способ трехосных испытаний грунта
| Классы МПК: | E02D1/00 Исследование грунта основания на стройплощадке G01N3/08 путем приложения растягивающих или сжимающих статических нагрузок |
| Автор(ы): | Трофимов Валерий Иванович (RU) |
| Патентообладатель(и): | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тверской государственный технический университет" (RU) |
| Приоритеты: |
подача заявки:
2006-04-24 публикация патента:
20.07.2007 |
Изобретение относится к области строительства, и в частности к способам для определения физико-механических свойств грунтов. Технический результат - разработка более эффективного способа трехосных испытаний грунта в условиях регулируемого объемного напряженного состояния, который достигается тем, что в способе трехосных испытаний грунта путем приложения давления к трем граням кубического образца с замером напряжений: 
1, 2, 3 и деформаций: 
1, 2, 3 по трем координатным осям и определением абсолютной и относительной погрешности параметра Лоде-Надаи - вида напряженно-деформированного состояния, производят поочередное приложение давления к трем прилежащим граням и трем противолежащим граням с замером в каждом случае напряжений и деформаций, сравнивают отклонения и определяют абсолютную и относительную погрешности параметра Лоде-Надаи, по которым судят о характере искажения напряженно-дефомированного состояния и определяют средние значения 1cp, 2ср, 3ср, 1cp, 2cp, 3ср. 5 ил. 
Формула изобретения
Способ трехосных испытаний грунта путем приложения давления к трем граням кубического образца с замером напряжений 1, 2, 3, и деформаций 1, 2, 3 по трем координатным осям и определением абсолютной и относительной погрешностей параметра Лоде-Надаи - вида напряженно-деформированного состояния, отличающийся тем, что производят поочередное приложение давления к трем прилежащим граням и трем противолежащим граням с замером в каждом случае напряжений 1 1, 2 1, 3 1, 1 11, 2 11, 3 11 и деформаций 1 1, 2 1, 3 1, 1 11, 2 11, 3 11, сравнивают отклонения ( 1 1- 1 11), ( 2 1- 2 11), ( 3 1- 3 11), ( 1 1- 1 11), ( 2 1- 2 11), ( 3 1- 3 11) и определяют абсолютную 
( ) и относительную 
( ) погрешности параметра Лоде-Надаи:
=(2 2-( 1+ 3)/( 1- 3),
=(2 2-( 1+ 3)/( 1- 3),
где 1= 1 1- 1 11, 2= 2 1- 2 11, 3= 3 1- 3 11, 1= 1 1- 1 11, 2= 2 1- 2 11, 3= 3 1- 3 11 - отклонения напряжений и деформаций по прилежащим и противолежащим граням соответственно;
=( 11- 1)/ 1)100%,
=( 11- 1)/ 1)100%,
=(2 2-( 1+ 3)/( 1- 3),
=(2 2-( 1+ 3)/( 1- 3),
где 1, 2, 3, 1, 2, 3 - главные напряжения и деформации;
1 и 11 - параметр напряженного состояния в случае приложения давления к трем прилежащим и трем противолежащим граням соответственно;
1 и 11 - параметр деформированного состояния в случае приложения давления к трем прилежащим и трем противолежащим граням соответственно, по которым судят о характере искажения напряженно-дефомированного состояния и определяют средние значения 1cp, 2ср, 3ср, 1cp, 2ср, 3ср.
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к области строительства, в частности к способам для определения физико-механических свойств грунтов.
Известен способ трехосных испытаний грунта путем приложения давления ко всем граням образца (Бугров А.К., Нарбут P.M., Сипидин В.П. Исследование грунтов в условиях трехосного сжатия. - Л.: Стройиздат, 1987, с.107-108).
Недостатком данного способа является отсутствие возможности моделирования циклических знакопеременных нагрузок, что снижает эффективность способа.
Наиболее близким техническим решением является способ трехосных испытаний грунта путем приложения давления к трем прилежащим граням (A.с.1032093, E02D 1/00)
Недостатком известного способа является то, что в процессе нагружения образца за счет касательного смещения нагружающих плит и последующего его объемного деформирования, происходит смещение центра тяжести и, как следствие, искажается напряженно-деформированное состояние (НДС) образца. Кроме того, невозможно проведение испытаний с циклическими (знакопеременными)нагрузками, что также снижает эффективность способа.
При создании настоящего изобретения была поставлена задача по устранению указанных недостатков и разработке более эффективного способа трехосных испытаний грунта в условиях регулируемого объемного напряженного состояния.
Поставленная задача достигается тем, что в способе трехосных испытаний грунта путем приложения давления к трем граням кубического образца с замером напряжений: 1,
2,
3 и деформаций:
1,
2,
3 по трем координатным осям и определением абсолютной и относительной погрешности параметра Лоде-Надаи - вида напряженно-деформированного состояния, согласно изобретению производят поочередное приложение давления к трем прилежащим граням и трем противолежащим граням с замером в каждом случае напряжений
1 1,
2 1,
3 1,
1 11,
2 11,
3 11, и деформаций
1 1,
2 1,
3 1,
1 11,
2 11,
3 11, сравнивают отклонения (
1 1-
1 11), (
2 1-
2 11), (
3 1-
3 11), (
1 1-
1 11), (
1 2-
2 11), (
3 1-
3 11) и определяют абсолютную
(
) и относительную
(
) погрешности параметра Лоде-Надаи:
=(2
2-(
1+
3)/(
1-
3)
=(2
2-(
1+
3)/(
1-
3),
где
1=
1 1-
1 11,
2=
2 1-
2 11,
3=
3 1-
3 11,
1=
1 1-
1 11,
2=
2 1-
2 11 1,
3=
3 1-
3 11), - отклонения напряжений и деформаций по прилежащим и противолежащим граням соответственно;
=(
11-
1)/
1) 100%,
=(
11-
3 11)/
1 100%,
=(2
2-(
1+
3)/(
1-
3),
=(2
2-(
1+
3)/(
1-
3),
где 1,
2,
3,
1,
2,
3, - главные напряжения и деформации,
1 и
11 - параметр напряженного состояния в случае приложения давления к трем прилежащим и трем противолежащим граням соответственно;
1 и
11 - параметр деформированного состояния в случае приложения давления к трем прилежащим и трем противолежащим граням соответственно, по которым судят о характере искажения напряженно-дефомированного состояния и определяют средние значения:
1ср,
2ср,
3ср,
1ср,
2ср,
3ср.
При этом повышается эффективность испытаний за счет возможности более точного моделирования объемно-напряженного состояния грунта для различных случаев действия знакопеременной нагрузки. Поочередное нагружение трех прилежащих и трех противолежащих граней в различном соотношении главных напряжений ( 1,
2,
3) позволяет предотвращать смещение центра тяжести образца, что в меньшей степени искажает его НДС.
Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 изображена схема действия главных напряжений по трем рабочим прилежащим граням; на фиг.2 - схема смещения центра тяжести в процессе обжатия образца по прилежащим граням; на фиг.3 - схема нагружения образца по прилежащим граням; на фиг.4 - по противолежащим граням; на фиг.5 - положение центра тяжести в процессе нагружения по прилежащим и противолежащим граням.
Способ реализуется следующим образом. Кубический образец грунта устанавливают в приборе с независимым нагружением по всем трем координатным осям. Далее фиксируют противолежащие грани 1, 2, 3 образца и задают давление по трем прилежащим граням 4, 5, 6 (фиг.3) с заданным соотношением главных напряжений ( 1 1,
2 1,
3 1), согласно выбранной траектории нагружения, и замером соответствующих деформаций {
1 1,
2 1,
3 1). Затем фиксируют прилежащие три грани 4, 5, 6 и задают давление по трем противолежащим граням 1, 2, 3 (фиг.4) (
1 11,
2 11,
3 11) с замером соответствующих деформаций (
1 11,
2 11,
3 11). При этом центр тяжести 7 образца не смещается, а остается на месте. После этого сравнивают отклонения
и
: (
1 1-
1 11), (
2 1-
2 11), (
3 1-
3 11), (
1 1-
1 11), (
2 1-
2 11), (
3 1-
3 11), по которым судят о характере искажения полей напряжений и деформаций в образце (без смещения его центра тяжести). В этом случае характер искажения НДС может быть оценен, например, величиной изменения известного параметра Лоде-Надаи
(
), характеризующего вид напряженного
и деформированного
состояний (Бугров А.К., Нарбурт P.M., Сипидин В.П. Исследование грунтов в условиях трехосного сжатия. - Л.: Стройиздат, 1987, с.34):
=(2
2-(
1+
3)/(
1-
3)
=(2
2-(
1+
3)/(
1-
3),
где
1=
1 1-
1 11,
2=
2 1-
2 11,
3=
3 1-
3 11,
1=
1 1-
1 11,
2=
2 1-
2 11,
3=
3 1-
3 11 - отклонения напряжений и деформаций по прилежащим и противолежащим граням. По величине изменения параметра Лоде-Надаи Д
(
) и судят о характере искажения НДС.
Характер искажения НДС может быть также определен, например, по значению рассчитанной относительной погрешности любой характеристики (Сергеев А.Г., Латышев М.В., Терегеря В.В. Метрология, стандартизация и сертификация. - М.: Логос, 2001, с.47), например, изменения параметра Лоде-Надаи, характеризующего вид напряженного
и деформированного
состояний:
=(
11-
1)/
1)100%,
=(
11-
1)/
1)100%,
=(2
2-(
1+
3)/(
1-
3),
=(2
2-(
1+
3)/(
1-
3),
где 1,
2,
3,
1,
2,
3 - главные напряжения и деформации,
1 и
11 - параметр напряженного состояния в случае приложения давления к трем прилежащим и трем противолежащим граням соответственно,
1 и
11 - подпараметр деформированного состояния в случае приложения давления к трем прилежащим и трем противолежащим граням соответственно.
Процент относительного изменения напряженного
или деформированного
состояний и будет характеризовать характер искажения НДС.
Далее рассчитывают средние значения напряжений и деформаций по прилежащим и противолежащим граням, которые используются в расчетах в зависимости от объекта строительства ( 1ср,
2ср,
3ср,
1ср,
2ср,
3ср). Далее цикл нагружения повторяется.
Способ трехосных испытаний грунта опробован в лаборатории строительного павильона ТГТУ на трехосной установке УИТ-1520 с независимым нагруженном по трем координатным осям. Полученные результаты подтверждают возможность моделирования напряженного состояния образца с учетом его циклического и знакопеременного нагружения без смещения центра тяжести образца.
Класс E02D1/00 Исследование грунта основания на стройплощадке
Класс G01N3/08 путем приложения растягивающих или сжимающих статических нагрузок
