устройство для испытания грунта

Формула изобретения

Устройство для испытания грунта, включающее корпус в виде обоймы, эластичную цилиндрическую оболочку, датчики давления, нагружающий штамп и систему нагружения, отличающееся тем, что в основании обоймы размещена полая эластичная оболочка с модельной жидкостью, на которой установлена эластичная цилиндрическая оболочка, выполненная кольцевой, причем нагружающий штамп выполнен комбинированным, состоящим из собственно штампа, установленного на образце, кольцевого пригруза, размещенного на торце эластичной кольцевой оболочки, и опорной балки.

Описание изобретения к патенту

Устройство для испытания грунта относится к области строительства, в частности к устройствам для определения физико-механических свойств грунтов, и может быть использовано в грунтоведении и инженерной геологии.

Известно устройство для испытания грунтов в условиях трехосного нагружения, включающее камеру давления, рабочую камеру с эластичной оболочкой, верхнюю и нижнюю крышки, эластичную оболочку, штамп и систему нагружения с возможностью раздельного приложения давления на боковую и торцовую поверхности образца (А.с. 924240. Устройство для испытания грунтов в условиях трехосного нагружения. Е02D 1/02. Бюл. №16, 1982).

Недостатком известного устройства является отсутствие возможности моделирования механических свойств исследуемых слоев грунтового массива, что снижает точность испытаний. Другим недостатком известного устройства является невозможность испытания образца грунта при различных объемно-напряженных состояниях, возникающих в процессе строительства, и реконструкции различных сооружений, что сужает область испытаний.

Наиболее близким техническим решением является устройство для испытания грунта, включающее обойму, эластичную оболочку, штамп и систему нагружения (Бугров А.К., Нарбут P.M., Сипидин В.П. Исследование грунтов в условиях трехосного сжатия. - Л.: Стройиздат, 1987. С.124-125).

Недостатком известного устройства является невозможность испытания грунта с учетом моделирования различных объемно-напряженных состояний и свойств массива грунта, что снижает точность измерения и сужает область испытаний, а соответственно и эффективность испытаний в целом.

В основе изобретения лежит задача по созданию такого устройства, которое позволит повысить его эффективность как за счет повышения точности определения механических характеристик грунтов, так и за счет расширения области испытаний.

Указанная задача достигается тем, что в известном устройстве для испытания грунта, включающем корпус в виде обоймы, эластичную цилиндрическую оболочку, датчики давления, нагружающий штамп и систему нагружения, согласно изобретению в основании обоймы размещена полая эластичная оболочка с модельной жидкостью, на которой установлена эластичная цилиндрическая оболочка, выполненная кольцевой, причем нагружающий штамп выполнен комбинированным, состоящим из собственно штампа, установленного на образце, кольцевого пригруза, размещенного на торце эластичной кольцевой оболочки, и опорной балки.

Установка в обойме комбинированного штампа позволяет, во-первых, задавать и моделировать природное давление грунта в процессе испытания и, во-вторых, моделировать различные процессы сжатия и растяжения грунтового основания сооружений, что расширяет область испытаний. Установка эластичных камер в основании образца и по его боковой поверхности позволяет использовать их в качестве нагружающих элементов, в качестве датчиков давления и в качестве моделирующих слоев грунта основания сооружения при заполнении их модельной жидкостью (смесью) с вязкостью, соответствующей моделирующим слоям грунта, что в целом повышает эффективность испытаний.

Настоящее устройство поясняется чертежами, где

на фиг.1 изображена схема устройства;

на фиг.2 - схема устройства после приложения нагрузки;

на фиг.3 - схема испытания образца на всестороннее объемное сжатие;

на фиг.4 - схема испытания образца в условиях компрессионного сжатия;

на фиг.5 - схема испытания образца в условиях двухосного растяжения;

на фиг.6 - конструктивная схема устройства для испытания грунта.

Устройство для испытания грунта состоит из обоймы 1, в основании которой уложена эластичная оболочка 2 с модельной жидкостью, на которой установлена кольцевая цилиндрическая эластичная оболочка 3. Внутри кольцевой оболочки 3 помещен образец грунта 4 на одном уровне с ее торцем. На поверхности образца 4 и кольцевой оболочки 2 установлен комбинированный штамп, состоящий из собственно штампа 5, кольцевого пригруза 6 и опорной балки 7. Эластичные оболочки 2 и 3 соединены с системой замера в них давления датчиками 8 и 9 и с системой нагружения, состоящей из шлангов высокого давления 10, вентилей 11 и 12, золотника 13.

Работает устройство следующим образом.

Работу начинают с установки обоймы 1 на жесткое основание. Затем в обойму 1 укладывают эластичную камеру 2, на которую устанавливают кольцевую цилиндрическую эластичную камеру 3. Опускают вовнутрь камеры 3 образец грунта 4 и устанавливают на верхнем торце образца 4 и камеры 3 комбинированный штамп. Подключают к камерам 2 и 3 гидравлическую систему нагружения - шланги высокого давления 10 с вентилями 11, 12 и золотником 13, а также датчики давления 8 и 9. Открывают золотник 13, вентили 11 и 12 и закачивают в эластичные камеры 2, 3 модельную жидкость с известной вязкостью.

В зависимости от решаемой задачи можно создавать на образце 4 различные виды объемно-напряженного состояния.

В случае нагружения образца 4 и камеры 3 комбинированным штампом (кольцевой пригруз 6 и собственно штамп 5) производят испытание в условиях всестороннего сжатия образца за счет действия напряжения ₁ от работы штампа 6 и действия напряжений ₂= ₃ от работы пригрузочного кольца 5 (фиг.3). Вначале закачивают в камеру 2 модельную жидкость с вязкостью, равной вязкости исследуемых слоев грунтового массива. Затем задают давление всестороннего обжатия, равное бытовому давлению и боковому давлению на исследуемой глубине, для чего образец пригружают комбинированным штампом. При этом штамп 5 будет задавать бытовое давление, а кольцевой пригруз 6 - боковое давление на образец 4. Затем ступенями нагружения производят испытание образца по заданной программе с замером соответствующих его деформаций.

В случае нагружения образца 4 штампом 5 деформирование образца грунта будет происходить в условиях, близких к компрессионному сжатию, с возможностью замера бокового давления при расширении образца датчиком давления 8 (фиг.4). Вначале закачивают в камеру 2 модельную жидкость с вязкостью, равной вязкости исследуемых слоев грунтового массива. Затем задают давление обжатия р ₅ в камере 3, равное боковому давлению на исследуемой глубине. Затем закачивают в камеру 2 модельную жидкость, с вязкостью, равной вязкости исследуемых слоев грунтового массива. Задают давление р₆ в камере 2, равное бытовому на исследуемой глубине при зафиксированном положении штампа 5. Затем на штамп задают ступень нагрузки, образец сжимается и расширяется, за счет чего давит на стенки цилиндрической камеры, повышая в ней давление на р и равное (р₅+ р). В свою очередь цилиндрическая камера давит нижним торцем на эластичную камеру 2 давлением р, поэтому в камере 2 понижают давление на р, т.е. (р₆- р). Далее с последующими ступенями нагружения операции повторяют с замером соответствующих деформаций образца, при этом образец работает в условиях, близких к компрессионным.

При нагружении кольцевой цилиндрической эластичной камеры 3 кольцевым пригрузом 6 образец 4 будет обжиматься по боковой поверхности за счет действия напряжений ₁, от работы пригрузочного кольца 6 и испытывать растягивающие усилия, которые фиксируются датчиком давления 9 (фиг.5). Для этого вначале закачивают в камеру 2 модельную жидкость с вязкостью, равной вязкости моделируемых исследуемых слоев грунтового массива. Затем задают давление обжатия р ₅ в камере 3, равное боковому давлению на исследуемой глубине, и давление р₆ в камере 2, равное бытовому на исследуемой глубине при снятом штампе 5 и зафиксированном положении кольцевого пригруза 6. Затем на кольцевой пригруз 6 задают ступень нагрузки, цилиндрическая камера 3 сжимается и расширяется, за счет чего давит на боковую поверхность образца, повышая в нем давление на р и равное (р₅+ р). В свою очередь цилиндрическая камера давит нижнем торцем на эластичную камеру 2 давлением р, поэтому в камере 2 понижают давление на р, т.е. (р₆- р). Далее с последующими ступенями нагружения операции повторяют с замером соответствующих деформаций образца, при этом образец работает в условиях, близких к «сжатию-растяжению».

Применение устройства для испытания грунта в лабораторной практике позволит исследовать свойства грунтов в условиях, близких к природным, что позволит определять полный комплекс механических характеристик на одном устройстве и моделировать различные частные случаи поведения образца грунта, встречающиеся в реальной практике строительства.