Результат интеллектуальной деятельности: ПРИБОР ДЛЯ ИСПЫТАНИЙ ГРУНТОВ НА СЖИМАЕМОСТЬ

Изобретение относится к области строительства и предназначено для определения в лабораторных условиях механических характеристик грунта, а именно модуля деформации и коэффициента поперечных деформаций (коэффициента Пуассона).

Известно УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ БОКОВОГО ДАВЛЕНИЯ В ГРУНТАХ (авт.св. СССР №939638, МПК E02D 1/00, 1982 г.). Устройство включает корпус с перфорированным поршнем и пористым дном, тензокольцо с тензодатчиками, нагрузочное и измерительные приспособления. Боковое давление грунта измеряется при помощи тензодатчиков, закрепленных на наружной поверхности тензокольца и фиксирующих его удлинение. Коэффициент бокового давления ξ определяется как отношение бокового (горизонтального) давления σ_x к вертикальному σ_z; ξ=σ_x/σ_z. Коэффициент Пуассона ν находят по известной зависимости: ν=ξ/(1+ξ) (аналог).

Недостатком аналога является недостаточная точность измерения бокового давления, связанная с изменением высоты образца в ходе опыта. Так как высота образца за счет сжатия становится меньше высоты кольца, интерпретировать результаты измерений не представляется возможным. Кроме того, покрытие боковых стенок кольца фторопластом не позволяет избавиться от сил трения между кольцом и грунтом, при этом оценить величину трения не предоставляется возможным, так как трение будет зависеть от гранулометрического состава грунта.

Известен прибор для компрессионных испытаний грунтов (патент РФ №92958 на полезную модель, МПК G01N 3/08, 2010 г.), включающий корпус с пористым дном, кольцо с образцом грунта, поршень, камеру, заполненную жидкостью, и измерительные приспособления.

Данному прибору свойственны недостатки, присущие приборам трехосного сжатия, а именно: необходимость использования дегазированной жидкости, сложность исключения утечек жидкости, невозможность учета деформации самой резиновой оболочки. Как и в аналоге, между стенками прибора и образцом грунта возникают силы трения, влияющие на данные измерений.

При обработке результатов испытаний в приборах, являющихся прототипом и аналогом, принимают условие полного отсутствия поперечных деформаций, но сама конструкция таких приборов и датчиков давления в них обуславливают возможность перемещений, искажающих данные измерений.

Задачей изобретения является упрощение конструкции прибора, а также повышение точности результатов измерений модуля деформации и коэффициента поперечных деформаций.

Данная задача решается тем, что прибор для испытаний грунта на сжимаемость, содержащий цилиндрический корпус, перфорированный поршень и пористое дно, дополнительно включает вкладыш из эластичного материала с известными упругими характеристиками, снабженный датчиками перемещений, укладываемый между корпусом и испытываемым образцом.

Изобретение иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 изображен прибор для испытаний грунта на сжимаемость, на фиг.2 - прибор с сеткой конечных элементов до приложения нагрузки, на фиг.3 - прибор с сеткой конечных элементов после приложения нагрузки, на фиг.4 - номограмма для определения модуля деформации и коэффициента поперечных деформаций.

Прибор содержит корпус 1 с углублением 2 и дренажным отверстием 3, перфорированный поршень 4, пористое дно 5 и датчики перемещения 6, эластичный вкладыш 7, расположенный между корпусом 1 и образцом грунта. Вкладыш 7 позволяет образцу грунта под действием нагрузки расширяться в поперечном направлении.

Под действием нагрузки, прикладываемой к поршню 4, образец грунта и эластичный вкладыш 7 одновременно сжимаются, а датчики перемещения 6 регистрируют их поперечные деформации. Испытания, в зависимости от свойств грунтов, могут проводиться с вкладышами с различными значениями модуля упругости. Модуль деформации и коэффициент поперечных деформаций грунта определяют по результатам численного моделирования.

На фиг.2, 3 представлен пример моделирования предлагаемого прибора с сеткой конечных элементов образца грунта и эластичного вкладыша до и после приложения нагрузки. Задача решалась в осесимметриченой постановке с помощью нашедшей широкое применение в практике геотехнических вычислений программы "Plaxis".

По данным моделирования при различных значениях модуля деформации и коэффициента поперечных деформаций образца грунта строится номограмма, на которой по оси абсцисс откладывают разность значений относительных вертикальных и горизонтальных деформаций (ε_z-ε_x), по оси ординат - относительные вертикальные деформации ε_z (фиг.4).

По результатам лабораторных испытаний определяют вертикальные и горизонтальные деформации образца, находят относительные деформации. Точку с координатами [(ε_z-ε_x); ε_z] наносят на номограмму и далее интерполяцией определяют модуль деформации и коэффициент поперечных деформаций грунта.

Конструкция прибора позволяет исключить трение по боковой поверхности образца грунта, так как вкладыш и образец грунта сжимаются одновременно. Коэффициент трения между эластичным вкладышем и корпусом является постоянным и легко определяется при градуировке прибора. Силы трения учитываются при численном моделировании.

Прибор предлагаемой конструкции позволяет получать более достоверные значения модуля деформации и коэффициента Пуассона, так как при обработке данных не вводится допущение об отсутствии поперечных деформаций. Также необходимо подчеркнуть простоту предлагаемого прибора для испытаний грунта.