Способ определения модуля деформации материальной среды

Изобретение относится к «физике материального взаимодействия», конкретно к способу определения модуля Eо общей деформации и модуля Eупр упругости материальной среды в условиях гравитационного взаимодействия pб и влияния атмосферного давления . По образцам среды, отобранным на глубине h (см) ее массива, определяют ее удельный вес γстр (кг/см3), угол внутреннего трения и удельное сцепление cстр (кГ/см2), рассчитывают для нарушенной структуры среды угол и удельное сцепление cн=cстр[2-tgφн/tgφстр] (кГ/см2), определяют гравитационное давление и , величину эффективного начального критического давления сжатия образца среды в условиях компрессии и коэффициенты Пуассона в массиве - как и , в стенках выработки - как , , в условиях компрессионного сжатия - как , производят испытание среды Si=f(Δpi-const,t) во времени t возрастающими ступенями статических нагрузок Δpi (кГ/см2) при создании на среду давления, равного гравитационному (бытовому) , разгрузку среды до нулевого давления p2=0 (кГ/см2), нагружение среды давлением и давлением при замере стабилизированных во времени t соответствующих значений осадок среды , , , , а модули общей деформации и упругости среды рассчитывают по следующим зависимостям при испытании среды штампом: 1) со свободной поверхности полупространства и , где , B и dкр - ширина и диаметр (см), Fкр - площадь штампа (см2); 2) в массиве среды винтолопастным штампом и , где ; 3) на дне вертикальной выработки и , где ; 4) в стенках вертикальной выработки под распорными штампами и , где ; 5) в стенках скважины под эластичным радиальным штампом трехкамерного прессиометра и , где , l0 - длина рабочей камеры (см); 6) в стенках скважины под эластичным штампом однокамерного прессиометра и , где , RкрI, Rб, - большие радиусы эллипсоида раздутой камеры прессиометра (см); 7) в компрессионной камере лабораторного прибора и . 10 ил., 1 табл.

 

Изобретение относится к области «Физики контактного взаимодействия» изотропной материальной среды, конкретно к способу определения ее модуля общей и упругой деформации.

Известен способ определения модуля E деформации материальной среды, заключающийся в том, что горизонтально устанавливают на глубине h в шурфе-дудке массива среды при доступе всестороннего атмосферного нейтрального давления плоский жесткий штамп заданного размера в×l (см×см) прямоугольной или круглой формы диаметром d (см), материальную среду через штамп вертикально нагружают возрастающими ступенями статического эффективного избыточного давления Δpi (кГ/см2), замеряют во времени t до стабилизации соответствующие значения осадок Si=f(Δpi,t), строят график испытания среды Si=f(Δpi-const,t) или pi=f(ΔSi-const,t), модуль общей деформации среды при ее испытании статическими нагрузками определяют по зависимости , где ω - коэффициент формы и жесткости штампа, В - ширина или диаметр штампа (см), ν0 - коэффициент (Пуассона) общей относительной поперечной деформации среды, ΔS - интервал общей (остаточной и упругой) осадки штампа в пределах условно линейной зависимости между осадками Si и давлением pi [1, 2], а модуль упругой деформации среды определяют как [3], где S0 - начальная (мгновенная) осадка среды под начальным давлением p0=pср-0,1γh (кГ/см2), где pср - среднее давление на среду (кГ/см2), γ - удельный вес среды (кг/см3).

Недостатком известного способа определения модулей деформации среды жестким горизонтальным штампом в шурфе-дудке является: 1) произвольный выбор условно линейного участка графика Si=f(pi) деформации среды под давлением; 2) установки точного значения коэффициента ω формы и жесткости штампа для разновидностей среды и различной формы и жесткости штампа только опытным путем; 3) определение коэффициента ν Пуассона с весьма приближенным значением, не отражающим конкретные условия работы среды под штампом, когда среда должна находиться в упругом структурированном состоянии при расчете и в нарушенном упруго-вязко-пластичном состоянии при расчете ; 4) начальное давление p0, по всей видимости, должно соответствовать гравитационному природному (бытовому) давлению pб=p0 среды, значение которого аналитической зависимостью известными способами не определяется; 5) при расчете модулей деформации не учитывают нейтральное атмосферное давление воздуха, оказывающего влияние на величину коэффициента бокового давления и напряженно-деформированное состояние испытываемой среды; 6) низкая точность определения модулей деформации среды методом статических нагрузок не способствует широкому внедрению нового высокопроизводительного метода испытания среды ступенями задаваемых перемещений при контроле релаксирующих в среде под штампом напряжений - метода релаксометрии.

Известен способ определения модуля E деформации материальной среды, заключающийся в том, что горизонтально устанавливают на глубине h (см) в массиве среды винтолопастной жесткий штамп диаметром dвш (см) путем его завинчивания в среду без доступа атмосферного давления посредством колонны совмещенных наружных и внутренних труб, последние из которых жестко связывают со штампом и нагрузочным приспособлением, материальную среду через винтовую лопасть штампа вертикально нагружают возрастающими ступенями статического эффективного давления Δpi (кГ/см2) через внутренние трубы, замеряют во времени t до стабилизации соответствующие значения осадок Si=f(Δpi,t), строят график испытания среды , где ν0 - коэффициент Пуассона, kp=f(h/dвш) - коэффициент заглубления штампа, dвш - диаметр штампа (dвш=27,7 см), Δp - приращение давления на среду под штампом (кГ/см2), ΔS - соответствующее Δp приращение осадки штампа (см), Δl - поправка на осевую деформацию совмещенной колонны труб (см) [5], а модуль упругости среды под штампом определяют как , где p0=pср-0,1γh (кГ/см2), γ - удельный вес среды (кг/см3), S0 (см) - начальная осадка среды под давлением p0 [3].

В предлагаемом способе определения модуля деформации среды в массиве винтолопастным горизонтальным штампом интервал давления Δpi не имеет четко установленных границ и принимается ориентировочным по условно линейному графику Si=f(pi). Если для модуля общей деформации значение коэффициента ν0 относится к нарушенной структуре среды, то при расчете модуля значение ν0 должно относиться к упругой ненарушенной структуре среды. Давление среды на глубине h исследования как p0 по предлагаемой зависимости должно соответствовать действительным параметрам гравитационного (бытового) давления p0=pб.

Известен способ определения модуля E деформации материальной среды, заключающийся в том, что вертикально устанавливают в обрезанных стенках скважины на глубине h (см) массива среды плоский жесткий штамп, например, двутаврового рабочего наконечника лопастного прессиометра заданного размера в×l (см×см) прямоугольной или круглой формы диаметром d (см), материальную среду в условиях доступа нейтрального атмосферного давления через штамп горизонтально нагружают возрастающими ступенями эффективного статического давления Δpi (кГ/см2), замеряют во времени t до условной стабилизации соответствующие значения осадок Si=f(Δpi), строят график испытания среды Si=f (Δpi-const,t), модуль общей деформации среды при ее испытании статическими нагрузками или методом релаксометрии определяют по зависимости , где k - коэффициент условий работы штампа, ω - коэффициент формы и жесткости штампа, В - ширина штампа или его диаметр d (см), ν0 - коэффициент (Пуассона) общей относительной поперечной деформации среды, ΔS (см) - интервал общей (остаточной и упругой) осадки штампа в пределах условно линейной зависимости между осадками Si и давлением pi [6], а модуль упругости среды определяют как , где S0 (см) - начальная (мгновенная) осадка среды под начальным давлением p0=pср-0,1γh (кГ/см2), pср - среднее давление на среду (кГ/см2), γ - удельный вес среды (кг/см3) [3].

Недостатком известного способа определения модуля E деформации среды вертикальным штампом в стенках скважины или вертикальной выработки является: 1) отсутствие переходного коэффициента от горизонтальных деформаций среды в зависимостях для модулей к вертикальным, а боковых горизонтальных давлений - в вертикальные через коэффициенты Пуассона νн и относительного бокового давления ζн среды с нарушенной структурой при доступе атмосферного давления; 2) отсутствие обоснования интервала давления Δpi на условно линейном участке графика S=f(pi), оказывающего влияние на величину ; 3) коэффициент ω определяют опытным путем для среды с различными механическими характеристиками, а в расчетах принимают его приближенные значения; 4) в расчетах модуля деформации во внимание не принимается влияние нейтрального атмосферного давления .

Известен способ определения модуля E деформации материальной среды в массиве без доступа атмосферного давления на глубине h (см) исследования лопастным прессиометром вдавливаемого или забивного типа, заключающийся в том, что материальную среду горизонтально нагружают через жесткий плоский штамп прямоугольной формы размерами B×l (см×см) или круглой формы диаметром d (см) ступенями эффективного давления Δpi (кГ/см2), замеряют во времени t до условной стабилизации соответствующие значения осадок S=f(pi) (см), соответствующих давлению pi, строят график испытания среды Si=f(Δpi-const,t), модуль общей деформации среды определяют как [7], а модуль упругости - как , где k - коэффициент условий работы, ω - коэффициент формы и жесткости штампа, В - ширина или диаметр d (см) штампа, ν0 - коэффициент Пуассона среды, S0 - мгновенная осадка среды под штампом (см), p0=pср-0,1γh (кГ/см2) - начальное (мгновенное) давление, γ - удельный вес среды (кг/см3), [3].

Недостатком известного способа определения модуля деформации среды в массиве является: 1) отсутствие аналитических зависимостей для точного определения коэффициентов ν0 Пуассона среды в упругом и нарушенном состоянии; 2) отсутствие четко установленного интервала Δpi давления для расчета модуля деформации среды; 3) принятие ориентировочного значения коэффициента ω жесткости штампа; 4) низкая точность определения значений и . Коэффициент [(1-ν0)2/(1-2ν0)] для и получен путем приведения полукомпрессионных условий горизонтальной работы штампа прессиометра в массиве к условиям вертикальной работы этого штампа с поверхности полупространства боковых стенок шурфа-дудки, то есть . Однако значение коэффициента ν0 должно отвечать структурированной среде в зависимости для и нарушенной структуре среды в зависимости для с учетом пассивного предельного и в большей мере активного полукомпрессионного сжатия среды штампом.

Известен способ определения модуля E деформации материальной среды, заключающийся в том, что вертикально устанавливают на глубине h (см) массива среды через скважину радиальный эластичный трехкамерный прессиометр конструкции Л. Менара с радиусом r0 (см), соответствующим радиусу скважины r0=rскв, и высотой Hпр, (см), стенки скважины пригрузочными и центральной камерами обжимают избыточным эффективным давлением, препятствующим по краям прессиометра проникновению атмосферного давления к центральной камере, а испытание среды в стенках скважины производят центральной камерой путем повышения общего давления во всех камерах и горизонтального нагружения среды в стенках скважины возрастающими ступенями статического радиального эффективного давления Δpi (кГ/см2), замеряют приращение диаметра скважины ri=f(pi), строят график испытания среды центральной камерой ri=f(Δpi-const,t), модуль общей деформации среды при ее испытании статическими нагрузками эластичной камерой прессиометра определяют по зависимости , где Δpi (кГ/см2) - давление камеры прессиометра на стенки скважины, ν0 - коэффициент Пуассона среды, Δr (см) - приращение начального радиуса r0 скважины после приложения давления, kn - коэффициент условий испытания среды [8].

Недостатком способа определения модуля деформации среды радиальным трехкамерным прессиометром в скважине является: 1) отсутствие теоретического обоснования переходного коэффициента kn для перевода модуля деформации, полученного упругим горизонтальным радиальным штампом прессиометра к вертикальным штамповым опытам в шурфе; 2) отсутствие определяющей зависимости для расчета коэффициента ν0 Пуассона с учетом атмосферного давления через параметры φ° и с (кГ/см2) прочности исследуемой среды; 3) отсутствие зависимости для расчета модуля упругости среды радиальным прессиометром; 4) необходимость в рассмотрении работы трехкамерного радиального прессиометра в скважине без доступа атмосферного давления (перекрываемого крайними пригрузочными камерами) к центральной рабочей камере, которая осуществляет деформацию стенок скважины по цилиндрической поверхности (в цилиндрической системе координат) по аналогии с расширяющимся по диаметру жестким цилиндром (с развитием зон краевых сдвиговых деформаций и соответствующих им пиков контактных напряжений).

Известен способ определения модуля E деформации материальной среды, заключающийся в том, что вертикально устанавливают на глубине h (см) ниже забоя обсаженной трубами скважины в массиве среды однокамерный радиальный вдавливаемый эластичный прессиометр (типа ПВ-60), среду на глубине h обжимают возрастающими ступенями избыточного эффективного горизонтального давления Δpi (кГ/см2) через гибкие вертикальные пластины, обкладывающие камеру прессиометра с внешней стороны, и замеряют на каждой ступени соответствующее стабилизированное во времени t приращение диаметра Δdц (см) центра рабочей камеры прессиометра, строят график испытания среды Δdц=f(Δpi-const,t), модуль общей деформации среды в массиве определяют по зависимости , где M=0,7…0,9 - коэффициент начального напряженного состояния массива вокруг вдавливаемого цилиндрического зонда прессиометра, dц (см) - диаметр начального уплотнения среды под цилиндрическим телом зонда прессиометра давлением pn (кГ/см2), Δdц (см) - приращение диаметра центра зонда при давлении pk (кГ/см2), k - коэффициент [9, 10].

Недостатком известного способа определения модуля E деформации среды однокамерным прессиометром является: 1) отсутствие переводного коэффициента от горизонтального модуля деформации к требуемому вертикальному с помощью коэффициента ν0 Пуассона; 2) необходимость в использовании вдавливаемого зонда в качестве только дополнительного прибора к обычному радиальному скважинному прессиометру при исследовании слабых водонасыщенных грунтовых сред; 3) рабочая камера вдавливаемого прессиометра при испытании среды в массиве раздувается под давлением в форму эллипсоида вращения, что необходимо учитывать в расчетной зависимости для - модуля упругости среды.

Известен способ определения модуля E деформации материальной среды в условиях гравитации (g=9,81 м/с2) и компрессионного сжатия, заключающийся в том, что на цилиндрический (в одометре) или кубический (в стабилометре типа «C») образец среды в жесткой обойме горизонтально устанавливают жесткий плоский перфорированный штамп диаметром dк (см) или с изначальной стороной Bк (см) и площадью Fк (см2), образец среды нагружают через штамп возрастающими ступенями вертикального эффективного давления Δpi (кГ/см2) при доступе нейтрального атмосферного давления , замеряют во времени t до условной стабилизации соответствующие значения осадок Si=f(t) (см) среды, строят график испытания среды pi=f(ei) (кГ/см2) ненарушенной структуры как зависимость давления pi от коэффициента пористости среды ei0-(1+e0)(Si/Hi), где начальный коэффициент пористости e0=(γsd)/γd, γs (кг/см3) - удельный вес твердых частиц среды, γd=γ/(1+ω0) (кг/см3) - объемный вес скелета среды; γ=ρg (кг/см3) - объемный вес среды, ω0 - влажность среды, Si (см) - осадка образца с начальной высотой H0 (см), ρ (кг/см3) - плотность среды, модуль общей деформации среды в условиях компрессии определяют по зависимости , где mυ=Si/(Hi·pi), а коэффициент , коэффициент общей относительной поперечной деформации структурированной среды νстрxz (коэффициент Пуассона) [11].

Недостатками известного способа определения компрессионного модуля общей деформации среды являются: 1) испытание образцов среды только с ненарушенной структурой, отбор которых - трудоемкая операция, хотя при компрессионном испытании образец доводят под нагрузкой до состояния нарушения структуры при давлении , где (бытовое) гравитационное давление в массиве среды на глубине h равно ; 2) модуль общей деформации среды в условиях компрессионного сжатия определяют при ориентировочно принимаемом значении коэффициента νстр Пуассона без учета влияния атмосферного давления; 3) не учитывается в расчетах модуля влияние размера и жесткости штампа, то есть коэффициента ω; 4) при расчетах величины интервал давления Δpi ошибочно выбирается в интервале проектируемых нагрузок от сооружения, действующего на подстилающее основание; 5) модуль упругости среды при компрессии не определяют.

Общим недостатком известных способов определения модулей деформации среды методом статических нагрузок с помощью горизонтального штампа , вертикальных штампов прессиометров , в одометрах или в стабилометрах типа «C» является существенное расхождение их показателей для одной и той же разновидности исследуемой среды, так при испытании суглинка мягкопластичной консистенции [7].

В расчетах модуля Eо общей деформации среды в массиве или в выработке плоским жестким штампом используется сомножитель , получаемый по «Теории упругости» в результате математических преобразований решения задачи о работе штампа с поверхности полупространства [12], а не через теоретическое решение задачи.

Коэффициент ν0 Пуассона следует определять через известные расчетные зависимости с учетом параметров прочности среды φ°, с (кГ/см2), а также наличия выработки в массиве среды и доступа атмосферного давления .

В известных способах испытания торфяная среда с ненарушенной структурой ошибочно отождествляется с грунтовой упруго-вязко-пластичной средой в нарушенном состоянии и с грунтовой упругой средой в структурированном состоянии, однако в залежи торф в действительности обладает свойствами грунта только в нарушенном состоянии (искусственно переработанный торф по глубине сжимаемого массива), а в естественном состоянии - только при высокой степени разложения (RT=45%…60%) его растительных остатков (низинная залежь). При малой степени разложения (верховая залежь) структурная прочность торфа определяется волокнами неразложившихся растительных остатков, а торф характеризуется как упруго-эластичная материальная среда (восстанавливающая объем и форму после сжатия внешней избыточной нагрузки) и определяется только модулем упругости Eупр его структурированного сложения.

Для установления истинных однозначных значений модулей деформации (общей и упругой) среды необходимо определение границ давления, определяющих ее модули, и истинной величины определяющего давления в условиях деформации среды: в массиве, с поверхности полупространства, в выработке, в условиях компрессионного и одноосного сжатия образца среды.

С целью приведения модулей деформации среды, полученных известными способами, к однозначному показателю предлагается новый способ определения модуля Eо общей деформации среды и модуля ее упругости Eупр.

Технический результат по способу определения модуля E деформации материальной среды, заключающемуся в том, что штамп с изначальной площадью F0 (см2) устанавливают в контакте с материальной средой на глубине h (см) ее ненарушенного массива с доступом атмосферного давления ( p с р а т м = 1,033 к Г / с м 2 ) или без него, штампом на среду создают возрастающие ступени эффективного статического давления Δpi (кГ/см2), которые выдерживают во времени t до стабилизации соответствующих значений осадок среды Si (см) под штампом, регистрируют результаты испытания среды ΔSi=f(Δpi-const,t), устанавливают значение коэффициента Пуассона среды как ν00/(1+ζ0), где ζ0 - коэффициент общего бокового давления среды, рассчитывают для упруго-вязко-пластичной среды (грунт, торф низинный с высокой степенью разложения RT=45%…65% или переработанный) модуль Eо (кГ/см2) общей деформации, достигается тем, что по предварительно отобранным с глубины h образцам среды с ненарушенной структурой для расчета модуля деформации определяют ее удельный вес γстр (кг/см3) и параметры прочности - угол внутреннего трения и удельное сцепление cстр (кГ/см2), в нарушенном состоянии параметры прочности среды определяют как , cн=cстр[2-tgφн/tgφстр] (кГ/см2), рассчитывают величины эффективного гравитационного (бытового) давления в структурированной среде как p б с т р = c с т р t g φ с т р о ( к Г / с м 2 ) и в среде с нарушенной структурой как p б н = c н t g φ н о ( к Г / с м 2 ) , эффективного начального (первого) критического давления сжатия образца среды в условиях компрессии p с р к = p с р , с ж к р 1 = [ p а т м ( 1 + sin φ н о ) + 2 c н cos φ н о ] / ( 1 sin φ н о ) ( к Г / с м 2 ) и коэффициентов Пуассона среды в массиве - как и , в стенках выработки как - и , в условиях компрессионного сжатия - как и , испытания среды под штампом Si=f(pi) статическими нагрузками Δpi производят при создании на среду давления, равного гравитационному (бытовому) давлению, разгрузку среды до нулевого давления p2=0 (кГ/см2), нагружении среды давлением p 3 = p б н ( к Г / с м 2 ) и давлением p 4 = p с р к р 1 ( к Г / с м 2 ) при замере стабилизированных во времени t соответствующих значений осадок среды , а модуль общей деформации упруго-вязко-пластичной среды (грунт, торф низинный с высокой степенью разложения RT=45%…65% или переработанный) определяют под горизонтальным жестким штампом с поверхности полупространства по зависимости Е.Н. Хрусталева E 0 ш т . = [ 1 ( ν н В ) 2 ] ( B / 2 = d к р π / 4 = F к р / 2 ) [ ( p с р , с ж к р 1, п п p б н ) / ( S к р 1 S б н ) ] ( к Г / с м 2 ) , где p с р , с ж . к р 1, п п = { [ ( p с р к t g φ н о + c н ) cos φ н о cos φ с т р о ] c н } c t g φ н о p а т м + q + p б н ( к Г / с м 2 ) , q - давление бокового пригруза штампа (кГ/см2), а модуль упругости - по зависимости Н. Хрусталева E у п р ш т . = [ 1 ( ν с т р . В ) 2 ] ( B = d к р π / 2 = F к р ) [ p б с т р / ( S б с т р S 0 ) ] ( к Г / с м 2 ) , где B - ширина (см), dкр - диаметр (см) и Fкр - площадь (см2) круглого штампа; под горизонтальным винтолопастным штампом в массиве среды модуль общей деформации среды определяют по зависимости Е.Н. Хрусталева , где , а модуль упругости - по зависимости Е.Н. Хрусталева ; под горизонтальным штампом в шурфе-дудке или на дне вертикальной выработки модуль общей деформации среды определяют по зависимости Е.Н. Хрусталева , где , а модуль упругости - по зависимости Е.Н. Хрусталева ; под вертикальным распорным штампом лопастного прессиометра в вертикальной выработке-скважине модуль общей деформации среды определяют по зависимости Е.Н. Хрусталева , где , а модуль упругости - по зависимости Е.Н. Хрусталева ;

под вертикальным радиальным эластичным штампом радиусом r0=rскв в скважине радиусом rскв трехканального прессиометра типа Л. Менара модуль общей деформации среды определяют по зависимости Е.Н. Хрусталева , а модуль упругости - по зависимости Е.Н. Хрусталева , где , l0 - длина рабочей камеры прессиометра (см); под упругим штампом однокамерного прессиометра радиусом r0=rскв в скважине радиусом rскв модуль общей деформации среды определяют по зависимости Е.Н. Хрусталева , где RкрI и Rб - большие радиусы эллипсоида эластичного штампа (см), , а модуль упругости - по зависимости Е.Н. Хрусталева , где - большой радиус эллипсоида штампа (см) при гравитационном давлении ; под горизонтальным круглым жестким перфорированным штампом dк (см) компрессионного прибора при доступе атмосферного давления модуль общей деформации среды определяют по зависимости Е.Н. Хрусталева , где - ширина (см) прямоугольного штампа, эквивалентного круглому с площадью Fк (см2) и диаметром dк (см), , а модуль упругости - по зависимости Е.Н. Хрусталева .

1. На базе научных достижений «Физики материального взаимодействия» подтверждено, что при превышении гравитационного (бытового) давления нарушаются структурная прочность среды в массиве и ее упругие свойства, а при достижении начальной (первой) критической нагрузки pкрI эпюры контактных напряжений под штампом шириной B в среде на 0,55B от его центра составлены из центральных упругих напряжений и на 0,25B от краев штампа составлены эпюрами напряжений пластических деформаций в сдвигаемой штампом среде. При давлении pкрI краевые контактные напряжения под штампом при отсутствии бытового давления (с поверхности полупространства) равны нулю, они максимальные от краев на 0,255B штампа и минимальные в упругой зоне под центром подошвы штампа, поэтому в определяющих зависимостях для расчета модуля общей деформации среды в интервале давлений (pкрI-pб) принимается полуширина штампа Eо=f(B/2), а для расчета модуля упругости в интервале давлений (pб-0) принимается полная ширина штампа Eупр=f(B).

2. Теоретически выведено и практически подтверждено значение давления pкрI под жестким плоским штампом шириной B>Bкр, большей его критического размера Bкр, принимаемого по графику S=f(B,p-varir) испытания среды. Отпадает необходимость в коэффициенте ω формы штампа в определяющих зависимостях для модулей деформации исследуемой среды.

3. Так как модуль общей деформации Eо относится к среде с нарушенной структурой, то значение должно быть переписано как и относится к коэффициенту общей относительной поперечной деформации среды с нарушенной структурой, величина которого определяется как νнн/(1+ζн), где коэффициент общего относительного бокового давления в массиве среды с нарушенной структурой.

4. При сжатии среды в массиве в вертикальном направлении в условиях компрессионного сжатия отношение , а в условиях свободного расширения среды под штампом, например, лопастного прессиометра отношение , что и определяет выражение в зависимости для расчета модуля деформации E среды.

5. Значение коэффициента при расчете модуля общей деформации под горизонтальной плоскостью штампа переходит в коэффициент для эквивалентного ему вертикального штампа.

6. Упругое состояние материальной среды сохраняется до момента нарушения ее структурной прочности при действии гравитационного (бытового) давления .

7. При работе однокамерного радиального прессиометра радиусом r0=rскв в скважине радиусом rскв эластичная оболочка при обжатии среды в стенках скважины будет при раздутии принимать форму эллипсоида вращения (x/a)2+(y/b)2+(z/c)2=1, в котором a=c=Ri, d=l/2, l (см) - длина, Ri (см) - большой радиус эллипсоида оболочки прессиометра в стенках скважины. Тогда . Объем эллипсоида вращения раздутой камеры прессиометра равен VЭл=(4/3)πba 2=(4/3)(l/2)R2=2πlR2/3 (см3) при объеме полости окружаемой камерой скважины , тогда объем сжимаемой камерой прессиометра среды вокруг скважины будет составлять величину VЭл=(4/3)πba 2=(4/3)(l/2)R2=2πlR2/3 (см3). Выражения для модулей деформации среды и будут определяться как

, а

,

где .

8. На графике τi=f(pi) предельного состояния материальной среды Ш. Кулона, где τxII, τyIII и piI - главные напряжения, строго направленные соответственно в горизонтальном и вертикальном направлении. Таким образом закон Ш. Кулона относится только к испытаниям среды на сжимаемость и сдвиг в компрессионных приборах и стабилометрах.

9. При определении зависимости для модуля Eо общей деформации под эластичным штампом скважинного или залавливаемого в массив корпуса радиального прессиометра следует рассматривать эластичные оболочки при (2πr0)>l0 и при (2πr0)<l0, где r0 - начальный радиус прессиометра, l0 - длина рабочей камеры прессиометра. По предлагаемому способу работа радиального эластичного штампа прессиометра рассматривается при (2πr0)>l0 как работа эквивалентного ему жесткого плоского штампа размером 2πr0×l0 (см×см) с поверхности полупространства, при этом площади эластичного штампа прессиометра и эквивалентного ему плоского штампа равны Fпр=Fшт=2πr0l0 (см2). При (2πr0)>l0 модуль общей деформации среды определяют для рабочего эластичного штампа трехкамерного прессиометра как , а при (2πr0)<l0 модуль общей деформации среды определяют для эластичного штампа трехкамерного радиального прессиометра уже как

10. В условиях компрессионного сжатия коэффициент бокового давления среды определяется как ζкx/pzy/pz=(pztgφ+c)/pz=tgφ, где c≈0 - удельное сцепление среды со стенками компрессионного кольца. Тогда коэффициент Пуассона среды в условиях компрессии равен νкк(1+ζк)=tgφ/(1+tgφ).

При давлении под штампом компрессионного прибора линии сдвига образца среды будут развиваться от краев штампа на расстоянии 0,5rк=2,185 см и выходить к стенкам компрессионного кольца высотой H=4 см как с поверхности деформируемого полупространства, ограниченного в массиве от бокового расширения кольцевой стенкой.

Предлагаемое изобретение поясняется графическими материалами, где на фиг. 1 - а) схема и б) график S=f(p) испытания среды с поверхности полупространства; на фиг. 2 - а) схема и б) график S=f(p) испытания среды в шурфе-дудке горизонтальным жестким круглым штампом; на фиг. 3 - а) схема и б) график S=f(p) испытания среды в массиве горизонтальным жестким винтолопастным штампом; на фиг. 4 - (а и б) схемы и в) график S=f(p) испытания среды в скважине вертикальными распорными прямоугольными жесткими штампами лопастного прессиометра; на фиг. 5 - (а и б) схемы и в) график S=f(p) испытания среды в скважине вертикальным трехкамерным эластичным штампом радиального прессиометра; на фиг. 6 - (а и б) - схемы испытания среды в стенках скважины ниже обсадных труб и в) - график Ri=f(pi) испытания среды в массиве вертикальным однокамерным эластичным штампом радиального прессиометра; на фиг. 7 - а) схема компрессионного испытания среды в жесткой кольцевой обойме под жестким штампом и б) совмещенные графики (Si/H)=f(pi) и ei=f(pi) испытания среды в компрессионном приборе, совмещенные с прямой графика τi=f(pi) предельного состояния среды; на фиг. 8 - а) график τx,y=f(αi) сопоставительных испытаний упруго-вязко-пластичной среды четырехкамерным крыльчатым наконечником методом вращательного среза, совмещенный с б) графиком τi=f(pi) предельного состояния среды; на фиг. 9 - а) график τx,y=f(αi) испытания торфяной упруго-эластичной среды лопастным сдвигомером методом вращательного среза, совмещенный с б) графиком τT=f(pT) предельного состояния торфяной среды; на фиг. 10 - график , построенный по зависимости .

Предлагаемый способ определения модуля E деформации материальной среды реализуется: 1) горизонтально установленным на поверхности 1 полупространства круглым жестким плоским штампом 2 площадью Fш (см2) и диаметром dш (см); 2) горизонтально установленным на дне шурфа-дудки 3 (фиг. 2) диаметром D (см) на глубине h исследования жестким круглым штампом 2 диаметром dш≈D (см) и площадью ; 3) горизонтально установленным в замкнутом массиве среды (фиг. 3) на глубине h исследования жестким винтолопастным штампом 2 диаметром dвш (см) площадью ; 4) вертикально установленным в скважине 3 диаметром dс (см) при срезе ее боковых стенок на глубине h прямоугольных жестких штампов 4 лопастного прессиометра размером B×l (см×см) и площадью Fпр=B·l (см2) (фиг. 4); 5) вертикально установленным в скважине 3 диаметром dc (см) на глубине h радиальным эластичным трехкамерным штампом 5 размером r0×3l (см×см) и рабочей площадью контакта центральной камеры со стенками скважины Fпр=2πr0l (см2) (фиг. 5); 6) вертикально установленным в лидирующей скважине ниже обсадных труб 6 на глубине h радиальным эластичным однокамерным штампом 7 прессиометра с изначальным размером r0×l0 (см×см) цилиндрической камеры (фиг. 6) с полудлиной b=l0/2 (см), защищенной гибкими пластинами 8 и лидирующим конусом 9 от повреждений; 7) горизонтально установленным на образце 10 высотой H (см) исследуемой среды цилиндрической формы в жесткой кольцевой обойме 11 компрессионного прибора (одометра) жестким перфорированным штампом 12 диаметром dк (см) (фиг. 7).

При бурении скважины диаметром dш (см), dс (см) с глубины h исследования грунтоносом производят отбор проб ненарушенной среды, по которым в лабораторных условиях определяют ее удельный вес γстр (кг/см3), и готовят образцы для испытания в компрессионном приборе. На поверхности 1 полупространства в полевых условиях устанавливают штамп 2 площадью Fшт (см2) (фиг. 1). На глубине h массива среды устанавливают: а) на дне шурфа-дудки 3 (фиг. 2) диаметром D - горизонтальный штамп 2 круглой формы; б) в массиве среды - ввинчиваемый винтолопастной штамп 2 диаметром dвш (фиг. 3); в) в стенках скважины диаметром dс - распорные штампы 4 прямоугольной формы лопастного прессиометра (фиг. 4); г) в скважине (фиг. 5) диаметром dс устанавливают эластичный цилиндрический штамп 5 с начальным радиусом rс трехкамерного радиального прессиометра; д) в лидирующей скважине (фиг. 6) радиусом r0 ниже колонны обсадных труб 6 на глубине h - однокамерный радиальный штамп 7 зонда прессиометра, защемленный выдвижными продольными металлическими пластинами 8 и лидирующим конусом 9 на нижнем конце; е) в жестком кольце 11 (фиг. 7) компрессионного прибора устанавливают подготовленный образец 10 среды под круглым жестким перфорированным штампом 12.

Штампы 2, 4, 5, 7, 12 приборов соединяют с нагрузочными и контрольно-измерительными приспособлениями (не показаны) их перемещения в среде под нагрузкой Ρ при передаче на среду ступеней давления Δpi (кГ/см2).

Испытания среды производят в соответствии с ГОСТ 20276-85 [2] и ГОСТ 23908-79 [13] возрастающими ступенями сжимающего давления Δpi при регистрации соответствующих осадок Si среды под штампом до момента их стабилизации во времени t.

Первая ступень давления производит осадку среды под штампом , далее среду под штампом разгружают полностью p0=0 с замером остаточной деформации S2=S0 после разгрузки и снова загружают давлением с замером осадка среды под штампом при бытовом давлении нарушенной среды.

При испытании образца 10 среды в жесткой кольцевой обойме 11 компрессионного прибора (фиг. 7) жестким перфорированным круглым штампом 12 к оси (0,ei) графика испытания образца среды ei=f(pi) для определения показателей прочности среды φ° и c (кГ/см2) пристраивают ось (0;Si/H), на которой откладывают относительные осадки (Si/H) образца среды с соответствующими значениями ее коэффициентов пористости ei, при этом при ei=e0 значение (Si/H)<1 (фиг. 7, б). Далее к графику (Si/H)=f(pi) пристраивают график τi=f(pi) предельного состоянии образца среды путем построения круговых диаграмм Мора методом подкасательных Ю.Г. Трофименкова [14] к графику (Si/H)=f(pi) и проведения прямой графика τi=f(pi) предельного состояния среды в нарушенном состоянии, угол наклона которой к оси (0;pi) соответствует углу внутреннего трения среды. Далее производят вертикаль через совмещенные графики (Si/H)=f(pi) и τi=f(pi) при давлении . На графике τi=f(pi) от точки K (фиг. 7, б) откладывают величину τбнh, соответствующую гравитационному (бытовому) давлению , и строят горизонтальную ось (0;pi) графика предельного состояния среды со значением .

Через значения на оси (0;pi) проводят прямую по углом к вертикали, которая отсекает на оси (0;τi) значение удельного сцепления среды в нарушенном состоянии (фиг. 7, б). По значениям , cн определяют параметры угла внутреннего трения и cстр - удельного сцепления исследуемой структурированной среды как и угла по графику (фиг. 10), построенному по данным таблицы 1 в соответствии с уравнением .

В компрессионном приборе опыты на сжимаемость образца 11 (фиг. 7) прекращают при стабилизации его относительных осадок (ΔSi/H) при pмах. По данным испытаний образцов в условиях компрессии строят график Si=f(Δpi-const,t) (фиг. 7) в соответствии с принятой стандартной методикой испытания среды статическими нагрузками.

После определения параметров прочности среды φ° и c (кГ/см2) рассчитывают ее коэффициенты (Пуассона) относительной поперечной деформации: а) в массиве - как и ; б) в стенках выработки - как и ; в) в условиях компрессионного сжатия - как и . Определяют: 1) гравитационное (бытовое) давление в среде на глубине исследования h - как и ; 2) величину начального (первого) критического давления в условиях компрессии .

По результатам испытания среды Si=f(pi) устанавливают показатели осадок SкрI, , и S0 (см) под штампом, соответствующие давлениям pкрI, pб и p=0. Рассчитывают модуль общей деформации упруго-вязко-пластической среды (грунт, торф низинный с высокой степенью разложения RT=45%…60% или переработанный) под горизонтальным жестким штампом с поверхности полупространства по зависимости Е.Н. Хрусталева , где , q - давление бокового пригруза штампа (кГ/см2), а модуль упругости - по зависимости Е.Н. Хрусталева , где B - ширина (см), dкр - диаметр (см) и Fкр - площадь (см2) круглого штампа; под горизонтальным винтолопастным штампом в массиве среды модуль общей деформации среды определяют по зависимости Е.Н. Хрусталева , где , а модуль упругости - по зависимости Е.Н. Хрусталева ; под горизонтальным штампом в шурфе-дудке или на дне вертикальной выработки модуль общей деформации среды определяют по зависимости Е.Н. Хрусталева , где , а модуль упругости - по зависимости Е.Н. Хрусталева ; под вертикальным распорным штампом лопастного прессиометра в вертикальной выработке-скважине модуль общей деформации среды определяют по зависимости Е.Н. Хрусталева , где , а модуль упругости - по зависимости Е.Н. Хрусталева ; под вертикальным радиальным эластичным штампом радиусом r0=rскв в скважине радиусом rскв трехканального прессиометра типа Л. Менара модуль общей деформации среды определяют по зависимости Е.Н. Хрусталева , а модуль упругости - по зависимости Е.Н. Хрусталева , где , l0 - длина рабочей камеры прессиометра (см); под упругим штампом однокамерного прессиометра радиусом r0=rскв в скважине радиусом rскв модуль общей деформации среды определяют по зависимости Е.Н. Хрусталева , где RкрI и Rб - большие радиусы эллипсоида эластичного штампа (см), , а модуль упругости - по зависимости Е.Н. Хрусталева , где - большой радиус эллипсоида штампа (см) при гравитационном давлении ; под горизонтальным круглым жестким перфорированным штампом dк (см) компрессионного прибора при доступе атмосферного давления модуль общей деформации среды определяют по зависимости Е.Н. Хрусталева , где - ширина (см) прямоугольного штампа, эквивалентного круглому с площадью Fк (см2) и диаметром dк (см), , а модуль упругости - по зависимости Е.Н. Хрусталева .

Пример I реализации способа. Материальная среда в массиве сложена суглинками и на глубине h=120 см характеризуется физическими параметрами , cстр=0,1678 (кГ/см2), модулем деформации

и модулем упругости

, полученными при исследовании среды методом вращательного среза (при отсутствии атмосферного давления) четырехлопастным наконечником в режиме ее нагружения возрастающими ступенями крутящего момента ΔMi и замера соответствующих ему углов α i o поворота наконечника вокруг своей оси (фиг. 8, фиг. 9).

По предлагаемому способу на площадке исследования пробурены опытные скважины и шурфы-дудки на глубину h=120 см с отбором образцов среды, по которым в лабораторных условиях были определены их удельный вес γстр=0,002 (кг/см3) ненарушенной структуры, угол внутреннего трения и удельное сцепление cстр=0,1678 (кГ/см2). Далее рассчитывают показатели среды в нарушенном состоянии:

1) угол внутреннего трения

2) удельное сцепление

3) гравитационное бытовое давление при ; 4) удельный вес .

Определяют:

1) начальное (первое) критическое давление в условиях компрессии

2) значение коэффициентов Пуассона: а) в массиве -

б) в стенках выработки -

в) в условиях компрессионного сжатия -

и

1) По результатам испытания суглинка Si=f(pi) горизонтальным рабочим штампом площадью Fшт=600 см2 с кольцевой нагрузкой до площади F=2500 см2 с поверхности полупространства (h=0) методом статических нагрузок при кольцевом пригрузке давлением q=1 (кГ/см2) и отсутствии атмосферного давления под штампом были установлены показатели:

а) бокового давления структурированной среды за краями рабочего штампа в воронке сжатия и среды с нарушенной структурой

б) начального (первого) критического давления

в) осадки рабочего штампа при соответствующих давлениях , и .

Модуль общей деформации суглинка составил

а модуль упругости

2) По результатам испытания суглинка в шурфе-дудке на глубине h=120 см горизонтальным штампом площадью Fшт=600 см2 при отсутствии атмосферного давления под штампом были установлены показатели:

а) начального (первого) критического давления

б) осадок суглинка под штампом

при соответствующих давлениях и .

Модуль общей деформации суглинка составил

а модуль упругости - .

3) По результатам испытания суглинка в массиве на глубине h=120 см винтолопастным штампом Fшт=600 см2 при отсутствии атмосферного давления были установлены показатели:

а) начального (первого) критического давления

б) осадок суглинка под штампом

при соответствующих давлениях и .

Модуль общей деформации суглинка составил

а модуль упругости -

4) По результатам испытания суглинка с γстр=0,002 (кг/см3) на глубине h=120 см вертикальным распорным штампом площадью Fшт=600 см2 лопастного прессиометра ЛПМ-14 в обрезанных стенках лидирующей скважины установлены показатели осадки среды: ,

при соответствующих давлениях , и

Модуль общей деформации суглинка составил

а модуль упругости -

5) По результатам испытания суглинка в скважине (⌀=89 мм) трехкамерным радиальным прессиометром ПФ-3 (типа Л. Менара) при длине рабочей камеры l0=200 см и ее радиусе r0=4,45 см, l0<(2πr0=2π4,45=280 см) установлены показатели деформации стенок скважины при соответствующих давлениях , и

Модуль общей деформации суглинка составил

,

а модуль упругости -

6) По результатам испытания суглинка в скважине ниже колонны обсадных труб радиальным однокамерным прессиометром ПВ-60 при l0=46 см радиусом r0=3 см установлены показатели деформации грунтовых стенок скважины при соответствующих давлениях , и

Модуль общей деформации суглинка составил

,

а модуль упругости -

7) По результатам компрессионных испытаний образцов суглинка в лабораторных условиях при площади перфорированного жесткого штампа Fшт=60 см2, начальной высоте образца H=4 см получены следующие данные компрессионных деформаций образца при соответствующих давлениях , и и при радиусе штампа rк=4,37 см. При линии сдвига из-под краев штампа на расстоянии 0,5rк=2,185 см будут выходить к боковым стенкам компрессионного кольца высотой H=4 см.

Модуль деформации суглинка составил

, а модуль упругости

Пример II реализации способа. При испытании торфяной залежи на глубине h=170 см методом вращательного среза крыльчатым сдвигометром СК-10 при степени разложения торфа RT=45%, влагоемкости W=75,2%, угле внутреннего трения , удельном сцеплении cстр=0,1535 (кГ/см2) и удельном весе были получены расчетные данные:

1) модуль упругости ;

2) коэффициенты , ; 3) гравитационное (бытовое) давление ; 4) коэффициенты Пуассона: а) в массиве ; б) в стенках выработки -

в условиях компресии.

1) По результатам испытания торфяной залежи с поверхности полупространства штампом площадью Fшт=5000 см2 статическими нагрузками получены данные о ее сжимаемости под давлением и p0=0 - соответствующие осадки , S0=0 (см). Модуль упругости залежи составил

.

2) По результатам испытания торфа в шурфе-дудке, обсаженной трубами на глубину h=170 см, штампом Fшт=600 см2 были получены под давлением и p0=0 осадки торфа под штампом , S0=0 (см). Модуль упругости торфа составил

3) По результатам испытания торфа в массиве на глубине h=170 см под давлением винтолопастным штампом Fшт=600 см2 получены осадки торфа , S0=0 (см)

Модуль упругости торфа составил

4) По результатам испытания торфа в обрезанных стенках скважины распорными штампами лопастного прессиометра площадью Fшт=600 см2 на глубине h=170 см были получены осадки торфа под штампом , S0=0 (см) - при разгрузке, под давлением , p0=0. Модуль упругости торфа составил -

5) По результатам испытания торфа на глубине h=170 см трехкамерным прессиометром ПФ-3 в скважине диаметром 89 мм при гравитационном давлении получены приращения диаметра скважины и r0=4,49 см. Модуль упругости торфа составил

6) По результатам испытания торфа на глубине h=170 см радиальным однокамерным прессиометром ПВ-60 при радиусом r0=6 см и l0=46 см в скважине при бытовом давлении и деформации торфа получен модуль упругости торфа

7) По результатам компрессионных испытаний образца торфа, отобранного с глубины h=170 см торфяной залежи, при и деформации образца торфа получен модуль упругости торфа

Впервые на базе предлагаемого изобретения получены определяющие зависимости для модуля общей деформации Eо и модуля упругости Eупр исследуемой среды различными методами ее испытания на сжимаемость.

Источники информации

1. Цытович Н.А. Механика грунтов (краткий курс): Учебник для вузов. - 3-е изд., доп. - М.: Высшая школа, 1979. - С. 166-168.

2. ГОСТ 20276-85. Грунты. Методы полевого определения характеристик деформируемости. - М.: Изд-во стандартов, 1985. - 32 с.

3. Гольдштейн М.Н., Кушнер С.Г. и др. Расчеты осадок и прочности оснований зданий и сооружений. - Киев: «Будивельник», 1977. - С. 47-52.

4. Тер-Мартиросян З.Г. Механика грунтов / Учебное пособие. - М.: Изд-во Ассоциации строительных вузов, 2005. - С. 87-88.

5. Рекомендации по определению деформационных характеристик нескальных грунтов в полевых условиях с применением винтового штампа / Мариупольский Л.Г., Хубаев С. - М.К. - М.: НИИОСП Госстроя СССР, 1985. - С. 11-17.

6. Рекомендации по испытанию грунтов методом лопастной прессиометрии / ПНИИИС Госстроя СССР. - М.: Стройиздат, 1985. - С. 34-35.

7. Хрусталев Е.Н. Исследования сжимаемости слабых грунтов методом лопастной прессиометрии и результаты его внедрения в практику инженерных изысканий / Автореферат диссертации на соискание уч. степени к. техн. н. - ПНИИИС Госстроя СССР, 1981. - С. 11, 14.

8. Корчагин Г.П., Коренева С.Л. Прессиометрия и вращательный срез в инженерной геологии. - М.: «Недра», 1976. - С. 29.

9. Швец В.Б., Лушников В.В., Швец Н.С. Определение строительных свойств грунтов / Справочное пособие. - Киев: Будивельник, 1981. - С. 52-60.

10. Авторское свидетельство №631586, БИ 41, 1978.

11. Зиангиров Р.С., Роот П.Э. и др. Практикум по механике грунтов. - М.: Изд-во МГУ, 1984. - С. 54-56.

12. Тимошенко С.П., Гудьер Дж. Теория упругости: Пер. с англ. / Под ред. Г.С. Шапиро. - 2-е изд. - М.: Наука. Глав. редакция физ.-мат. литературы, 1979. - С. 410.

13. ГОСТ 23908-70 Грунты. Метод лабораторного определения сжимаемости. - М.: Изд-во стандартов, 1970.

14. Трофименков Ю.Г., Воробков Л.Н. Полевые методы исследования строительных свойств грунтов. Изд. 2-е, перераб. и доп. - М.: Стройиздат, 1974. - С. 151-154.

15. Справочник по торфу / Под ред. к.техн.н. Лазарева А.В. и д.т.н Корчунова С.С. - М.: Недра, 1982. С. 17.

Способ определения модуля деформации материальной среды, заключающийся в том, что жесткий плоский или эластичный радиальный штамп с изначальной площадью F0 (см2) устанавливают в контакте со стенками выработки или с поверхностью полупространства материальной среды на глубине h (см) ее ненарушенного массива с доступом атмосферного давления ( p с р а т м = 1,033 к Г / с м 2 ) или без него, штампом на среду создают возрастающие ступени эффективного статического давления Δpi (кГ/см2), которые выдерживают во времени t до стабилизации соответствующих значений осадок среды Si (см) под штампом, регистрируют результаты испытания среды ΔSi=f(Δpi-const,t), устанавливают значение коэффициента Пуассона среды как ν00/(1+ζ0), где ζ0 - коэффициент общего бокового давления среды, рассчитывают для упруго-вязко-пластичной среды (грунт, торф низинный с высокой степенью разложения RT=45%…65% или переработанный) модуль Eо (кГ/см2) общей деформации, отличающийся тем, что по предварительно отобранным с глубины h образцам среды с ненарушенной структурой определяют ее удельный вес γстр (кг/см3) и параметры прочности - угол ϕ с т р 0 внутреннего трения и удельное сцепление cстр (кГ/см2), для расчета модуля деформации среды в нарушенном состоянии ее параметры прочности определяют как , cн=cстр[2-tgφн/tgφстр] (кГ/см2), рассчитывают величины эффективного гравитационного (бытового) давления в структурированной среде как p б с т р = c с т р t g ϕ с т р о ( к Г / с м 2 ) и в среде с нарушенной структурой как p б н = c н t g ϕ н о ( к Г / с м 2 ) , эффективного начального (первого) критического давления сжатия образца среды в условиях компрессии p с р к = p с р , с ж к р 1 = [ p а т м ( 1 + sin ϕ н о ) + 2 c н cos ϕ н о ] / ( 1 sin ϕ н о ) ( к Г / с м 2 ) и коэффициентов Пуассона среды в массиве - как и , в стенках выработки как - и , в условиях компрессионного сжатия - как и , испытания среды под штампом Si=f(pi) статическими нагрузками Δpi производят при создании на среду давления, равного гравитационному (бытовому) давлению, разгрузке
среды до нулевого давления р2=0 (кГ/см2), нагружении среды давлением p 3 = p б н ( к Г / с м 2 ) и давлением p 4 = p с р к р 1 ( к Г / с м 2 ) при замере стабилизированных во времени t соответствующих значений осадок среды , а модуль общей деформации определяют: под горизонтальным жестким штампом с поверхности полупространства по зависимости E 0 ш т . = [ 1 ( ν н В ) 2 ] ( B / 2 = d к р π / 4 = F к р / 2 ) [ ( p с р , с ж к р 1, п п p б н ) / ( S к р 1 S б н ) ] ( к Г / с м 2 ) , где p с р , с ж . к р 1, п п = { [ ( p с р к t g ϕ н о + c н ) cos ϕ н о cos ϕ с т р о ] c н } c t g ϕ н о p а т м + q + p б н ( к Г / с м 2 ) , q - давление бокового пригруза штампа (кГ/см2), а модуль упругости - по E у п р ш т . = [ 1 ( ν с т р . В ) 2 ] ( B = d к р π / 2 = F к р ) [ p б с т р / ( S б с т р S 0 ) ] ( к Г / с м 2 ) зависимости, где B - ширина (см), dкр - диаметр (см) и Fкр - площадь (см2) круглого штампа;
под горизонтальным винтолопастным штампом в массиве среды модуль общей деформации среды определяют по зависимости E 0 в ш = [ 1 ( ν н м ) 2 ] ( B / 2 = d к р π / 4 = F к р / 2 ) [ ( p с р , с ж . к р 1, м p б н ) / ( S к р 1 S б н ) ] ( к Г / с м 2 ) , где p с р , с ж . к р 1, п п = [ ( p с р к t g ϕ н о + c н ) / ( sin ϕ н о cos ϕ с т р о ) c н ] c t g ϕ н о + p б н ( к Г / с м 2 ) , а модуль упругости - по зависимости E у п р в ш = [ 1 ( ν с т р м ) 2 ] F к р [ p б с т р / ( S б с т р S 0 ) ] ( к Г / с м 2 ) ;
под вертикальным распорным штампом в вертикальной выработке-скважине модуль общей деформации среды определяют по зависимости
E 0 п р = [ ( 1 + ν н в ) / ( 1 ν н в ) ] ( B / 2 = d к р π / 4 = F к р / 2 ) [ ( p с р , с ж к р 1, п р p б н ) / ( S к р 1 S б н ) ] ( к Г / с м 2 ) , где p с р , с ж к р 1, п р = { [ ( p с р к t g ϕ н о + c н ) / ( cos ϕ с т р о sin ϕ н о ) c н ] c t g ϕ н о } p а т м + γ с т р h ( к Г / с м 2 ) , а модуль упругости - по зависимости
E у п р п р = [ ( 1 + ν с т р в ) / ( 1 ν с т р в ) ] ( B = d к р π / 2 = F к р ) [ p б с т р / ( S б с т р S 0 ) ] ( к Г / с м 2 ) ;
под горизонтальным круглым жестким перфорированным штампом dк (см) компрессионного прибора при доступе атмосферного давления модуль общей деформации среды определяют по зависимости
E 0 к = [ 1 ( ν н к ) 2 ] ( F к / 2 = d к π / 4 ) [ ( p с р к p б н ) / ( S к р 1 S б н ) ] ( к Г / с м 2 ) ,
где F к = d к π / 2 = B Э - ширина (см) прямоугольного штампа, эквивалентного круглому с площадью Fк (см2) и диаметром dк (см), а модуль упругости - по зависимости
E у п р к = [ 1 ( ν с т р к ) 2 ] ( d к π / 2 = F к ) [ p б с т р / ( S б с т р S 0 ) ] ( к Г / с м 2 ) , при этом под горизонтальным штампом в шурфе-дудке или на дне вертикальной выработки модуль общей деформации среды определяют по зависимости
E 0 с к в = [ 1 ( ν н м ) 2 ] ( B / 2 = d к р π / 4 = F к р / 2 ) [ ( p с р , с ж к р 1, с к н p б н ) / ( S к р 1 S б н ) ] ( к Г / с м 2 ) , где p с р , с ж . к р 1, с к в = { [ ( p с р к t g ϕ н о + c н ) / ( cos ϕ с т р о cos ϕ н о ) c н ] } c t g ϕ н о p а т м + p б н ( к Г / с м 2 ) , а модуль упругости - по зависимости E у п р с к в = [ 1 ( ν с т р м ) 2 ] F к р [ p б с т р / ( S б с т р S 0 ) ] ( к Г / с м 2 ) ,
причем под трехкамерным радиальным эластичным штампом радиусом r0=rскв в скважине радиусом rскв модуль общей деформации среды определяют по зависимости
E 0 r = [ ( 1 + ν н м ) / ( 1 ν н м ) ] ( l 0 / 2 ) [ ( p с р , с ж к р 1, r p б н ) / ( r с р к р 1 r б н ) ] ( к Г / с м 2 ) ,
а модуль упругости - по зависимости E у п р r = [ ( 1 + ν с т р м ) / ( 1 ν с т р м ) ] l 0 [ p б с т р / ( r б с т р r 0 ) ] ( к Г / с м 2 ) , где p с р , с ж к р 1, r = { [ ( p с р к t g ϕ н о + c н ) / ( cos ϕ с т р о sin ϕ н о ) c н ] } c t g ϕ н о + γ с т р h ( к Г / с м 2 ) ,
l0 - длина рабочей камеры прессиометра (см), r б с т р , r б н и rкр1 - показатели деформации стенок скважины при соответствующих давлениях p б с т р , p б н и p с р , с ж . к р 1 , a под упругим однокамерным штампом, радиусом r0=rскв в скважине радиусом rскв модуль общей деформации среды определяют по зависимости
E 0 R = [ ( 1 + ν н м ) / ( 1 ν н м ) ] 1,5 r 0 2 { ( p с р , с ж . к р 1, R p б н ) / [ ( R к р 1 ) 2 ( R б ) 2 ] } ( к Г / с м 2 ) , где Rкр1 и Rб - большие радиусы эллипсоида эластичного штампа (см),
p с р , с ж . к р 1, R = { [ ( p с р к t g ϕ н о + c н ) / ( cos ϕ с т р о sin ϕ н о ) c н ] } c t g ϕ н о + γ с т р h ( к Г / с м 2 ) , а модуль упругости - по зависимости E у п р R = [ ( 1 + ν с т р . м ) / ( 1 ν с т р . м ) ] 1,5 r 0 2 p б с т р / ( R б с т р ) ( к Г / с м 2 ) , где R б с т р - большой радиус эллипсоида штампа (см) при гравитационном давлении p б с т р ( к Г / с м 2 ) .



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способам определения прочности сцепления волокон в одноосноориентированных волокнистых композитных материалах, применяемых в строительных конструкциях и изделиях.

Использование: для тестирования истинной прочности или жесткости твердых или сверхтвердых компонентов, используя акустическую эмиссию. Сущность изобретения заключается в том, что устройство тестирования на основе акустической эмиссии содержит тестируемый образец, включающий твердую поверхность, акустический датчик, индентор, соединенный с твердой поверхностью, и нагрузку.

Изобретение относится к области исследования и анализа твердых материалов путем определения их прочностных свойств, а именно определения коррозии и трещин в металлических запорных элементах - напорных клапанах высокого давления гидрорезного оборудования в процессе их циклического нагружения во время работы насоса, и может быть использовано для оценки их работоспособности.

Изобретение относится к области неразрушающего контроля и может быть использовано в строительной отрасли. Предлагаемый способ заключается в том, что предварительно выявляют место наибольшей осадки фундамента здания.

Изобретение относится к лабораторному моделированию в геофизике с применением электрогидравлического, программно управляемого пресса и может быть использовано для исследований процессов разрушения горных пород с целью отработки методик и алгоритмов прогнозирования сейсмической опасности в природных массивах.

Изобретение относится к испытательной технике. Призматический образец имеет форму призмы, продольную и поперечную плоскости симметрии, два боковых выступа, расположенных продольно, по концам призмы - опорные поверхности, а в центральной ее части - поверхность нагружения поперечной испытательной нагрузкой.

Изобретение относится к испытательной технике, к испытаниям на прочность. Центробежная установка содержит корпус, установленные на нем вал с приводом вращения, гидроцилиндр, закрепленный на валу перпендикулярно его оси, размещенные в гидроцилиндре поршень, фиксатор положения поршня в гидроцилиндре, захват для соединения с торцом образца, закрепленный на поршне в подпоршневой полости, и источник среды, соединенный с подпоршневой полостью гидроцилиндра посредством входного отверстия в гидроцилиндре.

Изобретение относится к ракетной технике, а именно к стендам, которые предназначены для проведения гидроиспытаний корпусов ракетных двигателей на твердом топливе (РДТТ).

Изобретение относится к диагностированию сосудов, работающих под действием статических и малоцикловых нагрузок от внутреннего избыточного давления, и может быть использовано для оценки прочности сосудов при диагностировании с учетом фактических параметров нагруженности их конструктивных узлов и элементов.

Изобретение относится к технике испытаний труб для магистральных газопроводов. .

Изобретение относится к области измерительной техники и предназначено для использования при определении вместимости емкостей, работающих при давлениях, превышающих атмосферное.

Изобретение относится к области геофизического приборостроения и предназначено для измерения линейных и объемных деформаций, величин и направлений максимальных сдвиговых деформаций, азимутов простирания и углов падения плоскостей максимальных сдвиговых деформаций, деформаций кручения относительно оси устройства.

Изобретение относится к измерительной технике. .

Изобретение относится к геофизической аппаратуре и может быть использовано для регистрации деформаций земной коры. .

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для контроля покрытий внутренних поверхностей трубопроводов. .

Тензометр // 1180689

Изобретение относится к компактному зажимному устройству (50) для трубы, пригодному для использования в установке для гидравлических испытаний под давлением с целью контроля качества трубы, полученной электросваркой методом сопротивления. На неподвижное основание (51) посажено с возможностью подъема и опускания поднимаемое и опускаемое основание (52), включающее в себя находящееся на нем поддерживающее трубу тело (55). В положениях, между которыми заключено поддерживающее трубу тело (55) поднимаемого и опускаемого основания (52), расположены зажимные захваты (56), способные поворачиваться. В поднимаемом и опускаемом основании (52) предусмотрен корпус (58) привода захватов для независимого подъема и опускания поднимаемого и опускаемого основания (52). Противоположные боковые участки корпуса (58) привода захватов соединены с противоположными зажимными захватами (56) посредством звеньев (59) так, что могут поворачивать зажимные захваты (56) в направлениях смыкания путем опускания относительно поднимаемого и опускаемого основания (52). На неподвижное основание (51) установлены и первый приводной механизм (53), предназначенный для привода поднимаемого и опускаемого основания (52) с целью подъема и опускания, и второй корпус (54) привода, предназначенный для привода корпуса (58) привода захватов с целью подъема и опускания. Технический результат - повышение компактности и легкости конструкции с обеспечением ее надежности. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 27 ил.

Изобретение относится к «физике материального взаимодействия», конкретно к способу определения модуля Eо общей деформации и модуля Eупр упругости материальной среды в условиях гравитационного взаимодействия pб и влияния атмосферного давления. По образцам среды, отобранным на глубине h ее массива, определяют ее удельный вес γстр, угол внутреннего трения и удельное сцепление cстр, рассчитывают для нарушенной структуры среды угол и удельное сцепление cнcстр[2-tgφнtgφстр], определяют гравитационное давление и, величину эффективного начального критического давления сжатия образца среды в условиях компрессии и коэффициенты Пуассона в массиве - как и, в стенках выработки - как,, в условиях компрессионного сжатия - как, производят испытание среды Sif во времени t возрастающими ступенями статических нагрузок Δpi при создании на среду давления, равного гравитационному, разгрузку среды до нулевого давления p20, нагружение среды давлением и давлением при замере стабилизированных во времени t соответствующих значений осадок среды,,,, а модули общей деформации и упругости среды рассчитывают по следующим зависимостям при испытании среды штампом: 1) со свободной поверхности полупространства и, где, B и dкр - ширина и диаметр, Fкр - площадь штампа ; 2) в массиве среды винтолопастным штампом и, где ; 3) на дне вертикальной выработки и, где ; 4) в стенках вертикальной выработки под распорными штампами и, где ; 5) в стенках скважины под эластичным радиальным штампом трехкамерного прессиометра и, где, l0 - длина рабочей камеры ; 6) в стенках скважины под эластичным штампом однокамерного прессиометра и, где, RкрI, Rб, - большие радиусы эллипсоида раздутой камеры прессиометра ; 7) в компрессионной камере лабораторного прибора и. 10 ил., 1 табл.

Наверх