Способ испытания грунтов и устройство для его осуществления

 

ОП ИС АНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

<>966149 г к ! (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 250381 (21) 3265862/29-33 с присоединением заявки N9 (23) Приоритет

Опубликовано 151®2. Бюллетень Мо 38

151) М. Кп.

E 02 0 1/02

Государственный комитет

СССР но делам изобретений и открытий (53) УДК 624.131..37(088.8}

Дата опубликования описания 151082 (72) Автор изобретения

E A Âîðîáüeâ

Изобретение относится к строительству, в частности к технике для исследования физико-механических свойств пород, и может быть использовано в грунтоведении и инженерной геологии.

Известен способ испытания грунтов .на прочность в условиях трехосного сжатия, включающий помещение образца грунта в эластичную, влагонепроницаемую оболочку, размещение его в нагрузочном устройстве высокого давления, раздельного приложения нагрузки по боковой поверхности и с торцов образца, измерение параметров перемещения грунта, построение графина "нагрузка-деформация" и определение прочностных параметров иэ соотношения главных напряжений нескольких испытаний по формуле (1 ).

Этот способ испытания позволяет определять параметры прочности С0 и Чо в условиях равенства промежуточного главного напряжения минимальному главному напряжению (б = бз ) при параметре Надаи-Лоде сей= 2 GZ б э/6 бь =

Однако эти параметры не обладают высокой точностью в. связи с тем,что в координатах i -б„,возле оси касательных напряжений прочностные параметры определяют экстраполяцией, так как невозможно на этом участке получить участок огибающей кругов

Мора экспериментальным пут зм.

Известен прибор для осур1ествления испытаний методом трехосного сжатия, включающий нагрузочное устройство высокого давления с гидравлической системой и подводящими каналами, эластичную,влагонепроницае-. мую оболочку с образцом грунта, измерительные приспособления и силовые устройства с возможностью раздельного приложения давления на боковую и торцовую поверхности образца (2 J.

Однако этот прибор не позволяет создавать в образце одновременно сжимающие и растягивающие напряжения,необходимые для получения точных значений параметров прочности.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является способ испытания грунтов на прочность в сложном напряженном состоянии "сжатия-растяжения", включающий приложение сжимающе-растягивающей нагрузки по боковой поверхности образца грунта с переменной площадью

966149 по длине, измерение параметров пере-. мещения образца грунта, построение графика "нагрузка-деформация" и определение прочностных параметров иэ соотношения главных напряжений по формуле Е3). 5

Этот способ. испытаиия позволяет получить точные значения параметров прочности грунтов, но в условиях равенства промежуточного главного напряжения наибольшему главному напря- 10 жению (6„ = 91 ),.т.е. при ид= +1, провести испытания в условиях б =

= 63 при,и = -1 и получить точные значения параметров прочности С< и Чо при этом виде напряженного 15 состояния он не дает возможности. .Известен прибор для осуществления испытаний методом "сжатия-рас-. тяжения", включающий корпус, нагрузочный механизм с камерами, трубопро-2р водами и эластичными рубашками, измерительные приспособления.

Прибор не позволяет создавать в образце напряженное состояние, при котором промежуточное главное напряже- 25 ние равно наименьшему главному напряжению (61 = 8 ) и получить точные параметры прочности при виде напряженного состояния,и = — 1.

Целью изобретения является повыше-ЗО ние точности определения прочностных параметров в сложном напряженном состоянии кругового сжатия-растяжения.

Поставленная цель достигается тем, что в способе испытания грунтов, включающем приложение сжимающе-растягивающей нагрузки по боковой поверхности образца грунта с переменной гйющадью по длине, измерение парамет-. ров перемещения образца грунта, построение графика "нагрузка-деформация"4О и определение прочностных параметров из соотношения главных напряжений по формуле, образец грунта изготовляют с выемками по оси одинаковой глубины с противоположных торцов, устанав-45 ливают его соосно между двух упорных держателей и приложение нагрузки производят одновременно с двух сторон по оси образца в пределах противоположных выемок, а прочностные парамет- 5р ры определяют по формуле

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для испытания грун- 60 тов, включащем корпус, нагрузочный механизм с камерами, трубопроводами и эластичными рубашками, измерительные присПособления, нагрузочный механизм состоит из двух упорных эле- 65 ментов с платформами, соединенными между собой крепежными стойками, причем на внутренних торцах упорных элементов закреплены эластичные рубашки.

Способ Осуществляется следующим образом.

Образ ц грунта.(фиг.1и 2) нагружа ют гидростатическим давлением P одновременно с двух сторон на одинаковую глубину в пределах выемок ВСДЕ и В С„О Е„. Рабочей частью образца, воспринимающей сложное напряженное состояние кругового сжатия-растяжения, является область СОD„С„, Давление P в пределах областей образца CD и С„ 0„ создает наибольшее главное напряжение 6 . Воспринимаемые боковыми частями выемок СВ; Е0 и

С „В„; Е „0„ давление Р создает круговые растягивающие напряжения в пределах. рабочих зон образца СС и 00.> ° Таким образом, круговые зоны ЕРГ„ Е„ и АВВ„А., являются вспомогательными и служат для передачи сжимающих усилий в пределах зон Е0; ВС и Е„0, В.>С на зоны 00 и СС, преобразу-. ясь в этих зонах в растягивающие напряжения.

Созданные растягивающие радиальные

4 напряжения 6„по боковым поверхностям 00.> и СС.> одновременно являются минимальными главными напряжениями, равными промежуточному главному напряжению ((> : = 1 = ) °

Таким образом, в рабочей части образца CDD„C„ получают одновременно сжимающиеся„и растяг, вающие напряжения (- 6Z=- бз} и строят в координа.— тах -б„ (фиг 2) круг Мора(а ), который находится одновременно в области сжимающих и растягивающих напряжений, Испытывая образцы с различными значениями h - .толщины образца между дном выемок, получают круги Мора, сдвинутые или в область растягивающих напряжений (в д), если значение h < 0,5Н, или в область сжимающих (r б) если значение h > 0,5Н. Проводя огибающую полученных экспериментально кругов

Мора, находят точные значения параметров прочности С О и Чо. Минимальное количество исрытаний равно двум.

Величина главного напряжения 6< равна гидростатическому давлению Р (e = Р). Величину минимального и промежуточного главных напряжений (б = - б =-6 ) находят из

1 соотношения 6„ / б3 = 1/(Н/h - 1).Параметры прочности Со и Уо определяют, исходя из полученных экспериментально главных напряжений 6< и о по известным формулам (2 3;

Прибор (фиг. 3 ) состоит из нагружающего устройстйа, включающего два упорных элемента: верхний 1 и нижний 2 с эластичными, влагонепроницаемыми рубашками 3. Рубашки в форме

966149 усеченного конуса крепят к корпусу упорных элементов при помощи прижимных колец 4 и затяжных гаек 5. Корпус упорных элементов закреплен при помощи стопорных колец б к верхней 7 и нижней 0 платформам, установленным на ножках 9. Платформы 7 и 0 скреплены стойками 10. Оба упорных элемента соединены с цилиндром давления 11 при помощи гидросистемы. Всю гидравлическую систему заполняют жидкостью. 10

Между двумя упорными элементами помещают образец грунта 12 с выемками по оси одинаковой глубины с торцов, который соприкасается с камерами 13 и 14. 15 Перед испытанием на среднюю часть образца одевают поясок 15, который одним концом закреплен на стойке 16, а в другой его конец упирается индикатор часового типа 17, закрепленный при помощи держателя 18 на одной из ,крепежных стоек 10 прибора. Мано}летр 19 закреплен на трубопроводе гидравлической системы.

Прибор работает следующим образом.

В результате включения в работу поршня в цилиндре 11 жидкость заполняет камеры 13 и 14. Эластичные, влагоненроницаемые рубашки принимают %0 форму выемок до момента полного соприкосновения с грунтом; что отмечают по показаниям манометра 19. Постепенно повышают давление в камерах при помощи цилиндра давления, 35 оцновременно отмечая показания манометра и индикатора деформаций часового типа, и доводят образец грунта до разрушения. Отмечают максимальное гидростатическое давление Р„1,,„,кг/см

2. и максимальную деформацию образца в момент разрушения °

По окончанию испытаний оболочки приводят в начальное положение обратными движением поршня в цилиндре давления 11, снимают испытанный обра-.45 зец и устанавливают между упорными элементами следующий образец.

Трехосное -сжатие

Пример

Величина поправки по отношению к круговому сжатию-растяжению, %

Круговое сжатиерастяжение

Параметры прочности

Cp Kr/c>n Vp, град СО, i(r/cM 1 0,град

Г 1Л

О

С0

-14,5

-21,0

2о44

11 49

1бо 36

19 30

+82,5

0,95

0,83

+40,0

0,52

0,43 этим проектно-изыскательских работ и экономии стройматериалов при строительстве только по Госстрою РСФСР го4S довой экономический эффект составля1

Технико-экономические расчеты показывают, что за счет более точного определения параметров прочности С и о и удешевлении в связи с

П.р и м е р 1. Берут образцы глинистого грунта.с упруго-структурными связями и с влажностью W 20% и испытывают методом кругового сжатия-растяжения и для сравнения методом трехосного сжатия.

Метод кругового сжатия-растяжения.

При размерах образцов Н/hz =- 1;52 получают 6 = 1,16 кг/см ; 6 =-0,60.

При размерах. образцов Н/Ь2 =2,0 получают 6„=- 0,8 кг/cM; d =

=0,8 кг/см

Из известных формул (23 получают

Сс = О 83 кг/см,"е = 16 36 .

Метод трехосного сжатия.

При б2 —— C3 = 0,2 кг/см получают

2,25 кг/см2.

При 62 = 6> = 0,4 кг/см пол:чают

= -2,45 кг/см

Из известных формул (11получают

СО = 0,95 кг/см2, Ч =- 2о44 ,Пример 2. Берут образцы глинистого грунта с упругы..и связями и с влажностью Ч 16% и испытывают методом кругового сжатия-растяжения и для сравнения методом трехосного сжатия.

Метод кругового сжатия- растяжения.

При размерах образцов Н/h =1,52 получают 6 = 0,6 кг/см

2 °

0,3 кг/см 2.

При размерах образцов Н/h2 .= 2,0 получают 6q = 0,40 кг/см1, 6 =

0 40 кг/см2.

Из известных формул(21получают

С о = О, 43 кг/см; Че = 19О 30 .

Методом трехосного сжатия.

При 62 = Ь = 0,1 кг/см получа2, ют б„= 1,45 кг/cM2 °

При 62 = б = 0,30 кг/см получают б = 1,90 кг/см .

Из известных формул (13 получают С p = О, 52 кг/см2; Чо =" 11 49 .

В зависимости от типа исиытУемого грунта уточнение по параметрам прочности составляет 5-80%.

Результаты испытаний приведены в таблице.

966149 формула изобретения

1. Способ испытания грунтов, включающий приложение сжимающе-растягивающей нагрузки по боковой поверхности образа грунта с переменной площадью по длине, измерение параметров перемещения образца грунта, построение графика "нагрузка-деформация" и опрер9ление прочностных параметров из соотношения главных напряжений по

30 ет от внедрения предложенного способа и прибора для его осущестьления

100 — ?00 тыс. руб. с 10-ти приборов.

Способ испытания и прибор для его осуществления позволяют создать в образце сложное напряженное состояние кругового сжатия-растяжения с любой комбинацией сжимающих и расжимающих напряжений, при котором промежуточное главное напряжение равно наименьшему главному напряжению, получить экспериментально по результатам испытаний участок огибающей .кругов Мора возле оси касательных напряжений и определить точные значения параметров прочности С и Ч . 15

Способ испытания и прибор для его осуществления могут найти широкое применение при определении параметров прочности связных грунтов по образцам в практике строительных, 2п изыскательских лабораторий, в грунтоведении инженерной геологии.

Повышение точности определения параметров прочности позволяет снизить допуск при проектировании фундаментов сооружений и удешевить строительство. д d, H63 — параметры главных напряженийр

Н высота образца;

h высота образца между дном выемок.

2. Устройство для испытания грунтов, включающее корпус, нагрузочный механизм с камерами, трубопроводами и эластичными рубашками, измерительные приспособления, о т л и ч а— ю щ е е с я тем, что нагрузочный механизм состоит из двух упорных элементов с платформами, соединенными между собой крепежными стойками, йричем на внутренних торцах упорных элементов. закреплены эластичные рубашки.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Методы определения прочности глинистых пород. М., Недра", с.170184.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 323705, кл. G 01 N 3/12, 1968.

3. Авторское свидетельство СССР

Р 803591, кл. Е 02 D 1/02, 1979. формуле, отличающийся тем, что, с целью повышения точности определения прочностных параметров в сложном напряженном состоянии кругового сжатия-растяжения, образец грунта изготовляют с выемками по оси одинаковой глубины с противоположных торцов, приложение нагрузки производят одновременно с двух сторон по оси образца в пределах противоположных выемок, а прочностные параметры определяют по формуле

966149

Мт.2

Составитель В. Латушкин

Редактор Л. Повхан Техред Е. Харитончик Корректор A.Ôåðåíö.

Заказ 7789/39 . Тира@ 709 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москна, Ж-35, Раушская наб., д. 4!5

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