СДВИГОВОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ НА СРЕЗ ОБРАЗЦОВ МЕЛКОЗЕРНИСТЫХ СВЯЗНЫХ И НЕСВЯЗНЫХ ГРУНТОВ И СНЕГА

Заявленное техническое решение относится к области технических средств и их элементов, предназначенных для определения механических характеристик грунтов, как в лабораторных, так и в полевых условиях.

Известен прибор для компрессионных испытаний грунтов, который содержит корпус с пористым дном, кольцо с грунтом, нагрузочное приспособление из поршня и измерительные приспособления для измерения порогового и бокового давления. Прибор выполнен из четырех гидравлически и электрически взаимосвязанных частей: пресса, одонометра, блока усиления и преобразования сигналов с датчиков в цифровой вид с компьютером и интерфейсом и блока обратного давления (Патент РФ №2423682, МПК G01N 3/08. Опубл.: 10.07.2011).

В данном приборе используется сдвиговое устройство, выполненное в виде кольца для размещения испытуемого грунта с целью определения прочностных характеристик грунтов. Конструкция сдвигового устройства в целом является довольно сложной, поскольку требует наличия большого количества элементов и их взаимодействия с данным устройством. Кроме того, оно предназначено для исследования различных грунтов исключительно в лабораторных условиях.

Наиболее близким к заявленному техническому решению по совокупности существенных признаков является мобильная сдвиговая установка для испытания грунтов на срез (МСУ-1), содержащая опорную раму, два комплекта устройств силовой нагрузки, обеспечивающих вертикальное нагружение монолита грунта, создание касательной нагрузки и их измерение, при этом каждый комплект включает: насос ручной гидравлический, манометр, рукав высокого давления и гидроцилиндр и сдвиговое устройство в виде двух колец (разъемных обойм) каждое из которых состоит из двух половинок, соединенных пластинами и болтами (Иванов В.И., Куринов М.Б., Меньшиков В.А., Широков В.Н. Особенности выполнения полевых испытаний грунтов на срез с использованием установки МСУ-1 // Сергеевские чтения, выпуск 12. - М.: РУДН, 2010, с. 330-333. ПРОТОТИП).

Сдвиговое устройство рассматриваемой установки для испытания грунтов на срез выполнено в виде двух вертикально расположенных соосных колец для размещения монолита грунта, где первое кольцо выполнено неподвижным, а второе кольцо выполнено с возможностью горизонтального перемещения относительно первого кольца с целью создания горизонтальной силовой нагрузки на срез.

Недостатком известного устройства (прототипа) является низкая точность измерения механических свойств грунта, обусловленная тем, что при воздействии силовой нагрузки на нижнее подвижное кольцо в горизонтальном направлении она в начальный момент практически полностью воспринимается, в основном, частью грунта (из-за его сжимаемости), прилегающей к обойме колец со стороны действия силовой нагрузки, в то время как грунт, расположенный у противоположной их стороны, практически не испытывает сдвигающей силовой нагрузки. В результате, до наступления полного среза всего образца грунта часть грунта, расположенного со стороны силовой установки, уже получает срез по контактной поверхности верхней и нижней колец, которая далее уже не участвует в общей сопротивляемости образца грунта на срез. В результате этого, прочностные свойства грунта, определяемые в предположении отношения силовой нагрузки к полному поперечному сечению, оказываются заниженными, что приводит к снижению точности измерения прочностных характеристик грунта на срез.

Техническим результатом от использования заявленного технического решения является повышение точности измерения механических характеристик грунта на срез.

Технический результат достигается тем, что в известном сдвиговом устройстве для испытания на срез образцов мелкозернистых связных и несвязных грунтов и снега, включающем две вертикально и соосно расположенные обоймы, с размещенным внутри образцом испытуемого тела, из которых одна обойма выполнена неподвижной, а вторая с возможностью горизонтального перемещения относительно неподвижной обоймы под воздействием горизонтальной силовой нагрузки на срез, согласно изобретению во внутренней области подвижной обоймы жестко размещен по меньшей мере один секционный разделитель образца испытуемого тела, выполненный в виде вертикальной пластины, расположенной перпендикулярно направлению действия горизонтальной силовой нагрузки на срез.

Предложенное техническое решение позволяет существенно повысить точность измерения прочностных характеристик грунтов.

Сущность изобретения поясняется рисунками (фиг. 1 и фиг. 2), где на первом рисунке (фиг. 1) схематически показано сдвиговое устройство для испытания на срез образцов мелкозернистых связных и несвязных грунтов и снега, а на рисунке (фиг. 2) показано сечение по А-А подвижного кольцо установки, снабженное секционными разделителями грунта.

Основными элементами устройства являются расположенные соосно относительно друг друга две вертикально расположенные обоймы, выполненные в виде колец, где первое кольцо 1 выполнено неподвижным, а второе кольцо 2 выполнено с возможностью горизонтального перемещения относительно первого кольца. Неподвижное кольцо 2 подключено к устройству 3 для создания вертикальной нагрузки на грунт 4 и к устройству 5 для создания горизонтальной касательной нагрузки на срез. Устройство 3 содержит прибор 6 для измерения вертикальной нагрузки на грунт 4 при его сжатии, а устройство 5 содержит прибор 7 для измерения силовой нагрузки на срез. С целью повышения точности измерения прочностных характеристик грунтов, во внутренней области подвижного кольца 2 размещены секционные разделители грунта, которые выполнены в виде вертикальных пластин 8 и 9, расположенных перпендикулярно направлению действия горизонтальной силовой нагрузки Т на срез (на рисунках направление действия горизонтальной нагрузки Т показано стрелкой). В зависимости от вида грунта и степени его сжатия количество вертикальных пластин может быть разным. Так, например, для образцов мелкозернистых и несвязных грунтов и снега можно использовать одну пластину 8, размещенную внутри подвижного кольца 2. Для глинистых и более вязких грунтов можно использовать сразу несколько пластин. В данном случае используются две пластины 8 и 9, размещенные в полости подвижного кольца 2 перпендикулярно направлению действия силовой нагрузки на срез. Данные пластины 8 и 9 должны быть жестко прикреплены к внутренней боковой поверхности кольца 2, например, методом сварки.

С помощью предлагаемого устройства сопротивление грунта сдвигу может быть определено различными способами, среди которых наиболее простым и распространенным является способ испытания образца на прямой сдвиг (срез). В соответствии с данным способом, образец грунта помещается в полость колец 1 и 2. Затем к образцу прикладывается нормальная к поверхности среза заданная сжимающая нагрузка «N» от устройства 3, под действием которого материал грунта внутри колец уплотняется. После этого с помощью устройства 5 к подвижному кольцу 2 прикладывается сдвигающая касательная нагрузка «Т». Данная нагрузка прикладывается к кольцу 2 ступенями до тех пор, пока не произойдет срез, и скольжение одной части грунта по другой. При этом фиксируются значения сжимающей «N» и срезающей «Т» нагрузок с помощью приборов 6 и 7. Затем по найденному значению срезающего усилия «Т» и площади сечения «S» кольца 2 определяется сопротивления грунта сдвигу. Для определения сопротивления грунта на срез на практике проводят несколько испытаний при различных значениях вертикальной (сжимающей) нагрузки «N». Очевидно, что для каждой ступени вертикальной нагрузки будет соответствовать свое сопротивление сдвигу. В рассматриваемом случае наличие секционных перегородок 8 и 9 в подвижном кольце 2 исключает возможность восприятия срезывающего усилия только частью поперечного сечения грунта. Наличие перегородок обеспечивает условие, когда срезающее усилие воспринимается всей площадью сечения кольца. В результате прочностные свойства грунта, определяемые в предположении отношения силовой нагрузки «Т» к полному поперечному сечению «S», оказываются более точными и надежными.

Предложенное техническое решение повышает точность измерения механических характеристик образцов мелкозернистых связных и несвязных грунтов и снега.