Способ определения модуля деформациигрунта и устройство для его осуществления

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз Советских Социалистических Республик(22) Заявлено 170878 (21) 2 б 55 б 89/29-33 Р 1)М КЛ с присоединением заявки Нов(23) Приоритет -Е 02 О 1/02 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий(5 ПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХВОЙСТВ ГРУНТА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГООСУЩЕСТВЛЕНИЯ сняется некважины в енной текуанизот опие 0 Изобретение относится к строительству, в частности к устройствам дляизучения напряженно-деформированногОсостояния грунта с целью оценки егонесущей способности при инженерно-геологических изысканиях,Известен способ полевого определения модуля деформации прессиометрамискваженного уипа, заключающийся в про буривании скважины, погружении в неезонда прессиометра, обжатии стенокскважины эластичиой оболочкой эонда,создании ступеней давления на стенкискважины, измерении их стабилизированных радиальных перемещений, вычис 1ленин величины модуля деформации Е 11 .Недостатком известного способавычисления модуля деформации Е является необходимость предварительногопробуривания скважины и ее обсадкидля устойчивости стенок в слабыхгрунтах, пробуривание скважины ведет,как правило, к нарушению природногосложения и влажности грунта, а следовательно, и его естественного напряженно-деформированного состояния,Перерыв во времени между окончаниембурения и началом испытания грунтовопределяется устойчивостью стенокскважины. Обжатие стенок скважины идет неравномерно и объяровностями поверхности сустойчивых грунтах, повышчестью слабых грунтов и р йсамого грунта.Известен прессиометр скважинноготипа, состоящий из зонда, выполненного в виде цилиндрической эластичнойоболочки, устройства для созданиядавления в камере зонда, устройствадля измерения радиальных перемещений оболочки камеры, причем длинакамеры зонда должна быть не менее.етырех ее внешних диаметров,Однако надежность эластичных оболочек невелика, точность измеренияснижается за счет неравномерного обжатия скважины эластичной оболочкой,имеющей, как правило, неодинаковыймодуль растяжения эластичного элемента поего площади. Устройство длязамера деформации и роздания давлениясложно в конструкции и громоздко.Наиболее близким к предлагаемомуявляется способ исследования физикомеханических свойств грунта, заключающийся в задавливании прессиометра,нагружении штампов прессиометра возрастающими ступенями удельных нагрузок до условной стабилизации деформации грунта, замере деформации иопределении модуля деформации.Наиболее близким техническим решением для реализации способа является устройство для исследования Фиэикомеханических свойств грунта, включающее корпус.с лопастями, имеющимиуглубления, в которых размещены выдвижные штамПы, связанные с нагрузочным и измерительным приспособлениям 2(.Недостаток способа определения модуля деФормации грунтов состоит втом, что прессиометрические испытанияпродолжительны во времени, а определение значения модуля деформации порасчетной формуле требует учета анизо тропии деформируемого грунта в горизонтальном и вертикальном направлении,значения коэффициентов принимаютсяс недостаточной точностью,Недостаток эадавливаемых прессио- Щметров заключается в том, что выдвижные штампы должны быть достаточножесткими для достижения определеннойкартины напряженного состояния грунта под штампом, поддающийся точномуматематическому описанию, Однако картина напряженно-деформированногосостояния грунта под штампом еще недостаточно изучена, а описание этойкартины недостаточно точно и требуетмножество условностей..Цель изобретения - точное определение модуля деформации грунта поглубине массива.Поставленная цель достигается35 тем, что согласно способу исследования Физико-механических свойств грунта, заключающемуся в задавливании прессиометра, нагружении штампов прессиометра возрастающими ступенями 40 удельных нагрузок до условной стаби лизации деформации грунта, замере деформации и определении модуля деформации, нагружение грунта осуществляют через упругий эталонный элемент с постоянным модулем деформации,а определение модуля деформации производят по ФормулеЕ =- 1 - МПа5. l50 где Ь. - деформация упругого элементапри заданной ступени удельнойнагрузки,5; - стабилизированная осадкагрунта под штампом,Е - модуль деформации упругогоэ 5элемента.В устройстве для реализации способа корпус с лопастями, имеющими углубления, в которых размещены выдвижные штампы, связанные с нагрузочным и из мерительным приспособлением, последнее выполнено в виде штанги, пропущенной через корпус, на которой с возможностью поворота относительно лопастей и веютикальнрй.оси корпуса Я монтированы вЫцвижные штампы, оснащенные эталонными упругими элементами,На Фиг. 1 и 2 изображен задавливаемый прессиометр, внешний вид,на фиг. 3 - сечение А-А на фиг.2.Способ определения модуля деформации Е грунта заключается в следующем.Перед проведениЕм прессиометрических испытаний проводят тарировкуштампов, состоящих из полного корпуса 1, упругого элемента 2 толщиной Ни опорной пластины 3, для чего штампнакладывают опорной пластиной 3 нажесткую плиту и производят деформирование упругого элемента 2 ступенямиудельной нагрузки р, после чего поизвестной методике расчитывается модуль деформации упругого элементаР3 ьНгде дН - относительная деформацияупругого элемента 2,Далее оттарированный прессиометрпогружают в грунт,на проектную отметку путем задавливания специальнойустановкой. Штампы прессиометра погружают их торцовой стороной так,что их плоскости строго параллельнывертикальной оси прессиометра, Послепогружения штампы прессиометра нагружают возрастающими ступенями нагрузок Т и удельная уплотняющая нагрузка р передается площадью штампана грунт через упругий элемент 2 иопорную пластину 3. При этом в начальной стадии приложения нагрузки (р )6 )деформация упругого элемента и грунта под штампом растет (фиг. 1) и пристабилизации деформации (р= 6 ) достигает соответственной величины ЬаН-Еи 5 (фиг, 2). Модуль деформации грунта Е; определяется на каждой ступениудельной нагрузки на грунт р; в моментстабилизации его деформации 5 поформулеЕэ Н, МПа,)5;где Е - известный модуль деформации.9упругого элемента, МПа,П. - деформация упругого элементапри заданной ступени удельнойнагрузки р;, взятая по графику тарировки упругого элемента р; = Х(Ь), мм;5 - стабйлизированная осадкагрунта под штампом при заданной ступени удельной нагрузки р мм.Способ определения модуля деформации грунта реализуется конкретнымустройством (фиг. 1, 2), представляющим собой задавливаемый прессиометр, состоящий из крыльчатого корпуса 1 с заостренным наконечником,поворотных штампов 2 с упругими элементами 3 и опорными пластинами 4, выполненными из пружинной листовой сталидля равномерной передачи сжимакщейнагрузки на грунт. Поворотные штампы 2 жестко связаны с внутренней штангой 5 посредством стяжек 6, .образующих свободное пространство с обсадной трубой 7, охватывакщей внутреннюю штангу 5 и жестко связанной с 5 корпусом 1. Свободное пространство совпадает с прорезями в крыльях корпуса 1 для предотвращения защемления грунта между штампом 2 и соседним крылом корпуса при деформации грунта, оЗадавливаемый прессиометр работает следующим образом.С помощью задавливающей установки прессиометр погружают через обсадную трубу 7 на проектную отметку грунтового массива, при этом штампы 2 плотно прилегают ккрыльям корпуса 1. Затем, путем поворота внутренней штанги 5 заданными ступенями крутящего момента М производят поворот штампов 2 относительно крыльев корпу са 1 на угол У, до стабилизации деформации грунта, при этом грунт деформируется в пространстве между штампом 2 и соседним крылом корпуса 1, а передача нагрузки на грунт осу ществляется опорными пластинами 4 через упругие элементы 3. По окончании опытов вычисляется модуль деформации каждого изученного слоя грунтового массива в заданном интервале удельных сжимающих нагрузок р по формулеЭЕэ Ь5где 6 и и - известные характеристики 35эупругого эталонного элемента;5 - замеренные стабилизирован.1ные осадки грунта подштампом при соответствующих нагрузках.Изобретение позволяет тбчно и доступными методами определять модуль деформации грунта Е; по всей глубине массива. Предлагаемая формула расчета модуля деформации вполне конкрет на и не требует определения лабора- торным путем многих трудноопределяемых характеристик грунта, в результате .чего стоимость и продолжительность инженерно-геологических изыска ний снижаются на 30-40. Для расчета модуля деформации необязательно построение графика в= 1 Р)и отыскание предела пропорциональности. Конструкция предлагаемого задавливаемого прессиометра проста в изготовлении, надежна в эксплуатации, а наличие штампов с тарированными упругими элементами позволяет в полевых условиях определять модуль деформации по глубине изучаемого массива. Точность измерения возрастает за счет возможности увеличения площади штампов и их количества. и,.следовательно, площади контакта с грунтом.Формула изобретенИя1. Способ определения физико-механических свойств грунта, заключающийся в задавливании прессиометра, нагружении штампов прессиометра возрастающими ступенями удельных нагрузок до условной стабилизации деформации грунта, замере деформации и определении модуля деформации, о т л и - ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности определений, нагружение грунта осуществляют через упругий эталонный элемент с постоянным модулем деформации, а определение модуля деформации производят по формулеЕ - - мхаЕ Ь;5,;где и- деформация упругого элементапри заданной ступени удельной нагрузки,. 5 - стабилизированная осадкагрунта под штампом,Е - известный модуль деформации3упругого элемента,2, устройство, включающее корпусс лопастями, имекицими углубления, вкоторых размещены выдвижные штампы,связанные с нагрузочным и измерительным приспособлением, о т л и ч,а ю -щ е е с я тем, что нагрузочное приспособление выполнено в виде штанги,пропущенной через корпус, на которойс возможностью поворота относительнолопастей и вертикальной оси корпусамонтированы выдвижные штампы, оснащенные эталонными упругими элементами,Источники информации,принятые во внимание при эксйертизе1. Грунты. Метод определения модуля деформации прессиометра. ГОСТ20276-74, М , 1975.2, Авторское свидетельство СССР9 624426, кл, 6 01 НЭЗ/24, 1976.848529 Составитель В. ЛатушкинРедактор В. Иванова Техред М.Коштура Корректор Н. Шв илиал ППП фПатент", г. Ужгор Проектная аз 6017/29 Тираж 6 ВНИИПИ Государствен по делам иэобрет 113035, Москва, Ж, 3ого коний иРаушск Подписноетета СССРкрытийнаб д, 4/5