Устройство для определения прочностных свойств грунтов

(54)УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕ ПРОЧНОСТНЫХ СВОЙСТВ ГРУ (57) Изобретение касается инже ительных изысканий, пр дназна тности, для определения пр характеристик грунтов и позво сить точность определения. Уст держит механизм 3 пр нормальцой нагрузки, механизм ния касательной нагрузки, блок ния, задатчик 6 и счетчик 7 нормальной и касательной нагр чик 8 режима среза, таймер 9, бл роля, датчик 11 деформации сре регистрации. 8 ил,женер матизации комСб. статей: Ицкания", вып, 4,СССР78. ГОСУДАРС 1 НЕННЫИ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И 01 КРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(71) Северо-Кавказский трест истроительных изысканий(56) Тофанюк Ф.С. Опыт автопрессионных испытаний. -женерцо-строительные изыс1975, с. 10-15,Авторское свидетель.тво1 ч. 779855, кл. С 01 М 3/ОЭ, 19 ДЕЛЕНИЯ НТОВ нерно-строчено, в часочностных ляет повыройство соиложения 4 приложе упрзвлевеличицы узок, задаток 10 контза; блок 12Изобретение относится к технике инженерно-строительных изысканий и предназначено, в частности, для определенияпрочностных характери тик грунтов.Целью изобретения является повышение точности определения.На фиг. 1 приведена кинематическая ифункциональная блок-схема устройства; нафиг. 2 - схема датчиков величины нормальной и касательной нагрузок; на фиг. 3 -функциональная схема блока управлейия;на фиг. 4 - функциональная схема счетчикаи задатчика величины нормальной и касательной нагрузок; на фиг. 5 - функциональная схема задатчика режима среза итаймера (выдержки ступеней касательнойнагрузки); на фиг, 6 - функциональная схемаблока контроля окончания среза; на фиг, 7 -функциональная схема блока регистрации;на фиг. 8 - функциональная схема блокарегистрации результатов с элементом цифровой памяти.Устройство для определения прочностных свойств грунтов состоит из основания1 (фиг. 1), рабочей камеры 2, механизма 3приложения нормальной нагрузки, механизма 4 приложения касате ьной нагрузки,блока 5 управлени ., задатч;1 ка б и счетчика7 величины норме."ьно ф и касательной нагрузок задатчика 8 режйма среза, таймера9 выдержки ступеней касательной нагрузки,блока 10 контроля окончания среза, датчика11 деформации среза и блока 12 регистрации результатов,Рабочая камера 2 состоит из подвижнойи неподвижной обойм. Неподвижная обойма закреплена на основании 1. а подвижнаясоединена гибкой тягой с механизмом 4приложения касательной нагрузки,Механизм 3 приложения нормальнойнагрузки состоит из рычага 13 (Фиг. 1) в видетрубы с ходовым винтом 14, сопряженным сподвеской 15 груза 16 постоянной массы.Ходовой винт 14 имеет электропривод 17 идатчик 18 величины нормальной нагрузки.Механизм 3 приложения нормальной на.грузки с помощью оси-держателя 19 шарнирно закреплен на основании 1.Механизм 4 приложения касательнойнагрузки имеет аналогичную механизму 3конструкцию и состоит из рычага 20 (фиг. 1)в виде трубы с ходовым винтом 21, сопряженным с попоеской 22 груза 23 постояннойомассы, Ходовой винт 21 1 меет эпектропривод 24 и датчик 25 еспииины касательнойнагрузки. Механизм 4 приложения касательной нагрузки с г;омощью оси держателя26 шарнирно закреплен на основании 1,Датчик 18 величины нормальной наГ г Фгрузки и дачил с. аи.ь нм кельнагрузки имеют одинаковую конструкцию ивыполнены в виде бесконтактного фотоэлектронного преобразователя. состоящегоиз светоизлучающего 27 и светоприемного5 28 элементов (Фиг. 2), установленных в П-образном кронштейне 29, и светонепроницаемого Диска 30 с просветами 31. Диск 30размещен между элементами 27 и 28.Кронштейнт 29 и механизм 3 приложе 10 ния нормоп ной нагрузки закреплен на рычаге 13, а в механизме 4 приложениякасательной нагрузки - на рычаге 20. Диск30 в механизме 3 приложения нормальнойнагрузки закреплен на ходовом винте 14, а15 в механизмс 4 приложения касательной нагрузки - на ходовом винте 21. Число просветов 31 диска 30 в каждом механизме 3 и 4принимается и согласовывается с шагом ходового винта соответствующего механизматак, чтоЪы при повороте ходового винта на20 угол между двумя соседними просветамидиска подвеска груза перемещалась на ойредепенный шаг, соответствующий определенной ступени нагрузки,Блок 5 управления (фиг. 3) выполнен в25 виде электронной схемы с элементами комбинационной и последовательной логики,состоящей иэ,епи включения электропривода 17 механизма приложения нормальнойнагрузки, включающей кнопку 32, триггер30 33, усилитель 34, элемент И 35, кнопку 36,элемент ИЛИ 37, триггер 38, усилитель 39,элемент И 40, элементы И-НЕ 41 и 42, триггер 43, усилитель 44 и реле 45; цепи включения электропривода 24 механизма35 приложения касательной нагрузки, включающей элементы 36 - 42, и цепи направленияработы эпектроприводов 17 и 24, включающей элементы 43 - 45.Счетчик 7 величины нормальной и каса 40 тельной нагрузок (фиг. 4) выполнен о видеэлектронной схемы и состоит из счетчикадешифратора 46, электронного ключа 47 исчетчика-делителя 48,Задатчик 6 величины нормальной и ка 45 сательной нагрузок (фиг, 4) может быть выполнен в виде сдвоенногомногопозицигнного переключателя 49, у которого переключатель 49.2 (А 1.2) предназначен для задания величины нормальной50 нагрузки, а переключатель 49,1 (А 1.1) - длязадания величины ступеней касательной нагрузки,Тайм;".9 (Фиг. 5) выполнен в виде ген - ратсра 50 импупьсоо и депитслч.счстца55 51,Задатчик 8 режима среза (Фиг, 5) предназначен для задания консопидирооанного(с выдержкой каждой ступени касательнойл -,лф Гелвюегь Ф ьлефГолэа) или неконсолидированного(приложение ступеней касательной нагрузки через равные промежутки времени беэ выдержки до стабилизации деформации среза) методов среза и может быть выполнен в виде сдвоенного двухпозиционного переключателя 52.Блок 10 контроля окончания среза (фиг, б) предназначен для у гета общей величины деформации среза и выдачи сигнала в блок 5 управления для разгрузки механизмов 3 и 4 после достижения предельно допустимой деформации и состоит иэ счетчика 53 и схемы 54 совпгдсния.Блок 12 регистрации предназначен для регистрации величины деформации среза в зависимости от величины прило",енной касательной нагрузки и выполнен в виде счетчика 55, схемы 56 совпадения, цифроаналогового преобразователя 57, самописца 58, элементов памяти 59 и цифровой индикации 60.Устройство работает следующим образом,Испытываелсый образец грунта цо,"лещзют в рабочую камеру 2, устанавливают на осноьзние 1 и подсоединяют к ней механизм 3 прилося нормаль аой нагрузки и механизм 4 приложе:.ия касательной нагрузки.С помощью зздзтчика б величины нормальной и касател ной нагрузок зздзю 1 необходимую величину нормальной (сжимающей) нагрузки, при этом величина ступеней касательной нагрузки задается автоматически,С помощью зздатчика 8 режима срезз задают консолидирсазнный или неконсолидированный реким среза.После задания программы испытания нажимают на блоке управления 5 кнопку 32 (81), которая включает электрспривод 17 механизма 3 приложения нормальной нагрузки. Ходоаой винт 14 механизма 3 начинает вращаться и перемещать подвеску 15 с грузом 16 вдоль рычага 13. Одовременно с вращением ходового винта 14 вращается диск 30 датчика 18 величины нормальной нагрузки. В момент, когда просветы 31 диска 30 занимают поломение, соссное с осью элементов 27 и 28, фор;лирую 1 ся сигналы, которые поступают в счетчик 7 величины нормальной и касательной нагрузок, где сумл 1 ируются в по."иционный ксд и передаются нз вхс. ь и - .ключателя ц 9 2 Д 1.: зздзтчка 6 вел" норм-льсй и касательной нагрузок. Этот код содержит информацию о величинс норл 1 альной нагрузки с момента начала ее приложения. Как только счетчик 7 величины норлзльнсй и кзсз тельной нагрузок отсчитает определсннгчисло импульсов, посэупгющих с дзтчка 18 величины нормальной нэгруэки, ссответствующее заданной величине нормальной нагрузки, через соответствуюьций заданный программой контакт переключателя 19.2 (А 1.2) задатчика б величины нормальной и касательной нагрузок в блок 5 управления поступит сигнал о завершении приложения нормальной нагрузки заданной величины и 10 блок 5 управления отклс ллт элсктроцривод17 механизма 3 приложения нормзльнои нагрузки и обнулит счстчик 7 величины нормальной и касательной нагрузки. После приложения нормальной (симающей) нагрузки, устанзьливают лемд, подвикной и неподвижной обоймами сразной коробки 2 необходимый зазор 0,5-1 тллл, к подвижной обойме подвэдят датчик 11 деформации среза и намил;зют кнопку 36(8 2),Ходовой винт 21 механизма 4 начинает врэщаться и перел 1 ещать подвеску 22 с грузом23 вдоль рь;чзгг 20,2530 При зтол датчик 25 величины касательной нагрузки аналогично датчику 18 величины нормальной нагрузки форлируе 1 сигналы о вели гине касательной нагрузки, которые поступают в счетчик 7 в; личин ы нормальной и кзсатсльнсй нагрузок и через соответствующий контакт переключателя 49,1 (А 1.1) задатчика 6 величины нормальной и касательной нагрузок сигнал о завершении приложения стуцсни касательной 35 нагрузки заданной величины поступит в блок 5 управления. Последний отключает злектропривод 24 механизма 4 приложения касательной нагрузки и обнуляет счетчик 7 величины нормальной и касательной нагрузок.Сигналы о величине приложенной касательной нагрузки с выхода да 1 чика 25 величины касательной нагрузки поступают и в блок 12 регистрации результатов. 40 45 Поддействием приложенной стуг:ени касательной нагрузки образец грунта деформируется, Дсфорл 1 зция грунта измеряется датчиком 11 деформации среза. Информацию о величине дсфорлзции грунта датчик 11 деформации среза выдаст в виде отдельных сигналов, каждому из которых содействует определенная величина дефосмзции грунта в заа; си;лос и "т тс", .ти дгп чика. Гл Г злы с д:.31 и;зсреза одновременно поступают в блок 12 регистрации результатов, в блок 10 контроля окончания среза и в зздатчик Р режима среза. 50 55 20 которая вкл,очает электропривод 24 механизма 4 приложения касательной нагрузки.В блок 12 регистрации результатов про- ления сигнал о необходимости разгрузки усизводится регистрация величины деформа- тройства, Блок 5 управления включает обации среза образца грунта в зависимосги от электропривода 17 и 24 в режим непрерыввеличины приложенной касательной на- ной разгрузки,5 После рзгрузкиустройства среэную коЕсли был задан режим консолидирован- робку 2 перезагружают очередным образного среза (со стабилизацией деформации цом грунта, задают соответствующуюсреза, как показано на фиг, 5); каждый сиг- программу испытания и устройство вновьнал с датчика 11 деформации среза прохо- включают в работу.дит через эадатчик 8 режима среза в таймер 10 Работа электронных блоков устройства9 выдержки ступеней касательной нагрузки заключается в следующем.и сбрасывает его содержимое в нуль, а тай- При включении кнопки 32 (В 1) в блокемер 9 начинает отсчет времени условной 5 управления (фиг. 3) сигнал с триггера 33стабилизации деформации среза с начала., через усилитель 34 поступает на электроСкорость деформации среза постепенно 15 привод 17 механизма 3 приложения норуменьшается,а вместе сэтимувеличивают- мальной нагрузки и включает его вся интервалы времени поступления в тай- направлении нагружения. Возникающиемер 9 сигналов с датчика 11 и сбрасывания при этом сигналы с датчика 18 величиныегосодержимоговнуль. Если втечение вре- нормальной нагрузки поступают на входмени выдержки ступени касательной на счетчикадешифратора 4 бсчетчика 7,величигрузки в таймер 9 не поступит с датчика 11 ны,нормальной и касательной нагрузок(фиг.очередной сигнал, таймер 9 дает через эа) и через электронный ключ 47 поступаютдатчик 8 режима среза в блок 5 управления на входы эадатчика 6 величины нормальнойсигнал о необходимости приложения оче- и касательной нагрузок, который выбираетредной ступени касательной нагрузки и 25 соответствующийвыходсчетчика 7,задаваяблок 5 управления включает электропривод тем самым коэффициент пересчета счетчика24 механизма 4 приложения касательнсй 7, соответствующий необходимой величиненагрузки для приложения очередной ступе- нормальной на рузки.ни касательной нагрузки. Кек только на выбранном выходе счетЕсли был задан режим неконсолидиро чика 7 появится сигнал логической единицы,ванного среза, сигналы с датчика 11 дефор- он через задатчик б пройдет в блок 5 управмации среза в таймер 9 выдержки ступеней ления (фиг. 3), через элемечт 35 на вход Ркасательной нагрузки не проходят и не установки "0" трлггера 33. Триггер ЗЗ пересбрасываютегосодержимое внуль. В этом бросится в нулевое состояние, обеспечитслучае после отсчета определенного време электропривод 17 и таким образом останони выдержки ступени касательной нагрузки вит дальнейшее нагружение образца гру. гатаймер 9 дает через эадатчик 8 режима сре- нормальной нагрузкой. Сигнал остановкиза в блок 5 управления сигнал о необходи- электропривода 17 с триггера 33 через элемости приложения очередной ступени менты 41 и 42 обнулит счетчик 7.касательной нагрузки и бгок 5 управления 40 При включении кнопки Зб (В 2) в блокевключает электропривод 24 механизма 4 5 управления(фиг. 3) работа цепи включенияприложения касательной нагрузки для при- электропривада 24 механизма 4 приложеложения очередной ступени касательной ния касательной нагрузки аналогична цепинагрузки. включения электропривода 17 механизма 3Аналогичным образом автоматически 45 приложения нормальной нагрузки, Послепоследовательно прикладываются и выдер- приложения ступени касательной нагрузкиживаются в заданном режиме среза одина- она выдерживается до стабилизации дефсрковые ступени касательной нагрузки мации среза образца грунта, если заданПриложение ступеней касательной на- консолидированный режим среза, или в тегруэки производится до тех пор, пока общая 50 чение определенного времени, если заданвеличина деформации среза образца грунта режим неконсолидированного среза. Прине достигн .т предельно допустилай величи- консолидированном срезе каждый импульсны, равной согласно действующим норма- сдатчика 11 деформации срезачерез задаттивнрм ломелснтаел Г лм чик 8 режима среза подается на вход В с;егДо зтсга момента в спок 10 контрслл 55 чика 51 таим: ра 9 выдержки с 1,окончания среза поступает с датчика 11 де- касательной нагрузки (фиг. 5), обнуляя егоформации среза определенное число им- содержимое. При неконсолидированномпульсов, в зависимости от точности датчика срезе таймер 9 не обнуляется, Как только11 деформации среза, и тогда блок 10 конт- таймер 9 отсчитает в любом иэ режимовроляокончднил са выдС. ,- бот. эдддчй 1 лнтопфдл времени, он через задатчик 8 и элемент 37 блока 5 усравления фиг. 3) даст на вход С триггера 38 сигнал. Триггер 38 перебросится в единичное состояние и своим сигналом с единичного выхода вновь включит электропривод 24 для приложения очередной ступени касательной нагрузки,Как только деформация среза образца грунта достигнет прсдельно допустимой величины, блок 10 коа 1 роля окончания среза (фиг. 6) даст сигнал в блок 5 упргвлсния (фиг.3) на вход С триггера 33, через элемент 37 на вход С триггера 38 и на вход Я триггера 43, При этом одновременно вклочаютсяэлектроприводы 17 и 24, а триггер 43 обнуляет счетчик 7 и через реле 45 переключает нап равлсние их работы на режим разгрузки.После полной разгрузки возвращсаия подвесок 15 и 22 грузов 1 б и 23 мехаа 1 зл 1 ов 3 и 4 в исходное положение) устройство готово к испытанию очередного образца грунта.Данное устройство позволяет автоматизировать приложеис нормальной и касательной нагрузок, расширить диапазон величин нормальной и касательной нагрузок, создавать лс".,ье по величине нормальные агрузки и ст.пени касательной нагрузки, производить испытания образцов грунтов в режимах консолидированных и неконсолидированных срезов, автоматизировать разгрузку устройства по достижении предельно допустимой деформации среза, гаовысить надежность работы нагрузочных меха измов и срок службь устройства, упрости ь конструкцию устройства за счет использования одних и тех же блоков для угравления разными нагрузочньми механизмами,Формула изобретенииустройство для определения прочностных свойств грунтов, содержащее рабо. чую камеру с датчиком деформации,5 механизмы приложения нормальной и ка"ательной нагрузок с соответствующими электроприводами, счетчик и блок регисграции,о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с цельюповышения точности определения, оно10 снабжено задатчиком величины норл 1 альной и касательной нагрузок, задатчиком режима среза, таймером, блоком контроляокончания среза, блоком управления и датчиками величины нормальной и касатель 15 ной нагрузок, расположеннымисоответственно на механизмах приложениянормальной и касательной нагрузок, причем первый выход блока управления и выходы датчиков величины нормальной и20 касательной нагрузок соединены с соответствующими входами с астчика, выходы которого подключены к соответствуюд.мвходам задатчика величины нормальной икасательной нагрузок, еь ходы которого а".25 сдинены соответствеано с первым и вторымвходами блока управления, датчик деформации подключен к входу блока контроля,первому входу задатчика режима срс;а ипсрвому входу блока регистрации, второй30 вход которого соединен с датчиком вегичины касательной нагрузки, первый выход задатчика режима среза соединен с входомтаймера, первый и в 1 орой выходы которогосоединены соответственно с вторым и35 третьим входами задатчика оежима среза,второй выход которого подключен к третьему входу блока управления, четвертый входкоторого соединен с выходом блока контроля, ЬТОТ 500 30здательский П дств нат "Патент", г од, упЛ агаринд, 10 4 Заказ 26" ВНИИПИ Тираж арственного комитета по изобрете 113035, Москва, Ж, РауоскПоднисноеям и огкрьпивм при ГОТ СССнаб., 4/5