Устройство для испытания грунтов на трехосное сжатие
Владельцы патента RU 2560149:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский государственный архитектурно-строительный университет" КГАСУ (RU)
Изобретение относится к строительству, в частности к технике испытания преимущественно крупнообломочных грунтов на трехосное сжатие, и может быть использовано при инженерно-строительных исследованиях. Устройство содержит цилиндрическую упругую обойму, круглый штамп, основание, цилиндрический жесткий корпус и измерители деформаций и напряжений. Упругая обойма выполнена с антикоррозионным покрытием на внутренней поверхности, заключена в цилиндрическую жесткую обечайку, внутренний диаметр которой равен внешнему диаметру обоймы. Обечайка разрезана по образующей цилиндра на осесимметричные части, прикрепленные к внешней поверхности обоймы и к радиальным пластинам ребер жесткости, установленным с возможностью радиального перемещения в направляющих вертикальных пазах, выполненных в стенках корпуса, внутренний радиус которого превышает внешний радиус обечайки на величину максимальной боковой деформации образца грунта при испытании его на сжатие. К наружным граням ребер жестко прикреплены горизонтальные штоки динамометров, установленные в каналах стенок корпуса с возможностью радиального перемещения. Корпуса динамометров жестко прикреплены к наружной поверхности корпуса устройства. Свободные концы штоков динамометров выполнены с резьбой и снабжены гайками, фиксирующими натяжение пружин динамометров, и соединены с индикаторами деформаций, закрепленными на стойках, установленных на плите основания устройства. Технический результат: увеличение точности результатов испытаний. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.
Изобретение относится к строительству, в частности к технике испытания преимущественно крупнообломочных грунтов на трехосное сжатие, и может быть использовано при инженерно-строительных исследованиях.
Известно устройство для измерения прочности и деформируемости грунтов в условиях трехосного сжатия, включающее корпус с помещенной внутри эластичной тонкой оболочкой с испытуемым образцом грунта, гидроприводом и измерительными приспособлениями (А.К. Бугров, А.И. Голубев, Анизотропные грунты и основания сооружений, - СПб; Недра, 1993, Рис. 1.5, Рис. 1.7, с 22-26).
Недостатками устройства являются неоднородность напряженно-деформированного состояния образца из-за бочкообразного деформирования при вертикальном сжатии и частые прерывания эксперимента из-за прокалывания тонкой оболочки при испытании грунтов, имеющих остроугольные частицы.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является устройство для создания бокового давления при испытании на трехосное сжатие крупноблочного грунта, включающее воспринимающую давление оправку и цилиндрическую сжимающую рубашку, причем оправка и рубашка выполнены из отдельных элементов, первая из жестких лепестков, вторая - из упругих пластин, охватывающих каждый лепесток с внутренней стороны, и прикреплена к нему по обоим торцам с помощью обойм, а жесткие лепестки связаны друг с другом. При этом боковые поверхности жестких лепестков сопряжены между собой по образующей цилиндра (а.с. СССР №966148, Е02D 1/02, Бюл. №38, 1982 г.).
Недостатком этого устройства является неоднородность напряженно-деформированного состояния образца грунта, обусловленная конструктивным решением крепления упругих пластин к жестким лепесткам. Упругие пластины прикреплены по их контуру к жестким лепесткам. Под давлением жидкости или газа радиальные деформации упругих пластин различны по контуру и в пролете: минимальны по контуру, максимальны в центре каждой пластины. Поэтому обжатие образца боковым давлением будет неравномерным в горизонтальной и вертикальной плоскостях. Помимо того из-за сил трения по боковой поверхности образца и пластинами возникнет неоднородность напряженного состояния образца по вертикали. Зазор между упругими пластинами и лепестками способствует формированию бочкообразной формы образца при его сжатии.
Задачей изобретения является создание однородного напряженно-деформированного состояния образца грунта путем исключения возможности образования бочкообразной формы образца при его сжатии и возникновения сил трения по боковой поверхности образца.
Технический результат - увеличение точности результатов испытаний.
Результат достигается тем, что в устройстве для испытания грунтов на трехосное сжатие, включающем цилиндрическую упругую обойму, круглый штамп, основание, цилиндрический жесткий корпус и измерители деформаций и напряжений, согласно изобретению упругая обойма выполнена с антикоррозионным покрытием на внутренней поверхности, заключена в цилиндрическую жесткую обечайку, внутренний диаметр которой равен внешнему диаметру обоймы, обечайка разрезана по образующей цилиндра на осесимметричные части, прикрепленные к внешней поверхности обоймы и к радиальным пластинам ребер жесткости, установленным с возможностью радиального перемещения в направляющих вертикальных пазах, выполненных в стенках корпуса, внутренний радиус корпуса превышает внешний радиус обечайки на величину максимальной боковой деформации образца грунта при испытании его на сжатие, к наружным граням ребер жесткости прикреплены горизонтальные штоки динамометров, установленные в каналах корпуса с возможностью радиального перемещения, а корпуса динамометров жестко закреплены на наружной поверхности корпуса устройства, при этом свободные концы штоков динамометров выполнены с резьбой и снабжены гайками, фиксирующими натяжение пружин динамометров, и соединены с индикаторами деформаций, закрепленными на стойках, установленных на плите основания устройства.
Результат достигается также тем, что устройство снабжено герметичным цилиндрическим баллоном из эластичной тонкой оболочки, заполненным несжимаемой жидкостью, размеры которого равны размерам испытуемого образца грунта.
Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 показано горизонтальное сечение устройства для испытания грунтов на трехосное сжатие (Б-Б), на фиг. 2 - вертикальное сечение устройства (А-А).
Устройство для испытания грунтов на трехосное сжатие включает цилиндрическую упругую обойму 1, круглый штамп 2, установленный на верхний торец образца грунта 3, основание в виде плиты 4, цилиндрический жесткий корпус 5. На внутреннюю поверхность упругой обоймы нанесено антифрикционное покрытие 6.
Упругая обойма 1 заключена в цилиндрическую жесткую обечайку 7, внутренний диаметр которой равен внешнему диаметру упругой обоймы 1. Обечайка 7 разрезана по образующим цилиндра на осесимметричные части, прикрепленные к внешней поверхности упругой обоймы 1. Части обечайки 7 прикреплены к радиальным пластинам ребер жесткости 8, установленным с возможностью радиального перемещения в направляющих вертикальных пазах 9, выполненных в стенках корпуса 5. Между внешней поверхностью обечайки 7 и внутренней поверхностью корпуса 5 имеется зазор, величина которого равна максимальной боковой деформации образца грунта при испытании его на сжатие.
К наружным граням ребер жесткости 8 прикреплены горизонтальные штоки 10 динамометров, установленные в каналах 11 стенок корпуса 5 с возможностью радиального перемещения. Корпуса 12 динамометров жестко закреплены на наружной поверхности корпуса 5 устройства. Свободные концы штоков 10 динамометров снабжены резьбой и гайками 13, фиксирующими натяжение пружин 14 динамометров и соединены с индикаторами деформаций 15, закрепленными на стойках 16, установленных на плите основания устройства 4. Горизонтальные штоки 10 динамометров снабжены кольцевыми буртиками 17, обеспечивающими передачу усилий на пружины 14 динамометров.
Верхний торец корпуса 5 выполнен с резьбой, с помощью которой на него навинчивается крышка 18.
Торец штампа 2 и основание 4 устройства имеют дренажные системы для отвода воды из образца грунта 3 с кранами 19.
Индикаторы 20 для измерения вертикальных деформаций штампа 2 установлены на крышке корпуса 18.
Баллон с несжимаемой жидкостью на чертежах не показан.
Работа устройства для испытания грунтов на трехосное сжатие осуществляется следующим образом.
Сначала производят тарировку динамометров, с помощью которых создается и измеряется боковое давление на образец грунта 3. Для этого в полость упругой обоймы 1 устанавливают герметичный баллон, заполненный несжимаемой жидкостью. На торец баллона устанавливают штамп 2 и ступенями увеличивают давление на баллон. Гидростатическое давление в несжимаемой жидкости равно давлению штампа 2 на баллон. На каждой ступени давления записывают показания индикаторов 15. Тарировку производят несколько раз, а затем усредняют результаты показаний каждого из индикаторов деформаций 15.
Испытания на сжатие могут производить при разных значениях начального бокового давления. Перед испытанием грунта снова устанавливают в полость упругой обоймы 1 баллон с несжимаемой жидкостью и создают в нем при помощи штампа 2 заданное значение гидростатического давления, равного боковому начальному давлению. С помощью гаек 13 фиксируют натяжение пружин 14 динамометров. Затем баллон извлекают и в полость обоймы 1 устанавливают образец грунта 3. На торец образца 3 устанавливают штамп 2 и создают на него вертикальное давление, равное заданному значению начального бокового давления. После этого освобождают от фиксации пружины 14 динамометров, отворачивая осесимметрично расположенные гайки 13. После того как все гайки 13 отвернуты и все динамометры включены в работу, в образце грунта 3 создано гидростатическое состояние.
Испытания производят следующим образом. После создания в образце 3 гидростатического состояния, когда вертикальные напряжения равны горизонтальным, начинают ступенями увеличивать вертикальное усилие на штамп 2 до разрушения образца. При этом на каждой ступени нагружения фиксируют боковые деформации и боковое давление.
По полученным результатам оценивают деформационные и прочностные характеристики грунта.
Устройство обеспечивает возможность испытания крупнообломочных и других грунтов с остроугольными частицами, исключает возможность образования бочкообразной формы образца при его сжатии, исключает силы трения по боковой поверхности образца и тем самым обеспечивает однородность напряженно-деформированного состояния образца, что обеспечивает увеличение точности результатов испытаний.
1. Устройство для испытания грунтов на трехосное сжатие, включающее цилиндрическую упругую обойму, круглый штамп, основание, цилиндрический жесткий корпус и измерители деформаций и напряжений, отличающееся тем, что упругая обойма выполнена с антикоррозионным покрытием на внутренней поверхности, заключена в цилиндрическую жесткую обечайку, внутренний диаметр которой равен внешнему диаметру обоймы, обечайка разрезана по образующей цилиндра на осесимметричные части, прикрепленные к внешней поверхности обоймы и к радиальным пластинам ребер жесткости, установленным с возможностью радиального перемещения в направляющих вертикальных пазах, выполненных в стенках корпуса, внутренний радиус которого превышает внешний радиус обечайки на величину максимальной боковой деформации образца грунта при испытании его на сжатие, к наружным граням ребер жестко прикреплены горизонтальные штоки динамометров, установленные в каналах стенок корпуса с возможностью радиального перемещения, корпуса динамометров жестко прикреплены к наружной поверхности корпуса устройства, при этом свободные концы штоков динамометров выполнены с резьбой и снабжены гайками, фиксирующими натяжение пружин динамометров, и соединены с индикаторами деформаций, закрепленными на стойках, установленных на плите основания устройства.
2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что оно снабжено герметичным цилиндрическим баллоном из эластичной тонкой оболочки, заполненным несжимаемой жидкостью, размеры которого равны размерам испытуемого образца грунта.
