Способ определения деформационных характеристик грунтов

)5 Е 02 О 1 00 ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ0 ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Изобретение отн тодам оценки деформ стик грунтов и может различных отраслях связанных с эксплуа средств,осится к полевым меэционных характерибыть использовано в народного хозяйства, тацией транспортных(71) Государственный союзный сибирский научно-исследовател ьский институт авиации им, С. В. Чаплыгина(56) ГОСТ 20276-85. Грунты, Методы полевого определения характеристик деформируемости.Авторское свидетельство СССР М 1157454, кл. 6 01 1 ч 33/24, 1983.(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДЕФОРМАЦИОННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ГРУНТОВ (57) Использование; в различных отраслях народного хозяйства, связанных с эксплуатацией транспортных средств для оценки деформационных характеристик грунтов, Сущность: в способе приложение нагрузки Известен способ определения твердости почвы, реализованный в приборе, по которому перемещают шарнирный четырехзвенник с копирующим катком по исследуемой поверхности почвы, при этом деформатор в виде вертикального ножа производит срез поверхностного слоя почвы. Посредством тензометрической стойки, закрепленной на четырехзвеннике, измеряют сопротивление срезу слоя почвы, по величине которого судят о твердости почвы. Задаосуществляется к штампу в виде колеса, установленного на раме последовательно за двухколесной тележкой и в одной плоскости с колесами тележки, Закрепляют колеса на равном базовом расстоянии друг от друга. Измеряют начальное угловое положение рамы тележки, После этого перемещают тележку нэ расстояние, равное базе между колесами, и повторно измеряют угловое положение рамы тележки, а также угол между рамой тележки и рамой крепления штампа- колеса, Величину деформации грунта определяют по формуле, ЬЬ= Ь тд(а 2-а 1- ф, где Ь базовое расстояние между колесами, а 1 - начальное угловое положение рамы тележки, а 2 - угловое положение рамы тележки после ее перемещения нэ расстояние, Ь, ругол между рамой тележки и рамой крепления штампа-колеса. 1 ил,ние уровня поверхностного слоя. подвервеей гаемого исследованию, осуществляется 4 положением защитного ножа перед дефор матором, а глубина этого слоя - величиной Сд деформатора относительно ножа (1), В ос- (Я новном этот способ твердости грунта при- С)с, меняется в сельском хозяйстве для (р получения исходных данных при расчете мощности машин и прочности агрегатов для обработки почвы, но его нельзя использовать для измерения подобных характеристик без повреждения поверхностного слоя, Кроме того, оценка твердости грунта в каждой точке будет зависеть от положения деформатора и защитного ножа относительно поверхности, а также от скорости движения при измерении, что существенно снижает точность,Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ определения деформационных характеристик слабых грунтов, включающий приложение нагрузки к штампу в виде гусеничной ленты, измерение величины деформации грунта и расчет деформационных характеристик, при этом величина упругой деформации грунта определяется путем измерения величины обратного прогиба гусеничной ленты в середине пролета между опорными катками, причем величину натяжения гусеничной ленты в процессе измерения поддерживают постоянной (2.. В указанном способе величина упругой деформации грунта является средневзве- . шенной характеристикой, определяемой шириной траков, пролетом между катками, натяжением ленты, неравномерностью прочности покрытия и т, д., т.е, способ дает оптимальную информацию для эксплуатации гусеничных средств на слабых грунтах, но соверщенно не пригоден для исследования упругой деформации покрытий средней и аысокой твердости, т.к. в этом случае величина обратного прогиба гусеничной ленты будет очень мала и не будет отражать реальную картину деформации в виду неравномерности прочности на измеряемой площадке (например, оба катка находятся в точках с более высокой твердостью, чем лента), а следовательно, будет низка и точность измерения.Целью изобретения является повышние точности при определении характеристик грунтов высокой твердости,Поставленная цель достигается тем, что в известном способе, включающем перемещение нагруженного штампа по поверхности грунта, определение величины деформации грунта и расчет деформационных характеристик; приложение нагрузки осуществляют к штампу в виде колеса, которое предварительно устанавливают на раме последовательно за двухколесной тележкой в одной плоскости с ее колесами и закрепляют их и штамп-колесо на равном расстоянии друг от друга, Перемещение штамп-колеса осуществляют вместе с тележкой на расстояние, равное расстоянию между колесами. При этом измеряют угол наклона тележки к горизонту, до и после перемещения, и угол между рамой тележки и рамой крепления штампа-колеса после перемещения. Величину деформации грунта определяют по формуле:ЬЬ =Ь 1 д(а - а 1 -Д,где Ь- расстояние между колесами, м; а 1, а 2- угол наклона рамы тележки кгоризонту, соответственно, до и после ееперемещения на расстояние "в", град;Р- угол между рамой тележки и рамой5 штампа-колеса, после перемещения штампа-колеса на расстояние "в", град.Использование штампа в виде колесапозволяет определять упругую деформациюгрунта на значительно меньшей площади10 поверхности (почти в точке, т.к, площадьконтакта зависит от профиля колеса), чемобеспечивается более высокая избирательность при измеренииа определение величины деформации в измеряемой точке при15 недеформировэнной и деформированнойповерхности, осуществляемое по предлагаемому способу, позволило повысить точность измерения,Отличительные признаки предлагаемо 20 го способа определения деформации грунта, обеспечивающие достижение цели, вдругих технических решениях не найдены,поэтому предлагаемое техническое решение обладает существенными отличиями.25 Нэ фиг. 1 изображена схема устройствадля реализации предлагаемого способа определения деформации грунта, где,1 - колесо;2 - рама двухколесной тележки;30 3 - штамп-колесо;4 - рама крепления штампа-колеса ктележке;5 - гировертикаль;6 - датчик угла;35 7 - дачик пути,Определение упругой деформации.осуществляется устройством (см. фиг. 1),содержащим два .последовательно установленных колеса - 1, соединенных рамой - 2,40 за ними последовательно, в одной плоскости, установлено штамп-колесо - 3, соединенное со вторым колесом - 1 рамой - 4,На раме - 2 установлена гировертикаль -5, а на оси второго колеса - 1 - высокоточ 45 ный датчик угла - б и датчик пути - 7.Изменение упругой деформации грунтапроизводится следующим образом. При заданном удельном давлении штампа-колеса -3 на грунт, тележка прокатывается по изме 50 ряемой поверхности со скоростью 3-5км/час, при этом, в момент времени Т 1 (сигнал от датчика пути - 7), рама - 2 занимаетпространственное положение относительно горизонта под углом а 1, измеряемым55 гировертикалью -5(на фиг, 1 это положениерамы - 2 показано пунктиром). В моментвремени Т 2 - при перемещении тележки нарасстояние "в", равное базе между колесами, по сигналу от датчика пути - 7 фиксйруется новое угловое положение рамы - 2 - угол а 2 и угол Р между рамой - 2 и рамой - 4, измеряемый датчиком угла - 6. Далее полученные величины углов а, а 2 и 3 можно записать на магнитную ленту и на ЭВМ для последующей обработки и определить деформацию грунта по формулелибо. если необходимо оперативно определять характеристики прочности, то можно создать электронный блок преобразования этих величин по вышеуказанной зависимости. Необходимо, чтобы развертка колеса - 1 (длина окружности) была равна или кратна базе между колесами "в", а датчики углов были высокой точности - для этой цели более всего подходят в качестве гировертикали - ЦГВ - 4= а датчика угла - высокоточный сельсин-датчик, имеющий погрешность измерения +.10 угловых секунд, Если, например, база тележки Ь = 0,5 м, то диаметр колеса - 1 при этом равен 318 мм. Диаметр штампа-колеса также равен 318 мм, но возможен другой, однако, тогда необходимо ввести поправку в формулу при расчете.деформации. Погрешность измерения угла ЦГВсоставляет 2,5, тогда при выбранных геометрических размерах погрешность определения упругой деформации составит0,4 мм. Для повышения точности необходимо применять в качестве гировертикали приборы с более высокой разрешающей способностью, например, лазерный гироскоп,Предлагаемый способ определения упругой деформации грунта, по сравнению с прототипом, позволяет производить измерения деформации грунта в условиях, близких к реальным, При этом имитируется воздействие колеса транспортного средства, к тому же существенно повышается избирательность,Кроме того, предлагаемый способ даетвозможность измерить деформацию грунтов высокой твердости, например, грунтовые аэродромы, за счет повышения 5 точности, поскольку измерения в каждойточке осуществляются при . недеформированной и деформированной поверхности., Выше указанные качества позволяют значительно расшйрить диапазон применения 10 предложенного способа измерения деформацйи в различнйх бтраслях народного хозяйства.Формула изобретения Способ определения деформационных 15 характерйстик грунтов, вклвчающий перемещение нагруженйого штампа по поверхности грунта; определение величины деформации грунта и расчет деформационных характеристик, о т л и ч а ю щ и й с я тем, 20 что, с целью повышенйя точности при определении характеристик грунтов высокой твердости, приложение нагрузки осуществляют к штампу в виде колеса, которое предварительно устанавливают на раме 25 последовательно за двухколесной тележкойв одной плоскости с ее колесами и закЬепляют их и штамп-колесо на равном расстоянии друг от друга, а перемещение штампа-колеса осуществляют вместе с те лежкой на расстояние, равное расстояниюмежду колесами, при этом измеряют угол наклона тележки к горизонту до и после перемещения и угол между рамой тележки и рамой крепления штампа-колеса после 35 перемещения, а величину деформации ЬЬгрунта определяют по формуле" = О19(а 2 - а 1 - Р),где Ь - расстояние между колесами, м;40 а 1, щ - угол наклона рамы тележки кгоризонту соответственно до и после ее перемещения на расстояние в, трад;Р - угол между рамой тележки и рамойкрепления штампа-колеса после перемеще 45 ния штампа-колеса на расстояние в, град,1763568 оставитель Ю.Оводовскийехред М.Моргентал Корректо Редактор А.Зробок сина Патент", г. Ужгород, ул, Гагарина, 101 оиэводственно-издательский комб каз 3434 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5