Результат интеллектуальной деятельности: СТАБИЛОМЕТР

Изобретение относится к строительству, в частности к устройствам для определения деформационно-прочностных свойств грунтов в условиях трехосного сжатия.

Известен стабилометр, включающий корпус, цилиндрическую камеру в виде сильфона, эластичную оболочку для размещения образца грунта, подвижный и неподвижный штампы для его осевого нагружения (авторское свидетельство 1716376, МПК G01N 3/10, 1992 - аналог). Для измерения поперечных деформаций образца служат датчики, установленные на внутренней поверхности камеры.

Недостатком устройства является замер поперечных деформаций образца лишь в нескольких точках его поперечного сечения, что приводит к погрешностям при расчете объема образца и его поперечных деформаций в ходе нагружения, так как деформации из-за неоднородности грунта носят неравномерный характер. Кроме того, при сжатии гофр камеры, выполненной в виде сильфона, возникают поперечные деформации, что приводит к перемещению датчиков, закрепленных на ее внутренней поверхности, а значит, и к ошибкам при измерении деформаций образца.

Известен способ определения деформаций грунта в плоскости прозрачной стенки, основанный на методе параметрической фотометрии, то есть обработки фотографий для получения цифрового поля перемещений (White D.J., Take W.A., Bolton M.D. Soil deformation measurement using particle image velocimetry (PIV) and photogrammetry \\ Geotechnique, 53, No. 7, 619-631 - аналог). Данный способ нашел применение в наблюдении за деформациями оснований моделей фундаментов в плоском прозрачном лотке (Валеев Д.Н., Болдырева Е.Г. Автоматизированный стенд для испытания моделей фундаментов \\ Пензенский государственный университет архитектуры и строительства, 2007, URL: http://www.npp-geotek.ru/documents/article/automated_test_stand/ (дата обращения: 11.09.2014)). Способ реализован только для плоской задачи, а именно для фиксации перемещений частиц грунта лишь на контакте с прозрачной стенкой.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является устройство трехосного сжатия, включающее рабочую камеру с боковыми стенками в виде прозрачного цилиндра, верхний и нижний штампы с перфорированными вкладышами, нагрузочное устройство (патент РФ на полезную модель №85167, МПК E02D 1/00, 2009 - прототип). Для измерения поперечных деформаций образца используется датчик линейных перемещений, размещенный внутри рабочей камеры.

Недостатком устройства является замер деформаций только в двух точках образца.

Задача изобретения заключается в повышении надежности и достоверности получаемых результатов за счет обеспечения измерения поперечных деформаций по всему периметру и всей высоте образца.

Это достигается тем, что в стабилометре, содержащем рабочую камеру, верхние и нижние штампы с перфорированными вкладышами и нагрузочное устройство, с внешней стороны рабочей камеры размещены синхронно работающие фотокамеры, фиксирующие искажение сетки или перемещения меток, нанесенных на оболочку, покрывающую образец, а боковые стенки рабочей камеры выполнены из плоско-вогнутых линз двойной кривизны.

Предлагаемое устройство иллюстрируется чертежами, где на фиг. 1 представлен вертикальный разрез стабилометра, а на фиг. 2 - его горизонтальный разрез.

Стабилометр содержит рабочую камеру, включающую основание 1, прозрачные боковые стенки 2 и крышку 3. На основании внутри камеры размещен нижний штамп 4 с перфорированным вкладышем 5. Через крышку камеры пропущен шток 6 с закрепленным на нем верхним штампом 7 с перфорированным вкладышем 8. Образец грунта размещается между верхним и нижним штампами 4 и 7 и покрывается эластичной оболочкой 9, края которой закрепляются кольцами 10 и 11 на верхнем и нижнем штампах. На эластичную оболочку нанесена разметка в виде сетки или отдельных меток. Для отвода воды из образца грунта служат дренажная трубка 12 и дренажные отверстия 13 и 14. Штуцер 15 на крышке предназначен для подачи жидкости во внутреннюю полость рабочей камеры. С внешней стороны рабочей камеры на расстоянии L от нее размещены фотокамеры 16, 17, 18 и 19.

Боковые стенки рабочей камеры для исключения искажения изображения, связанного с преломлением света, выполнены из плоско-вогнутых линз двойной кривизны. Радиус кривизны линз определяется по зависимости:

где n₁ и n₂ - показатели преломления материала линзы и рабочей жидкости соответственно;

L - расстояние от объектива камеры до линзы по оси симметрии;

δ₁ - толщина линзы по оси симметрии;

δ₂ - расстояние от линзы до образца по оси симметрии.

Стабилометр работает следующим образом.

Собрав прибор и разместив в нем образец грунта, заполняют внутреннюю полость рабочей камеры прозрачной жидкостью, например водой. С помощью насоса внутри рабочей камеры устанавливают заданное давление. После стабилизации деформаций и напряжений образца производят его нагружение с помощью нагрузочного устройства, передающего усилие через шток 6 на верхний штамп 7. При осевой нагрузке образец деформируется, и эластичная оболочка 9 начинает растягиваться. Разметка на поверхности оболочки искажается, что и фиксируется с заданной частотой синхронно работающими фотокамерами 16, 17, 18, 19. Благодаря прозрачным стенкам 2, выполненным из плоско-вогнутых линз двойной кривизны, на фотографиях отсутствует искажение, связанное с преломлением лучей при переходе из воздуха в материал линз и жидкость. По полученным изображениям сетки или меток на оболочке 9 определяют деформацию образца грунта и его объем.

Преимуществом предложенного стабилометра является измерение деформации образца по всему периметру и всей высоте в любой момент времени испытания, а значит, повышение точности определения деформационных свойств грунта - модуля деформации, модуля сдвига и коэффициента Пуассона.