Способ хрусталева е.н. определения предельного состояния материальной среды



Способ хрусталева е.н. определения предельного состояния материальной среды
Способ хрусталева е.н. определения предельного состояния материальной среды
Способ хрусталева е.н. определения предельного состояния материальной среды
Способ хрусталева е.н. определения предельного состояния материальной среды
Способ хрусталева е.н. определения предельного состояния материальной среды
Способ хрусталева е.н. определения предельного состояния материальной среды
Способ хрусталева е.н. определения предельного состояния материальной среды
Способ хрусталева е.н. определения предельного состояния материальной среды
Способ хрусталева е.н. определения предельного состояния материальной среды
Способ хрусталева е.н. определения предельного состояния материальной среды
Способ хрусталева е.н. определения предельного состояния материальной среды
Способ хрусталева е.н. определения предельного состояния материальной среды
Способ хрусталева е.н. определения предельного состояния материальной среды
Способ хрусталева е.н. определения предельного состояния материальной среды
Способ хрусталева е.н. определения предельного состояния материальной среды
Способ хрусталева е.н. определения предельного состояния материальной среды
Способ хрусталева е.н. определения предельного состояния материальной среды
Способ хрусталева е.н. определения предельного состояния материальной среды
Способ хрусталева е.н. определения предельного состояния материальной среды
Способ хрусталева е.н. определения предельного состояния материальной среды
Способ хрусталева е.н. определения предельного состояния материальной среды
Способ хрусталева е.н. определения предельного состояния материальной среды
Способ хрусталева е.н. определения предельного состояния материальной среды
Способ хрусталева е.н. определения предельного состояния материальной среды
Способ хрусталева е.н. определения предельного состояния материальной среды
Способ хрусталева е.н. определения предельного состояния материальной среды
Способ хрусталева е.н. определения предельного состояния материальной среды
Способ хрусталева е.н. определения предельного состояния материальной среды
Способ хрусталева е.н. определения предельного состояния материальной среды
Способ хрусталева е.н. определения предельного состояния материальной среды
Способ хрусталева е.н. определения предельного состояния материальной среды
Способ хрусталева е.н. определения предельного состояния материальной среды
Способ хрусталева е.н. определения предельного состояния материальной среды
Способ хрусталева е.н. определения предельного состояния материальной среды
Способ хрусталева е.н. определения предельного состояния материальной среды
Способ хрусталева е.н. определения предельного состояния материальной среды
Способ хрусталева е.н. определения предельного состояния материальной среды
Способ хрусталева е.н. определения предельного состояния материальной среды
Способ хрусталева е.н. определения предельного состояния материальной среды
Способ хрусталева е.н. определения предельного состояния материальной среды
Способ хрусталева е.н. определения предельного состояния материальной среды
Способ хрусталева е.н. определения предельного состояния материальной среды
Способ хрусталева е.н. определения предельного состояния материальной среды
Способ хрусталева е.н. определения предельного состояния материальной среды
Способ хрусталева е.н. определения предельного состояния материальной среды
Способ хрусталева е.н. определения предельного состояния материальной среды
Способ хрусталева е.н. определения предельного состояния материальной среды
Способ хрусталева е.н. определения предельного состояния материальной среды
Способ хрусталева е.н. определения предельного состояния материальной среды
Способ хрусталева е.н. определения предельного состояния материальной среды
Способ хрусталева е.н. определения предельного состояния материальной среды
Способ хрусталева е.н. определения предельного состояния материальной среды
Способ хрусталева е.н. определения предельного состояния материальной среды
Способ хрусталева е.н. определения предельного состояния материальной среды
Способ хрусталева е.н. определения предельного состояния материальной среды

 

G01L7/00 - Измерение постоянного или медленно меняющегося давления газообразных и жидких веществ или сыпучих материалов с помощью элементов, чувствительных к механическому воздействию или давлению упругой среды (передача и индикация перемещений элементов, чувствительных к механическому воздействию, с помощью электрических или магнитных средств G01L 9/00; измерение разности двух или более величин давления G01L 13/00; одновременное измерение двух или более величин давления G01L 15/00; измерение давления в полых телах G01L 17/00; вакуумметры G01L 21/00; полые тела, деформируемые или перемещаемые под действием внутреннего давления, как таковые G12B 1/04)

Владельцы патента RU 2611561:

Хрусталёв Евгений Николаевич (RU)

Изобретение относится к физике материального контактного взаимодействия и рассматривает предельное состояние материальной среды под нагрузкой.

Сущность изобретения состоит в том, что при испытании материальной среды на сжимаемость и сдвиг истинное предельное состояние растяжения-сжатия массива материальной среды на глубине h от поверхности полупространства под штампами различной формы и жесткости определяют по зависимости:

при (структурированная среда);

(кГ/см2) при (нарушенная среда);

где - главное нормальное сжимающее давление (кГ/см2);

- главное отрицательное тангенциальное срезающее напряжение (кГ/см2);

- давление связности среды (кГ/см2);

- гравитационное (бытовое) давление структурированной среды (кГ/см2);

- гравитационное давление среды с нарушенной структурой (кГ/см2);

Ратм=1/033 (кГ/см2) - атмосферное давление на поверхности Земли;

(кГ/см2) - действующее сжимающее давление в массиве;

- действующие в массиве среды отрицательные тангенциальные напряжения (кГ/см2);

(кГ/см3) - удельный вес среды в нарушенном состоянии;

(кГ/см2) - среднее критическое (разрушающее) для среды давление сжатия, (кГ/см2), а тангенциальные напряжения сдвига в среде под штампом принимают отрицательными по величине, при этом истинное предельное состояние растяжения-сжатия массива материальной среды по данным компрессионно-сдвиговых испытаний ее образцов на сжатие определяют по зависимостям:

(кГ/см2) при (структурированная среда);

(кГ/см2) при (нарушенная среда);

где γстрh=ратм=1,033 (кГ/см2),

- главное отрицательное тангенциальное срезающее напряжение в компрессионно-сдвиговом приборе (кГ/см2),

- главное нормальное сжимающее давление в компрессионно-сдвиговом приборе (кГ/см2), а тангенциальные напряжения сдвига в среде образца под штампом компрессионного прибора принимают отрицательными по величине, а истинное предельное состояние массива материальной среды по данным одноосного сжатия-растяжения образца среды определяют по зависимостям:

- при сжатии;

- при растяжении,

а тангенциальные напряжения сдвига в образце принимают положительными по величине при растяжении и сжатии. Технический результат – возможность определения истинного предельного состояния растяжения-сжатия массива материальной среды. 2 з.п. ф-лы, 9 ил.

 

Изобретение относится к области «Физики материального контактного взаимодействия», конкретно, к способам определения предельного состояния растяжения-сжатия материальной среды в условиях компрессии, в массиве и в образце с учетом гравитационного и атмосферного давления.

Известен способ Ш. Кулона определения предельного состояния материальной среды в условиях компрессии (без возможности ее бокового расширения) при вертикальном сжатии избыточным давление р (кГ/см2), заключающийся в том, что из массива материальной среды извлекают образцы исследуемой структурированной среды и определяют ее удельный вес γстр (кГ/см2), образцы подвергают в условиях компрессии на сдвиговом лабораторном приборе нагружению вертикальным сжимающим давлением, соответствующим природному гравитационному (бытовому) давлению рб, обжатые давлением рб образцы среды поочередно размещают в сдвиговых приборах, и их нагружают возрастающими по величине ступенями избыточного сжимающего давления pi+1>piб (кГ/см2), на каждой ступени i возрастающего давления сжатия производят поступательный или вращательный срез нагружаемого образца среды при соответствующем избыточном тангенциальном напряжении τi+1i (кГ/см2), на базе (не менее трех i≥3) испытаний образцов среды на срез при соответствующих ступенях избыточного сжимающего давления строят график Ш. Кулона предельного состояния исследуемой среды в условиях компрессии (кГ/см2), где - угол внутреннего трения и Ск (кГ/см2) - удельное сцепление образцов среды ненарушенной структуры [1].

Теоретические положения «Физики контактного материального взаимодействия» и практические исследования материальной среды в массиве и в условиях ее естественного природного залегания или с поверхности массивного полупространства и в компрессионном приборе на сжимаемость свидетельствуют, в отличие от положений в современной «Механике грунтов», что при обработке полученных данных исследований следует различать предельное состояние среды в структурированном состоянии растяжения и сжатия (до величины гравитационного (бытового) давления и в нарушенном состоянии (при давлениях свыше гравитационного р>рб), когда прочностные параметры среды изменяются в нарушенном состоянии до величины угла внутреннего трения , удельного сцепления (кГ/см2). При этом в «Механике грунтов» не принимается во внимание при построении графика предельного состояния материальной среды в компрессионном приборе знак тангенциальных сдвигающих напряжений.

В условиях компрессионного сжатия образца материальной среды и сжатия массива среды с поверхности полупространства и на глубине h<Сстрстр следует учитывать влияние атмосферного давления pcp.атм.=1,033 (кГ/см2).

Известен способ определения предельного состояния материальной среды методом статических нагрузок, заключающийся в боковом или вертикальном сжатии массива среды возрастающими по величине ступенями избыточного давления pi+1>pi≥рб (кГ/см2), на каждой ступени I давления сжатия производят поступательный или вращательный срез среды в массиве при соответствующих значениях срезающего грунт тангенциального напряжения τi+1i (кГ/см2), на базе (не менее трех i>3) испытаний среды на срез в массиве при соответствующих ступенях избыточного сжимающего давления pi и срезающего напряжения τi строят график Ш. Кулона предельного состояния среды в массиве (кГ/см2), где , Сгстр (кГ/см2) - показатели прочности среды, принимаемые для ее структурированного состояния и получаемые по графику Ш. Кулона [2, 3, 4].

В известном способе при боковом давлении на массив среды оно является по существу тангенциальным избыточным напряжением, что должно учитываться коэффициентом Пуассона ν.

При испытании растягиваемого массива среды по глубине h≤γстрстр и при обработке опытных данных не учитывается влияние на показатели прочности среды проникающего атмосферного давления ратм. Во внимание не принимается при испытании боковых поверхностей среды значение величины гравитационного давления рб.г.=τ=γстрh (кГ/см2) как первой ступени сжимающего давления p11. По результатам испытаний среды в массиве удельное сцепление Сг оказывается большим по сравнению с удельным сцеплением Ск, полученных на образцах при срезе в компрессионных приборах Сгк. При испытаниях на сжимаемость среды во внимание не принимается знак тангенциальных напряжений под штампом при построении графика .

Известен способ определения предельного состояния образца материальной среды в условиях одноосного сжатия, заключающийся в постановке под горизонтальный плоский жесткий штамп пресса цилиндрического образца среды с ненарушенной структурой, непрерывном нагружении образца среды через штамп нормальным сжимающим давлением р (кГ/см2) до разрушения под регистрируемой максимальной по величине сжимающей нагрузкой Р (кГ), а предел прочности R (временное сопротивление) при одноосном сжатии определяют по зависимости R=P/F (кГ/см2), где F (см2) - начальная площадь поперечного сечения образца среды, и сравнивают с нормативным значением [R] [5], а при проведении испытаний на ползучесть производят в течение времени t=15 с нагружение образца среды гравитационным (бытовым) давлением рб, соответствующим давлению среды на глубине h отбора образца из массива среды, и дальнейшую разгрузку образца с замером высоты Н и диаметра D образца, далее образец нагружают последовательно увеличиваемыми ступенями i осевого давления pi=const, и на каждой ступени i нагружения регистрируют продольные и поперечные деформации образца через заданные интервалы времени Δt (мин, ч), испытания на сжимаемость производят до момента развития незатухающей ползучести образца среды, после чего определяют предельно длительную прочность среды как Rc=0,6pi на каждой ступени i нагружения, модуль Е линейной деформации, коэффициент Пуассона ν и коэффициент А нелинейной деформации среды [6].

Предел прочности R (кГ/см2) (временное сопротивление) образца среды сжатию соответствует современным представлениям физики материального и контактного взаимодействия о предельно критическом (разрушающем) давлении образца среды (кГ/см2) при его одноосном сжатии [7].

При испытании на одноосное сжатие не уделяется внимание направлению развития тангенциальных напряжений в среде под штампом.

Известен способ одноосного растяжения образца материальной среды, заключающийся в том, что твердый образец в виде вытянутого цилиндрического стержня заданной длины и диаметра dp в вертикальном положении закрепляют в зажимах растягивающего динамометрического устройства, задают возрастающие ступени i растягивающей стержень нагрузки Pi (кГ) при замере соответствующей деформации растяжения, нагружение стержня нагрузкой Pi ведут до момента сужения диаметра стержня и его обрыва под нагрузкой, замеряют возникающее удлинение образца , где F - площадь поперечного сечения образца, Е - модуль упругости (Юнга) первого рода при относительной продольной деформации и относительной поперечной деформации образца , затем рассчитывают коэффициент (Пуассона) поперечной деформации [8].

Графики предельного состояния материальной среды при одноосном растяжении образцов на практике не строятся и не используются.

Известен способ определения предельного состояния материальной среды в массиве методом вертикальных статических нагрузок, заключающийся в сжатии массива среды горизонтальным жестким штампом с поверхности полупространства или на дне выработки массива возрастающими ступенями i давления pi+1>pi≥рб (кГ/см2) до момента наступления на каждой ступени нагружения условной стабилизации деформации Si (см) среды под нагрузкой во времени t (мин, ч), на каждой ступени i сжатия среды до стабилизированной осадки производят ее срез при соответствующих значениях срезающего тангенциального напряжения τi+1i (кГ/см2), на базе (не менее трех i>3) испытаний среды на срез в массиве при соответствующих ступенях избыточного сжимающего давления pi и срезающего напряжения τi строят график Ш. Кулона предельного состояния среды в массиве (кГ/см2), где , Сстр, (кГ/см2) - показатели прочности среды, принимаемые в структурированном состоянии и полученные по графику Ш. Кулона [9].

При обработке полученных данных и построении графика предельного состояния среды не учитывается знак тангенциальных сдвигающих напряжений, знак плюс (+) сжимающих напряжений на глубине массива среды h>Сстрстр и знак минус (-) растягивающих поверхностных нормальных напряжений на глубине массива среды h<Сстрстр. Величины удельного сцепления и угла внутреннего трения следует учитывать в нарушенном состоянии среды.

Известен способ определения предельного состояния материальной среды сферическим штампом с поверхности полупространства или на дне выработки в массиве среды, заключающийся в нагружении среды усилием Р жесткой сферы диаметром D с замером текущей осадки St до момента ее стабилизации во времени t, разгрузки сферы, определении ее контактной осадки So и по результатам испытаний: длительного сцепления Сдл, допускаемого предельного давления [R] и модуля общей деформации Eo среды, отличающийся тем, что сферу погружают в материальную среду (не менее трех раз) на заданные глубины St1<St2<Sto, величину которых поддерживают постоянной до момента времени t стабилизации соответствующих усилий Р1, Р2 и Р3, после чего производят разгрузку сферы с замером окружностей лунок сжатия диаметром d, рассчитывают контактные осадки сферы , соответствующие давлению под сферой , строят график зависимости и касательные прямые линии к точкам графика, соответствующим усилиям Р1, Р2…Рк, до пересечения с осью абсцисс, радиусами ρ, равными разнице значений рср 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)=pcptgθ+СЭ до пересечения с осями абсцисс и ординат, с помощью которой находят предельный угол θ° внутреннего трения и мгновенное эквивалентное сцепление СЭ, по значениям которых рассчитывают угол внутреннего трения и удельное сцепление (кГ/см2) [10].

Из графика предельного состояния , построенного на базе графика сжимаемости среды методом подкасательных, получают тангенциальные напряжения τпр сдвига среды под сферой, имеющие отрицательные значения, т.к. график наклонен вниз вправо от оси ординат (opi).

Таким образом, при испытании материальной среды на сжимаемость и сдвиг не устанавливается знак тангенциальных срезающих напряжений, график предельного состояния среды принято строить всегда при положительных значениях касательных напряжений τ, что искажает физическую природу испытываемой среды и значения ее прочности.

Цель изобретения - установление физической природы испытываемой на сжимаемость и прочность материальной среды в условиях свободного и компрессионного сжатия и растяжения.

Технический результата по способу определения предельного состояния материальной среды, заключающемуся в том, что структурированную материальную среды с удельным весом γстр (кГ/см3) догружают гравитационным (бытовым) давлением рб до ее естественного напряженно-деформированного состояния, далее методом статических нагрузок под штампом материальную среду последовательно нагружают возрастающими ступенями i (не менее трех i≥3) избыточного сжимающего давления Pi+1>pi≥рб (кГ/см2) со стабилизацией во времени t условной величины деформации Si (см) среды под давлением pi, регистрируют параметры давления р и деформации Si среды на каждой ступени i испытания, на каждой ступени i обжатия нормальным давлением pi производят срез среды с регистрацией максимальной величины тангенциального напряжения τi+1i, строят график (см) деформации Si среды под ступенями давления pi и методом подкасательных к графику строят круги напряжений Мора в координатах (оτi), (opi), окончательно строят график испытания среды в предельном напряженно-деформированном состоянии (кГ/см2), где - угол внутреннего трения и Ciстр, Ciн (кГ/см2) - удельное сцепление среды в структурированном или нарушенном состоянии, a , достигается тем, что при испытании материальной среды на сжимаемость и сдвиг истинное предельное состояние растяжения-сжатия массива материальной среды на глубине h от поверхности полупространства под штампами различной формы и жесткости определяют по зависимостям:

(кГ/см2) при (структурированная среда);

(кГ/см2) при (нарушенная среда);

где - главное нормальное сжимающее давление (кГ/см2);

- главное отрицательное тангенциальное срезающее напряжение (кГ/см2);

- давление связности среды (кГ/см2);

- гравитационное (бытовое) давление структурированной среды (кГ/см2);

- гравитационное давление среды с нарушенной структурой (кГ/см2);

Ратм=1/033 (кГ/см2) - атмосферное давление на поверхности Земли;

(кГ/см2) - действующее сжимающее давление в массиве;

- действующие в массиве среды отрицательные тангенциальные напряжения (кГ/см2);

(кГ/см3) - удельный вес среды в нарушенном состоянии;

(кГ/см2) - среднее критическое (разрушающее) для среды давление сжатия, (кГ/см2), а тангенциальные напряжения сдвига в среде под штампом принимают отрицательными по величине, при этом истинное предельное состояние растяжения-сжатия массива материальной среды по данным компрессионно-сдвиговых испытаний ее образцов на сжатие определяют по зависимостям:

(кГ/см2) при (структурированная среда);

(кГ/см2) при - (нарушенная среда);

где γстрh=ратм=1/033 (кГ/см2),

- главное отрицательное тангенциальное срезающее напряжение в компрессионно-сдвиговом приборе (кГ/см2),

- главное нормальное сжимающее давление в компрессионно-сдвиговом приборе, (кГ/см2), а тангенциальные напряжения сдвига в среде образца под штампом компрессионного прибора принимают отрицательным по величине, причем истинное предельное состояние массива материальной среды по данным одноосного сжатия-растяжения образца среды определяют по зависимостям:

- при сжатии;

- при растяжении, а тангенциальные напряжения сдвига в образце принимают положительными по величине при растяжении и сжатии.

Предлагаемое изобретение поясняется графическими материалами, где на фиг. 1 представлена схема компрессионного испытания образца среды на сжимаемость и срез; на фиг. 2 - график испытания образца среды на сжимаемость и сдвиг в предельном состоянии; на фиг. 3 - схема одноосного испытания образца среды; на фиг. 4 - схема испытания цилиндрического образца среды на одноосное сжатие с развитием плоскостей сдвига под углом к краю поверхности; на фиг. 5 - схема испытания цилиндрического стержня на одноосное растяжение с образованием зоны сужения диаметра dp образца на расстоянии ; на фиг. 6 - график испытания образца среды на одноосное сжатие и сдвиг в предельном состоянии; на фиг. 7 - схема сжатия поверхности полупространства среды жестким плоским штампом под предельным давление по схеме Хилла и развитием линий сдвига и среза при тангенциальных напряжениях |-τср|>|τсд| под нормальным давление р; на фиг. 8 - схема сжатия поверхности полупространства среды жестким сферическим штампом диаметром D с развитием линий сдвига из-под сферы к поверхности среды под предельным давлением сжатия по схеме Хилла; на фиг. 9 - график и предельного состояния сжимаемой плоским или сферическим штампом материальной среды, нагруженной главными напряжениями и .

Предлагаемый способ реализуется следующим образом.

1) В образце 1 материальной среды, установленной в жесткой обойме 2 компрессионно-сдвигового прибора (без возможности бокового распора), под давлением сжатия от жесткого плоского штампа 3 и атмосферного давления ратм в предельно критическом (разрушающем) фазовом состоянии происходит развитие линий среза и сдвига образца среды под отрицательными тангенциальными напряжениями среза (-τср) и сдвига (-τсд). При |-τср|>|-τсд| линии среза и сдвига имеют криволинейный характер с выходом на боковую поверхность обоймы 1 (фиг. 1) и развитием под углом к вертикали из-под штампа 3, где угол внутреннего трения среды в нарушенном по структуре состоянии при ее удельном сцеплении (кГ/см2), где и Сстр (кГ/см2) - угол внутреннего трения и удельное сцепление структурированного образца среды, a (кГ/см2) при Ратм.ср=1,033 (кГ/см2) - атмосферном давлении на поверхности Земли.

Для проведения компрессионно-сдвиговых испытаний высота образца среды диаметром dк=2rк должна быть , , где rк - внутренний радиус компрессионного кольца 2, из центра которого развиваются линии сдвига в предельном для среды фазовом напряженно-деформированном состоянии .

При сдвиговых испытаниях образца среды напряжения сжатия в компрессионно-сдвиговом приборе и напряжения сдвига являются главными напряжениями. На графике (фиг. 2) предельного состояния среды в компресионно-сдвиговом приборе, построенном в координатах главных нормальных напряжений сжатия и сдвига, находят действующие срезающие напряжения как , а действующие напряжения сжатия .

Так как давление связности среды равно атмосферному давлению , то уравнение предельного состояния среды в компрессионно-сдвиговом приборе (фиг. 2) имеет вид , а в естественном залегании массива среды .

После стабилизации деформаций сжатия образцов 1 под ступенями главного нормального давления pi производят их срез при фиксации соответствующих активных тангенциальных напряжений τi среза, которым противодействуют отрицательные тангенциальные напряжения (кГ/см2) сдвигов в образцах 1 среды, вызванных сжимающим давлением рк (кГ/см2), (фиг. 1) перфорированного жесткого штампа 3. Линии сдвигов из-под подошвы штампа 3 развиваются при росте главного нормального сжимающего давления рк к центру и далее - вглубь к противоположным краям подошвы штампа и к стенкам компрессионного кольца 2 под углом α°=ϕ° внутреннего трения среды к вертикали при формировании в предельно критическом состоянии ядра уплотнения сжимаемой среды под подошвой штампа 3. Таким образом, неподвижные зоны уплотнения среды под подошвой штампа под давлением растут вглубь под подошву штампа при прилипании к боковым стенкам компрессионного кольца 2 и к вышележащим слоям сжимаемой среды, а нижележащие слои сжимаемой среды уплотняются при смещении вглубь к центру образца. Величина активно сжимаемой глубины образца среды в предельно критическом фазовом напряженно-деформированном состоянии в компрессионном кольце 2 определяет минимальную высоту компрессионного кольца 2 (см) при ∠ϕ°=45°, величина которой должна увеличиваться путем наращивания жесткого кольца 2 компрессионного прибора до высоты .

Далее по показателям нормального главного напряжения и соответствующего ему тангенциального главного напряжения строят график предельного состояния компрессионно сжимаемой материальной среды, описываемый уравнением (фиг. 1), где нормальные растягивающие напряжения образца среды в компрессионном кольце компенсируются внешним атмосферным давлением ратм.ср=1,033 (кГ/см2).

Истинное предельное состояние исследуемого массива материальной среды по данным компрессионных испытаний ее образцов ненарушенной структуры окончательно описывается уравнением , где удельное сцепление массива среды (кГ/см2).

2) В образце 1 материальной среды при одноосном сжатии штампом 2 в момент ее разрушения линии сдвига в критическом фазовом разрушающем состоянии развиваются к боковым стенкам 3 образца (фиг. 3) от краев штампа 2 при сжатии образца высотой и его боковом расширении в диаметре (фиг. 4). При этом линия 4 разрушения образца 1 среды при одноосном сжатии критическим давлением развивается под углом к краю верхнего торца образца (фиг. 4).

В цилиндрическом образце 1 материальной среды при одноосном растяжении (фиг. 5) под критическим давлением растяжения максимальное сужение диаметра d происходит на глубине от верхнего торца образца 1 диаметром dp.

В процессе растяжения образца 1 его структурное состояние переходит в нарушенное с изменением угла внутреннего трения на значение и удельного сцепления на значение Сн (кГ/см2), при этом нижний предел текучести σнт образца увеличивается до значения верхнего предела текучести σв.т. при формировании «зуба текучести» (σвтн.т.) (фиг. 6).

Графики предельного состояния образца 1 среды при одноосном растяжении-сжатии (фиг. 6) строятся в координатах главных нормальных напряжений и , графики

и

- соответствуют действительному развитию тангенциальных напряжений (+τx,y) при давлении растяжения-сжатия .

3) При испытании статическими нагрузками поверхности полупространства дисперсной связной материальной среды через плоский жесткий (фиг. 7) жесткий сферический штамп (фиг. 8) в критическом разрушающем фазовом состоянии линии сдвига в среде развиваются под подошвой штампа из-под ее центра к краям и далее выходят на дневную поверхность под углом , а развиваются под центром штампа под углом к вертикали. Сдвигаемый под давлением сжатия элементарный объем среды толщиной Δδ из-под центра штампа в критическом состоянии выходит по криволинейной траектории на дневную поверхность при отрицательных тангенциальных напряжениях среза (-τср) больших напряжений сдвига (-τсд), т.е. |-τср|>|-τсд|.

В докритическом фазовом состоянии массив материальной среды под штампом испытывают возрастающими ступенями i сжимающего статического давления pIi при замере соответствующих ступеням давления деформации Si среды, стабилизированных во времени t. На каждой ступени i главного сжимающего давления производят поступательный или вращательный срез грунта под штампом с замером главного максимального срезающего тангенциального напряжения . По данным испытаний среды на сжимаемость и сдвиг строят график предельного состояния массива структурированной среды при , где - давление связности среды (кГ/см2),

- (бытовое) гравитационное давление, и среды с нарушенной структурой при (фиг. 9), где тангенциальные напряжения имеют отрицательное значение.

При испытании дисперсной твердой материальной среды в предельном состоянии установлено, что ее удельное сцепление складывается (при отсутствии внешнего активного воздействия) из активного удельного сцепления Са, определяемого атмосферным и гравитационным давлением , и пассивного удельного сцепления Сп, определяемого внутренними физико-химическими связями вещества среды, т.е. С=Сап (кГ/см2).

Величина активного удельного сцепления равна и для чистого песка на поверхности Земли составляет (кГ/см2) при величине пассивного удельного сцепления частиц песка в массиве .

В современных научных положениях «Механики грунтов» во внимание должна приниматься величина активного удельного сцепления Са, определяемого гравитацией, атмосферным давлением Земли и углом внутреннего трения структурированной дисперсной среды, а в положениях «Механики деформируемого твердого тела» - величина пассивного удельного сцепления Сп.

Угол ϕ° внутреннего трения монолитной (стекло) и дисперсной материальной среды (кварцевый песок) имеет в большом объеме существенное различие по величине и может быть не постоянным в монолитных средах по объему материального тела. Так, траектории трещинообразования и разрушения хрупкого чугуна меняются в объеме монолита по ломаным в пространстве отрезкам прямых линий, что связано с неоднородностью кристаллизации зерен металла при остывании расплава. При этом пластические деформации стали, деформации бетона свидетельствуют при изотропности материалов о постоянстве угла ϕ° внутреннего трения, что позволяет установить их предельное состояние в соответствии с законом Ш. Кулона.

Предлагаемое изобретение впервые определяет отрицательный характер тангенциальных срезающих напряжений при испытании материальной среды на сжимаемость в массиве, в компрессионных приборах и положительный характер этих напряжений при одноосном испытании образцов среды.

Источники информации

1. Цытович Н.А. Механика грунтов (краткий курс): Учебник для вузов. - 3-e изд., доп. - М.: Высш. школа, 1979. - С. 41-50.

2. Глотов Н.М., Леонычев А.В. и др. Основания и фундаменты транспортных сооружений: Учеб. для вузов. - М.: Транспорт, 1995. - С. 142-144.

3. Лебедев В.И., Ильичев В.В. и др. Полевые методы инженерно-геологических изысканий. - М.: Недра, 1988. - С. 100-103.

4. Рекомендации по испытанию грунтов методом лопастной прессиометрии / ПНИИИС. - М.: Стройиздат, 1985. - 48 с.

5. ГОСТ 17245-79 Грунты. Метод лабораторного определения предела прочности (временного сопротивления) при одноосном сжатии. - М.: Гос. ком. СССР по делам строительства, 1979. - С. 5.

6. ГОСТ 25638-83 Грунты. Метод лабораторного испытания мерзлых грунтов на одноосное сжатие. - М.: Гос. ком. СССР по делам строительства, 1983. - С. 22.

7. Патент РФ №2561239 «Способ Хрусталева Е.Н. определения предельного критического давления материального полупространства». / Хрусталев Е.Н., БИ №24 от 27.08.2015.

8. Кошкин Н.И., Ширкевич М.Г. Справочник по элементарной физике. - М.: изд-во «Наука», изд-е 5, перераб. и доп., 1972. - С. 48-49.

9. ГОСТ 20276-85. Грунты. Методы полевого определения характеристик деформируемости. - М.: Гос. ком. СССР по делам строительства, 1985.

10. Патент РФ №2345360 «Способ определения механических характеристик грунтового, торфяного и мерзлого основания». / Хрусталев Е.Н., БИ №3 за 27.01.2009.

1. Способ определения предельного состояния материальной среды, заключающийся в том, что структурированную материальную среды с удельным весом γстр (кГ/см3) догружают гравитационным (бытовым) давлением рб до ее естественного напряженно-деформированного состояния, далее методом статических нагрузок под штампом материальную среду последовательно нагружают возрастающими ступенями i (не менее трех i≥3) избыточного сжимающего давления (кГ/см2) со стабилизацией во времени t условной величины деформации Si (см) среды под давлением pi, регистрируют параметры давления р и деформации Si среды на каждой ступени i испытания, на каждой ступени i обжатия нормальным давлением pi производят срез среды с регистрацией максимальной величины тангенциального напряжения τi+1i, строят график (см) деформации Si среды под ступенями давления pi и методом подкасательных к графику строят круги напряжений Мора в координатах (оτi), (opi), окончательно строят график испытания среды в предельном напряженно-деформированном состоянии (кГ/см2), где - угол внутреннего трения и Ci=Cстр, Ci=Cн (кГ/см2) - удельное сцепление среды в структурированном или нарушенном состоянии, а , отличающийся тем, что при испытании материальной среды на сжимаемость и сдвиг истинное предельное состояние растяжения-сжатия массива материальной среды на глубине h от поверхности полупространства под штампами различной формы и жесткости определяют по зависимостям:

где p - главное нормальное сжимающее давление (кГ/см2);

- главное отрицательное тангенциальное срезающее напряжение (кГ/см2);

- давление связности среды (кГ/см2);

- гравитационное (бытовое) давление структурированной среды (кГ/см2);

- гравитационное давление среды с нарушенной структурой (кГ/см2);

pатм=1,033 (кГ/см2) - атмосферное давление на поверхности Земли;

(кГ/см2) - действующее сжимающее давление в массиве;

- действующие в массиве среды отрицательные тангенциальные напряжения (кГ/см2);

(кГ/см3) - удельный вес среды в нарушенном состоянии;

(кГ/см2) - среднее критическое (разрушающее) для среды давление сжатия, (кГ/см2), а тангенциальные напряжения сдвига в среде под штампом принимают отрицательными по величине.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что истинное предельное состояние растяжения-сжатия массива материальной среды по данным компрессионно-сдвиговых испытаний ее образцов на сжатие определяют по зависимостям:

где γстрh=pатм=1,033 (кГ/см2),

- главное отрицательное тангенциальное срезающее напряжение в компрессионно-сдвиговом приборе (кГ/см2),

p - главное нормальное сжимающее давление в компрессионно-сдвиговом приборе, (кГ/см2), а тангенциальные напряжения сдвига в среде образца под штампом компрессионного прибора принимают отрицательными по величине.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что истинное предельное состояние массива материальной среды по данным одноосного сжатия-растяжения образца среды определяют по зависимостям:

а тангенциальные напряжения сдвига в образце принимают положительными по величине при растяжении и сжатии.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области физики материального контактного взаимодействия и касается способа определения на заданной глубине h>106⋅С/γ (м) массива связной среды гравитационного (бытового) давления по зависимости , (МПа), где Сстр (МПа) - удельное сцепление, γ (Н/м3) - удельный вес структурированной среды, - ее угол внутреннего трения, для среды с нарушенной структурой , .

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к измерениям величины давления фундаментной плиты на грунт таких сооружений, как реакторные отделения АЭС, мосты, плотины, высотные и промышленные здания, и может быть использовано в системах мониторинга за напряженно-деформированным состоянием грунтов.

Изобретение относится к устройствам пневмоавтоматики для космической техники и может быть использовано в различных областях промышленности для работы со сжатыми газами при необходимости понижения давления газа до заданной величины и автоматического поддержания этого давления в заданных пределах.

Изобретение относится к области «физика материального взаимодействия». Способ определения механических параметров нарушенной материальной среды в условиях фиксированного внешнего воздействия заключается в том, что фиксируют определяющий для исследуемой среды физический параметр внешнего воздействия - температуру Т(°С), плотность ρ (кг/см3), ускорение гравитационного притяжения (g, м/с2) и движения материального тела (α, м/с2), световое излучение, радиоактивность, электрическое и магнитное воздействие, устанавливают требуемый механический параметр материальной среды с учетом влияния физических определяющих параметров внешнего воздействия, определяют угол внутреннего трения и удельное сцепление cстр (кГ/см2) структурированной (природной) среды.

Изобретение относится к вакуумметрии и средствам измерения парциальных давлений газов и предназначено для контроля общего давления, плотности и химического состава газа в контролируемом объеме.

Описаны встраиваемые регуляторы давления. Представленный в качестве примера регулятор давления включает корпус, снабженный резьбой для подключения резьбовым соединением к порту другого регулятора давления.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения давления в гидроприводе или пневмоприводе. Техническим результатом является обеспечение измерения давления в гидроприводе без нарушения целостности трубопровода, а также без нарушения герметичности гидросистемы.

Изобретение относится к способам изготовления датчиков давления и может быть использовано в микро- и наноэлектронике для изготовлении систем для измерения давления окружающей среды.

Изобретение относится к системам мониторинга давления, а конкретнее к системам мониторинга давления с несколькими реле давления в общем корпусе. Техническим результатом является расширение функциональных возможностей системы мониторинга давления.

Данное изобретение относится к способу определения давления в камере сгорания, в частности в камере двигателя внутреннего сгорания. Заявлен способ определения давления в камере сгорания, в частности в камере двигателя внутреннего сгорания, при этом в нем применяют устройство для определения давления в камере сгорания, которое содержит по меньшей мере один нагревательный стержень (5), по меньшей мере один измерительный элемент (4), по меньшей мере две пружинные мембраны (1, 2) и по меньшей мере один трубчатый корпус (6), при этом указанные пружинные мембраны (1, 2) установлены концентрически вокруг нагревательного стержня (5).
Наверх