Способ определения формы силового импульса при уплотнении грунта трамбованием и вибротрамбованием

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСН ИХРЕСПУБЛИК 09) (11) 9 38 1)4 Е ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН(5 в 10.М уплот ав том 1975,Проч грун ие иль Осно лиро с3А У 66 ого регуние, 1984 ССР 197 льство С3/046, 8. ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИИ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ У 29ВА ил иИВ. 3625.085(088.8)Хархута Н.Я., Васильность, устойчивость итов земляного полотнадорог.-М.: Транспорт,53-154.рутов В.И., Данилов Фвы теории автоматичесвания.-М,: Машиностро68.вторское свидете9775, кл. Е 02 Э(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ФОРМЫ СИЛОВОГО ИМПУЛЬСА ПРИ УПЛОТНЕНИИ ГРУНТАТРАМБОВАНИЕМ И ВИБРОТРАМБОВАНИЕМ(57) Изобретение относится к технологии уплотнения материалов и позволяетповысить производительность и качество уплотнения, а также снизить удельную энергоемкость процесса уплотнения, Способ определения формы силоного импульса включает определение зависимости максимального и минимального допустимого контактного дав" ления рабочего органа на поверхность грунта от его плотности и измерение плотности. В процессе уплотнения не" прерывно измеряют значения плотности грунта. По зависимости максимального допустимого контактного давления определяют расчетную величину контактного давления. Затем назначают импульсное воздействие. Длительность воздействия равна времени достижения равенства между фактической плотно- ф стью грунта и расчетной. Расчетную плотность определяют по зависимости между минимально допустимым контакт- ( ным давлением и плотностью грунта по фактической величине контактного дав- е лення. 13 ил.141491 6 Т. Калйнык ина екм орректо Заказ 3853/30 аж 5 Подписное комитета СССРи открытийская наб., д,ВНИИПИ Государственн по делам изобретен113035, Москва, Ж, Р 5 роизводственно-полиграфическое предприя Соста Редактор И.Петраш; ТехредИзобретение относится к строительству, а именно к технологии уплотнеНия материалов, преимущественно грунтов, и может быть использовано приуплотнении обратных засыпок, земляных5сооружений типа. дамб и т.д.Цель изобретения - повышение производительности и качества уплотнения,афтакхе снижение удельной энергоемкости процесса уплотнения.На фиг. 1 изображена зависимостьпредела прочности грунта от плотности; на фиг. 2 - зависимость измене"ния плотности грунта во времени; нафиг, 3 - зависимость изменения формысилового импульса во времени; нафиг, 4 - зависимость изменения плотности грунта во времени; на фиг.5-7 -зависимости изменения скорости прираЩения плотности грунта во временидля различных случаев изменения контактных давлений; на фиг. 8, 9 и 11 -зависимости предела прочности грунта.от плотности; на фиг, 10 и 12 - зависимости относительного уменьшениядлительности процесса уплотнениягрунта от минимального необходимогоколичества ступеней изменения конТактного давления и принимаемого количества ступеней изменения контактного давления; на фиг. 13 - расчетНая схема для определения высот падеНия грузов, оказывающих заданное контактное давление на уплотняемыйгрунт при уплотнении трамбованиемСпособ осуществляют следующим образом.При уплотнении грунтов контактныедавления не должны превосходить пределов прочности грунтов, так как в40противном случае грунт выжимается,из-под рабочих органов машин. В результате верхняя часть уплотняемогослоя оказывается разрыхленной,Во избежание снижения эффекта уп 45лотнения контактные давления не должны быть низкими. Лучший эффект получается в тех случаях, когда контактные давления под рабочими органамитрамбующих машин по возможностиблизки к пределу прочности, т.е. составляют (0,9-1,0) 0 р , где 5 рпредел прочности. Каждому значениюконтактного давления соответствуетсвоя предельная деформация, выше которой она не развивается и при оченьбольшой продолжительности его действияе Поэтому каждой плотности с 90 т ветствует минимальноезначение 5ниже которого эта плотность достигнур Эта быть не может.Контактные давления должны бытьблизкими к пределу прочности в тече-.ние процесса уплотнения грунта. Пределы прочности зависят прямо пропорционально от плотности. Постепеннымувеличением контактных давлений обеспечивают получение плотной и прочнойструктуры.Назначают силовое воздействие такой формы, которая является оптималь-ной для каждой конкретной стадииуплотнения,Требуемую форму силового воздействия на грунт определяют следующимобразом.Для конкретного типа грунта (сучетом его влажности) устанавливаютзависимость предела прочности грунтаот плотности б = Г(8). Принимаютмаксимальные дойустимые контактныедавления бравными пределам прочности 6 при плотности грунта Б , аминимальные допустимые контактныедавления 6; равными рб гдер Эср = 0,9-0,75 - коэффициент, учитывающий возможность уменьшения контактного давления относительно пределапрочности Бр, при котором предельнаядеформация превосходит расчетную,Устанавливаются зависимости максимального б и минимального б,; допустимых контактных давлений от плотностигрунта О (фиг, 1),При определении формы силового воздействия сначала определяют фак. - тическую плотность грунта под рабочим оРганом в исхоДном состоЯнии Ор = 5, . Затем по графику зависимости б,п= Й(О) определяют (фиг. 1) оптимальное при о, значение контактного давления б, = 6 уровень которого поддерживают (фиг. 3) в течение времени Т = С, получая плотность грунта (фиг. 2), при которой 5, (фиг. 1) становится равной б;, т,е. в дальнейшем не может обеспечивать увеличение плотности. В этот момент времени увеличивают контактное давление до величины б = 5 , уровень которого поддержиаают в течение времениф ди плотность грунта Р , при которой б = б ;, затем величину контактного давления повышают до Йэ = (7,з и т.д.з141491Таким обравом, производят постепенное повьппение контактного давления по мере уплотнения грунта с одновременным поддержанием его амплитудного .5 значения в зоне оптимальных значений и требуемой длительности приложения. Необходимые моменты времени изменения величины контактного давления практически определяют установлением време ни достижения фактической плотности уплотняемого грунта 0 т, измеряемой в процессе уплотнения специальными/ датчиками, расчетного значения 0 Р или с помощью расчетных формул с уче" 15 том достижения требуемых приращений плотности 4 О, .В тех случаях, когда не удает.ся обеспечить амплитудное значение контактного давления 8 близ- у ким к ,а при текущем значении 3 или зная фактическое значение1 Фвеличины 0 при этой плотности, если б входит в зону оптимальных значетний определяют с помощью приведен 9.1ных на фиг. 1 зависимостей величину возможного приращения плотности притаком нагружении или необходимуюдлительность приложенного контактного давления 6 . Например, при 3 = 30Р, и Й(1)= 5 аз расчетное приращение, используемое для определениядлительности нагружения, равно Ь= Ркь зДля определения влияния увеличениячисла ступеней приложения нагрузкина эффективность процесса уплотнениягрунт рассматривают как упруговязкоетело, что характеризует его состояние на этапе достижения в процессе 40деформирования предельного напряжения, при котором начинаются остаточные (пластические) деформации. Для каждого из постоянных, значений контактных давлении 6, = сопя зависимость деформации С, или достигнутой плотности грунта 3; (поскольку реологическов уравнение упруговязкой среды соответствует уравнению последействия Кельвина) может бытьотображена экспоненциальными кривыми, описываемыми выражениемтО(Е) - К(1-1 ) 6, (1),1где К = -- коэффициент, характериС 55ризующий величину максимальной (предельной)степени уплотнения, которая может быть достиг-. нута при контактном давлении б ;Т = -- постоянная времени (вреСмя последействия);Ь - коэффициент вязкости;С - модуль упругости сдвигаили коэффициент жесткости грунта.Необходимо отметить, что хотя значения С и Ь претерпевают изменения по мере уплотнения грунта, величина Т остается близкой к постоянному значению, а величина К изменяется незначительно. В связи с этим для упрощения определения влияния числа ступеней приложения нагрузки на эффективность процесса уплотнения грунта величины К и Т принимают одинаковыми при всех вариациях величин прикладываемых нагрузок, что позволяет,использовать при исследованиях применимый для однородной изотропной среды закон наложения деформаций Больцмана, который обосновывает возможность . определения суммарной деформации грунта (или приращение его плотности) от действия некоторой переменной во времени нагрузки путем суммирования деформаций, вызваннь 1 х действием элементарных приращений напряжений,Характер влияния увеличения числа ступеней изменения контактного давления на эффективность процесса уплотнения грунта определяют следующимобразомфОбласть рациональных величин контактных давлений ограничивают графиками Свах = Г, Я) и (з и г(Д) э имеющими вид, показанный на фиг, 1, обеспечивая дополнительное уплотнение грунта от плотности О, до плотности Р , т.е. на величину суммарного приращения плотности ЛГ 0 = 8 - 3,Определяют минимальное необходимое число и ступеней изменения контактпного давления и величины их амплитудного значения. Как видно из фиг, 1, в рассматриваемом случае (линии 1-2- -3-4-5-6) и ;,1 = 3, из которых первое - с амплитудным значением контакт" ного давления Б, = б а , которое поддерживают в интервале изменения плотности грунта от 8, до 8 , второе - с 6 = 6 , которое поддерживают в интервал изменения плотно-. сти грунта от оо до Ы , и третье - с б = б а.ь, длительность действия которого определяют временем прираще 141491635 ния плотности грунта от Е до 8 4 Таким образом, для обеспечения необходимого суммарного приращения плотности ЬГ = о - 8, обеспечивают обо 45 щее изменение контактного давления от 5, =7, о до б -" С, При этом в апериодических звеньях первого по,рядка, к которым относится принятая ,нами для рассмотрения реологическая модель грунта, изменение выходной величины при скачкообразном изменении входной величины практически прекращается за время С, приблизительно равное трем постоянным времени звена, т.е. при каждом ступенчатом увеличении контактного давления максимальное время приращения плотности Ь; имеет продолжительность Ь- ЗТ, Тогда (график 3 на Фиг. 3) длительности нагружения 6,Г =- й и ГТэ - г с контактными давленияМи Б бг , б соответственно равны ЗТ, а суммарное время процесса уплот"нения составляет= й = 9 Т, График 25 происходящего при этом суммарного изменения плотности грунта, полученный из выражения , обозначен на фиг.2 цифрой 3, В то же время, если бы не существовало ограничения на максимальную величину контактного давления, обусловленного зависимостью предела прочности грунта от его плотности при воздействии на грунт сразу с максимальным контактным давлением, равным 5 (график 1 на фиг. 3), при- Вращение плотности ь 8 = Р 4- Р, (графикна фиг, 2) произошло бы за минимальное время й = ЗТ.Увеличение числа ступеней приложе ния нагрузки значительно сокращает необходимое время уплотнения, При разделении приращения величины кон,тактного давления в интервале значении от О - б до 5 - б на три ступени (график 2 на фиг, 2 и ломаную линчю 1-7-8-9-10-11-5-6 на Фиг. 1) достигают сокращение времени выполнения рассматриваемой операции на 1/3 при обеспечении той же степени уплотнения. При дальнейшем увеличении числа приложения нагрузки процесс все более приближается к оптимальному. При увеличении контактных давлений в моменты, когда процессы развития деформаций еще не затухли, т.е, плотность еще продолжает изменяться с определенной скоростью, при прочих равных условиях достигают сокращения времени уплотнения грунта до требуемой плотности. Скорость О (с) изменения плотности грунта при изменениях величины контактного давления, полученная из выражения (1), имеет видИз (2) видно, что при каждом ступенчатом изменении б производят уменьшение Р(Т.) (при изменении времени С от 0 до сО ) в диапазоне от ее максимального значения, равногоК8,= - 5 до нуля. При ступенчатом изменении нагрузки от б до б, и от 5, до бг в моменты времени й = 0 и й= ЗТ (фиг. 3) соответственно . скорости приращения плотности на каждом этапе изменяются от своих максиГг. 3,мальных значений, равных 3, =ь - ги О =, до нулевого значения,не суммируясь друг с другом. В то жевремя, если осуществляют ступенчатоеизменение контактного давления в томже диапазоне значений от б до б вмоменты времени С 4 ( ЗТ, то (Фиг . 6)начальная скорость о приращенияплотности на этом этапе равна сумметзначений скорости о(1) = 1имеющей место в связи с продолжениемпротекания переходного процесса, имаксимальному значению скоростиобусловленного скачкообразным приращением контактного давления от (У,до 6В связи с этим график изменения плотности грунта Ь = Е(С), обозначенный на фиг. 4 цифрой 2, после приложения дополнительной нагрузки в момент времени й 4 имеет большую крутизну по сравнению с графиком 3 (на этапе после приложения нагрузки б в момент времени т = ЗТ, когда 3 = О), приближаясь к графику 1 для случая ступенчатого изменения контактного дав- ления сразу на величину, равную бг а начальная скорость изменения плот- . ности тем больше стремится к максимально (фиг. 5) возможному в этом случае его значению, равному 3 =8,-1,чем меньше интервал времеТ/М гс -с Тп,; ая длительнорунта.ГраФик, иллредставлен н ть процес уплотнения юстрирующий приме фиг. 11(24) 50 Длительн ного давлен носительног при действи 55 контактного вычисляют п9 14149ным давлениям 6 н последней (и )ступени изменения контактного давления.График, иллюстрирующий пример 2,представлен на Фиг. 9,5Вводят параметр ш характеризующий относительное увеличение плотности о, при действии х-й ступениизменения контактного давления и вы О(+1)-й ступени измененияконтактного давления;- начальная плотность в х-йступени изменения контактного давления; 208 к; - максимально возможная плотность от действия 1-й ступени изменения контактногодавления,Из графика (фиг. 9) следует: 25н,- , нз-нш; й6, ф Р бкн(19)нь - нз 1 з - ньбкз-Ынзбкь-бньВ результате решения (промежуточ-.ные вычисления которого не приводятГрафически зависимость , =Г(п слЯ) приведена на Фиг. 10, Допустим,что и ; = 3, И = 5,= 0,9.Из выражений (20) следует, чтоц = 0,487.Из выражения (22) следует, чтоГ=5 7 Т а" =9 ТИз выражения (23) следует, что= О,37,П р и м е р 3. Определение рациональных параметров нагружения, еслиминимальное необходимое число ступеней изменения контактного давлениядля обеспечения дополнительного уплотнения грунта от плотности 8, доплотности От равно и , количествовв фпринимаемых ступеней изменения контактного давления равно Б (И и ,)при условии, что необходима минималь 6 1 Ося) следует, что наименьшую длительность процесса уплотнения грунта получают в случае, когда(1ць. 1 н н Формула для определения параметрар принимает вид 1 -ц) н-(20) Длительность поддержания контактного давления б для обеспечения относи 1тельного увеличения плотности при действии д-й ступени изменения кон" тактного давления на величину ц; вычисляют по формуле: 1-Т 1 п 1. -- ( - ) -1(21)Ч 1 н-1-ц Ч Общая длительность процесса уплотнения грунта для увеличения плотностиот 3, до 8, равна 1Ч 1 -ВФ= с,-Т(И)1 п 1- - ( в ) -1 +ЗТ,1-((22)Относительное уменьшение длительности процесса уплотнения грунта от плотности 8, до плотности 3, равно Выражение для определения парамет 5 ра р имеет вид сть поддержания контакт-, ия 5; для обеспечения отувеличения плотности и х-й ступени изменения давления на величину Оформуле й в,д -Т 1 п 1- - (-) н -11 Ч 911 141Общая длительность процесса уплотнения грунта для увеличения плотности от 3, до 3 равна Графическая зависимость у Е (иУ 1 )1)Б) приведена на фиг, 12. Дойустим, 15Определяют )1), 6 Я, ГИз выражения (24) следует, что11 = 0,587.Из выражения (26) следует, что 20ш = 4,425 Т, а с" = 9 Т.Иэ выражения (27) следует, чтоу = 0,508.Как следует иэ графиков на фиг.10и 12, рациональное количество принимаемых ступеней изменения контактного давления Н должно превосходить необходимое число ступеней измененияконтактного давления и , на величину 2-3. Отсюда 1)1 п,; + 2 и,; + ЭО+ 3, так как в этом диапазоне наблю",)дают наибольший рост показателей ,и 11Расчет высот падения грузов, оказывающих заданное контактное давление на уплотняемый грунт,. приведенна фиг. 13,Если в момент касания первогогруза скорости второго и последующих(3) дополнительных грузов равны нулю, 40то высоту их падения определяют поформуле для примера 3;28 = 9,81 м/с - ускорение свободного падения.55Если к моменту падения первого груза второй и последующие грузы имели скорости Ч, то высоту их падения определяют по формуле Относительное уменьшение длительности процесса уплотнения грунта от плотности 3, до плотности 3 равно Допустим, что и3, Ю4, Т0,3 с, Ч О. Высоту падения дополнительных грузов определяют для примера 2: дс0,32 с; дс0,64 с;дс 096 с; Ь. =05 м; Н 2 м; Ь= 4,5 мфВысоту падения дополнительных грузов определяют для примера Э:0,404 с; д с = 0,808 с; ДС 408 м 1 Ь3 2 м 1 Ь = 7,2 м. Формула изобретения Способ определения формы силового импульса при уплотнении грунта трамбованием и вибротрамбованием, включающий определение зависимости максимального и минимального допустимого контактного давления рабочего органа на поверхность данного грунта от его плотности и измерение плотности, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности и качества уплотнения, а также снижения удельной энергоемкости процесса уплотнения, плотность грунта под рабочим органом в процессе уплотнения измеряют непрерывно по значению ее в моменты приложения каждого силово го воздействия, по зависимости максимального допустимого контактного давления определяют расчетную величину контактного давления и назначают им.пульсное воздействие с контактным давлением, равным расчетной величине, и длительностью, равной времени достижения равенства между фактической плотностью грунта и расчетной, определяемой по зависимости между мини т малько допустимым контактным давлением и плотностью грунта по фактической величине контактного давления.