КОМПРЕССИОННО-ФИЛЬТРАЦИОННЫЙ ПРИБОР

Полезная модель относится к области строительства и может быть использована для получения исходных характеристик при оценке свойств и состояния грунтов перед строительством сооружений или дорог.
Известны установка для испытания грунта в условиях компрессионного сжатия, содержащая Компрессионно-фильтрационный прибор, состоящий из основания, рабочего кольца, цилиндрической обоймы, перфорированного вкладыша под рабочее кольцо и поддона с емкостью для воды, механизма для вертикального нагружения образца грунта и устройства для измерения вертикальных деформаций образца грунта (ГОСТ 12248-96, п.5.4.2.2 и приложение К (Далее - ГОСТ). Конструкция компрессионно-фильтрационного прибора должна обеспечивать непрерывную на протяжении всего испытания фильтрацию вода, а также герметичность основных деталей прибора.
Недостатком известного компрессионно-фильтрационного прибора является то, что часть давления, прикладываемого к верхней плоскости образца, воспринимается рабочим кольцом за счет возникающей силы трения скольжения и передается на основание прибора. При этом сжатие грунта, в основном, происходит со стороны прикладываемой нагрузки, то есть штампа. Чаще всего этот недостаток проявляет себя при малой нагрузке и незначительной усадке грунта и существенно влияет на результаты измерений.
Известен также компрессионный прибор, включающий поддон, корпус с кольцом для образца грунта и штампом, измерительные мессуры, в котором, с целью повышения точности получаемых результатов путем передачи одинаковой нагрузки по всей высоте образца, кольцо для образца грунта выполнено составным из двух коаксиально расположенных ленточных пружин с одинаковым шагом навивки, причем грунт контактирует тонкой пружиной, которая, по мере усадки грунта, сжимается в осевом направлении (Авторское свидетельство СССР №1008354).
Эта конструкция является наиболее близкой по достигаемому техническом результату и выбрана в качестве прототипа.
Недостатком прототипа является неконтролируемая точность получаемых результатов, ввиду контактирования испытуемого грунта с коаксиально расположенной тонкой ленточной пружиной, между витками которой присутствуют окружные зазоры, через которые в процессе испытания просачивается профильтровавшаяся вода. Причем при испытании грунтов с различными механическими свойствами и при различных
уровнях нагружения их величина зазоров меняется, а вследствие этого, меняется и объем просачивающейся через них воды. Еще одним недостатком прототипа является неизбежное срезание части грунта краями внутренней, тонкой пружины и неучитываемого заполнения грунтом межвиткового пространства пружины.
В ГОСТе четко регламентируется «герметичность основных деталей прибора», так как для дренажа просачивающейся воды предусмотрена система отверстий определенного диаметра и количества в штампе и вкладыше-сепараторе под рабочим кольцом, а при дальнейших расчетах учитывается общая площадь этих отверстий в виде объема профильтрованной воды.
В прототипе к контролируемому расходу воду добавляется неконтролируемый -через витки тонкой пружины.
Задачей заявляемой полезной модели является исключение неконтролируемых погрешностей прибора.
Техническим результатом является исключение неконтролируемого расхода просачивающейся при испытаниях воды.
Сущность заявляемой полезной модели заключается в том, что рабочее кольцо выполнено жестким, а внутренняя цилиндрическая поверхность его снабжена подпруженной и подвижной в осевом направлении втулкой, с которой и контактирует испытуемый грунт. Высота втулки соизмерима с толщиной испытуемого образца грунта.
Так как все детали в данной конструкции жесткие, то, есть возможность заранее рассчитать зазоры между ними и учесть их при дальнейших расчетах свойств испытуемого грунта. Нижний внутренний торец втулки взаимодействует с боковой поверхностью периферической кольцевой проточки вкладыша-сепаратора, а верхний внутренний торец втулки - с боковой кольцевой поверхностью штампа. Усилие сжатия пружины, подпружинивающей подвижную втулку, должно быть большим суммарного веса втулки с образцом грунта. Соединение основания и рабочего кольца предлагаемого прибора может быть выполнено посредством накидной гайки и уплотняющего кольца между соприкасающимися торцами основания и кольца. Это позволяет герметизировать внутреннюю полость прибора для проведения испытаний водонасыщаемых грунтов.
На фиг.1 представлен продольный разрез предлагаемого компрессионно-фильтрационного прибора.
Компрессионно-фильтрационный прибор состоит из основания 1, на котором установлено рабочее кольцо 2 с размещенной в нем подвижной в осевом направлении
втулкой 3. На внутренней поверхности основания 1 установлен вкладыш-сепаратор 4 с отверстиями для дренирования воды. В периферической кольцевой проточке 5 вкладыша-сепаратора 4 установлена пружина б, на которую опирается втулка 3. Втулка 3 может опираться на пружину 5 через опорную шайбу 7. Во внутренней проточке рабочего кольца 2 установлен штамп 8 с отверстиями для дренирования воды, который своей нижней поверхностью соприкасается при приложении нагрузки Р с образцом испытуемого грунта 9, причем эта нижняя поверхность контактирует своей периферической частью с верхней частью втулки 3. Штамп 8 снабжен участком для приложения нагрузки Р и связан с измерительными приборами 10, например индикаторами, измеряющими усадку образца грунта 9 при проведении испытаний. Рабочее кольцо 2 может устанавливаться на основании 1, например, с помощью накидной гайки 11 и, для герметизации соединения, снабжаться прокладкой 12.
Прибор работает следующим образом.
Испытуемый образец грунта 9 закладывается в рабочее кольцо 2, а точнее в подвижную в осевом направлении втулку 3. Далее вставляют в кольцо 2 штамп 8, подсоединяют к нему измерительное устройство 10 и начинают его нагружать. По мере нагружения штампа 8 списывают показания измерительных устройств 10 для получения компрессионной кривой.
По мере нагружения, грунт образца 9 уплотняется и опускается вниз, причем, под воздействием силы трения, он опускает вместе с собой и подпружиненную втулку 3, исключая тем самым, погрешности от трении грунта о стенки рабочего кольца 2. Вода, выдавливаемая из образца 9, проникает в поддон основания 1 как через регламентированные отверстия во вкладыше-сепараторе 4, так и в зазоры между втулкой 3 и боковой поверхностью периферической кольцевой проточки 5 вкладыша-сепаратора 4.
Когда испытания закончены, строят компрессионную кривую испытанного грунта, вводя поправку на воду, проникающую через зазоры между втулкой 3 и вкладышем-сепаратором 4, которая заранее известна из размеров зазора и прикладываемых нагрузок.