Установка для трехосных испытаний грунтов статическими и динамическими нагрузками

СОЮЗ СОВЕТСКИХС ОЦИдЛИСТИЧЕСНИРЕСПУБЛИК а 9 О Ы 3( ЕНИЯ ОБ ПИСАНИЕ) 4393353/33 ) 10.02.88 ) 15,04.91. В ) Государственаучно-ис итут и Винницк 22 4 б 71 Р 14й всесоюзный додовательский ин. - политехнический жнын ТАНИЧЕС(57гео инженерно- строительстпри опре 7 ФЗ 45 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТПРИ ГКНТ СССР институт(72) Г.В.Малеванский А.Е,Марзликин, И.В.Коц, А.А.Малярчук и В,В.Мацык (53) б 24.3 1 . 376.5 (088. 8)(5 б) Бугров А. К. и др, Исследование грунтов в условиях трехосного сжатия Л.:, Стройиздат, Ленинградское отделение, с. 129-1 32.Авторское свидетельство СССР М 1264041, кл. ( 01 Ы 3/10, 1984. (54) УСТАНОВКА ДНЯ ТРЕХОСНЫХ ИС 1 ЫЙ ГРУНТОВ СТАТИЧЕСКИМИ И ДИНАЯКИМИ НАГРУЗКАЯ) Изобретение касаетсялогических изысканий в ве и может использоваться делении строительных свойств грунтов в состоянии осесимметричного трехосного сжатия при статических и динамиеских нагрузках. ель изобретения - упрощение конструкции и повьипение ее надежности. Установка содержит рабочую камеру 1 стабилометра с гидроцомкратом, имеющим рабочую полость 5шток б, гидроцилиндр 28, шток 29 оторого через раму 33 связан с поршнем 34, ресивер 35, выполненный в вице цилиндра с расточкой; отверстием, ограничителем 4 хода пор 1 аня и тормозной камерой 40, генератор 16 гидравлических импульсов, гидранчический запорный элемент 22 и насосную станцию 24, 1 енератор Ь содержит подпр;.жиненный двухступенчатый сливной клап;1 н 17, а в корпусе генератора 16 установлена кольцевая растсчка 25., Нри закрытом элементе 22 давление рабочей жидкости от насосной станции пе- Я у 11642305 редается одновременно в полости 5 и 30. Через шток 6 на образец переда" ется осевое усилие, Шток 29 давит на поршень 34 и сжимает воздушную подушку в полости Зб. Давление воздуха пе 5 редается на боковую поверхность образца в камере 1. Величина давления воз-. духа регулируется ограничителем 41 хода поршня При динамических испысоздаваемое давлением рабочей жидкости, подпружиненной пружинами 32,подвижной раме 33 жестко соединеннойс поршнем 34 ресивера 35. Подпоршневая полость 36 связана пневмолинией37 с рабочей камерой 1 стабилометра,а надпоршневая полость 38 соединенас атмосферой каналом 39. Кроме того,ресивер имеет тормозную камеру 40,периодически перекрываемую от связис атмосферой. В нижнем торце ресивера35 установлен регулируемый ограничитель 41 хода поршня 34.Величины прикладываемых нагрузоки измеряемых параме.ров определяютсяпо показаниям измерительных приспособлений 42 - 26,Установка работает следующим образом.35 11 ри включении насосной станции 24рабочая жидкость поступает под заданным давлением по общей гидролинии 23 и гидролинии 31 в рабочую полость 5 гидродомкрата, Давление рабочей жидкости воспринимает шток 6 Изобретение относится к строительству, в частности к лабораторным испытаниям строительных свойств грунтов на стройплощадке.Цель изобретения в упрощение конструкции и повышение ее надежности,На чертеже показана схема установки.Установка содержит рабочую каме-. ру 1 стабилометра, образованную основанием 2, корпусом 3 и крьшкой 4, внутри которой встроен гидродомкрат, имеющий рабочую полость 5 и шток 6, посредством которого через штамп 7 передается осевое усилие на образец грунта 8, помещенный в резиновую оболочку 9, герметично обжатую кольцами 1 О. 11 о обеим сторонам образца 8 установлены пористые вставки 11, с противоположных сторон которых образованы полости 12, соединенные каналами 13, 14 и гибким трубопроводом 15 с внешними вспомогательными устройствами,Генератор гидравлических импульсов состоит из корпуса 16, внутри которого расположен двухступенчатый сливной клапан 17, прижатый регулируемой пружиной 18 к установочному седлу 19. 11 одклапанная полость 20 соединяется гидролинией 21 через гидравлический запорный элемент 22 с общей гидролинией 23 насосной станции 24. Расточка 25, выполненная в теле корпуса 16 генератора гидравлических импульсов, выполняющая роль подклапанной полости второй ступени клапана, сообщается со сливной гидролинией 26, связанной с баком 27.Гидроцилиндр 28 со штоком 29 и рабочей полостью 30 соединяется параллельно, рабочей полости 5 гидродомкрата гидролинией 31 с общей гидро- линией 23. Шток 29 передает усилие,таниях открывают элемент 22. Клапан17 вступает во взаимодействие с остальными элементами установки и, периодически приподнимаясь, сбрасывает давление в гидросистеме, что влечет одновременное периодическое снижение напряжений в образце, 1 з,п.-лы, 1 ил. и передает возникающее осевое усилие посредством сопряженных с ним датчика 42 усилия, штампа 7 и пористой вставки 11 на образец грунта 8, помещенный в резиновую оболочку 9, закрепленную кольцами 10. Происходит статическое осевое сжатие образцов 8.Дпя создания всестороннего давления обжатия образца используется сжатый воздух, поступающий из лодпоршневой полости 36 по пневмолинии 37 в рабочую камеру 1 стабилометра, сжимаемый поршнем 34, жестко соединенным с подпружиненной пружинами 32 ра. - мой 33, кин связанной со штоком 29, воспринимающим давление рабочей жидкости, поступающей в рабочую полость ЗО гидроцилиндра 28 из5 16423 гидролинии 31, связанной с общей гидролинией 23. Регулирование величины всестороннего давления обжатия образца осуществляется при помощи регулируемого ограничителя 41 хода поршня. Этим предусмотрена возможность оперативно изменять объем подпоршневой полости 36, что ведет к изменению давления в рабочей камере 1. В случае возврата штока в первоначальное верхнее положение воздух, находящийся в подпоршневой полости, удаляется в атмосферу посредством канала 39. Удаление воздуха продолжается до тех пор, пока не произойдет перекрытие расточки 38. При дальнейшем движении поршня 34 вверх происходит сжатие воздуха в тормозной надпоршневой полости, что предотвращает его жесткое 20 соударение с корпусом.При необходимости создания динамического напряжения образца грунта 8 в рабочей камере 1 необходимо переключить гидравлический запорный 25 элемент 22 в положение, при которол общая гидролиния 23 соединяется с гидролинией 21 связанной с подклапанной полостью 20 генератора гидравлических импульсов. Преодолевая силу 30 прижатия клапана 17 к установочному седлу 19 от пружины 8, рабочая жид - кость, находяц)аяся поп давлением, перемещает клапан 17, соединяя подклапанную полость 20 с расточкой 25 сообц)аюц)ейся гкдролинией . б с баком 27, Возникающий перепад давления на кромке клапана 17 ЙРц определяется суммарным расходом 11 нропорциональным усилив пружи )ь) 8, т.е. 40;=2 г 1 Р )где- расходный коэффициент;й, - площадь дросселирующей щели.Суммарный расход Я через дросселирующую щель равен также усилия сжатия пружин 32;- расход жидкости, определяя,емый обратным ходом штока6 за счет действия упругихсил деформированного образца 8;(сжимаемостью) рабочей жидкости и трубопровода.С учетом расшифровки формула (2) принимает вид Я = ЧН + Ч)+ ОО 5- + Ч, (4) При подъеме клапана 17 через открывающуюся дроссельную щель происходит выпуск суммарного расхода жидкости, определяемого согласно зависимости (4), основная составляющая из которых, после расхода насоса, это расход жидкости, вытесняемой из полости 30 гидроцклиндра, который преобладает над 1 о 5- иПоскольку закон расширения воздуха в рабочей камереи подпоршневой полости 36 может быть );ксан :огласно известной зависимости рЧ = сонзс имеющей место нри изотермнчсском расширении Оздуха; где- соответстне;:но объем воз Ядуха в рабочей камереи нодноршневой полости 36 п нкжнем и Орхнел; крайних положениях норшня 3) к штока 29;Р , 1) - соответственно макснмальное к минимальное давление воздуха в камере 1 и нодпорщневой полости Зб,ХОД пор.)ня при прямом и Обратном ходе (при нагрузке и разгрузке) опре - деляется огласно зл)гисимостк(2) (3) ч,о,ОБ 1 т).30 1 Г,тц ь ) где 1 - расход гидронасоса;Я Б добавочный расход из Гид -роскстемы;- расход жидкости, определя 30емый обратным ходом шгока29 за счет избыточного давления воздуха в камереиподпоршневой полости Зб,а(8) Рлл,т)р 1 п,о При подъеме штока 29 вверх он будет двигаться со сксроетьвттЬхол(7)Ор ") ОдгдеО - время хода.,Прк площади поперечного сечения штока 29 Ррасход жидкости из рабочей полости 30 прк его подъеме (Обратном ходе) вверх равенС учетом выражений (7), (6) и (5) Ь хоАч п,ф як.97 У Р 1 7(,(9) 5Рпр,54 ход Р 2 прэФ (од гдеТ " период нагружения, равныйТ = - 1 - частота нагружения), 151Зависимость 9 с учетом зависимости (1 0) примет вид2 Рок а Р( Ч(Ч,ПЗО Ра РпрМа уравнение (4) с учетом зависимостей(1) и (11) примет вид2 Р к,г Р%ДР (- 0 + 2. с. 1.2 1( (12)Следовательно, перепад давления надросселирующей щели, который необходимо преодолеть усилием сжатой пружины 18, чтобы возвратить в исходное 30положение клапан 17, равен2 Р 2 Р,7к д ( ) чИ + РгРпрэ+Др г ф (13)Ц г 2Шток 29 гидроцилиндра возвращается в исходное положение со скоростью,имеющей определенное значение Ч . Когда шток 29 перемещается в крайнееположение до жесткого упора, его скорость резко падает до нуля, т.е.-О. Расход жидкости из рабочейполости 30 также резко падает до нул( Я 1(о-+ 0), что сопровождается 45резким уменьшением перепада давленияна дросселирующей щели до величины(а Щ айЩ 28Конструктивные особенности двухступенчатого клапана 17 обеспечиваютвыполнение неравенстваР) ДРЩ О где Р в , усилие пружины 18; Р - эффективная площадь второй ступени клапана 17.Время обратного хода (подъема) штока 29 примерно равно половине длительности цикла нагружения, те. 10Е, -2 Т, (10)Под действием пружины 18 плунжер перекрывает дросселирующую щель и перемещается вниз до посадки на седло.Прекращение расхода жидкости из рабочей полости 30 вызывает снижение перепада давления не только на дросселирующей щели, но и давления в подклапанной полости 20 до значения, которое не успевает возрасти до величины1) РИ(16)Щ = гисключающей посадку плунжера на седлоза время й 1. Это обусловлено низкойгидравлической жесткостью гидросистемы, обеспечиваемой наличием связиштока.29 с поршнем 34, подпружиненнымчерез раму 33 пружинами,.32 и воздушной подушкой в полости 36 и камере 1,вследствие чего после обеспечения слива давление в гидросистеме при работающем гидронасосе поднимается довеличины Д Р, за время 2, большее,чем время 1 перемещения клапана 17до посадки йа седло. В результатеописанного взаимодействия клапан 17работает в устойчивом автоколебательном режиме и генератор 16 гидравлических импульсов обеспечивает динамический режим нагружения испытуемогообразца,) Подсоединение полости рабочей камеры 1, содержащей испытуемый образец грунта 8, помещенный в резиновуюоболочку 9 и загерметизированный кольцами 10, к внешним вспомогательнымустройствам посредством пористыхвставок 11, полостей 12, каналов 13,14 и гибкого трубопровода 15 позволяет во время испытаний производитьнагрев образца теплым воздухом, увлажня 1 ь его или удалять из него водуИ тапаПредлагаемая установка позволяетизучать закономерности поведениягрунтов при трехосном воздействии наних статическими и динамическими нагрузками, что наиболее соответствуетдействующим нагрузкам в естественныхусловиях эксплуатации,По сравнению с прототипом предлагаемая установка имеет более простуюкомпоновку устройства для созданиядинамической нагрузки генераторагидравлических импульсов, так каквзамен устройства для создания вертикальной динамической нагрузки и дополнительного устройства для созда9 164 ния радиальной динамической нагрузки с подпружиненным клапаном и гидроципиндром с поршнем в предлагаемом решении использован один генератор гидравлических импульсов. Это позволяет существенно упростить конструкцию, снизить количество точных подвижных сопряжений деталей и уплотнений этих сопряжений в зонах высокого давления, что позволяет увеличить надежность работы установки. Формула изобретения 2, Установка по и. 1, о т л и ч аю щ а я с я тем, что пневмоцилиндр 25 ресивера снабжен в подпоршневой полости регулируемым ограничителем хода поршня. Составитель Л. РябченкоРедактор М. Бандура Техред М. Дидык Корректор С, Черни Заказ 1141 Тирак 402 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям прп ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул, Гагарина, 101 1. Установка для трехосных испытаний грунтов статическими и динамическими нагрузками, включающая рабочую камеру стабилометра для трехосных испытаний, устройства для создания осевой и радиальной нагрузки с гидроцилиндром и ресивербм и измерительные приспособления, о т л и ч аю щ а я с я тем, что, с целью упрощения конструкции и повышения ее надежности, она снабжена генератором гидравлических импульсов с запорным 2305 10.элементом и насосной станцией, причем генератор гидравлических импульсов выполнен в виде подпружиненного 5двухступенчатого сливного клапана,ресивер снабжен подпружиненным поршнем и выполнен в виде пневмоцилиндрас расточкой и выпускным отверстием всредней части и тормозной надпоршне вой полостью, поршень жестко связансо штоком гидроцилиндра, а устройство для создания осевой нагрузки выполнено в виде гидродомкрата, приэтом гидродомкрат, гидроцилиндр и генератор гидравлических импульсов связаны общей гидролинией с насоснойстанцией с возможностью отключенияот нее генератора гидравлических импульсов запорным элементом, а рабо чая камера стабилометра сообщена сподпоршневой полостью ресивера.