Способ определения модуля деформациигрунта и устройство для его осуществления

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 170878 (21) 2655б89/29-33 (51)hh с присоединением заявки ¹â€” (23) Приоритет—

Е 02 0 1/02

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий

Опубликовано 230781. Бюллетень ¹ 27

Дата опубликования описания 230781 (53) УДК6 24. 131 ..382 (088.8) (72) Автор изобретения

Е.Н.Хрусталев

Калининский ордена Трудового Красного 3 политехнический институт (71) Заявитель (54 ) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ

СВОЙСТВ ГРУНТА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО

ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ь

Изобретение относится к строительству, в частности к устройствам для изучения напряженно-деформированного состояния грунта с целью оценки его несущей способности при инженерно-reo. логических изысканиях.

Известен способ полевого определения модуля деформации прессиометрами скваженного типа, заключающийся в про-10 буривании скважины, погружении в нее зонда прессиометра, обжатии стенок скважины эластичной оболочкой эонда,создании ступеней давления на стенки скважины, измерении их стабилизированных радиальных перемещений, вычислении величины модуля деформации Е j1$ .

Недостатком известного способа вычисления модуля деформации Е является необходимость предварительного пробуривания скважины и ее обсадки для устойчивости стенок в слабых грунтах, пробуривание скважины ведет, как правило, к нарушению природного сложения и влажности грунта, а следо- 25 вательно, и его естественного напряженно-деформированного состояния.

Перерыв во времени между окончанием бурения и началом испытания грунтов определяется устойчивостью стенок скважины. Обжатие стенок скважины идет неравномерно и объясняется неровностями поверхности скважины в устойчивых грунтах, повышенной текучестью слабых грунтов и анизотропией самого грунта.

Известен прессиометр скважинного типа, состоящий из зонда, выполненного в виде цилиндрической эластичной оболочки, устройства для создания давления в камере зонда, устройства для измерения радиальных перемещений оболочки камеры, причем длина камеры зонда должна быть не менее зтырех ее внешних диаметров.

Однако надежность эластичных оболочек невелика, точность измерения сни.кается за счет неравномерного обжатия скважины эластичной оболочкой, имеющей, как правило, неодинаковый модуль растяжения .эластичного элемента по его площади. Устройство для замера деформации и создания давления сложно в конструкции и громоздко.

Наиболее близким к предлагаемому является способ исследования физикомеханических свойств грунта, заключающийся в задавливании прессиометра, нагружении штампов прессиометра возрастающими ступенями удельных нагрузок до условной стабилизации дефор848529 мации гРунта, замере деформации и определении модуля деформации.

Наиболее близким техническим решением для реализации способа является устройство для исследования фиэикомеханических свойств грунта, включающее корпус.с лопастями, имеющими углубления, в которых размещены выдвижные штамПы, связанные с нагрузочным и измерительным приспособлениям (2(.

Недостаток способа определения модуля деформации грунтов. состоит в том, что прессиометрические испытания продолжительны во времени, а определение значения модуля деформации по расчетной формуле требует учета анизо-15 тропии деформируемого грунта в горизонтальном и вертикальном направлении, ! значения коэффициентов принимаются с недостаточной точностью.

Недостаток эадавливаемых прессио- Щ метров заключается в том, что выдвижные штампы должны быть достаточно жесткими для достижения определенной картины напряженного состояния грунта под штампом, поддающийся точному математическому описанию. Однако картина напряженно-деформированного состояния грунта под штампом еще недостаточно изучена., а описание этой картины недостаточно точно и требует множество условностей. .Цель изобретения — точное определение модуля деформации грунта по глубине массива.

Поставленная цель достигается

35 тем, что согласно способу исследования физико-механических свойств грунта, заключающемуся в задавливании прессиометра, нагружении штампов прессиометра возрастающими ступенями 40 удельных нагрузок до условной стаби» лизации деформации грунта, замере деформации и определении модуля деформации, нагружение грунта осуществляют через упругий эталонный элемент с постоянным модулем деформации,а определение модуля деформации производят по формуле

Е. E9h Мпа

1 S. )

50 где h — деформация упругого элемента

1 при заданной ступени удельной нагрузки, стабилизированная осадка

1 грунта под штампом, E — модуль деформации упругого 5 элемента.

В устройстве для реализации способа корпус с лопастями, имеющими углубления, в которых размещены выдвижные штампы, связанные с нагрузочным и из- 40 мерительным приспособлением, последнее выполнено в виде штанги, пропущенной через корпус, на которой с возможностью поворота относительно лопастей и веютикальнрй.оси корпуса Я монтированы вццвижные штампы, оснащенные эталонными упругими элементами.

На фиг. 1 и 2 изображен задавливаемый прессиометр, внешний вид; на фиг. 3 — сечение A-A на фиг.2.

Способ определения модуля деформации E грунта заключается в следующем.

Перед проведениЕм прессиометрических испытаний проводят тарировку штампов, состоящих из полного корпуса 1, упругого элемента 2 толщиной Н и опорной пластины 3, для чего штамп накладывают опорной пластиной 3 на жесткую плиту и производят деформирование упругого элемента 2 ступенями удельной нагрузки р, после чего по известной методике расчитывается модуль деформации упругого элемента

3 ьН где дН вЂ” относительная деформация упругого элемента 2.

Далее оттарированный прессиометр погружают в грунт,на проектную отметку путем задавливания специальной установкой. Штампы прессиометра погружают их торцовой стороной так, что их плоскости строго параллельны вертикальной оси прессиометра. После погружения штампы прессиометра нагружают возрастающими ступенями нагрузок Т и удельная уплотняющая нагрузка р передается площадью штампа на грунт через упругий элемент 2 и опорную пластину 3. При этом в начальной стадии приложения нагрузки (р )Д ) деформация упругого элемента и грунта под штампом растет (фиг. 1) и при стабилизации деформации (p= 6 ) достигает соответственной величины h=H-L и S (фиг. 2). Модуль деформации грунта Е; определяется на каждой ступени удельной нагрузки на грунт р; в момент стабилизации его деформации Б„ по формуле

Еэ h> МПа, Е

S; где Š— известный модуль деформации.

9 упругого элемента, МПа, h. — деформация упругого элемента

1 при заданной ступени удельной нагрузки р;, взятая по графику тарировки упругого элемента р; = g (h ), мм;

5. — стабйлизированная осадка

1 грунта под штампом при заданной ступени удельной нагрузки p| мм.

Способ определения модуля деформации грунта реализуется конкретным устройством (фиг. 1, 2), представляющим собой задавливаемый прессиометр, состоящий из крыльчатого корпуса 1 с заостренным наконечником,поворотных штампов 2 с упругими элементами 3 и опорными пластинами 4, выполненными из пружинной листовой стали для равномерной передачи сжимакщей

848529 нагрузки на грунт. Поворотные штампы

2 жестко связаны с внутренней штангой 5 посредством стяжек 6, .образующих свободное пространство с обсадной трубой 7, охватывакщей внутреннюю штангу 5 и жестко связанной с 5 корпусом 1. Свободное пространство совпадает с прорезями в крыльях корпуса 1 для предотвращения защемления грунта между штампом 2 и соседним крылом корпуса при деформации грунта. о

Задавливаемый прессиометр работает следующим образом.

С помощью задавливающей установки прессиометр погружают через обсадную трубу 7 на проектную отметку грунтового массива, при этом штампы 2 плотно прилегают к крыльям корпуса 1.

Затем, путем поворота внутренней штанги 5 заданными ступенями крутящего момента M„. производят поворот штампов 2 относительно крыльев корпу- 20 са 1 на угол P до стабилизации деформации грунта, при этом грунт деформируется в пространстве между штампом 2 и соседним крылом корпуса

1, а передача нагрузки на грунт осуществляется опорными пластинами 4 через упругие элементы 3. По окончании опытов вычисляется модуль деформации каждого изученного слоя грунтового массива в заданном интервале удельных сжимающих нагрузок р„ по формуле

Е = " Мпа, Eэ"

S. где 6 и h — известные характеристики 35 э упругого эталонного элемента;

S. — замеренные стабилизирован1 ные осадки грунта под штампом при соответствую- 4О щих нагрузках.

Изобретение позволяет тбчно и доступными методами определять модуль деформации грунта Е; по всей глубине массива. Предлагаемая формула расчета модуля деформации вполне конкрет- 45 на и не требует определения лабора- торным путем многих трудноопределяемых характеристик грунта, в результате .чего стоимость и продолжительность инженерно-геологических изыска- 50 ний снижаются на 30-40%. Для расчета модуля деформации необязательно построение графика в-- (Р) и отыскание предела пропорциональности. Конструкция предлагаемого задавливаемого прессиометра проста в изготовлении, надежна в эксплуатации, а наличие штампов с тарированными упругими элементами позволяет в полевых условиях определять модуль деформации по глубине изучаемого массива. Точность измерения возрастает за счет возможности увеличения площади штампов и их количества. и,.следовательно, площади контакта с грунтом.

Формула изобретенИя

1. Способ определения физико-механических свойств грунта, заключающийся в задавливании прессиометра, нагружении штампов прессиометра возрастающими ступенями удельных нагрузок до условной стабилизации деформации грунта, замере деформации и определении модуля деформации, о т л и— ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности определений, нагружение грунта осуществляют через упругий эталонный элемент с постоянным модулем деформации, а определение модуля деформации производят по формуле

Š- — — — Mila

Е . h;

1 S где h „ — деформация упругого элемента при заданной ступени удельной нагрузки, . S - стабилизированная осадка грунта под штампом, Е - известный модуль деформации

3 упругого элемента.

2. устройство, включающее корпус с лопастями, имеющими углубления, в которых размещены выдвижные штампы, связанные с нагрузочным и измерительным приспособлением, о т л и ч.а ю— щ е е с я тем, что нагрузочное приспособление выполнено в виде штанги, пропущенной через корпус, на которой с возможностью поворота относительно лопастей и вертикальной оси корпуса монтированы выдвижные штампы, оснащенные эталонными упругими элементами.

Источники информации, принятые во внимание при эксйертизе

1. Грунты. Метод определения модуля деформации прессиометра. ГОСТ

20276-74, М, 1975.

2. Авторское свидетельство СССР

9 624426, кл, G 01 Н 33/24, 1976.

84 8529

A-4 Риг 3

Составитель В. Латушкин

Техред N.Êîøòóðà -Корректор Н. Швыдкая

Редак тор В. Иванова

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Заказ 6017/29 Тираж 693 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5