Способ исследования уплотнения грунтов и устройство для его осуществления

(1% 01 1 И 3/08, 33/24 ГОСУДДРСТВЕННЫЙ НОМИТЕ О ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТ РИ ГННТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ Ф6 У СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Уральский электромеханическийинститут инженеров железнодорожноготранспорта им, Я.М.Свердлова(56) Грунты. Метод лабораторного определения максимальной плотности.ГОСТ 22-733-77.,Отчет по НИР. Исследовать на лабораторном стенде вибрационную уп,лотняемоеть грунтовых материалов,укладываемых в тело гидротехническихсооружений. Л.:.ВНИИГ, 1983, с.22(54) СПОСОБ ИССЛЕДОВАНИЯ УПЛОТНЕНИЯГРУНТОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ(57) Изобретение относится к исследованию физико -механических свойств.грунтов и может использоваться прилабораторных определениях их плотности.Цель изобретения - повьппение эффективности исследования за счет моделирования и учета сжатия подстилающего слояи его влияния на уплотнение верхнегослоя грунтовой насыпи. Для этого йривибрационном уплотнении образца грунта определенным количеством ударныхимпульсов (и) осуществляют его перемещение по направлению достиженияФронта прямой волны ударного импуль"1449864 сф в момент ее подхода к нижней части о(разца, определяемый по увеличению давления на его нижнем торце. Уплотнение образца осуществляют до стабилизации осадки грунта. Величину перемщения образца (1) определяют по ффрмуле Л = Д Ь/2 п Е , где б - сред,нЕе контактное давленйе в уплотняемом образце при действии вибрационной нагузки, б, = (О, 9 - 1, О) б, бг - предл прочности грунта, Е - модуль дермации грунта, Ь " высота уплотняе ого слоя насыпи в нолевых условиях, и инимаемая в зависимости от характ ристик виброуплотняющих машин. Устр йство дополнительно снабжено нижним п двцжным штампом (НПЩ ) 5, установл нным в цилиндрическом стакане (ЦС) д я образца 3 грунта, гидравлической п дуцкой 4 (ГП) в виде корпуса с к ышкой, поршнем 6 и штоками, дросслем 7, соединенным с полостью ГПИзобретение относится к строительству, к исследованию физико-механи- еских свойств грунтов и предназначен о для определения плотности грунталабораторных условиях,Цель изобретения - повышение эф-ективности исследований за счет мо-елирования и учета сжатия подстила-щего слоя и его влияния на уплотне : ие верхнего слоя грунтовой насыпи.На чертеже дана схема устройства ля осуществления предлагаемого способа.Устройство содержит виброштам 1 15 (например, электромагнитный), цилиндрический стакан 2 для образца 3 грунта, закрепленный на корпусе гидравлической подушки 4, и нижний штамп 5, жестко соединенный штоками с поринем 6 гидравлической поцушки 4, имеющей драссель 7. Поршень 6 соединен со штоком поршня 8 разрядной камеры 9. Гидравлическая подушка 4 и камера 9 соединены с внешними гидросистем,"ми, Устройство снабжено блоком выкого напряжения содержащим высоковольтный выпрямитель 10, подклю 4, разрядной камерой (РК) 9 с электродами 15 и поршнем 8, мессдозой 14,установленной на НГШ 5, и блоком высокого напряжения, ЦС установлен накрышке ГП 4, поршень 6 которой соединен с НПЦ 5 и поршнем 8 РК 9. Блоквысокого напряжения содержит высоковольтный выпрямитель 10, подключенный к внешней цепи, переменный конденсатор (ПК) 11 и переключатель,(П)12, подсоединенный к многоканальному усилителю (МУ) 13. Электроды 15РК 9 подсоединены к ПК 11, а мессдоза 14 и датчики 16 и 17 через МУ 13 -к П 12 и осциллографу 18. ПК 11 механически связан. с одним из штоковпоршня 6 ГП 4, а корпус ГП 4 установлен на пружинные демпферы 20. Приразряде электрического тока поршень 6 ГП 4 перемещает НПШ 5 вниз вмомент подхода волны к дну ЦС. 2 с. и2 з,п. ф-лы, 1 ил. ченный к внешней цени, переменныйконденсатор 11, переключатель 12 имногоканальный усилитель 13,1 а штампе 5 установлена мессдоза14, подключенная через усилитель 13к переключателю 2 и осциллографу 18,В разрядной камере 9 размещены электроды 15, подсоединенные к переменному конденсатору 11. Устройство также содержит датчик 16 перемещения(например, индуктивный), нижнегоштампа 5 и датчик 17 осадка (например,индуктивный) образца грунта, Датчики16 и 17 подключены через усилитель13 к осциллографу 18. Движок переменного конденсатора 11 имеет механическую гибкую связь 19 со штокомпоршня 6 гидравлической подушки 4,которая установлена на пружинные демпферы 20 с резонансной частотой 150 -200 Гц.Способ осуществляют следующим образом.В цилиндрический стакан 2 засыпают грунт и уплотняют его путем приложения ударных импульсов через виброштамп 1, В процессе уплотнения обра40 80 6и =25 = 200 0,6 1449эец грунта перемещают по направлениюдвижения фронта прямой волны ударногоимпульса в момент ее подхода к нижней части образца, который определяют5по увеличению давления на его нижнемторце, которое измеряют с помощьюмессдозы 14. Величину перемещения образца грунтазадают по формулебк= -- - Ь102 пЕу . фгде б - среднее контактное давлениев уплотняемом образце грунта при действии вибрационной нагрузки: б =(0,9 - 151,0) 6 , МПа;р - предел прочности грунта,МПа;Ь - высота уплотняемого слоянасыпи в полевых условиях, 20принимается в завиаимостиот характеристик виброуп"лотняющих машин, м;и - количество ударных импуль-,сов за время испытаний; 25Е - модуль деформации грунта,МПа (0 и Е определяютизвестными методами).Уплотнение ведут до стабилизацииосадки образца 3 грунта в цилиндрическом стакане 2. Плотность грунтапосле стабилизации осадки являетсямаксимальной для данного уровня величины ударного импульса (контакт"ного давления), частоты и количестваимпульсов. В завершающей стадии уплотнения, когда осадка и перемещение образца грунта стабилизируются,начинают происходить колебания всегоустройства на пружинных демпферах20., резонансная частота которых подбирается равной резонансной частотегрунтов.П р и м е р. Величина смещения образца грунта рассчитывается следую . 45щим образом. Производят уплотнениепеска виброкатком средней мощности,например БЧАИ, Частота импульсовК = 25 Гц; 0 = 0,2 МПа; Ь=0,7 м;Е = 10 МПа. Общее количество ходок 50катка по одному месту 8; скоростькатка 0,6 м/с; длина уплотняемой зоны под вальцом катка 0,6 м,Общее количество импульсов составляет 55 8644где 1 - 1 - максимальной плотностигрунта,Тогда величина смещения равна0 2%= - -- 0 7 = 7 0 10 м.200 10Устройство работает следующим образом.Виброштамп 1 передает вертикальные колебания образцу 3 грунта и уплотняет его в стакане 2. В моментподхода фронта прямой волны от внешнего ударного импульса к нижней части образца грунта мессдозы 14 преобразуется цавление на фронте прямойФволны в электрический сигнал, который поступает в усилитель 13 и послеусиления и преобразования его формыиспользуется для управления работойпереключателя 12, Конденсатор 11 вобычном состоянии заряжен при помощивысоковольтного выпрямителя 1 О. Призамыканииконтактов переключателя 12энергия конденсатора 11 передаетсячерез электроды 15 жидкости (техническая вода) в камере 9. Происходитэлектрический пробой жидкости, сопровождающийся совпадением ударнойволны, действующей в камере 10-20 мкс.Под действием силы ударной волны поршень 8 опускается вниз и вытесняет изкорпуса гидравлической подушки 4поршнем 6 жидкость через дроссель 7.Одновременно с перемещением поршня6 происходит перемещение штампа 5 собразцом 3 грунта, Осадка образца 3грунта относительно корпуса гидравлической подушки 4 преобразуется, соответственно, в электрический сигнал в датчиках 17 и 16, выходы кото"рых через многоканальный усилитель13 подключены к осциллографу 18, которЫй в процессе испытания регистрирует показатели давления, перемещения и осадки во времени. Результатыизмерения используют при определенииплотности грунта по известным формулам,Величина перемещения штампа 5 с образцом 3 грунта относительно корпуса гидравлической подушки 4 при одном электрическом разряде в камере 9 регулируется объемом порции жидкости, выбрасываемой через дроссель 7, Объем порции жидкости определяется дав" лением внутри гидравлической подушки 4 и величиной сечения проходного канала дросселя и назначается в зависи 144986411 ркменее 1 ке способа и устройства35 позволяет смоделировать и учесть при уплотнении образца грунта сжатие подстклакщего слоя насыпи кли основания и влияние этого сжатия на процесс уплотнения верхнего слоя 1 асьеи, что даетг возможность .определить требуемое количество ударньЕх импульсов для достижения нормируемой плотности в лабораторных условиях и использовать эти данные для назначения вида грунтоуплотняющей техники, толщины слоя и количества проходов машин прк упг ОТЕРЧКК ГРСт 11 та и 1 ЕОЛРВ,1 Х У 1 ОВИ 51 Х,изо б ретепияэО йормула Способ исследования уплотнее 1 кя груе 1 товВключающий засыпку грун" та в цилиндрический с гакан, приложение к нему вибрационпой нагрузки оп 55 :Оделенным количеством ударных импульсов, веэвешиванке уплотненного 5 Э,/Та И ОПРЕ 51 Р 31 ЕПКР 13 ОТПО Р ТИ 510улам, О т л и т 1, ю щ 31 к с я мости от величины перемещения образца грунта прк действии одиночногоимпульса, которую задают по формуле(1),5Так как модуль деформации Е влропессе уплотнения песчаньек грунтовувеличивается, то для учета этого эф"фекта в лабораторных испытаниях ис,пользуется механическая гибкая связь 1019 между датчиком 16 и движком переменногс конденсатора 11. Прк перемещении штампа 5 относительно корпусагидравлической подушки 4 механичес-кая связь 19 воздействует на движок 15переменного конденсатора 11, снижаяего электрическую емкость и величинузапасенной энергии., Снижение энергииэлектрического разряда в камере 93 11;вод г к уее 1 ьп 1 епк 1 о дополнктельно 20го давления на порце 11 ь б прк электроразряде в камере 9. Так как давлениежидкости в гидравлической подушке 4с каждым ударом снижается, то пор 25цки выбрасываемой через дроссель 7жидкости с каждым разом "тановятсяВсе меньше при определенном давлении,задаваемом параметрами дросселя. Использование такой обратной механической связи позволяет изменять ве- З 9личину мопуляцки деформации Е практически по любому закону измененияЕ,. в полевых условиях.тем, что, с целью повышения эффективности исслецований за счет моделирования и учета сжатия подстилающегослоя и его влияния на уплотнениеверхнего слоя грунтовой насыпи, дополнительно измеряют давление на нижнем торце образца, а при приложениивкбрациЬнной нагрузки образец грунтаперемещают по направлению движенияфронта прямой волны ударного импульса в момент ее подхода к нижней части Образца, который Определяют по моменту увеличения давления на его нижнем торце, при "том образец грунтауплотняют до стабилизации осадкигрунта, а величину перемешенкя придекствии каждого ударного импульса,Э) определ 5 ют по формулебЪи Е7Ргде Л - перемещение образца грунта,по направлению движенияфронта прямой волны, м;бк - среднее контактное давлениев уплотгяемом образце грунта при действии вибрационной нагру,.:, 3 =(0,9 -1 О) ББ - предел про -ности гру 1" га, К 1 а);Е модуль деформации грунта,МПа;иколкче тво удар 11 ых кмпульсов во время испытанк1 е - высота уплотняемого слоя насыпи в полевых условиях,принимаемая в зависимостиот характеристик виброуплотняющих машин, м,2, Устройство для исследования уплотнения грунтов, включающее цилиндрический стакан для размещения грунта, виброштамп с пригрузом, и датчики для измерения осадки грунта и частоты вибрации, подсоединеннь 1 е к осциллографу о т л и ч а ю щ е - е с я тем, что, с целью повышения эффективности исследования путем моделирования и учета сжатия подстклающего слоя к егс влияния на уплотнение верхнего слоя грунтовой насыпи, устрой; тво снабжено гидравлической подупсой, выполненной в виде корпуса с крышкой и размещенным в нем поршнем со штоками, проходящими через Отверстия в крышке, дросселе.: соединенным с полостью гидравлической подушки., разрядной камРрд с электродами3, Устройство по п.2, о т л и - ч а ю щ е е с я тем, что переменный конденсатор механически связан с одним из штоков гидравлической подушки,4, Устройство по п.2, о т л и - ч а ю щ е е с я тем, что корпус гидравлической подушки установлен на пружинные демпферы. Составитель Г.Мартынова Редактор И.Шулла Техред А.Кравчук Корректор В,РоманенкоЗаказ 6959/42 Тираж 847 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 7 1449864 8и поршнем, мессдозой и блоком высо-электроды разрядной камеры подсоедикого напряжения, а цилиндрический иены к переменному конденсатору, астакан снабжен нижним подвижным штам- мессдоэа, установленная на нижнемпом с датчиком его перемещения и ус- штампе, через усилитель - к переклютановлен на крышке гидравлической по- чателю и осциллографу,5душки, поршень которой соединен посредством штоков с подвижным нижнимштампом цилиндрического стакана ипоршнем разрядной камеры, при этомблок высокого напряжения выполнен ввиде высоковольтного выпрямителя,подключенного к внешней цепи, переменного конденсатора и переключателя,подсоединенного к усилителю, причем