Способ испытания грунтов и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к области строительства, в частности к компрессионным, срезным , стабилометрическим, штамповым, прессиометрическим и к другим видам лабораторных и полевых испытаний грунтов. Цель изобретения - повышение быстродействия испытаний. Для достижения этой цели на каждой ступени нагрузки измеряют интервал времени, требуемый для достижения заданного дискретного приращения деформации, вычисляют полусумму заданного и измерительного предыдущего интервалов времени, а момент условной стабилизации определяют по превышению вычисленной полусуммы над текущим интервалом. Устройство для осуществления содержит нагрузочное приспособление 1 с электроприводом, датчик 4 деформации, первый 5 и второй 6 формирователи, первый 7 и второй 8 счетчики, реверсивный счетчик 9, блок 10 сравнения, генератор 11 тактовых импульсов, цифроаналоговый преобразователь 12, первичный ключ 13 управления лентопротяжным механизмом блока 14 регистрации, второй ключ 15 управления нагрузочным приспособьлением 1 и блок 16 питания. 2 с.п. ф-лы, 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

Я0„„16О52

1 (ц)5 С 01 И 33/24, 3/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИК ИЭОБРКткния

К А STOPCKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ Д;,-,„„;11 и и . 1

1,"Н1 -

Фиг! (21) 445615 5/23-33 (22) 07.07.88 (46) 07.11.90. Бкл. ¹ 41 (71) Производственный и научно-исследовательский институт по инженерным изысканиям в строительстве Госстроя

РСФСР (72) 10.А. Аветикян и А.Д. Витман (53) 620.175.22(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Р 424041, кл. G 01 N 3/00, 1977.

Авторское свидетельство СССР

Р 779855, кл. G 01 N 3/00, 1978. (54) СПОСОБ ИСПЫТАНИЯ ГРУНТОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к области строительства, в частности к компрессионным, срезным, стабилометрическим, штамповым, прессиометрическим и к другим видам лабораторных и полевых испы1 таний грунтов. Цель изобретения — по2 вышение быстродействия испытаний. Для достижения этой цели на каждой ступени нагрузки измеряют интервал времени, требуемый для достижения заданного дискретного приращения деформации, вычисляют полусумму заданного и измеренного предыдущего интервалов времени, а момент условной стабилизации определяют по превышению вычисленной полусуммы над текущим интервалом. Устройство для осуществления содержит нагрузочное приспособление 1 с электроприводом, датчик 4 деформации, первый 5 и второй б формирователи, первый 7 и второй 8 счетчики, реверсивный счетчик 9, блок 10 сравнения, генератор 11 тактовых импульсов, цифроаналоговый преобразователь 12, первый ключ

13 управления лентопротяжным механизмом блока 14 регистрации, второй ключ

15 управления нагрузочным приспособлением 1 и блок 16 питания. 2 с.п. ф-лы, 3 ил.

1605203

Изобретение относится к строительству, в частности к компрессионным, срезным, стабилометрическим, штамповым, прессиометрическим и другим видам лабораторных и полевых испытаний грунтов.

Цель изобретения — повышение быстродействия испытаний.

На фиг. 1 представлена .блок-схема устройства; на фиг. 2 — его принципиальная схема; на фиг. 3 — временная диаграмма определения момента условной стабилизации деформации.

Устройство содержит (фиг. 1) нагрузочное приспособление 1 с электроприводом, механически связанное через штамп и датчик 2 силы с рабочей камерой 3, в которой находится испытываемый грунт, датчик 4 деформации, первый 5 и второй 6 формирователи импуль.сов, первый 7 и второй 8 счетчики, реверсивный счетчик 9, блок 10 сравнения, генератор 11 тактовых импульсов, цифроаналоговый преобразователь 12, первый ключ 13 управления лентопротяжным механизмом блока 14 регистрации, второй ключ 15 управления нагрузочным приспособлением 1, блок 16 питания. 30

Второй формирователь 6 импульсов (фиг. 2) выполнен в виде инверторов

17,18, триггера 19, счетчика 20. Блок

10 сравнения выполнен в виде триггера 21, инверторов 22, 23 и элемента

И-HE 24. Генератор 11 тактовых импульсов выполнен в виде инверторов 25,26, счетчиков 27,28 и переключателя 29.

Цифроаналоговыи преобразователь 12, включает интегральный ЦАП 30 и опе- 40 рационный усилитель 31. Первый ключ

13 управления лентопротяжным механизмом выполнен в виде транзистора 35 и реле 36. Первый счетчик 7 приращений деформации и второй счетчик 8 такто- 45 вых импульсов выполнены в виде двоичных счетчиков.

Формирователь б импульсов, ревер- сивный счетчик 9, блок 10 сравнения. и генератор 11 тактовых импульсов имеют по два выхода. Второй счетчик

8 имеет два входа - счетный и сброса, а реверсивный счетчик 9 имеет четыре входа — параллельной записи, разрушения параллельной записи, счетный и управления направлением счета. Блок

10 сравнения имеет два входа. сравнения и вход сброса. Блок 14 регистрации имеет два входа — информационный

T n c Tn (Т„(т„т

l (1)

Очевидно, что и приращения (разность) каждого очередного интервала времени по отношению к предшествовавшему также увеличиваются () 3 (т «) Т() (T nq(Tn ° ° поскольку процесс затухающий .

Обозначим приращения и

Тп-г Tn-s = "и-з и-1 <п 2 ь-2 и л тп-< = "n-t л

Th+i Tn Ln э (2) (3) (4) и представим неравенство (2) в виде л и, л л

° ° ° <

Два условия, выраженные соотношениями (1) и (2), положены в основу предложенного способа, суть которого состоит в использовании дополнительной информации, которую несут приращения временных интервалов л л

" ri-г " n- "n °

Критерий условной стабилизации заведомо достигнут,, как известно, в момент t (фиг. 3), когда один из очередных интервалов времени, например

Т, превысит заданный интервал Т> Ц+ I т,(т„,, Заменяя в этом выражении Т „+, на его значение из (4), получим и вход управления двигателем лентопротяжного механизма.

Сущность способа заключается в следующем.

Деформация грунта при фиксированной нагрузке (не превышающей несущей способности грунта) — процесс затухающий, при котором всегда наступает стабилизация деформации по истечению достаточно большого времени. Поэтому скорость деформации грунта уменьшается со временем, а наблюдаемые последовательные равные дискретные приращения деформации на одну и ту же величину о достигаются за постепенно возрастающие интервалы времени Т, Т„, Tn,, Т,... . На фиг. 3 каждый такой интервал времени отделен от предыдущего вертикальной чертой

1605203

Т а Тп + «. о— ч

Если же имеет место и

Тобт + «i (5) как показано на фиг. 1, критерий условной стабилизации деформации выполняется тем более. Подставляя значение л из равенства (3) в неравенство (5), получим

Т„+ T Г.,„, Т и-1

То +

15 (6)

Из (6) следует, что если в процессе опыта это неравенство выполняется, то уже в момент ter — как только Тп

T О + Trl« превысит время — — — ---- (фиг. 3)

2 выявляется наступление условной стабилизации.

Таким образом, согласно предложенному способу наступление стабилизации определяется еще до завершения интервала Т„, а не в момент с, находящийся в пределах интервала лремени Т „+,, когда стабилизация уже давно наступила. Если неравенство (6) выполняется, то момент ter наступает после начала интервала T«-r через время

То T и-«

+ — — — (см, фиг. 1), что состав2 2 ляет полусумму заданного и измеренно- 35

ro предыдущего интервалов времени.

Если же неравенство (6) не выполняется, т.е. если Тп заканчивается раньше, чем истекает время указанной полусуммы, то условная стабилизация 4О на данный момент не достигнута и действующую ступень нагрузки сохраняют до очередной аналогичной проверки неравенства (6), где номера текущих интервалов ув,ичиваются на,диницу. 45

Ф

Таким образом, устройство для реализации способа должно после завершения каждого временного интервала (при достижении очередного дискретного приращения деформации 3 ), например

T п«

Т, определить полусумму - - + — —,—, о- 2 2 отсчитывать это время с начала следу- 55 ющего интервала Т и включать другую ступень нагрузки, как только этот следующий интервал Т превысит указанную полусумму. Для определения полуТо + Тп> Т + Тпг То+ Тn-s сумм ----- — ——

SL

2 2 2 необходимо каждый раз производить замеры, Т„, Т2, Ty9... Т„, Тп 2, Тп « °

Устройство работает следующим образом.

Нагрузочное приспособление 1 через датчик 2 силы создает давление на испытуемый грунт в рабочей камере

3. Величина у илия, приложенного к грунту, преобразуется датчиком 2 силы в электрические импульсы, из которых ключ 13 формирует сигнал управления для включения двигателя лентопротяжного механизма блока 14 регистрации. Ждущий мультивибратор, выполненный на элементах 32 — 34 (фиг. 2), входящих в состав ключа l3, преобразует импульсы от датчика 2 в импульсы фиксированной длительности и, соответственно, обеспечивает включение на это время электродвигателя лентопротяжного механизма посредством реле 36.

Таким образом, обеспечивается перемотка бумажной ленты пропорционально действующей нагрузке. Деформация грунта в рабочей камере 3 воспринимается (фиг. 1) датчиком 4, выдающим один импульс, после каждого дискретного приращения деформации грунта, например через 0,01 мм. Эти импульсы после формирователя 5, увеличивающего крутизну фронтов импульсов, поступают на счетныи вход счетчика 7 приращении деформации, суммируются счетчиком, на выходе которого образуется параллельный двоичный код, численно выражающий значение деформации. Этот код преобразуется цифроаналоговым преобразователем 12 в аналоговый сигнал, который поступает на информационный вход блока 14 регистрации и вызывает отклонение перописца, пропорциональное деформации.

Второй формирователь 6 управляет работой счетчика 8 тактовых импульсов, реверсивного счетчика 9 и блока

10 сравнения, осуществляющих опредеТо Т и-« полусуммы 2 + и сравнение ее с длительностью текущего интервала Т„.

Блок 10 сравнения дешифрирует состояния реверсивного счетчика 9, управляет направлением его счета и уп1605203 равляет нагрузочным приспособлением

-1. По переднему фронту каждого импульса, поступающего с выхода формирователя 5 на вход блока 6, последний осуществляет перезапись информации из счетчика 8 в реверсивный счетчик 9 ° Команда для перезаписи формируется на выходе 1 блока 6. Импульсом с выхода 2 блока 6 осуществляется 10 сброс счетчика 8 и блока 10 сравнения и перевод их в исходное состояние.

Генератор 11 тактовых импульсов формирует две последовательности импульсов с периодом следования (второй выход) и 25t (первый выход), Во время очередного текущего интервала времени, например Т, счетчик 8

Ь-7. заполняется тактовыми импульсами с периодом 26t. К моменту окончания пе- 20 риода Т„счетчик 8 содержит параллельныи код, выражающий длительность этого интервала в тактовых периодах

2pt. Этот код записывается в реверсивный счетчик 9 (импульсом с первого выхода блока 6), производится сброс блока 10 сравнения (импульсом с второго выхода блока 6) и по сигналу с первого выхода блока 10 сравнения реверсивный счетчик 9 начинает об-30 ратный счет (вычитание) импульсов с периодом следования gt, поступающих с второго выхода генератора 11 тактовых импульсов.

Реверсивный счетчик 9 достигает состояние "0" через время, равное половине периода Т, поскольку вычитание производится последовательностью импульсов, период b,t следования которых в два раза меньше ° Блок 40

10 сравнения фиксирует нулевое состояние реверсивного счетчика 9 и по первому выходу переключает его в режим сложения, Если текущий интервал Т „ закончится раньше, чем произойдет пол-45 ное заполнение реверсивного счетчика

9, то в последний заносится новое значение кода из счетчика 8 (импульсом с первого выхода блока 6 управления), счетчик 8 и блок 10 сравнения устанавливаются в исходное состояние (импульсом с второго выхода блока 6) и описанный процесс повторяется.

В противном случае, реверсивный счетчик полностью заполняется через

T ь-1 Тр время — "- + — -- после начала теку2 2 щего интервала T Это свидетельствует о достижении условной стабилизации.

Блок tO сравнения фиксирует заполнение реверсивного счетчика 9 и по второму выходу, связанному с ключом 15, вызывает срабатывание ключа и включение нагрузочного приспособления 1, которое прикладывает к испытуемому образцу грунта очередную ступень нагрузки, после чего измерения продолжаются, Емкость реверсивного счетчика устанавливается равной Т /2 Pt, т,е. для о полного заполнения реверсивного счетчика необходимо такое количество импульсов с периодом следования чтобы суммарная длительность этой последовательности импульсов составляла значение Т /2. В представленном устройстве (фиг. 2) емкость реверсивного счетчика фиксирована, а различные заданные значения То, То и Т устанав-! О ливаются переключателем 29, изменяющим величину gt что равноценно.

Очевидно, что, если разрядность счетчиков 8 и 9 равна N, то должно выполМ-1 няться соотношение То/2 К =2

В качестве блока 1 регистрации может быть использован самописец любого типа с непрерывной протяжкой бумажной ленты, например Н392. С целью увеличения точности регистрации деформации и момента достижения условной стабилизации разрядность счетчиков 7,8 и реверсивного счетчика 9 может быть увеличена.

Использование предложенных способа и устройства позволяет снизить длительность всех видов полевых и лабораторных испытаний деформационно-прочностных свойств грунтов на время, равное произведению числа ступеней нагрузки на время, составляющее от одного до двух значений интервала Т, в среднем 1,5Т . При 10 ступенях нагрузки в процессе компрессионных испытаний глинистых грунтов, где То

= 16 ч, длительность опыта сокращается на 10 сут.

Формула изобретения

1 . Спосо б испытания грунтов, включающий приложение на грунт ступенчатой нагрузки с измерением дискретного приращения деформации, определение момента условной стабилизации деформации с учетом заданного интервала времени, отличающийся тем, 10

I 605203 иг. что, с целью повышения быстродействия испытаний, на каждой ступени приложения нагрузки измеряют интервал времени, требуемыи для достижения заданнаго дискретнога приращения деформации, вычисляют полусумму заданного и измеренного предыдущего интервалов времени, а момент условной стабилизации определяют по превышению вычисленной щ полусуммы над текущим интервалом.

2. Устройство испытания грунтов, содержащее нагрузачное приспособление с электроприводом, датчик дефор- 15 мации, размещенный в рабочей камере, первый формирователь импульсов, два счетчика, цифроаналоговый преобразователь, генератор тактовых импульсов, два ключа управления и блок регистра- 20 ции, причем датчик деформации подключен к входу первого формирователя импульсов, выход которого через последовательно соединенные первый счетчик и

?5 цифроаналоговый преобразователь подключен к первому входу блока. регистрации, второй вход которого соединен с выходом первого ключа управления, первый выход генератора тактовых импульсов подключен к первому входу второ- 30 го счетчика, выход второго ключа управления подключен к электроприваду нагрузачнаго приспособления, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения быстродействия испытаний, она снабжено датчиком силы, реверсивным счетчиком, блокам сравнения и вторым формирователем импульсов, причем выход первого формирователя импульсов подключен к входу второго формирователя импульсов, первый выход которого подключен к первому входу реверсивного счетчика, к второму входу которого подключен второй выход .генератора тактовых импульсов, второй выход второго формирователя импульсов соединен с вторым входом второго счетчика и одним из входов блока сравнения, к другим входам которого соответственно подключены выходы реверсивного счетчика, первый выход блока сравнения подключен к третьему входу реверсивного счетчика, к остальным входам которого соответственно подключены выходы второго счетчика, второй выход блока сравнения подключен к входу второго ключа управления, а датчик силы подключен к входу первого ключа управления.

1605203 оп+1

Тп-З re г т, Составитель И. Плотникова

Техред Л.Олийнык Корректор О, Кравцова

Редактор В. Данко

Заказ 3452 Тираж 517 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101