ШТАМП ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДЕФОРМАЦИОННЫХ СВОЙСТВ ГРУНТОВ
STAMP FOR DETERMINING DEFORMATION PROPERTIES OF SOILS

Изобретение относится к строительству и, в частности, к устройствам для определения деформационных свойств грунтов.
Известен штамп (прототип) для определения деформационных свойств грунта ([1] с. 3, [2] с. 16-18), включающий плоский диск с ребрами жесткости, стол для установки домкрата.
Известный штамп ([1] с. 3, [2] с. 16-18) имеет индивидуальные эксплуатационные и конструктивные возможности для определения деформационных свойств грунта. Недостатком штампа является невозможность определения деформационных свойств грунта с учетом влияния характера распределения давления на контакте штамп-грунт.
Техническая задача предлагаемого изобретения состоит в расширении технических возможностей штампа и повышении точности и достоверности определения деформационных характеристик грунта.
Поставленная задача решается таким образом, что штамп для определения деформационных свойств грунтов, включающий плоский диск с ребрами жесткости, стол для установки домкрата, отличающийся тем, что он дополнительно содержит жесткий диск, контактирующий с грунтом, составленный из круга, и, по меньшей мере, двух колец, вставленных друг в друга, и расположенный между дисками чувствительный элемент из упругосжимаемого материала, составленный из круга, и, по меньшей мере, двух колец, вставленных друг в друга, с зазорами между ними и кругом, при этом жесткие диски и чувствительный элемент соосно ориентированы относительно друг друга цилиндрическими направляющими, оснащенными регулировочными гайками предварительного сжатия чувствительного элемента, при этом верхний диск и чувствительный элемент снабжены соосно ориентированными цилиндрическими отверстиями, а нижний диск снабжен центрирующими лунками для сопряжения с наконечниками датчиков перемещений, закрепленными на верхнем диске.
Технический результат заключается в расширении технических возможностей за счет конструктивного решения штампа, составленного из двух дисков, между которыми размещен чувствительный элемент в виде диска из упругосжимаемого материала, например, из резины, обеспечивающей обратимую деформацию и воспроизводимость данных измерений, при этом верхний диск имеет возможность свободного перемещения по цилиндрическим направляющим, нижний диск содержит круг и, по меньшей мере, два кольца, вставленных друг в друга, а чувствительный элемент содержит круг и, по меньшей мере, два кольца с зазорами между ними и кругом, вставленных друг в друга, при этом верхний диск с ребрами жесткости и чувствительный элемент снабжены соосно ориентированными цилиндрическими отверстиями для пропуска наконечников датчиков перемещений, а нижний диск снабжен центрирующими лунками для сопряжения с наконечниками датчиков перемещений, закрепленных на верхнем диске. Предлагаемое конструктивное решение штампа позволяет определять модуль деформации грунта с учетом характера распределения напряжений на контакте штамп-грунт, так как известно ([3] с. 433), что в случае приложения нагрузки на грунт основания жестким штампом на контактной поверхности возникает реактивное напряжение, неравномерно распределяющееся по площади контакта, которое отражается и на характере распределения напряжений внутри грунтового основания, существенно отличающееся от характера распределения напряжений от действия равномерно распределенной нагрузки, что оказывает влияние на значение величины определяемого модуля деформации.
Конструкция штампа поясняется чертежами, где на фиг. 1 показан разрез штампа в исходном состоянии, на фиг. 2 - вид А фиг. 1, на фиг. 3 - б-б фиг. 2, на фиг. 4 - а-а фиг. 1, на фиг. 5 - в-в фиг. 3, на фиг. 6 - вид Б фиг. 1.
Штамп включает плоский круглый диск 1 с ребрами жесткости 2, стол 3, нижний диск, контактирующий с грунтом, составленный из колец 4, 5, 6 и круга 7, чувствительный элемент, составленный из колец 8, 9, 10 и круга 11 с зазорами 13, цилиндрические отверстия 12, направляющие 14 в цилиндрических отверстиях 16 и регулировочные гайки15.
При нагружении грунтового основания 19 жестким штампом в силу неравномерности распределения реактивных напряжений ([3] с. 433) на контактной поверхности колец 4, 5 и 6 и круга 7 нижнего диска возникают разные реактивные давления, которые передаются на соответствующие кольца 8, 9 и 10 и круг 11 чувствительного элемента. В процессе нагружения грунтового основания 19 жестким штампом регистрируют текущие значения показаний датчиков перемещений (устройства для измерения перемещений не показаны), которые принимают за значения сжатия компонентов чувствительного элемента 8, 9, 10 и 11, по которым судят о величинах измеряемых реактивных давлений грунтового основания.
Штамп для определения деформационных свойств грунтов подготавливается и работает следующим образом.
На ровную горизонтальную поверхность, например толстую фанеру, устанавливают соосно друг другу элементы нижнего диска: плоский круг 7 и кольца 4, 5 и 6 так, чтобы наружная поверхность элементов нижнего диска имела непрерывный контакт с плоской поверхностью фанеры. На внутреннюю поверхность нижнего диска устанавливают с зазорами 13 соосно друг другу и с нижним диском компоненты чувствительного элемента 8,9, 10 и 11 так, чтобы цилиндрические отверстия 12 для пропуска наконечников датчиков перемещений располагались соосно с центрирующими лунками 18 нижнего диска и цилиндрические отверстия 16 для направляющих 14 располагались соосно с отверстиями с резьбой 17 нижнего диска. Верхний диск 1 с ребрами жесткости 2 и с цилиндрическими отверстиями 12 и 16 устанавливают на компоненты чувствительного элемента 8, 9, 10 и 11 соосно с нижним диском и чувствительным элементом так, чтобы цилиндрические отверстия 12 верхнего диска и чувствительного элемента располагались соосно с центрирующими лунками 18 нижнего диска, а цилиндрические отверстия 16 верхнего диска и чувствительного элемента располагались соосно с отверстиями с резьбой 17 нижнего диска. В отверстия 16 верхнего диска и чувствительного элемента вставляют цилиндрические направляющие 14, вкручивают в отверстия с резьбой 17 нижнего диска и, не сжимая чувствительный элемент, прижимают друг к другу верхний диск, компоненты чувствительного элемента и нижнего диска регулировочными гайками 15.
На выровненное горизонтальное грунтовое основание 19 устанавливают штамп в сборе, притирают его к грунту основания 19 так, чтобы контактирующие поверхности компонентов нижнего диска 4, 5, 6 и 7 имели непрерывный контакт с грунтом основания. Регулировочными гайками создается предварительное сжатие компонентов чувствительного элемента 8, 9, 10 и 11 и регистрируют начальные показания датчиков перемещений. После нагружения грунтового основания штампом регистрируют текущие значения показаний датчиков перемещений, которые принимают за значение сжатия компонентов чувствительного элемента 8, 9, 10 и 11, по которым судят о величине измеряемого реактивного давления грунтового основания.
Источники информации
1. ГОСТ 20276-2012. Грунты. Методы полевого определения характеристик прочности и деформируемости. М.: Стандартинформ, 2013. - 49 с.
2. Алексеев В.М. Полевые методы исследования механических свойств грунтов: учеб. пособие / В.М. Алексеев, П.И. Калугин; Воронеж, гос. арх.-строит. ун-т. - Воронеж, 2011. - 112 с.
3. Тер-Мартиросян З.Г. Механика грунтов / Учебное пособие. - М.: Издательство Ассоциации строительных вузов, 2005. - 488 с.