Способ хрусталева е.н. определения среднего предельного давления для сжимаемой штампом материальной среды

Авторы патента:

Хрусталев Евгений Николаевич (RU)

E02D1/00 - Основания и фундаменты; котлованы; насыпи (для гидротехнических сооружений E02B); подземные и подводные сооружения

Владельцы патента RU 2624592:

Хрусталев Евгений Николаевич (RU)

Изобретение относится к области «Физики материального контактного взаимодействия», конкретно к способу определения несущей способности и устойчивости связной среды, предельно нагруженной давлением перед разрушением. Сущность способа заключается в определении физических свойств среды в нарушенном по структуре предельном состоянии: удельного сцепления и объема веса при , определении среднего предельного давления , где - бытовое гравитационное давление массива нарушенной по структуре среды, - средняя величина атмосферного давления на поверхности Земли, определении среднего закраевого давления растяжения и расчете предельного давления под штампом и за его краями. Технический результат – повышение точности определения предельного давления для грунтовой среды. 3 ил.

Изобретение относится к области «Физики материального контактного взаимодействия», конкретно к способу определения несущей способности и устойчивости связной среды под нагрузкой от плоского жесткого штампа, соответствующей третьему фазовому напряженно-деформированному состоянию этой среды в нарушенном состоянии под действием предельного по прочности и устойчивости давления.

Известен способ определения среднего предельного давления («второй критической нагрузки») по условию обеспечения общей устойчивости массива грунтовой упругопластичной материальной среды под плоским жестким штампом по зависимости В.В. Соколовского и В.Г. Березанцева общего вида где N_γ, N_q, N_c - коэффициенты несущей способности, зависящие от угла ϕ° внутреннего трения, C - удельного сцепления, γ - объемного веса среды, q - величины боковой пригрузки, B=d - ширины (диаметр) штампа [1].

Зависимость для получена многими учеными для различных условий работы плоского штампа различной формы. Базой теоретических исследований явилось рассмотрение статического равновесия грунтовой среды в зонах сдвига и установление поверхностей скольжения первого и второго рода при формировании под штампом жесткого ядра уплотнения грунтовой среды по схеме Прандтля. Однако альтернативой схеме Прандтля ошибочно считается схема Хилла, и за предельное состояние грунтовой среды принимается момент достижения зон сдвигов под штампом его центра, когда ядро уплотнения под штампом не сформировано полностью.

Угол ϕ° и удельное сцепление в предлагаемых зависимостях приняты для структурированной среды, однако в предельном фазовом состоянии рассматриваемые параметры должны быть приняты уже для среды с нарушенной структурой.

Наиболее близким к предлагаемому является способ определения среднего предельного давления для сжимаемой плоским жестким штампом связной материальной среды, заключающийся в установлении ее физико-механических характеристик: угла ϕ° внутреннего трения, С-удельного сцепления, γ - объемного веса, в расчете средней величины прикладываемого через жесткий плоский штамп к материальной среде давления , соответствующего моменту предельного фазового перехода деформируемой штампом материальной среды с характерными процессами резкого роста осадок, снижения прочности и возможной потерей устойчивости, рассмотрении схемы Хилла работы грунтовой среды как линейно-деформируемого полупространства, отличающийся тем, что для грунтового основания несущую способность в предельном фазовом состоянии определяют по среднему предельному давлению , где - краевое предельное давление, - предельное давление под центром штампа, - краевое критическое давление [2].

В известном способе зависимости для определения предельного фазового давления ошибочно содержат физические параметры прочности деформируемой грунтовой материальной среды, находящейся в структурированном, а не в нарушенном в действительности по структуре предельном состоянии, в связи с чем они требуют значительного уточнения.

В известном способе определения предельного давления под штампом в дисперсных связных грунтах не учитывается часть предельного давления, распространенного за периметром штампа в лунке просадки среды, а именно закраевого давления.

Целью изобретения является повышение точности зависимостей определения предельного давления для грунтовой среды.

Технический результат по способу определения среднего предельного давления для сжимаемой штампом материальной среды, заключающемуся в определении физико-механических характеристик деформируемой штампом среды в структурированном состоянии: угла внутреннего трения, С_стр - удельного сцепления, γ_стр - объемного веса и в нарушенном состоянии - по зависимости , определении гравитационного (бытового) давления на глубине исследования h по зависимости для среды с нарушенной структурой, в расчете средней величины предельного давления , соответствующего моменту предельного фазового перехода деформируемой штампом материальной среды с характерными процессами резкого роста осадок, снижения прочности и возможной потерей устойчивости, рассмотрении схемы Хилла работы грунтовой среды как линейно-деформируемого полупространства, принятии средней величины атмосферного давления равной , достигается тем, что для грунтового массива в предельном фазовом нарушенном по структуре напряженно-деформированном состоянии с удельным сцеплением и объемным весом несущую способность определяют: под подошвой штампа по среднему предельному давлению , равному максимальному начальному (первому) критическому давлению , при краевом предельном давлении сжатия под подошвой штампа, равном закраевому предельному давлению растяжения за краями штампа, а именно , и при максимальном предельном давлении под центром подошвы штампа , a за краями штампа - по предельному давлению растяжения и средней величине предельного давления на растяжение сжатия за краями штампа , при этом средняя величина предельного давления под штампом и за его краями равна .

Предлагаемый способ поясняется графическими материалами, где на фиг. 1 - график предельного состояния грунтовой среды в нарушенном предельном фазовом состоянии при деформировании плоским жестким штампом , на фиг. 2 представлен типовой график испытания массива связной материальной грунтовой среды на сжимаемость статическими нагрузками , на фиг. 3 - схема а) испытания массива среды с поверхности полупространства плоским жестким штампом при характерных эпюрах контактного давления под штампом и закраевых напряжениях вокруг штампа в лунке растяжения-сжатия грунта, совмещенная с графиком б) предельного состояния сжимаемой грунтовой среды в предельном фазовом состоянии по схеме Хилла.

Из геометрических соотношений графика предельного состояния материальной среды при испытании ее на сжимаемость жестким плоским штампом (фиг. 1) получаем , и находим величины , и .

В предлагаемом способе краевое предельное давление приравнивается к давлению потери структурной прочности среды при сжатии под краями штампа , соответствующему гравитационному (бытовому) давлению на глубине h массива материальной среды с удельным весом [3].

Для предельно нагруженной грунтовой среды (фиг. 1) находим параметры:

1) среднего предельного давления под подошвой штампа , где - максимальное начальное (первое) критическое давление сжатия;

2) краевого предельного давления сжатия под подошвой штампа , равного закраевому предельному давлению растяжения за краями штампа ;

3) максимального предельного давления под центром штампа

;

4) предельного давления растяжения за краями штампа

;

5) среднего предельного давления на растяжение-сжатие за краями штампа

;

6) среднего предельного давления под штампом и за его краями

;

Пример 1 реализации способа. По результатам испытания материальной грунтовой среды - суглинка на глубине h=150 см плоским жестким штампом методом статических нагрузок получают график (фиг. 2) с характерным перегибом при среднем предельном давлении , резком росте осадок, снижении устойчивости среды относительно одной из боковых сторон штампа.

По результатам лабораторных испытаний образцов суглинка, отобранных с глубины h, получают данные о физико-механических характеристиках грунта: угол внутреннего трения , удельное сцепление , объемный вес в структурированном состоянии.

Рассчитывают величину гравитационного (бытового) давления на глубине h=150 см нарушенного массива суглинка как при , , при средней величине атмосферного давления у поверхности Земли .

Составляющие предельного давления рассчитывают по зависимостям:

1) среднее предельное давление под подошвой штампа

2) краевое предельное давление сжатия под подошвой штампа и закраевое предельное давление растяжения за краями штампа

3) максимальное предельное давление под центром штампа

4) предельное давление растяжения за краями штампа

5) среднее предельное давление на растяжение-сжатие за краями штампа

6) среднее предельное давление под штампом и за его краями

Впервые получена определяющая зависимость предельного давления для связной грунтовой среды с учетом ее нарушенного состояния и влияния атмосферного давления.

Источники информации

1. Цытович Н.А. Механика грунтов (краткий курс): Учебник для вузов. - 3-е изд. доп. - М.: Высш. школа, 1979. - С. 109-131.

2. Патент РФ №2270990. Способ определения несущей способности грунтового основания торфяной залежи. / Хрусталев Е.Н., Б.И. №6 от 27.02.2006.

3) Патент РФ №2537725. Способ определения физических параметров прочности нарушенной структуры материальной среды. / Хрусталев Е.Н., Б.И. №1 от 10.01.2015.

Способ определения среднего предельного давления для сжимаемой штампом материальной среды, заключающийся в определении физико-механических характеристик деформируемой штампом среды в структурированном состоянии: угла внутреннего трения, С_стр - удельного сцепления, γ_стр - объемного веса, и в нарушенном состоянии по зависимости , определении гравитационного (бытового) давления на глубине исследования h по зависимости для среды с нарушенной структурой, в расчете средней величины предельного давления , соответствующего моменту предельного фазового перехода деформируемой штампом материальной среды с характерными процессами резкого роста осадок, снижения прочности и возможной потерей устойчивости, рассмотрении схемы Хилла работы грунтовой среды как линейно-деформируемого полупространства, принятии средней величины атмосферного давления равной р_ср.атм.=1,033 (кГ/см²), отличающийся тем, что для грунтового массива в предельном фазовом нарушенном по структуре напряженно-деформированном состоянии с удельным сцеплением и объемным весом несущую способность определяют: под подошвой штампа по среднему предельному давлению , равному максимальному начальному (первому) критическому давлению при краевом предельном давлении сжатия под подошвой штампа, равном закраевому предельному давлению растяжения за краями штампа, а именно , и при максимальном предельном давлении под центром подошвы штампа , а за краями штампа - по предельному давлению растяжения и средней величине предельного давления на растяжение сжатия за краями штампа , при этом средняя величина предельного давления под штампом и за его краями равна .

Изобретение относится к строительству и может быть использовано при исследовании деформационных свойств несвязного дисперсного грунта при устройстве оснований зданий и сооружений из несвязного дисперсного грунта с требуемыми деформационными свойствами.

Способ определения прочностных характеристик грунтов в режиме релаксации напряжений // 2619383

Изобретение относится к инженерным изысканиям в строительстве, а именно применяется при определении прочностных характеристик грунтов, требуемых для проектирования фундаментов сооружений.

Инвентарная тензометрическая микросвая // 2605247

Изобретение относится к строительству и предназначено для определения сопротивлений грунта под нижним концом и по боковой поверхности микросваи в начальный момент нагружения и в течение времени консолидации грунтового основания при перераспределении (релаксации) нормальных и касательных напряжений.

Извлекаемое устройство регистрации движения грунта в местах с возможными оползневыми явлениями по трассе пролегания трубопровода // 2602258

Изобретение относится к транспорту углеводородов в нефтяной и газовой промышленности и может быть использовано при эксплуатации трубопроводов, расположенных в местах с возможными оползневыми явлениями, для принятия своевременных мер по их защите от разрушения при перемещениях грунтовых масс, вызванных нарушением весового баланса в результате сезонного оттаивания, насыщения грунта или иными причинами.

Установка для статического зондирования грунтов. устройство статического зондирования для нее // 2601638

Группа изобретений относится к установке и устройству для испытания грунтов методом статического зондирования. Установка для статического зондирования грунтов, расположенная внутри кузова-фургона, выполненного утепленным и установленного на платформе шасси самоходного транспортного средства, снабженного гидравлическими опорами, содержит устройство статического зондирования, пульт управления, связанный с устройством статического зондирования, набор рабочих штанг, гидросистему.

Устройство для динамического зондирования грунтов // 2601637

Изобретение относится к устройству испытания грунтов методом динамического зондирования, входящему в состав оборудования мобильного бурового комплекса. Устройство для динамического зондирования грунтов содержит зонд, колонну штанг, ударное устройство, привод со средствами перемещения, внешний датчик перемещения.

Многофункциональный комплекс урб zbt-600 для инженерно-геологических изысканий // 2601350

Изобретение относится к строительству, а именно к области проведения инженерно-геологических исследований грунтов в условиях их естественного залегания с помощью методов статического и динамического зондирования.

Способ обеспечения эксплуатационной надёжности сооружения на сезоннопромерзающем пучинистом грунтовом основании // 2601079

Ультразвуковой бур // 2598947

Изобретение относится к космической технике, а именно к устройствам для забора проб грунта, выполнения каналов для установки исследовательских датчиков и иных устройств на заданной глубине, и может быть использовано при изучении планет, комет и других небесных тел.

Способ измерения температуры грунта // 2597339

Изобретение относится к термометрии, а именно к полевому определению температуры грунтов, где требуется получить конкретные данные о температуре мерзлых, промерзающих и протаивающих грунтов.

Способ лабораторного испытания грунтов // 2628874

Изобретение относится к исследованию деформационных и прочностных свойств грунтов при инженерно-геологических изысканиях в строительстве. Способ включает деформирование образца грунта природного или нарушенного сложения в условиях трехосного осесимметричного гидростатического и последующего девиаторного нагружения, дающих возможность ограниченного бокового расширения образца грунта, близкого к реальным условиям, затем после установления условной стабилизации при статическом режиме достижением скорости деформирования образца, соответствующей условной стабилизации деформации образца на данной ступени деформирования, переходят поочередно на следующие ступени испытания, а по окончании испытаний, по конечным результатам, полученным на каждой из ступеней испытания, строят график зависимости относительной осевой деформации от осевых напряжений и определяют искомые характеристики грунта, причем после стабилизации деформаций гидростатического нагружения выполняют контролируемое девиаторное нагружение, первая часть которого - дозированное кинематическое нагружение с управляемой скоростью деформации и ограничением по приращению осевых напряжений, а вторая часть - стабилизация напряженно-деформированного состояния образца в режиме ползучести - релаксации напряжений по условной стабилизации модуля общей деформации, многократно повторяя нагружения и стабилизацию до достижения предельного напряженного состояния, а далее продолжают (при необходимости) только кинематическое нагружение до величины предельной относительной осевой деформации. Достигается ускорение испытаний при определении различных характеристик любых разновидностей нескальных грунтов. 1 пр., 4 ил.

Способ определения количества выработок при проведении инженерно-геологических изысканий // 2631445

Изобретение относится к области строительства и предназначено для определения количества выработок, осадок и кренов зданий при проведении инженерно-геологических изысканий. Способ определения количества выработок при проведении инженерно-геологических изысканий включает проходку выработок в пределах пятна проектируемого здания или сооружения, определение модуля деформации грунтов по выработке, нахождение осадки здания или сооружения на каждой выработке и неравномерность осадки между выработками, нахождение коэффициента жесткости основания на каждой выработке при заданных размерах в плане здания или сооружения и нагрузки на основание, используя при этом функцию Шепарда для коэффициента жесткости основания в виде приведенной зависимости. Технический результат состоит в повышении точности инженерно-геологических изысканий, снижении трудоемкости и расширении области применения. 2 з.п. ф-лы, 1 табл., 6 ил.

Способ определения границ пластичности грунтов // 2631616

Изобретение относится к области инженерных изысканий. В способе определения границ пластичности грунтов, заключающемся в определении удельного сопротивления одного образца грунта, имеющего известные значения показателей wm и kw линейной зависимости влажности грунта на границе текучести от числа пластичности WL=wm+kw⋅Iр, при степени влажности 0,97-0,98, погружению конусного индентора с углом 30° при вершине и определении по формулам влажности грунта на границе текучести и на границе раскатывания, образец грунта помещают в цилиндрическую камеру диаметром не менее 60 мм и высотой не менее 45 мм и размещают соосно вершине конуса индентора, а погружение конусного индентора производят с постоянной скоростью, равной 120 мм/мин, на глубину до 35 мм и с регистрацией величины сопротивления грунта через каждые 0,01 мм погружения конусного индентора с дискретностью не более 2,0 Н, при этом в полученном массиве значений сопротивления образца грунта погружению конусного индентора выделяют диапазон инвариантных значений сопротивления грунта погружению конусного индентора из заданного соотношения, а определение влажности грунта на границе текучести и на границе раскатывания производят на основании заданных расчетных зависимостей. Достигается упрощение и ускорение определения границ пластичности грунтов, исключение влияния на результаты определений субъективных факторов, возможность оценки погрешности определения удельного сопротивления грунта пенетрации при испытании одного образца грунта. 1 ил.

Способ испытания мерзлого грунта статическим зондированием // 2632994

Изобретение относится к области инженерно-геологических изысканий для строительства зданий и сооружений на многолетнемерзлых грунтах, основания которых используются для строительства зданий в оттаянном или оттаивающем состоянии. Способ испытания мерзлого грунта включает периодическое погружение с остановкой зонда в массиве грунта и измерением сопротивления грунта внедрению зонда и температуры грунта. При остановке, после измерения температуры мерзлого грунта, выполняют оттаивание грунта на заданную глубину с помощью установленного в зонде нагревательного элемента, после чего зонд додавливают в пределах зоны оттаивания грунта и измеряют сопротивление оттаянного грунта внедрению зонда. Технический результат состоит в обеспечении возможности испытания мерзлого грунта с определением механических свойств и несущей способности многолетнемерзлых грунтов с учетом их оттаивания в процессе статического зондирования грунтов, повышении точности, снижении трудоемкости испытаний. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Способ обеспечения эксплуатационной надежности сооружения на набухающем грунтовом основании // 2637536

Изобретение относится к строительству мелкозаглубленных фундаментов на естественном основании, малозаглубленных ростверков свайных фундаментов и подземных сооружений нормального уровня ответственности на набухающих грунтовых основаниях. Способ обеспечения эксплуатационной надежности сооружения на набухающем грунтовом основании путем определения напряженно-деформированного состояния (НДС) набухающего грунта и фундамента (сооружения) при их взаимодействии с известными значениями распределения вертикальных напряжений в грунте от последних и предполагаемом распределении вертикальных напряжений набухания аналогично напряжениям в грунте от фундамента (сооружения), но имеющие противоположенное направление. Вертикальные напряжения набухания грунта под фундаментом (сооружением), в любой точке, не равны вертикальным напряжениям на грунт от фундамента (сооружения). Количественные их значения для определения (НДС) набухающего грунта и фундамента (сооружения) при их взаимодействии принимают исходя из постоянства суммы абсолютных значений напряжений в грунте от фундамента (сооружения) и набухающего грунта в любой точке по площади подошвы под ними, равных двум значениям среднего напряжения (давления) в грунте от фундамента (сооружения), определяемым по приведенной зависимости. Формула позволяет определить предельно допустимые усилия в конструкциях сооружения и значения деформации грунта основания при его набухании и усадке. Технический результат состоит в обеспечении эксплуатационной надежности сооружения нормального уровня ответственности с минимально необходимыми требованиями к материало-энергоемкости сооружения и безопасного уровня взаимодействия здания на окружающую среду путем определения количественного значения воздействия вертикальных напряжений набухания грунта основания на сооружение по всей площади опирания фундамента. 2 пр., 2 ил.

Способ определения местоположения повреждений и их контроль в днище бассейна суточного регулирования // 2644964

Изобретение относится к способам контроля целостности железобетонных гидротехнических резервуаров с помощью волоконно-оптической контрольно-измерительной аппаратуры и предназначено для определения местоположения повреждений в днище бассейнов суточного регулирования и контроля протечек через них. Способ определения местоположения повреждений и их контроль в днище бассейна суточного регулирования включает прокладку волоконно-оптического датчика 6 по всей площади бассейна суточного регулирования с шагом 3-5 м, отсыпку слоя крупнозернистого материала под днищем 5 бассейна суточного регулирования, устройство подземной дренажной галереи 10, примыкающей снаружи к бассейну суточного регулирования, поперечную разуклонку iпоп основания 1 выполняют от оси бассейна суточного регулирования к его краям, затем слой крупнозернистого материала, например щебня 2, покрывают геосинтетическим фильтрующим материалом 3, например дорнитом, для исключения суффозии/выноса песка 4 потоком воды, и отсыпают на него дополнительный слой из песка 4 для формирования купола растекания, получаемого протечками через днище 5 бассейна суточного регулирования, подключают волоконно-оптический датчик 6 к считывающему трансиверу, определяющему место повреждений и величину протечек. Продольную разуклонку iпрод основания 1 можно выполнять вдоль оси бассейна суточного регулирования величиной 0,010-0,035. Поперечные ребра, например железобетонные буртики, можно устанавливать по всей площади основания 1 с шагом 3-5 м для создания регулярных локальных зон контроля протечек. Волоконно-оптический датчик 6 можно прокладывать с верховой стороны железобетонных буртиков непрерывно по всем локальным зонам контроля протечек. Технический результат состоит в определении мест повреждений в днище бассейнов суточного регулирования, количественной оценке объема протечек через повреждения, снижении сроков и затрат на их обнаружение и устранение, и увеличении сроков эксплуатации бассейнов. 3 з.п. ф-лы, 5 ил.

Способ определения параметров прочности грунта методом вращательного среза и устройство для его реализации // 2646263

Изобретение относится к области строительства, а именно к способам проведения геомеханических изысканий для определения механических свойств грунтов. Способ определения параметров прочности грунта методом вращательного среза включает задавливание в забой скважины лопастной крыльчатки, приложение к ней возрастающего момента, фиксацию максимального крутящего момента, приводящего к повороту крыльчатки за счет среза грунта по образовавшейся цилиндрической поверхности, и определение по величине крутящего момента параметра прочности грунта. Погружаемая в грунт крыльчатка имеет криволинейные в поперечном сечении лопасти, изогнутые в одном направлении кручения. Крутящий момент прикладывают сначала в одном направлении (по часовой стрелке), после чего крыльчатку погружают вторично на большую глубину или в соседнюю близко расположенную в плане скважину и прикладывают крутящий момент в другом направлении (против часовой стрелки). Определяют максимальные крутящие моменты при кручении в разных направлениях, а об угле внутреннего трения и удельном сцеплении грунта судят по величине полученных максимальных крутящих моментов при кручении в разных направлениях. Технический результат состоит в повышении диапазона измеряемых параметров, повышении технологичности, снижении материалоемкости и времени измерения, повышении точности измерения. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 8 ил.