Крупногабаритная срезная установка

Область техники
Полезная модель относиться к области строительства и предназначена для проведения испытаний горных пород на сдвиг при проведении инженерно-геологических изысканий (исследований) грунтов в условиях его естественного залегания.
Уровень техники
Аналогом предполагаемой полезной модели является мобильная сдвиговая установка для испытания грунтов МСУ-2 [1]. Еще одним аналогом является полевой прибор конструкции Днепропетровского института инженеров транспорта, ДИИТ для испытаний на срез [2].
Существенным недостатком данных аналогов является отсутствие у установок второго индикатора (прогибомера) для измерения среза целика грунта, а также для измерений среза на подвижном нижнем кольце используется спица, которая не является упругой и более подвержена температурным перепадам воздуха, что влечет неверные показания индикатора (прогибомера).
Ещё одним недостатком данных аналогов является то, что горизонтальный домкрат, предназначенный для вертикальной нагрузки на целик грунта, не имеет верхней подвижной обоймы и второго упора для верхней не подвижной обоймы, вследствие чего идет не равномерная нагрузка, обусловленная тем, что при воздействии силовой нагрузки (штампом) на грунт в верхнем не подвижном кольце (обоймы) в вертикальном направлении она в начальный момент практически полностью воспринимается, в основном, частью грунта (из-за его сжимаемости), прилегающей к штампу со стороны действия силовой нагрузки, в то время как грунт, расположенный под штампом, испытывает неравномерную силовую нагрузку. В результате, часть грунта, расположенного под штампом, уже получает нагрузку по контактной поверхности штампа и передается на целик грунта верхних и нижних колец (обоймы), которая далее уплотняется по мере сдвига целика грунта. В результате этого, прочностные свойства грунта, определяемые в предположении отношения силовой нагрузки к полному поперечному сечению, оказываются завышенными, что приводит к снижению точности измерения прочностных характеристик грунта на срез. Это влечет переуплотнение целика грунта как следствие неверные показания по деформациям сжатия и среза целика грунта.
Сущность технического решения.
Целью настоящей полезной модели крупногабаритного срезного устройства является расширение функциональных возможностей, повышение качества и получения надежных и достоверных результатов.
Поставленная цель достигается путем следующих доработок полевого устройства конструкции Днепропетровского института инженеров транспорта, ДИИТ для испытаний на срез [2]:
1. На металлической раме устройства с обеих сторон устанавливается упор верхней не подвижной части рабочей обоймы с двумя накладками полукруглой формы. Данный упор обеспечит надежную фиксацию верхней не подвижной части рабочей обоймы.
2. На верхней части рамы устройства установить плоскую подвижную обойму. Эта мера обеспечит плавное перемещение по вертикали домкрата во время сдвига и создаст равномерную нагрузку на штамп.
3. На упоре верхней не подвижной части рабочей обоймы монтируются с двух сторон консоли для индикаторов (прогибомеров), что обеспечит точную настройку двух дополнительных индикаторов (прогибомеров).
Перечень фигур, чертежей и иных материалов.
На фигуре 1 изображено крупногабаритное срезное устройство.
Пример реализации технического решения
На фигуре 1 приведено крупногабаритное срезное устройство, которое содержит верхнюю неподвижную обойму 1, нижнюю подвижную обойму 2, горизонтальный домкрат 3, упорная силовая рама 4, вертикальный домкрат 5, жесткий штамп 6, фиксатор верхней не подвижной обоймы (полукруглой формы) 7, упор (с замком для фиксатора) для верхней не подвижной обоймы, левый и правый с консолью индикаторов 11,  индикаторы часового типа ИЧ-50 8, верхняя плоская подвижная обойма 9.1, нижняя плоская подвижная обойма 9, часовые индикаторы ИЧ-50 (2 шт.) для замера уплотнения целика грунта 10, консоль индикатора ИЧ-50 11, часовые индикаторы ИЧ-50 (2 шт.) для замера среза (сдвига) целика грунта 12,  нагнетатель горизонтального домкрата с манометром 13, нагнетатель вертикального домкрата с манометром 14.
Принцип работы
На отметке испытания в выработке вырезают целик грунта с помощью кольца (обоймы) диаметром D=200 мм (1, 2).
В нижней части целика грунта между краем кольца (обоймы) и поверхностью грунта в основании выработки оставляют зазор размером 1 - 2 см, но не менее 1/2 максимального размера включений, по которому должна пройти плоскость среза при испытании. Этот зазор должен быть восстановлен в случае его нарушения при подготовке к срезу грунта.
После вырезания целика грунта обойму (1, 2) устанавливают на нижнюю плоскую подвижную обойму (9), фиксируют верхнюю неподвижную обойму (1) с обеих сторон упорной силовой рамы (4) упорами с замком для фиксатора (8), устанавливаются фиксаторы полукруглой формы (7) для достижения надежной фиксации верхней не подвижной части рабочей обоймы, сверху верхней не подвижной обоймы устанавливают жесткий штамп (6) и монтируют горизонтальный и вертикальный домкраты для передачи нормальной и касательной нагрузок (3, 5), верхний вертикальный домкрат (5) нагружают до момента упора в верхнюю плоскую подвижную обойму (9.1), что обеспечит плавное перемещение по вертикали вертикального домкрата (5) во время сдвига и создаст равномерную нагрузку на штамп (6), который не будет переуплотнять целик грунта в рабочей обойме (1, 2), к консолям индикаторов (11) устанавливают индикаторы часового типа в нулевые показания (10, 12) для измерения деформаций сжатия и среза целика грунта.
После монтажа устройства и измерительной системы (10, 12) записывают начальные показания приборов (10, 12) (или устанавливают приборы (10, 12) на нулевые деления).
Деформации целика грунта следует определять, как среднеарифметическое показаний двух приборов (12), фиксирующих смещение противоположных сторон обоймы в направлении приложения касательной нагрузки в плоскости среза. Осадку противоположных сторон штампа (6) от нормальной нагрузки.
Техническим результатом настоящей полезной модели является повышение качества получения результатов испытания за счет расширения функциональных возможностей устройства, обеспечивающих получение надежных и достоверных результатов характеристик прочности грунта: сопротивления срезу, угла внутреннего трения и удельного сцепления.
Источники информации
1. Мобильная сдвиговая установка МСУ-2 для испытания грунтов. – URL: http://geoingpromtex.ru/msu-2.html (дата обращения: 01.12.2021).
2. М.В. Чуринов. Справочник по инженерной геологии. Издание третье переработанное и дополненное. М., Недра, 1981.