ПРИБОР ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДЕФОРМАЦИОННЫХ И ПРОЧНОСТНЫХ СВОЙСТВ ГРУНТОВ
APPARATUS FOR DETERMINING THE DEFORMATION AND STRENGTH PROPERTIES OF SOILS

Изобретение относится к строительству, и, в частности, к устройствам для определения деформационных и прочностных свойств грунтов.
Известен прибор для определения показателя прочности грунтов CBR - California Bearing Ratio (ASTMD 1883-07 Standard Test Method for CBR of Laboratory-Compacted Soils. 2007).
Прибор состоит из цилиндрической формы для образца, штампа с отверстием по центру, поршня, проходящего через это отверстие, механизма нагружения. Образец испытуемого грунта помещается в форму, на его поверхности размещают штамп и поршень, на штамп устанавливают грузы и с помощью механизма нагружения в образец вдавливают поршень на заданную глубину. Показатель CBR вычисляют как отношение усилия, необходимого для погружения поршня в испытуемый грунт к усилию, необходимому для погружения поршня в эталонный материал (обычно известняк).
Недостатком прибора и метода является невозможность определения характеристик сжимаемости и прочности грунтов, используемых в практике проектирования: модуля деформации, угла внутреннего трения, удельного сцепления
За прототип изобретения принят наиболее близкий к предлагаемой конструкции прибора известный прибор для определения деформационных и прочностных свойств грунта [1], включающий гильзу для образца грунта, перфорированные днище и поршень, механизм нагружения поршня, плоский круглый штамп, расположенный в цилиндрической выемке, устроенной на поверхности поршня, контактирующей с образцом, и механизм нагружения штампа. При этом центр штампа может быть смещен относительно оси прибора или совпадать с ней.
Известный прибор [1] имеет индивидуальные эксплуатационные и конструктивные возможности для определения деформационных и прочностных свойств грунта, преимущественно торфа. Недостатком прибора является невозможность определения деформационных и прочностных свойств грунта с учетом влияния соотношения площадей поршня и штампа.
Техническая задача предлагаемого изобретения состоит в расширении технических возможностей прибора и повышении точности и достоверности определения деформационных и прочностных характеристик грунта.
Поставленная задача решается таким образом, что прибор для определения деформационных и прочностных свойств грунтов, включающий гильзу для образца грунта, перфорированные днище и поршень, механизм нагружения поршня, плоский круглый штамп, диаметр которого меньше диаметра поршня, размещенный в цилиндрической выемке на нижней поверхности поршня и механизм нагружения штампа, отличающийся тем, что он снабжен, по меньшей мере, двумя, размещенными в поршне, штампами, составленными из втулок, вставленных друг в друга.
Технический результат заключается в расширении технических возможностей прибора за счет конструктивного решения поршня и штампов, составленных из втулок, вставленными друг в друга, и тем самым обеспечения возможности определения характеристик грунта с учетом ряда факторов, например, соотношение площадей поршня и штампа, влияющих на результаты измерений, а следовательно, повысить точность определения свойств грунта. Кроме того, обеспечение возможности проведения опытов в компрессионном приборе штампами различной площади по методике ограниченного бокового расширения, основанного на том, что при загружении грунта местной нагрузкой, он испытывает ограниченное боковое расширение, подобное расширению элементарного объема в фунтовой среде ([2], [3] с. 212) позволяет определять свойства грунта в условиях наиболее приближенных к процессам, происходящим в грунте основания, т.е. позволяет более достоверно моделировать напряженное состояние грунта в основании.
Конструкция прибора поясняется чертежами, где на фиг. 1 показан разрез прибора в исходном состоянии, на фиг. 2 - разрез прибора после завершения этапа компрессионного загружения образца грунта, на фиг. 3 - разрез прибора в процессе испытания образца грунта первым штампом, на фиг. 4 - разрез прибора в процессе испытания образца грунта вторым штампом, на фиг. 5 - разрез прибора в процессе испытания образца грунта третьим штампом.
Прибор включает гильзу 1, перфорированное днище 2, через которое дренируется поровая вода, камеру с водой 3 со сливным отверстием 4, перфорированный поршень 5, усилие на который создается механизмом нагружения 9, втулки 6 и 7 и штамп 8, усилия к которым прикладывается с помощью второго механизма нагружения 10 с дополнительными съемными устройствами 12 и 13, в результате которых грунт испытывает ограниченное боковое расширение 11.
Прибор для определения деформационных и прочностных свойств грунтов работает следующим образом.
На первом этапе испытаний проводится компрессионное сжатие образца грунта (фиг. 2). С помощью механизма нагружения 9 на поршень 5 создается усилие и выполняются замеры деформаций образца грунта (устройство для измерения деформаций не показано). Штампы, устроенные в поршне и составленные из втулок, вставленными друг в друга, перемещаются вместе с ним. По результатам испытаний на первом этапе определяют модуль деформации и коэффициент консолидации образца грунта.
После завершения компрессионных испытаний при помощи второго механизма нагружения 10 путем вдавливания штампа 8 (фиг. 3) приступают к проведению опыта по методике ограниченного бокового расширения, основанного на том, что при загружении грунта местной нагрузкой, он испытывает ограниченное боковое расширение 11, подобное расширению элементарного объема в грунтовой среде. При этом давление под поршнем 5 и втулками 6 и 7 с помощью механизма нагружения 9 поддерживается неизменным, при этом положение поршня 5 с втулками 6 и 7 не зафиксировано, он может перемещаться вверх или вниз. Нагрузка на штамп 8 постепенно увеличивается ступенями и строится график зависимости осадки штампа 8 от давления под ним, по которому судят о деформационных и прочностных свойствах грунта.
Испытания путем вдавливания штампа, состоящего из втулки 7 и штампа 8 (фиг. 4) проводят аналогичным образом. Давление под поршнем 5 и втулкой 6 с помощью механизма нагружения 9 поддерживается неизменным, при этом положение поршня 5 с втулкой 6 не зафиксировано, он может перемещаться вверх или вниз. Нагрузка на штамп, состоящего из втулки 7 и штампа 8, постепенно увеличивается ступенями и строится график зависимости осадки штампа от давления под ним, по которому судят о деформационных и прочностных свойствах грунта. -
Испытания путем вдавливания штампа, состоящего из втулок 6 и 7 и штампа 8 (фиг. 5) проводят также аналогичным образом. Давление под поршнем 5 с помощью механизма нагружения 9 поддерживается неизменным, при этом положение поршня 5 не зафиксировано, он может перемещаться вверх или вниз. Нагрузка на штамп, состоящего из втулок 6 и 7 и штампа 8, постепенно увеличивается ступенями и строится график зависимости осадки штампа от давления под ним, по которому судят о деформационных и прочностных свойствах грунта.
Предлагаемый прибор позволяет проводить опыты штампами различной площади по методике ограниченного бокового расширения, определять как деформационные, так и прочностные свойства грунта с учетом влияния соотношения площади поршня и штампа. В зависимости от продолжительности проведения опытов и соотношения площадей поршня и штампа, прочностные характеристики можно определять в условиях консолидированно-дренированных и неконсолидированно-недренированных испытаний.
Источники информации:
1. Патент РФ RU 2558819 С1 от 27.05.2014.
2. Сжимаемость грунтов по результатам испытаний в стабилометре. Г.И. Швецов, д.г.-м.н., профессор, член-корр. РААСН; Л.В. Куликова, д.т.н., профессор, АлтГТУ им. И.И. Ползунова; В.Г. Казанцев, д.т.н., профессор, Бийский технологический институт Источник: https://mining-media.ru/ru/article/68-newtech/500-szhimaemost-gruntov-po-rezulyatam-ispytanij-v-stabilometre
3. Тер-Мартиросян З.Г. Механика грунтов / Учебное пособие. - М.: Издательство: Ассоциации строительных вузов, 2005. - 488 с.