Устройство для испытания образцов грунта в условиях трехосного нагружения

СВОа СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИ1 ЕСПУЬЛИН 9) СВ 10; Е 02 П 1/02 ОБРЕТ ОПИСАН СТВ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЭОБРЕТЕНИЙ И ОЧНРЦТИИ ВТОРСНОМУ СВИДЕТ(.71) Всесоюзный ордена ТрудовогоКрасного Знамени научно-исследовательский институт гидротехникиим. Б.Е.Веденеева(56) Патент США У 3820385,кл. С 0 1 М 3/08, 1975.2. Авторское свидетельство СССРУ 491080, кл. С 01 И 33/24, 1973,(54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИСПЬПАНИЯОБРАЗЦОВ ГРУНТА В УСЛОВИЯХ ТРЕХОСНОГО НАГРУЖЕНИЯ, включающее соединеннуюс источником давления камеру бокового давления с верхней и нижней крышками, штоком и стержнем, на концахкоторых в камере закреплены верхний и нижний штампы - захваты, центрирующее и нагрузочное приспособления, иизмерительные приборы, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повыше ния точности измерении в условияхтрехос ного нагружения, центрирующееприспособление снабжено винтами-стойками и установленной между нимитраверсой, а нагрузочное приспособление выполнено в виде упругой гофрированной трубы, разделенной наверхнюю и нижнюю полости диафрагмой,закрепленной на штоке, пропущенномс помощью шарниров через верхнююкрышку, причем верхняя полость соединена с источником давления, а нижняя - с камерой бокового давления.2, Устройство по п. 1, о т л и -ч а ю щ е е с я тем, что, полостьатмосферного давления редуктора снаб.жена сильфоном, соединенным с полостью большого давления,Изобретение относится к области строительства и предназначено для механических испытаний грунтов, а именно для определения характеристик деформируемости и прочности грунта 5 в условиях трехосного нагружения.Известно устройство для испытания грунтов в условиях трехосного нагружения, в котором с целью уменьшения сил трения предлагается создавать 10 осевую нагрузку с помощью тонких металлических тросов, проходящих крышку камеры через специальные втулки, выполненные из тефлона с бисульфидом молибдена. 5Центральный трос приклепляется од- ним концом к верхнему штампу образца, а другим - к пластине, расположенной над верхней крышкой камеры стабилометра. Два других троса также 20 прикрепляются к верхнему штампу и пропускают через нижнюю крышку стабилометра, после чего прикрепляются к грузовой платформе. Грузы укладываются на платформу через тросы вызы. 25 вают сжатие образца. При этом происходит перемещение пластины, связанной с индикатором, фиксирующим это перемещение 1 .В указанном устройстве, благода- З 0 ря применению тонких тросов, сила трения в сальниковом узле несколько уменьшается, но полностью не устраняется. В связи с этим точность измерений остается низкой.35Наиболее близким техническим решением является устройство для испытания образцов грунта включающее соединенную с источником давления с верхней и нижней крышками, штоком и стержнем на концах которых в камере закреплены верхний и нижний штампозахваты, центрирующее и нагрузочное приспособления и измерительные при- борм 2 .45Недостатками устройства являются: ограниченность возможных схем нагру-жения образца, а именно, возможность испытания и определения характеристик деформируемости и прочности об разцов грунта только в условиях бокового давления и сжатия вдоль его оси Ы 1О; б "б с О), или же в условиях бокового давления и растяжения вдоль оси образца (6 2 О,( 450)55 где б, - удельная нагрузка на попереч" ное сечение образца б а б-боковое давление сложность обеспечения надежной герметичности камеры и минимального трения скольжения при перемещении штока по сальнику неточностьизмерений, связанная с невозможностьюучета силы трения скольжения штокав сальнике, которая зависит от мно-, .гих факторов, величины давления жидкости внутри камеры, свойств жидкости и смазки сальника, скорости перемещения штока, скорости и режиманагружения, температуры и т.д., невозможность обеспечения режима пдостого нагружения, при котором все нагрузки возрастают одновременно так,что соотношение между ними в любоймомент времени в процессе испытания сохраняется неизменными,Цель изобретения - повышение точ"ности измерений в условиях трехосного нагружения.Цель достигается тем, что в устройстве для испытания образцов грунта, включающем соединенную с источником давления камеру бокового давления с верхней и нижней крышками,штоком и стержнем на концах которых в камере закреплены верхний инижний штампы - захваты, центрирующее и нагрузочное приспособления, центрирующее приспособлениеснабжено винтами - стоиками и установленной между ними траверсой,а нагрузочное приспособление выполнено в виде упругой гофрировайнойтрубы, разделенной на нижнюю и верх .нюю полости диафрагмой, закрепленной на штоке, пропущенном с помощьюшарниров через верхнюю крьипку, причем верхняя полость соединена с источником давления, а нижняя - с камерой бокового давления, при этомполость атмосферного давления редуктора снабжена снльфоном, соединен,ным с полостью большого давления.На фиг. 1 показано предлагаемоеустройство, общий видф на фиг . 2 -редуктор пропорционального давления. Устройство включает корпус 1 с камерой 2 бокового давления, нагру- . зочное приспособление для передачи давления на торцы образца 3, установленного в камере. Нагрузочное приспособление содержит тонкостенную упругую гофрированную трубу 4, которая герметично соединена с верхней крышкой 5 камеры бокового давления и с траверсой 6. Гофрированная тру 3 7 ЗООба в средней части имеет жесткуюдиафрагму 7, снабженную краном 8для выпуска воздуха. К диафрагмеприкреплен шток 9 верхнего штампа -захвата 10, пропущенный в отверстие крышки камеры. ДиаФрагма ишток имеют шарикоподшипниковые опоры 11 и 12, ограничивающие свободу ихперемещения относительно корпуса вгоризонтальной плоскости. 0Камера бокового-давления, сообщающаяся с нижней полостью гофрированной трубы и верхняя полость, образованная диафрагмой и траверсой,независимо соединены трубопроводами 15с пневмогидравлической системой 13.Траверса снабжена механическимприводом, содержащим червячную передачу 14 и ходовые винты - стойки 15, которые прикреплены к корпусу, Траверса служит грузоподъемнымэлементом при подготовке и размещении испытуемого образца в камере(в этом случае крышка освобожденаот корпуса, стяжные болты 16 сняты 25и стержень 17 нижнего штампа - захвата 18 отсоединен от корпуса), атакже упорным элементом в процессеиспытанияПневмогидравлическая система 13 З 0устройства состоит из соединенныхЫежду собой трубопроводами баллона19 со сжатым воздухом, баллона 20,частично заполненного дистиллированной водой, вакуумного насоса 21 сманометром и рессивера 22,Пневмогидравлическая система включает также вентили 23-27 газовый редуктор 28 и редукторы пропорционального давления 29 и 30.40Редукционный клапан редуктора про:порционального давления (см. Фиг. 2)содержит запорную пружину 31, тарелку 32 клапана, мембрану 33, регулировочиую пружину 34 с сильфоном 35 45и дроссель 36,Устройство работает следующим образом.1К испытываемому образцу 3 грунтаприкрепляют штампы - захваты 10 и 5018 со штоком 9 и стержнем 17 и подвепщвают его к диафрагме 7 приверхнем (поднятом) положении траверсы б. Опускают при помощи траверсыи размещают образец в камере 2, при 55этом стержень 17 пропускают в отверстие и герметично закрепляют к корпусу 1. После этого крышку 5 закрепляют стяжными болтами 16 к камере 2. Открывают кран 8 и заполняют камеру дистиллированной водой. Закрывают все вентили, и подключают к пневмогидравлической системе 13 баллон 19 со сжатым воздухом.Устройство обеспечивает ыагружение испытываемого образца боковым давлением и осевым усилием сжатия или . растяжения.Величины удельной осевой нагрузки 1 на поперечное сечение образца и боковое давление= д определяются из условия равновесия в соответствии с формулами: где 9 - давление в камере и в ниж 2ней полости гофрированнойтубки, Па,- давление в верхней полостигофрированной трубки,Па;1- - конструктивная характерис тика устройства ( Г - площадь диафрагмы, м 2; Рплощадь поперечного сечения образца, м).В формулах величины давлений, вызывающих сжатие образца, обозначены со знагом минус, а растяжение - со знаком плюс,.Устройство дает возможность определять прочность и деформируемость грунта в условиях: одноосного сжатия, одноосного растяжения, сжатия вдоль оси образца с боковым давлением и растяжения вдоль оси образца с боковым давлением.При испытании образца в условиях возрастающего осевого усилия сжатияи постоянства бокового давления б = д 5 (например, при конструктивной характеристике устройства К = 2) руч. ка регулятора давления на редукторе29 (при закрытом дросселе 36) устанавливается в положение, при котором Р, = 0,5 Р (см, формулы при К2), Открывается вентиль 26 и при помощи редуктора 28 в магистрале создается давление, равное заданному боко. вому, величина которого контролируется манометром на выходе редуктора. В этом случае при любых величинах бокового давления удельная осевая нагрузками, = 0 . Осевая удельная нагрузка 1, создается повышениемдйвлення 1 при помощи ручки регу 1лятора на редукторе 29, При этомповышение давления Р возможно только до величины Г = 0 . Дальнейшее увеличение давления Г, 1 а, следовательно и удельной осевой нагрузки б )производится с использованием уедукторов 30 и 28 при закрытых вентилях26 и 36 и открытом вентиле 25.Испытание образца в условиях пос"тоянного боковогодавления и возрастающего усилия растяжения вдольего оси производится следующим образом.Ручка регулятора давлением редуктора 29 (при закрытом дросселе 36) устанавливается в положение, при котором 1= 0,50 . Открывается вентиль 26 и на входе редуктора 28 создается давление, равное боковому, В этом случае (при К = 2) при любых величинах бокового давления удельная осевая нагрузка б = О, При помощи вентиля 24 выпускается воздух из верхней полости гофрированной трубки 4 и снижается в ней давление до заданной величины. При этом усилие растяжения возникает за счет превышающего давления на диафрагму 7 со стороны нижней полости 30 гофрированной трубы. После достижения давления Г = О, при необходимости дальнейшего увеличения усилия растяжения на образец 3, может быть использован вакуумный насос 21,Указанные схемы одноосного нагружения, а также схемы нагружения характеризующиеся постоянным осевым усилием и возрастающим боковым давлением являются частными случая ми описанных схем нагружения образца. Создание этих схем нагружения также производится с использованием редукторов 28-30.Кроме этого, устройство позволяет 45 испытывать образцы грунта в условиях нагружения, при котором боковое давление и осевое усилие сжатия (или растяжения) возрастают так, что соотношение между ними в любой момент 50 времени сохраняется неизменным. При затих условиях нагружения открываетсядроссель 36, ручка регулятора давления на редукторе 29 устанавливается в положение, соответствующее заданному соотношению между величина- .миб,ибОткрывается вентиль 26 и черезредуктор 28 создается в магистралидавление. Величины давления на входеи выходе редуктора 29, соответствую.щие величинам давления в камере и вверхней полости гофрированной трубки, контролируется манометрами, установленными на редукторе. Увеличение давления Г на входе редуктора29 вызывает пропорциональное увеличение давления Р на выходе.В случае, когда необходимо создать схему нагружения, при которойвеличина бокового давления меньше,чем величина осевого усилия, закрывается вентиль 26 и в последующем,выполняются аналогичные операции,используя редукторы 30 и 28,Таким образом, устройство позволяет испытывать образцы грунта в условиях объемного напряженного состояния при различных схемах нагружения.При этом по одной из главных осеймогут быть созданыкак сжимаюшие, таки растягивающие напряжения и, кроме этого, устройство гозволяет реализовать режим "простого нагружения"при котором нагрузки возрастают ропорционально с заданным соотношениемих величин. Конструкция нагрузочного приспособления, выполненная из тонкостенной гофрированной трубы (сильфона)обеспечивает герметичность и, в связи с отказом от уплотняющего сальника, полностью исключает силу тренияскольжения штока 9, Величина упругой силы гофрированной трубы является табличной характеристикой, учитывается в процессе испытания,Расширение схем нагруження образца позволяе боле тоно определить,характеристики прочности и дефорьируемости испытываемого грунта.730079 иЕ Составительсынаи Техред С.Легез.Редакт орректор О.Тигор 9230/3 Тираж 822 ПодписноВНИИПЙГосударственного комитета СССРпо делам изобретений и открнгий113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4 ак лиал ППП"Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4Э