Установка для испытания образцов грунта на трехосное сжатие

 

Изобретение относится к испытательной технике, а именно к установкам для испытаний на прочность при трехосном сжатии. Цель изобретения - повышение точности испытаний. На силовой раме 1 установлены рабоч;)я камера 2 для образца 3, узел 6 осевого кинематического нагружения, узел 7 осевого статического нагружения, узел бокового нагружения, выполненный в виде стабилизатора давления, сообщенного с рабочей камерой 2. Устройства

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСГ1УБ ЛИК

„„Я0„„1425516 А1 g 4 G 01 N 3/10

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ASTOPCH0MV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 4142489/25-28 (22) 28,10.86 (46} 23.09.88. -Бюл. Н 35 (71) Челябинский политехнический институт им, Ленинского комсомола (72) В.Н,01ироков, Э.Л.Толмачев, В.С.Баргатин и Г.Г.Тулубьев (53) 620.178(088 ° 8) (56) Христофоров В.С, и Караганов В,Н, Исследование несвязных грунтов в стабилометре с оптической системой измерения деформаций. - Основания, фундаменты и механика грунтов, 1979, М 3, с. 13-16, (54) УСТАНОВКА ДЛЯ ИСПЬ1ТАНИЯ ОБРАЗЦОВ ГРУНТА НА ТРЕХОСНОЕ GKATHE (57) Изобретение относится к испытательной технике, а именно к установкам для испытаний на прочность при трехосном сжатии. Цель изобретения— повышение точности испытаний. На силовой раме 1 установлены рабочая камера 2 для образца 3, узел 6 осевого кинематического нагру кения, узел 7 осевого статического нагружения, узел бокового нагружения, выполненный в виде стабилизатора давления, сообщенного с рабочей камерой 2. Устройства жения, узла 7 осевого статического нагружения и стабилизатора давления, создающего боковое нагружение. Измерение продольной и поперечной деформаций образца 3 осуществляется тензометрами 32 и 33 соответственно, контроль осевого усилия — тенэодатчиками

j29 и контроль бокового нагружения—, тензоманометрам 34. 2 э.п. ф-лы, 7 ил.

1425516 для измерения продольной и поперечной деформаций образца 3 выполнены н виде тензометров 32 и 33 соответственно, устройство для измерения осевого усилия — в виде тензодатчиков

29, устройство для измерения давления †в виде тензоманометра 34. При включении установки происходит трехосное нагружение образца 3 с помощью узла 6. кинематического осевого нагру1

Изобретение относится к испытатель: ной технике, а именно к установкам

; для испытания на прочность сыпучих и !

: мапопрочных материалов при трехосном ; сжатии. 5

Цель изобретения — покппение точ: ности испытания.

На фиг. 1 изображена установка, : общий вид; на фиг. 2 — сечение А-А

: на фиг. 1; на фиг, 3 — схема узла 10 ! бокового нагружения; на фиг. 4 — раэ1 рез А-А на фиг. 1; на фиг. 5 — тензометр для измерения продольной деформации образца; на фиг. б — вид Б на фиг. 5; иа фиг. 7 — тензометр для из- "5 мерения поперечной деформации, Установка содержит силовую раму

1, установленную в ней рабочую камеру 2 дпя образца 3, узлы осевого и .бокового нагружения, устройства для измерения продольной и поперечной деформаций образца 3, осевого усилия, давления в камере, порогового давления в образце 3, систему регистрации

У . результатов измерений„блок 4 управления и опорную плиту 5, установленную на раме 1 и предназначенную для размещения нескольких рабочих каме р 2.

„30

Узел осевого нагружения комбинированный и состоит иэ узла б осеного ки" нематического нагружения, ньптолненно- го, например, в виде шагового электро" двигателя с механическим редуктором и электронным блоком управления, для 35 сообщения поступательного перемещения рабочим камерам 2, и узла 7 осевого статического нагружения, состоящего из калиброванных грузов ео штоком.

Узел бокового нагружения выполнен в виде стабилизатора давления, состоящего иэ последонательно соединенных воздушного компрессора 8 с электроприводом 9, ресивера 10, обратного клапана 11, дополнительного ресивера

12 с датчиками 13 давления, блока 14 очистки и нормализации температуры сжатого воздуха, содержащего вертикально установленные баллоны 15, имеющие вход внизу, а выход внерху, и масляный фильтр 16, блока 17 стабилизации, состоящего из редукционных клапанов 18 и 19 и блока 20 редуцирования данления, сообщенного с рабочей камерой 2 и состоящего иэ параллельно соединенных пневморедукторов 21, Рабочая камера 2 содержит днище 22 с пьедесталом 23 для образца 3 в эластичной оболочке 24 с нагрузочным штампом 25 и уплотнительиыми кольцами

26. В днище 22 проходит дренажный канал и выводы проводников от устройств

27 для измерения порогоного давления в образце 3, соединенные с системой регистрации результатов,На днище 22 через уплотнение установлены стенки из оргстекла, на которые через уплотнение установлена крьппка со штуцером

28, соединяющим объем рабочей камеры

2 с узлом бокового нагружения. В центре крьппки закреплена втулка, через которую проходит шток узла 7 осевого статического нагружения, имеющий тензочувствительный участок, на котором закреплено устройство для измерения осевого усилия, состоящее иэ тенэодатчиков 29. В канале штока проходят проводники от тензодатчиков 29

14255 к системе регистрации результатов через герметичный вывод 30 в корпусе штока. Через штамп 25 и стенку рабочей камеры 2 проходит дренажный ка5 нал." Через герметичный вывод 31, расположенный в днище 22 рабочей камеры 2, проходят к системе регистрации результатов проводники от уст-. ройств для измерения продольной и 10 поперечной деформаций образца 3, выполненные в виде установленных на . образце, 3 тензометров 32 и 33 соответственно. В днище 22 расположено устройство для измерения давления в 15 камере 2, представляющее собой тензометр 34.

Тензометр 32 для измерения продольной деформации образца 3 содержит тензочувствительную скобу 35, сос- 20 тоящую иэ двух трубчатых рамок 36, одни концы которых связаны тензопластииой 37, а другие через шарнир соединены с игольчатыми опорами 38, имеющими фпанец 39 и съемный фиксатор 25

40. Игольчатая опора 38 предназначена для внедрения в образец 3 через эластичную оболочку 24. Фланец 39 соединен с игольчатой опорой 38 пайкой, а с оболочкой 24 - клеевым сое- 30 динением.

Тензометр 33 для измерения поперечной деформации образца 3 содержит гибкую неметаллическую ленту 41, тензочувствительную скобу 42, состоящую из двух полуколец 43, одни концы которых связаны тенэопластиной 44, а другие — натяжной пружиной 45, и с помощью шарниров 46 скрепленыо с концами ленты 41, которая предназначена 10 для охватывания образца 3.

Блок 4 управления имеет регулятор

47 верхнего предела давления и регулятор 48 нижнего предела давления и электрически соединен с датчиками 13 . давления дополнительного ресивера 12 и с электроприводом 9 воздушного компрессора 8.

Система регистрации резульгатов содержит информационно-измерительный

50 комплекс и универсальную электронновычислительную машину.

Установка работает следующим образом.

Образец 3 в эластичной оболочке

24 устанавливается на пъедестал 23, .в оболочку 24 вводится нагрузочный штамп 25 и надеваются уплотнительные

16

4. кольца 26. С помощью специального шаблона на образце 3 намечаются места крепления опор 38 тензометров 32 для измерения продольной деформации образца 3, имеющих установочную базу, равную половине высоты образца 3. В намеченных местах оболочки 24 и на фланцы 39 наносится слой клея и игольчатая опора 38 внедряется в образец 3. На опоры 38 устанавливаются тензометры 32 и фиксируются резиновыми фиксаторами 40р На нескольких уровнях в пределах установочной базы тензометров 32 для измерения продольной деформации образца 3 монтируются тензометры 33 для измерения поперечной деформации образца 33, при этом пружина 45 обеспечивает натяжение и плотное прнлегание гибкой неметаллической ленты 41 к эластичной оболочке 24, необходимые для удержания тензометра 33 на образце 3, Проводники от тензометров 32 и 33 через герметичный вывод 31 выводятся к системе регистрации результатов измерений.

Устанавливается стенка из оргстекла, через штамп 25 и стенку рабочей камеры 2 выводится дренажный канал и закрепляется крышка рабочей камеры 2 ° !

Шток узла 7 осевого нагружения вводится в соприкосновение со штампом 25 °

Устанавливается необходимый режим работы компрессора 8. Для этого регулятором 47 задается верхний предел давления Р„ „, в дополнительном ресивере 12, а регулятором 48 — нижний предел давлечия P „„. Подается напряжение на блок 4 управления. При достижении в дополнительном ресивере 12 верхнего предела давления сигнал от датчика 13 поступает на блок 4 управле ния. При этом отключается электропривод 9, а полость ресивера 12, благодаря обратному клапану 11, отсекает- ся от полости ресивера 10, где давление падает вследствие утечек через кольца компрессора 8. При снижении давления в ресивере 12 до нижнего предела в блоке 4 управления выраба тывается сигнал на включение электропривода 9. Сжатый воздух, проходя через вертикально установленные баллоны 15 блока 14 очистки и нормализации температуры, очищается от пыли, паров воды и масла за. счет того, что вход в баллоны !5 располокен внизу, а выход — вверху, и постепенно при1425516

50 обретает окружающую температуру. Окончательная очистка сжатого воздуха осуществляется масляным фильтром 16, Клапаны 18 и 19 блока 17 стабилизации настраиваются таким образом, чтобы при давлении в ресивере 12 на нижнем пределе давление на выходе клапана 18 составляло (0,85-0,9)Рм„, :а на выходе клапана 19 — (0,8-0,85)+

Ф,„„„. Редукторы 21 блока 20 редуцирова ия да,е1жя „,аивают на „ебу

1 емое в каждой рабочей камере 2 дав, ление, Если это давление не превьппа:ет О, 75 Р „„, то его колебание состав"

,ляет .не более 1% от разницы между

Р„„„„,и Р„„,„„ при изменении давления в ресивере 12 между верхним и ккжним пределами, Исходя иэ этих соображений, B I бирают Р «„„, и Р„ : нижний пре

:дел давления принимается на треть выше наибольшего давления в рабочих камерах 2, а верхний предел íà l:2 атм больше Р„,„, Осевое нагружение образца 3 осу ществляется следующим образом.

Если испытываются образцы 3 природного грунта, то вначале проводится реконсолидация, т,е. выдержка при напряжениях, равных природнь1м. Дпя ,этого в рабочей камере 2 с помощью редуктора 21 создается давление, paII::ное горизонтальным напряжениям в мас сиве грунта. Вертикальное природное напряжение обычно больше горизонтального, поэтому на шток узла 7 асевого статического нагружения устанавливаются калиброванные грузы. Выбирается требуемая скорость нагружения и включается электропривод узла 6 осе" вого кинематического нагружепия, который с постоянной скоростью перемещает опорную плиту 5, Рабочая камера

2 с образцом 3 перемещается вместе с опорной плитой 5, пагрузо тньж штамп

25 упирается в шток, создавая усилие на образце 3, которое фнксирутся тензодатчиком 29.

Продольная деформация образца 3. приводит к взаимному смещению опор

38 тензометров 32, которое вызывает изгиб тензопластины 37, жесткость которой значительно меньше жесткости скобы 35, меняя тем самым сопротивление тензочувствительных датчиков.

Датчики преобразуют деформацию в электрические сигналы, которые передаются на систему регистрации результатов измерений, Изменение поперечных размеров об- „ разца 3 при деформировании вызывает изгиб тензочувствительной скобы 42 тензометра 33. При этом деформация концентрируется в тензопластине 44 вследствие ее малой жесткости по сравнению с жесткостью полуколец 43, Давление в рабочей камере 2 измеряется тензоманометром 34, соединенным с системой регистрации результатов, Устройства 27 для измерения порового давления в образце 3 также работают по принципу тензоманометра.

Испытание по недренированной схеме проводится следующим образом.

После заданного всестороннего сжатия образца 3 включается электропривод узла 6 осевого кинематического нагружения. Деформирование образца 3 при постоянном давлении в камере 2 ведет к изменению объема образца 3.

Наблюдая с помощью системы регистрации результатов за значениями объемной деформации образца 3, изменяют давление в камере 2 таким образом, чтобы объемная деформация была близка к нулевой. Испытание проводится

IIPH OT PII OM IIOPOIIO IIPOCTPBHCTBB H могут осуществляться, как при природной влажности, так и в водопасьппенном состоянии. Водонасыщение проводится через дренажный канал, проходящий в днище 22- рабочей камеры

2, а отвод воды — через дренажный канал, проходящий через нагрузочный штамп 25 и стенку рабочей камеры 2.

Предлагаемая установка позволяет проводить систематические исследования структурной прочности грунтов природного сложения

Формул а из обретения

Установка для испытания образцов грунта на трехосное сжатие, содержащая силовую раму, установленную в ней рабочую камеру для образца, узлы осевого и бокового нагружения, устройства для измерения продольной и поперечной деформаций образца, осевого усилия, давления в камере и порового давления в образце и систему регистрации результатов измерений, о т л и ч а ю ш а я с я тем, что, с целью пояьппения точности испытаний, узел бокового нагружения выполнен s виде стабилизатора давления состоя4

Э щего иэ последовательно соединенных

1425516 воздушного компрессора с электропри» водом, ресивера, обратного клапана, дополнительного ресивера с датчиками давления,. блока очистки и нормализа5 ции температуры подаваемого в рабочую камеру сжатого воздуха, блока стабилизации и блока редуцирования, сообщенного с рабочей камерой, устройства для измерения продольной и поперечной 10 деформаций выполнены в виде тензометров, устройства для измерения осевого усилия — в виде тензодатчиков и устройство дпя измерения давления— в виде тензоманометра, а установка снабжена блоком управления, вход которого электрически соединен с датчиками давлейия дополнительного ресивера, а выход - с электроприводом ком-. прессора, и герметичным выводом к сис-gp теме регистрации результатов измерений.

2, Установка по п. 1, о т л и ч аю щ а я с я тем, что тензометры для измерения продольной деформации предназначены для установки на образце на базе, равной половине его высоты, тензометры для измерения поперечной де-. формации предназначены для установки на нескольких уровнях в пределах этой базы, а тензодатчики закреплены на узле осевого- нагружейия внутри рабочей камеры.

3. Установка по п. 1, о т л и ч аю щ а я с я тем, что, с целью повышения производительности, она снабжена опорной плитой, установленной на раме и предназначенной для размещения на ней нескольких рабочих камер.

1425516

I 425516

14255! 6

Составитель В.Плешаков

Техред M,Äèäûê

Корректор М,Демчик.

Редактор Г.Волкова

Заказ 4760/39 Тираж 847 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4