пресс-порошка, прессование образца, фиксацию изменений деформаций при сжатии, построение компрессионных кривых и проведение испытания, причем прессование осуществляют одностадийно и непрерывно, с переменными значениями давления прессования и формовочной влажности пресс-порошка, при этом требуемое оптимальное соотношение влажности и давления прессования определяют положением оптимальной точки на компрессионной кривой, лежащей на ее пересечении с отрезком, перпендикулярным хорде, соединяющей начальное и конечное значения интервала давления прессования на кривой, и проходящим через точку пересечения касательных к кривой в области заданного интервала давления прессования.

Изобретение относится к области определения прочностных свойств металлов и их сплавов путем приложения растягивающих нагрузок к образцам и может быть использовано в металлургии и машиностроении.

Изобретение относится к техническим устройствам для испытания грунтового основания фундамента штампом. Тензометрический секционный штамп содержит чувствительный элемент и измерительные приспособления для измерения контактного давления.

Изобретение относится к области механических испытаний материалов на прочность и устойчивость, в частности к испытаниям образцов из органического стекла в условиях чистого сдвига.

Изобретение относится к исследованию прочностных свойств материалов и может быть использовано для определения вязкости разрушения металлов. Сущность: осуществляют статическое нагружение плоского образца с выращенной трещиной усталости и регистрацию длины трещины в момент перехода от стабильного медленного ее развития в нестабильное быстрое.

Изобретение относится к методам испытаний металлов на трещиностойкость, в частности к способу изготовления сварного составного образца типа СТ для испытаний на трещиностойкость облученного металла по стандартным методикам.

Изобретение относится к области неразрушающих измерений давления на заданном горизонтальном уровне бетонных и кирпичных стен и фундаментов зданий и сооружений на стадии их эксплуатации.

Изобретение относится к технике испытаний и измерений, а именно к устройствам для исследования механических свойств материалов с малым поперечным сечением, предпочтительно высокоэластичных нитей. Портативная разрывная машина содержит установленные на жесткой раме одноточечный концевой тензометрический датчик, шаговый двигатель, блок питания и драйвер к шаговому двигателю, плату микроконтроллера. Технический результат: реализация переносного устройства, обеспечивающего достаточную разрывную способность при минимальных габаритах и весе, пригодном для испытания высокоэластичных нитей, отвечающего современным требованиям по безопасности, энергосбережению, долговечности, удобству транспортировки, монтажа и эксплуатации, а также снижение затрат на его приобретение и эксплуатацию. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к исследованию прочностных свойств материалов, а именно к установкам для высокоскоростного испытания материалов. Устройство содержит два электромагнитных силовозбудителя, подключенных к накопителю энергии, две соосно установленные тяги для передачи усилий образцу и аппаратуру для наблюдения режима деформирования образца. Тяги для передачи усилий образцу выполнены в виде волноводов-концентраторов и прилегают к внешней стороне силовозбудителей, размещенных между волноводами-концентраторами. Волноводы-концентраторы имеют резьбовые отверстия для фиксации образца. Технический результат: повышение эффективности преобразования электрической энергии в механическую и повышение информативности и достоверности результатов испытаний конструкционных материалов на динамическое растяжение, а также упрощение конструкции. 3 ил.

Изобретение относится к устройствам и методам механических испытаний образцов конструкционных материалов и может быть использовано для определения характеристик сопротивления смятию. Устройство содержит две нагружающие рамы, установленные в верхнем захвате испытательной машины, в каждой нагружающей раме выполнено отверстие, в которое вставлен сминающий цилиндрический штифт, нагружающие рамы зафиксированы между собой болтами с обеспечением минимального зазора для свободного перемещения образца относительно рам, образец соответствует ASTM Е238. На нижнем краю отверстия в образце с обеих сторон образца устанавливают ножи с зубцами, закрепленные в прижимах, стянутых между собой болтами. Конструктивно обеспечивается независимое перемещение прижимов с ножами относительно нагружающих рам. Датчик раскрытия устанавливается на кромках сминающего цилиндрического штифта и прижима. Сущность: овализация отверстия в процессе испытаний регистрируется по перемещению прижимов, закрепленных с помощью ножей на нижнем краю отверстия относительно неподвижного сминающего штифта. При этом замер деформации отверстия обеспечивается в процессе испытаний непосредственно на контуре отверстия. Технический результат: увеличение точности измерения и упрощение конструкции устройства 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение касается способа оценки деформационных свойств полипропиленовых нитей с углеродными наполнителями в процессе эксплуатации. Сущность способа заключается в том, что проводят поминутное растяжение с постоянной скоростью образцов синтетических нитей с одновременным воздействием электрическим током. Далее проводят поминутное измерение значений растягивающих напряжений и значения электрического сопротивления с одновременным вычислением значений удельного электрического сопротивления по формуле , где R - электрическое сопротивление нити, L≤2 мм - расстояние между контактами, b - толщина нити, d - ширина образца; причем полипропиленовую нить с углеродными наполнителями растягивают до достижения значения удельного электрического сопротивления ρ=109 Ом⋅м. По полученному значению максимального растягивающего напряжения с учетом усреднения по формуле: где σi - значение максимально допустимого растягивающего напряжения в каждом случае, судят о сохранении антистатических свойств полипропиленовых нитей с углеродными наполнителями. Использование способа позволяет спрогнозировать сохранение антистатических свойств материалов в процессе многократного растяжения полипропиленовых нитей с углеродными наполнителями 6 табл., 1 ил.

Изобретение относится к области испытаний материалов, в частности к устройствам для фиксации образца к испытательной машине для разрыва образца, в том числе определения адгезии и прочности на разрыв образцов отвердевших минеральных или полимерных тампонажных растворов. Устройство содержит взаимодействующие с нагружателем пассивные и активные корпуса с полыми тягами с установленными в них узлами крепления образцов. Образец изготовлен в виде фигуры вращения с цилиндрическими выступами на концах. Корпуса изготовлены одинаковой конструкции в виде стакана с открытыми с одной стороны окнами длиной, превышающей длину образца, образующими тяги, равномерно размещенные по периметру корпуса. Тяги одного корпуса вставлены в окна другого корпуса с возможностью продольного перемещения, при этом тяги на концах снабжены внутренней, кольцевой радиальной относительно оси корпуса проточкой под упоры, перемещаемые внутрь полыми толкателями с наружной резьбой, которые вставлены в соответствующие радиальные резьбовые отверстия тяг. Внутри толкателей установлены подвижные шпильки, соединенные с упорами, которые выполнены с возможностью взаимодействия с соответствующими внутренними торцами выступа образца. Нагружатель выполнен в виде пресса, взаимодействующего с соответствующими торцами корпусов. Технический результат: позволяет исключить осевой перекос и пластический пережим благодаря ровному и отцентрированному захвату образца при разрыве, упростить конструкцию за счет отсутствия захватов со специальной разрывной машиной и использовать пресс для разрыва образцов. 4 ил.

Изобретение относится к испытательной технике, к испытаниям на прочность. Стенд содержит корпус, установленные на нем захваты образца, механизм нагружения, включающий две гибкие тяги, кинематически связанные с захватами, натяжной механизм тяг, платформу, привод вращения, установленный на платформе, возбудитель колебаний нагрузки в форме треугольника, установленного на валу привода вращения и расположенного между тягами, и привод перемещения платформы вдоль оси вала. Стенд снабжен платформой вращения с фиксатором поворота, ось вращения которой перпендикулярна оси вала, и разъемным соединением вала привода вращения с возбудителем колебаний нагрузки. Вторые концы тяг закреплены на поверхности платформы вращения с возможностью изменения точек закрепления. Технический результат: расширение функциональных возможностей стенда при пропорциональном изменении амплитуд чередующихся циклов и интервалов между циклами. 1 ил.

Изобретение относится к области обработки металлов давлением и может быть использовано для определения сопротивления деформации металлических материалов путем испытания образцов на сжатие, для построения кривой упрочения, для определения математической зависимости между сопротивлением деформации и степенью деформации при различных температурах. Цилиндрический образец для испытания на сжатие содержит торцевые выточки и отверстие диаметром высоты образца, выполненное по оси образца. Технический результат: возможность повысить степень однородной деформации до 65-75%, за счет создания гидродинамического трения между рабочей поверхностью бойков и торцами образца в течение всего процесса сжатия. 1 ил.

Группа изобретений относится к медицине. Способ проверки прочности конического входа керамических модульных шаровидных головок для протезов тазобедренного сустава, имеющих приемное пространство с конической боковой поверхностью с углом зажимного конуса γ и коническим входом, заключающийся в том, что на участки приемного объема оказывается давление. Радиальное усилие, направленное перпендикулярно к продольной оси шаровидной головки, оказывает воздействие исключительно на область конического входа. Устройство для реализации вышеуказанного способа включает в себя контропору, коническую втулку и пуансон. Все они расположены на одной общей продольной оси. Втулка и пуансон выполнены с возможностью сдвига по продольной оси. Втулка размещается между пуансоном и контропорой. Угол раствора конуса α больше, чем угол раствора зажимного конуса γ подлежащей проверке шаровидной головки. Изобретения обеспечивают готовность всех проверенных шаровидных головок к работе без нанесения ущерба также и под нагрузкой по косой в условиях in vivo. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к медицине. Устройство для испытания прочности керамического вкладыша имплантатов тазобедренного сустава с приемным устройством и нажимной деталью. В приемном устройстве имеется выемка с областью позиционирования для размещения вкладыша. У выемки на области позиционирования имеется приемный конус. На области позиционирования между приемным устройством и вкладышем размещается кольцевидный пластичный адаптер с конической наружной поверхностью, которая прилегает к приемному конусу, и внутренней поверхностью, которая прилегает к вкладышу. Трение между приемным устройством и адаптером меньше, чем между адаптером и вкладышем. Изобретение обеспечивает возможность универсального применения для всех ацетабулярных имплантатов тазобедренного сустава (монолитных, модульных, заранее соединенных). 7 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретения относятся к области машиностроения, в частности к стендам для испытания стальных канатов на выносливость. Способ заключается в испытании образца каната путем его перегибов на определенном участке при соответствующем расчетном статическом нагружении до полного или частичного разрушения при заданной температуре и влажности. При необходимости осуществляют периодическое окунание в жидкость испытуемого образца каната. Устройство содержит ведущие барабаны, осуществляющие колебательные движения и обеспечивающие возвратно-поступательное перемещение образца каната на определенной длине, сменные ролики определенного диаметра, обеспечивающие изгиб образца на 90°, грузовой ролик, свободно лежащий на образце и обеспечивающий определенное натяжение ветвей образца, зажимы для крепления концов образца к барабану и счетчик для учета числа изгибов. При этом оно помещено в термо-влагокамеру, с возможностью проведения внутри нее испытаний с изменением и поддержанием постоянной температуры и влажности в процессе испытания и дополнительно оснащена съемной емкостью для жидкости с возможностью периодического окунания в нее испытуемого образца каната. Технический результат заключается в возможности проведения испытаний при разных температурах и под воздействием жидких агрессивных сред. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к «Физике материального контактного взаимодействия», конкретно к способу определения удельного и эквивалентного сцепления в структурированном и нарушенном состоянии. Удельное сцепление среды в структурированном состоянии определяют по зависимости в нарушенном состоянии - а эквивалентное сцепление где - удельный вес среды с нарушенной структурой. Технический результат – точное определение прочностных характеристик среды в структурированном и нарушенном состоянии. 2 ил.

Наверх