Способ определения динамических характеристик грунта и устройство для его осуществления

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ КИХ ДЛЯ25женерно-строи(088,8) носится к облас л ьство ССС 00, 1968. Прочность ых грунто ствиях, ство, 198 д озде ел 45.е свидетельство СССРкл. Е 02 1) 1/00, 1983 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИ(21) 3919099/31-33 (22) 01.07,85 (46) 07,07.87Бюл (71) Московский ин ный институт им, В (72) А.А,Музафаров (53) 624.131.376.5 (56) Авторское сви Ь 332266, кл. Е 02Зарецкий Ю.К, и деформируемость не при динамических в ротехническое стро10, с. 39 Авторско1063931,(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДИНАМИЧХАРАКТЕРИСТИК ГРУНТА И УСТРОИСТЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ(57) Изобретение от строительства и предназначено для определения динамических свойств грунтов в условиях пространствейного напряженного состояния. Целью изобретения является повышение точности и, уменьшение трудоемкости определения дилатансной части объемной деформации грунта при динамическом воздействии. Динамические характеристики грунта определяют при статическом и динамическом нагружениях образца грунта с сохранением среднего напряжения (6 ) сФпостоянного при выполнении условия б,=(б, +2 б,)/3, где б, - осевая на1322149 груэка МПаБ - радиальная нагрузкаИПа. Приложение осевой и радиальнойдинамических нагрузок к образцу грунта производят с отставанием колебанийодной из них на половину периода колебаний другой нагрузки. Определениединамических характеристик грунтаосуществляют с помощью устройства,содержащего стабилометр с рабочей камерой 2 для размещения образца грунта 3, приспособления для статического осевого и радиального нагружений,гидроцилиндр нагружения 5 и гидропульсатор. Последний выполнен в, видевибратора 8 с голкателем 9, коромысла 10 и пары гидроцилиндров 11 и 12,Изобретение относится к строительству и предназначено для определения динамических свойств грунтов в условиях сложного напряженного состояния при сейсмических воздействиях. 5Целью изобретения является повышение точности и уменьшение трудоемкости определения дилатансной части объемной деформации.На фиг. 1 дана общая схема устройства, на фиг, 2 - схема стабилометра,Устройство включает стабилометр со штоком 1 и рабочей камерой 2 для образца грунта 3, закрепленный на столе 4, гидроцилиндр 5 нагружения, установленный на корпусе стабилометра и соединенный с гидроцилиндром 6 статического осевого нагружения,гидроцилиндр 7 для статического ради 20 ального нагружения, соединенный с рабочей камерой 2 и гидропульсатор для динамического нагружения, выполненный в виде вибратора 8 с толкателем 9, шарнирно соединенным с коромыслом 10 и пары гидроцилиндров 11 и 12, закрепленных на станине 13 с помощью каретки 14, позволяющей, перемещать гидроцилиндры вдоль станины 13, Штоки гидроцилиндров 11 и 12 шарнирно соединены с концами коромысла 10, шарнирно прикрепленного к станине 13, Гидроцилиндр 5 нагружения установлен на корпусе стабилометра,его шток выполнен эа одно целое со штоком 1 стабилометра, а гидроцилиндры гид 35 закрепленных на станине 13 с помощьюкаретки 14, Штоки гидроцилиндров 11и 12 и толкатель 9 шарнирно соединены с коромыслом 10, закрепленным настанине 13 шарнирно. Гидроцилиндрнагружения 5 установлен на корпусестабилизатора, шток 1 которого выполнен эа одно целое со штоком гидроцилиндра нагружения 5. Гидроцилиндры12 и 11 сообщены соответственно с рабочей камерой 2 и гидроцилиндром нагружения 5, Последний сообщен с гидроцилиндром 6 для статического осевого нагружения. 2 с,п, и 1 з.п,ф-лы,2 табл., 2 ил,ропульсатора 11 и 12 трубопроводамисообщены соответственно с гидроцилиндром 5 нагружения и с рабочей камерой 2 стабилометра, В основанииобразца грунта 3 и в рабочей камере2 стабилометра размещены датчики 15и 16 давления а на штоке 1 стабилометра ина штоке гидроцилиндра 7датчики 17 и 18 перемещений. Датчикис помощью проводов соединены с усилителями 19, соединенными с самописцем 20, Рабочая камера 2 снабженаверхним 21 и нижним 22 штампами,между которыми устанавливают образецгрунта 3 в резиновой оболочке 23,Трубопроводы, соединяющие рабочую камеру 2 и гидроцилиндр нагружения 5 сгидроцилиндрами 6, 7, 11 и 12 имеюткраны 24, 25, 26, 27,Способ определения динамическиххарактеристик грунта осуществляютследующим образом,На образец грунта 3, размещенныйв рабочей камере 2 стабилометра, прикладывают осевую и радиальную статические нагрузки, например, ступенями0,01-0,1 МПа, После достижения заданного иэотропного состояния, характеризуемого равенством осевой (б,) ирадиальной (Б ) нагрузок между собой,начинают увеличение осевой нагрузкиукаэанными ступенями с одновременнымуменьшением в два раза меньшими ступенями радиальной нагрузки, достигаятем самым сохранения значения сред=О, 107,него напряжения б, постоянным, приусловии б, = (б,+26)/3. ДовеДя напряженное состояние образца грунтадо заданного, на него прикладываютосевую и радиальную динамические нагрузки заданной амплитуды порядка0,05-0,2 МПа, и частоты порядка 510 Гц, изменяющиеся по гармоническому закону, с отставанием колебанийодной из них на половину периода колебаний другой нагрузки, добиваясьтем самым сохранения значения среднего напряжения 6 О постоянным приусловии б, = (б, +26 )/3, Осуществляют заданное количество циклов динамического нагружения (10-50 в зависимости от силы землетрясения), послечего динамическую нагрузку снимают.Затем доводят образец грунта до разрушения, увеличивая ступенями осевую 20статическую нагрузку, одновременноуменьшая ступенями радиальную нагрузку, сохраняя тем самым значение6 постоянным.оВ процессе эксперимента фиксируют величины осевых и радиальных напряжений и деформаций и определяютобъемную деформацию образца грунта,происшедшую при динамическом воздейипствии (й с,ч ), которая составляет 30дилатансную часть объемной деформации при динамическом воздействии,из соотношенияДннДнн динчоннгде 6 с - объемная деформация образца грунта;ЬЯО - часть объемной деформации образца грунта засчет равномерного, всестороннего обжатия на 40грузкой б =(Б, +2 б ) /3,й Я - часть объемной деформаЧ 1ции образца грунта засчет переупаковки частиц(дилатансная часть),45 Устройство для определения динамических характеристик грунта работает следующим образом.Образец грунта в резиновой оболоч 50 ке 23 устанавливают в рабочей камере 2 стабилометра между нижним 22 иверхним 21 штампами, Камеру стабилометра сообщают с гидроцилиндрами 7 и 12, открывая краны 24 и 25 и через кран 25 заполняют их рабочей жидкостью, например водой, Гидроцилиндр 5 нагружения сообщают с гидроцилинд 49 4рами 6 и 11, открывая краны 26 и 27,и через кран 26 также заполняют ихрабочей жидкостью. Датчики 15-18 спомощью проводов подключают к усилителям 19 и к самописцу 20. На самописце фиксируют нулевые показаниядатчиков и в дальнейшем, в процессевсего эксперимента, ведут автоматическую запись задаваемых напряженийи деформаций образца грунта, Приложение осевой и радиальной статических нагрузок осуществляют путем нагружения гидроцилиндров 6 и 7 соответственно с помощью гирь, Для приложейия к образцу грунта динамической нагрузки включают гидропульсатор.При перемещении толкателя 9 вибратора 8 вверх левое плечо коромысла 10нагружает гидроцилиндр 11, при этом1увеличивается осевая динамическаянагрузка, одновременно правое плечокоромысла разгружает гидроцилиндр 12и уменьшает радиальную динамическуюнагрузку на образец. При перемещениитолкателя вниз происходит обратноедействие, т,е, осевая динамическаянагрузка уменьшается, а радиальнаяувеличивается. Таким образом производят необходимое количество циклов нагружения,П р и м е р 1, Исследуют песчаный грунт среднезернистый, средней плот-, ности, в воздушно-сухом состоянии, 3 = 0,67 - коэффициент пористости, удельный вес= 1,70 г/см, влажность ч = 0,17. Результаты измерений приведены в табл. 1,б; = - (б, -б,), аЕ; = 0,33+0,01 = 0,347.,Дилатансная часть объемной деформации 0,347,П р и м е р 2. Исследуют песчаныйгрунт, среднезернистый, средней плотности, коэффициент пористости Я=0,61, удельный вес1,9 т/м, частота колебаний 40 Гц, амплитуда изменения напряжений 0,2 кг/см, продолжительность динамического воздействия 1 чРезультаты измерений привЕдены в табл, 2,б =ч- (б -б), ь Е =0,277-0, 177=Дилатансная часть объемной деформации 0,107,.Изобретение позволяет повысить точность и снизить трудоемкость при изучении дилатансных свойств грунтов, существенно влияющих на их поведение при динамических воздействиях и учитывать эти свойства при анализе сейсмостойкости грунтовых оснований и сооружений. 10Формула изобретения1. Способ определения динамических характеристик грунта, включающий 15 обжатие образца грунта в стабилометре путем приложения осевой и радиальной статических нагрузок равными ступенями до заданной величины, приложение ступенчатой увеличивающейся 20 осевой статической нагрузки до заданного напряженного состояния, приложение изменяющихся по гармоническому закону осевой и радиальной динамических нагрузок, заданной амплитуды частоты и количества циклов с измерением осевой и радиальной деформаций, доведение образца грунта до разрушения путем приложения осевой статической нагрузки и определение дилатансной части объемной деформации при динамическом воздействии, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности и уменьшения трудоемкости определения дила тансной части объемной деформации, приложение ступенчато увеличивающейся осевой статической нагрузки до заданного напряженного состояния производят с одновременным уменьшением 40 радиальной нагрузки, а приложение осевой и радиальной динамических нагрузок производят с отставанием колебаний одной из них на половину периода колебаний другой нагрузки, при 45 этом приложение осевой статическойнагрузки при одновременном уменьшении радиальной нагрузки и приложение динамических нагрузок производят при сохранении среднего напряжения образца грунта б, постоянным с выполнением условияа= (,+2 б,)/3,где (3, - осевая нагрузка, МПа (7 - радиальная нагрузка, МПа. 2, Устройство для определения динамических характеристик грунта, включающее стабилометр со штоком и рабочей камерой для размещения образца грунта, приспособления для статического осевого и радиального нагружения, гидропульсатор для динамического нагружения, закрепленный на станине, соединенный с ним гидроцилиндр нагружения и измерительные приспособления, о т л и ч а ю щ е е с ятем, что гидропульсатор выполнен ввиде вибратора с толкателем, коромысла и пары гидроцилиндров, закрепленных на станине с возможностью горизонтального перемещения, причем штоки гидроцилиндров и толкатель вибратора шарнирно соединены с коромыслом,закрепленным шарнирно на станине,гидроцилиндр нагружения установленна корпусе стабилометра, а шток последнего выполнен за одно целое соштоком гидроцилиндра нагружения, приэтом гидроцилиндры гидропульсаторасообщены соответственно с гидроцилиндром нагружения и рабочей камеройстабилометра.3, Устройство по и, 2, о т л и -ч а ю щ е е с я тем, что приспособление для статического осевого нагружения выполнено в виде гидроцилиндра,сообщенного с гидроцилиндром нагружения,