RU2432572C2 - Method of shear test of soil with simultaneous determination of porous pressure and device for its implementation - Google Patents
Method of shear test of soil with simultaneous determination of porous pressure and device for its implementation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2432572C2 RU2432572C2 RU2009137979/15A RU2009137979A RU2432572C2 RU 2432572 C2 RU2432572 C2 RU 2432572C2 RU 2009137979/15 A RU2009137979/15 A RU 2009137979/15A RU 2009137979 A RU2009137979 A RU 2009137979A RU 2432572 C2 RU2432572 C2 RU 2432572C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- chamber
- soil sample
- sample
- soil
- stamp
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к инженерным изысканиям в строительстве, в частности при лабораторном испытании грунта на срез для определения угла внутреннего трения и сцепления с одновременным замером порового давления.The invention relates to engineering surveys in construction, in particular for laboratory testing of soil for shear to determine the angle of internal friction and adhesion while measuring pore pressure.
Наиболее объективным и точным методом оценки пластических свойств глинистых грунтов является измерение в них критических деформаций, связанных с нарушением сплошности их структуры в процессе сдвиговых деформаций.The most objective and accurate method for assessing the plastic properties of clay soils is to measure the critical deformations in them associated with the violation of the continuity of their structure during shear deformations.
Известен способ лабораторного определения циклической прочности и деформируемости грунта под контролируемой трехосной нагрузкой и устройство для его осуществления [1]. Сущность способа заключается в том, что подготовленный к испытанию водонасыщенный образец грунта цилиндрической формы помещают в водонепроницаемую эластичную оболочку между верхним и нижним штампами в герметичной камере трехосного сжатия, причем используют штампы, оснащенные фильтрующими пластинами и дренажными гибкими трубопроводами, соединенными свободными концами с источником избыточного и отрицательного давления жидкости, а также электронными датчиками порового давления и перекрывающими кранами и подвергают образец ограниченному предварительному всестороннему давлению до наступления условной стабилизации, а затем после перекрытия дренажных кранов к верхнему штампу прикладывают через электронный датчик нагрузки от штока-хвостовика силового механизма, пропущенный через уплотняющий узел в крышке камеры, ступень осевой статической нагрузки, а после стабилизации деформации образца к верхнему штампу через шток-хвостовик с помощью автономного устройства прикладывают низкочастотные, калиброванные по частоте и амплитуде знакопеременные, симметричные сжимающие и растягивающие образец нагрузки, моделирующие сейсмические природные воздействия на фундамент сооружения, и/или нагрузку с несимметричными эпизодическими циклами, моделирующую влияние на сооружение эпизодических воздействий, например, от штормовых волн, навала ледовых полей и ветровых нагрузок, а также к штоку-хвостовику прикладывают высокочастотную гармоническую нагрузку, моделирующую работу размещенных на сооружении механизмов, например бурового станка, дизель-молота и др., при этом все согласованные электронные приборы для измерений предварительно подключают к электрической цепи блока сбора информации, соединенного с управляющим компьютером для оперативной обработки результатов измерений, а также для автоматического перехода с одной ступени на другую согласно программе, при этом испытания проводят до разрушения образца, а результаты испытаний, зафиксированные в компьютере, представляют в зависимости от поставленной задачи.A known method of laboratory determination of cyclic strength and deformability of the soil under a controlled triaxial load and a device for its implementation [1]. The essence of the method lies in the fact that the prepared for testing a water-saturated soil sample of cylindrical shape is placed in a waterproof elastic shell between the upper and lower dies in a sealed chamber of triaxial compression, using dies equipped with filter plates and drainage flexible pipes connected to their free ends with a source of excess and negative pressure of the liquid, as well as electronic pore pressure sensors and shutoff valves and subject the sample to preliminary preliminary all-round pressure before the onset of conditional stabilization, and then after the drainage valves are closed, an axial static load is applied to the upper stamp through an electronic load sensor from the shaft-shank of the power mechanism, passed through the sealing assembly in the chamber cover, and after stabilization of the sample deformation a stamp through the stem-shank using an autonomous device is applied low-frequency, calibrated in frequency and amplitude alternating, symmetrical compress loads and tensile loads of the sample, simulating natural seismic effects on the foundation of the structure, and / or load with asymmetric episodic cycles, simulating the effect on the construction of episodic effects, for example, from storm waves, a pile of ice fields and wind loads, and also apply to the stem-shank high-frequency harmonic load simulating the operation of mechanisms located at the construction site, for example, a drilling rig, diesel hammer, etc., while all agreed electronic devices for and of measurements is pre-connected to the electrical circuit of the data collection unit connected to the control computer for the operational processing of measurement results, as well as for automatic transition from one stage to another according to the program, while the tests are carried out until the sample is destroyed, and the test results recorded in the computer are presented depending on the task.
Преимущество известного способа перед известным аналогом заключается в том, что он позволяет одновременно или в заданной очередности определять статическим и/или динамическим (циклическим) методами прочностные и деформационные характеристики глинистых водонасыщенных грунтов.The advantage of the known method over the known analogue is that it allows simultaneously or in a given order to determine the strength and deformation characteristics of clayey water-saturated soils using static and / or dynamic (cyclic) methods.
Недостаток известного способа заключается в том, что он не обеспечивает прямого определения теми же методами нагружения образца угла внутреннего трения φ и сцепления с.The disadvantage of this method is that it does not provide a direct determination by the same methods of loading a sample of the angle of internal friction φ and adhesion c.
Известен метод (способ) определения критического угла скашивания при испытаниях глинистых грунтов на сдвиг [2]. Сущность способа заключается в том, что в качестве приставки к стандартному сдвиговому прибору ВСВ-25 используют специально разработанное приспособление, состоящее из подвижной в горизонтальной плоскости каретки, устанавливаемой на неподвижное основание, набора скашивающихся колец из стальной проволоки круглого сечения и фиксационных петель. На каждом кольце приваривают снаружи их плоскости по два коротких штыря через 180°, которые при сборе колец в вертикальный штабель в рабочее положение удерживаются с помощью петель, охватывающих эти штыри. При этом петли позволяют гарантийно сохранять геометрический порядок скашивания, размещенного в штабеле испытываемого образца грунта при многоплоскостном сдвиге. Причем штабель колец с образцом помещают между подвижной кареткой, выполняющей одновременно функцию нижнего штампа, и неподвижным верхним штампом, после чего с помощью электромеханического привода с регулируемой скоростью путем перемещения каретки относительно неподвижного верхнего штампа производят многолопастной сдвиг образца грунта с определением критического угла скашивания φкр°=arctg lкр/Н, где lкр - критическое смещение каретки прибора, определяемое с помощью индикатора часового типа и соответствующее «пиковой» сдвиговой прочности глинистого грунта; Н - высота скашиваемого образца грунта.A known method (method) for determining the critical angle of mowing when testing clay soils for shear [2]. The essence of the method lies in the fact that as a prefix to the standard shear device VSV-25, a specially designed device is used, consisting of a movable carriage mounted in a horizontal plane mounted on a fixed base, a set of beveled rings of round steel wire and fixing loops. On each ring, two short pins are welded outside their plane through 180 °, which, when the rings are assembled in a vertical stack, are held in position by means of loops covering these pins. At the same time, the loops allow guaranteeing to maintain the geometric order of mowing, placed in the stack of the tested soil sample with a multi-plane shift. Moreover, a stack of rings with a sample is placed between a movable carriage, which simultaneously performs the function of the lower stamp, and a fixed upper stamp, after which, using an electromechanical drive with adjustable speed, by moving the carriage relative to the fixed upper stamp, a multi-blade shift of the soil sample is made with the determination of the critical mowing angle φ cr ° = arctg l cr / H, where l cr - a critical displacement of the carriage unit, determined using a dial indicator and a corresponding "peak" shear pro Nost clay soil; H is the height of the mown soil sample.
Недостатком известного способа является то, что в нем не предусматривается создания всестороннего давления на образец, учитывающего бытовое давление глубины залегания образца грунта на его прочностные и деформационные свойства.The disadvantage of this method is that it does not provide for the creation of comprehensive pressure on the sample, taking into account the household pressure of the depth of the soil sample on its strength and deformation properties.
Прототипом изобретения в части способа по существу решаемой задачи и по общему количеству существенных признаков является способ испытания грунта на срез с одновременным определением порового давления и устройство для его осуществления [3]. Сущность способа заключается в том, что он предусматривает герметизацию образца грунта цилиндрической формы по боковой поверхности с помощью эластичной водонепроницаемой оболочки, установку образца между двумя штампами снизу и сверху с креплением на них нижнего и верхнего концов эластичной оболочки, соединение верхнего штампа с датчиком порового давления и приспособлением для замера объема отжимаемой из образца грунта воды, а также установку коаксиально образцу нижней и верхней цилиндрических обойм с зазором относительно друг друга, с возможностью горизонтального смещения одной обоймы относительно другой с последующей фиксацией нижнего штампа к подвижной в горизонтальном направлении каретке и размещением этой каретки на плоском днище нижней части герметичной камеры, закрепленной на неподвижном основании. После этого прикладывают к верхнему штампу и эластичной оболочке объемное заданное давление воздухом с помощью внешнего источника давления с одновременным замером объема отжимаемой из образца грунта воды или с одновременным замером порового давления, а после стабилизации объема отжимаемой воды или порового давления создают в образце грунта срезающее усилие путем смещения одной обоймы относительно другой, с использованием внешнего силового агрегата, посредством введенного в герметичную камеру через уплотняющую втулку силового штока, взаимодействующего с подвижной кареткой и обеспечивающего срезающее усилие, при этом одновременно регистрируют переменные по времени значения срезающего усилия и соответствующие им величины порового давления в образце грунта, которые используют для определения угла внутреннего трения и сцепления грунта, с последующим повторением испытаний на образцах аналогах не менее трех раз с последовательным увеличением объемного заданного давления.The prototype of the invention in terms of the method essentially solved the problem and the total number of essential features is a method of testing the soil for shear with the simultaneous determination of pore pressure and a device for its implementation [3]. The essence of the method lies in the fact that it provides for sealing a sample of soil of a cylindrical shape on the side surface with an elastic waterproof shell, installing a sample between two dies from below and above with fastening on them the lower and upper ends of the elastic shell, connecting the upper stamp with a pore pressure sensor and a device for measuring the volume of water squeezed out of the soil sample, as well as coaxially installing the lower and upper cylindrical cages with a gap relative to each other , with the possibility of horizontal displacement of one clip relative to another with subsequent fixation of the lower stamp to the horizontal movable carriage and the placement of this carriage on the flat bottom of the lower part of the sealed chamber, mounted on a fixed base. After that, a volumetric predetermined pressure is applied to the upper stamp and the elastic shell by air using an external pressure source while measuring the volume of water squeezed out of the soil sample or while measuring the pore pressure, and after stabilizing the volume of squeezed water or pore pressure, a shearing force is created in the soil sample by the displacement of one cage relative to another, using an external power unit, by means of a power rod introduced into the sealed chamber through the sealing sleeve interacting with the movable carriage and providing shear force, while simultaneously recording time-varying values of the shear force and the corresponding pore pressure values in the soil sample, which are used to determine the angle of internal friction and soil adhesion, followed by repeating tests on analog samples of at least three times with a sequential increase in volumetric set pressure.
Способ обеспечивает проведение консолидированно-недренированных испытаний на срез, а также неконсолидированно-недренированных испытаний на срез.The method provides for conducting consolidated-undrained shear tests, as well as unconsolidated-undrained shear tests.
Недостаток прототипа в части способа заключается в том, что он не предусматривает сдвиговых деформаций всего объема испытываемого образца до наступления его среза по одной из его плоскостей, как это происходит в естественных условиях залегания испытываемого грунта. Кроме того, способ не предусматривает учета возможного влияния природных низкочастотных и техногенных циклических и/или эпизодических воздействий на фундамент (например, сейсмических, либо при работе технических средств на сооружении), влияющих на величину определения сопротивления срезу и сцепления грунта при расчете фундаментов для строительства.The disadvantage of the prototype in terms of the method lies in the fact that it does not provide shear deformations of the entire volume of the test sample until its cut along one of its planes, as this occurs in natural conditions of occurrence of the test soil. In addition, the method does not take into account the possible impact of natural low-frequency and technogenic cyclic and / or episodic effects on the foundation (for example, seismic, or during the operation of technical equipment at the building), affecting the value of determining the shear resistance and soil adhesion when calculating the foundations for construction.
Решаемой технической задачей изобретения как в части способа, так и в части устройства является повышение точности получаемых показателей и расширение области их использования для грунтов различной консистенции и водонасыщенности за счет обеспечения направленной объемной деформации при его срезе, а также за счет обеспечения учета влияния на результаты измерений циклических природных и/или техногенных нагрузок на фундамент сооружения.The technical problem of the invention to be solved both in terms of the method and in the device is to increase the accuracy of the obtained indicators and expand the field of their use for soils of different consistency and water saturation by providing directional volumetric deformation when it is cut, as well as by taking into account the influence on the measurement results cyclic natural and / or technogenic loads on the foundation of the structure.
Поставленная задача в части способа решается за счет того, что способ испытания грунта на срез с одновременным определением порового давления, заключающийся в том, что подготовленный к испытанию образец грунта цилиндрической формы помещают в водонепроницаемую эластичную оболочку между нижним и верхним штампами, закрепляют концы эластичной оболочки на штампах, устанавливают коаксиально штампам и образцу нижнюю и верхнюю обоймы цилиндрической формы, фиксируют нижний штамп на площадке в виде подвижной в горизонтальном направлении каретки и помещают каретку на плоское днище нижней части герметичной камеры, а затем неподвижно соединяют каретку со штоком внешнего силового агрегата, пропущенного сквозь уплотнительную втулку в стенке нижней части камеры, для создания срезающего усилия на образец грунта, после чего центрируют верхний штамп с помощью пластины, имеющей кольцевое отверстие для размещения в нем верхнего штампа, закрепляемой на верхнем фланце нижней части герметичной камеры с возможностью вертикального перемещения верхнего штампа, герметизируют камеру с помощью уплотнительных колец крепежных элементов и верхней части камеры в виде крышки, а затем прикладывают к верхнему штампу и эластичной оболочке объемное заданное давление, передаваемое от внешнего источника через герметичный штуцер, встроенный в стенку камеры с одновременным замером порового давления, а после стабилизации порового давления создают в образце грунта срезающее усилие путем смещения одной обоймы относительно другой и регистрируют переменные по времени значения величины срезающего усилия и соответствующие им величины порового давления, которые используют для определения угла внутреннего трения и сцепления грунта, согласно изобретению одновременно с созданием срезающего усилия в образце с помощью штока силового агрегата дополнительно к образцу прикладывают знакопеременные вибрационные нагрузки с помощью плунжера вибрационного регулятора с частотой и амплитудой согласно программе испытаний и регистрируют значения величин суммарных срезающих усилий и соответствующих им величин порового давления в образце грунта от суммарных воздействий на него срезающего усилия и вибрационных нагрузок, при этом герметичную камеру используют в качестве подвижной в горизонтальном направлении платформы относительно неподвижного основания, для чего днище нижней части камеры совмещают с плоской металлической пластиной, оснащенной роликами и с выступающими за габариты камеры концами, один из которых оснащен вертикальным упором, взаимодействующим со штоком силового агрегата, а на другом неподвижно закрепляют вибрационный регулятор, жестко соединяемый своим подвижным плунжером, пропущенным через уплотняющую втулку сквозь боковую стенку нижней части камеры, с подвижной кареткой, размещенной в полости камеры, при этом центрирующую верхний штамп пластину устанавливают с возможностью ограниченного горизонтального перемещения между направляющими, смонтированными на двух вертикальных пластинах, закрепленных на боковых полостях каретки, причем центрирующую пластину оснащают вертикальным упором для соединения с одним концом размещаемого в верхней части камеры динамометра, соединяемого другим концом через силовой шток и уплотнительную втулку в стенке камеры с неподвижным упором, закрепленным на силовом агрегате, при этом в качестве цилиндрических нижней и верхней обойм используют набор плоских шлифованных металлических пластин с образованными в каждой из них в направлении среза двумя шлицевыми канавками через 180° и размещают эти кольца на всю высоту скашиваемой части образца между верхней плоскостью подвижной каретки и нижней плоскостью центрирующей верхний штамп пластины с возможностью равномерного горизонтального перемещения этих плоских пластин относительно друг друга за счет двух направляющих шпилек, пропускаемых сквозь шлицевые канавки набора цилиндрических колец и шарнирно закрепленных нижним концом к подвижной каретке, и с возможностью их наклона при срезе образца и скольжения в отверстиях, образованных в центрирующей верхний штамп пластине. Частоту и величину амплитуды знакопеременных вибрационных нагрузок на образец при повторных испытаниях образцов аналогов по мере увеличения объемного всестороннего давления либо оставляют постоянными, либо увеличивают согласно программе испытаний.The task in terms of the method is solved due to the fact that the method of testing the soil for shear with the simultaneous determination of pore pressure, which consists in the fact that a sample of cylindrical soil prepared for testing is placed in a waterproof elastic shell between the lower and upper dies, and the ends of the elastic shell are fixed on dies, set coaxially to the dies and the sample the lower and upper clips of a cylindrical shape, fix the lower stamp on the site in the form of a horizontal-movable square ki and place the carriage on the flat bottom of the lower part of the sealed chamber, and then motionlessly connect the carriage to the stem of the external power unit, passed through the sealing sleeve in the wall of the lower part of the chamber, to create a shearing force on the soil sample, then center the upper stamp using a plate, having an annular hole for placement of the upper stamp in it, fixed on the upper flange of the lower part of the sealed chamber with the possibility of vertical movement of the upper stamp, seal the chamber with by sealing rings of fasteners and the upper part of the chamber in the form of a cover, and then apply to the upper stamp and elastic shell a volumetric predetermined pressure transmitted from an external source through a sealed fitting built into the chamber wall with simultaneous measurement of pore pressure, and after stabilization of pore pressure in the soil sample, the shearing force by shifting one cage relative to another and time-varying values of the shearing force and the corresponding values of p alternating pressure, which are used to determine the angle of internal friction and adhesion of the soil, according to the invention, simultaneously with the creation of a shearing force in the sample using the rod of the power unit, in addition to the sample, alternating vibration loads are applied to the sample using a vibration regulator plunger with frequency and amplitude according to the test program and the values the values of the total shearing forces and the corresponding values of pore pressure in the soil sample from the total effects on it with cutting force and vibration loads, while the sealed chamber is used as a horizontally movable platform relative to the fixed base, for which the bottom of the lower part of the chamber is combined with a flat metal plate equipped with rollers and with ends protruding beyond the dimensions of the chamber, one of which is equipped with a vertical stop interacting with the rod of the power unit, and on the other, a vibration regulator is fixedly fixed, rigidly connected by its movable plunger, passed through a sealing sleeve through the side wall of the lower part of the chamber, with a movable carriage located in the chamber cavity, the centering upper stamp plate being installed with the possibility of limited horizontal movement between the guides mounted on two vertical plates mounted on the side cavities of the carriage, and the centering plate is equipped with a vertical emphasis for connection with one end of the dynamometer placed in the upper part of the chamber, connected to the other end through the power rod and seal a sleeve in the wall of the chamber with a fixed stop fixed on the power unit, while a set of flat polished metal plates with two spline grooves formed in each of them in the direction of the cut through 180 ° are used as cylindrical lower and upper cages and these rings are placed over the entire refer the height of the mowed part of the sample between the upper plane of the movable carriage and the lower plane of the center stamping plate with the possibility of uniform horizontal movement of these flat plates each other due to two guide pins, passed through the splined grooves of the set of cylindrical rings and pivotally fixed with their lower end to the movable carriage, and with the possibility of their inclination when cutting the specimen and sliding in the holes formed in the centering upper stamp plate. The frequency and magnitude of the amplitude of alternating vibrational loads on the sample during repeated tests of analog samples with increasing volumetric all-round pressure is either left constant or increased according to the test program.
Известно устройство, реализующее метод определения критического угла скашивания при испытаниях глинистых грунтов на сдвиг [2]. Это устройство является приспособлением, специально разработанным к стандартному сдвиговому прибору ВСВ-25. Устройство включает подвижную в горизонтальном направлении каретку, помещенную на неподвижное основание, набор скашивающих колец, выполненных из стальной проволоки круглого сечения, с приваренными к каждой из них снаружи в их плоскости двумя короткими штырями по окружности через 180°, а также П-образные фиксаторы, надеваемые на короткие штыри, с помощью которых набор колец сохраняет общее направление их скашивания перпендикулярно сдвигающему усилию в условиях многоплоскостного сдвига помещенного в этот набор колец образца испытываемого грунта. Устройство имеет также нижний штамп, неподвижно смонтированный в подвижной каретке, и верхний штамп, неподвижный в вертикальном направлении, а также закрепленное на неподвижном основании приспособление для создания сдвигающего усилия на каретку при разных скоростях сдвига и измерения перемещения каретки.A device is known that implements a method for determining the critical mowing angle when testing clay soils for shear [2]. This device is a device specially designed for the standard BCV-25 shear device. The device includes a horizontally movable carriage placed on a fixed base, a set of chamfering rings made of round steel wire, with two short pins circumferentially 180 ° welded to each of them on the outside, as well as U-shaped clamps, put on short pins, with the help of which the set of rings preserves the general direction of their beveling perpendicular to the shearing force under the conditions of multi-plane shear of the sample placed in this set of rings on the ground. The device also has a lower stamp fixedly mounted in the movable carriage, and an upper stamp fixed in the vertical direction, as well as a device mounted on a fixed base to create shear forces on the carriage at different shear rates and measure the movement of the carriage.
Недостаток известного устройства заключается в том, что при скашивании набора колец круглого сечения кольца сползают друг с друга, при их сползании образуются щели, допускающие выдавливание через них эластичной оболочки и защемленной воды. Другой недостаток заключается в том, что устройство не предусматривает создания на образец всестороннего давления, а также измерения порового давления.A disadvantage of the known device lies in the fact that when mowing a set of rings of circular cross-section, the rings slip from each other, when they slip, gaps are formed that allow the elastic shell and squeezed water to be squeezed through them. Another disadvantage is that the device does not provide for the creation of a comprehensive pressure on the sample, as well as the measurement of pore pressure.
Прототипом изобретения в части устройства, также как и способа, по количеству общих существенных признаков является устройство для осуществления способа испытания грунта на срез с одновременным определением порового давления [3]. Устройство включает герметичную, составную из нижней и верхней частей камеру, полость которой сообщена с внешним источником давления, с измеряющим это давление приспособлением, с датчиком порового давления и приспособлением (например, бюретки) для замера объема отжимаемой из образца грунта воды, а также с пропущенным через герметичную втулку в стенке камеры подвижным штоком внешнего силового агрегата, для создания срезающего усилия в образце грунта, размещенные в полости камеры подвижную в горизонтальном направлении каретку, на которой неподвижно установлен образец испытываемого грунта цилиндрической формы, размещенный между нижним и верхним перфорированными штампами, помещенный в эластичную водонепроницаемую оболочку, при этом верхний и нижний концы оболочки закреплены на штампах с образованием ими герметичного объема для образца грунта, помещенного коаксиально в верхнюю и нижнюю обоймы цилиндрической формы, с возможностью горизонтального перемещения одной обоймы относительно другой и центрирующую верхний штамп пластину, имеющую кольцевое отверстие для размещения в нем верхнего штампа, закрепленную между нижней и верхней частями герметичного корпуса, с возможностью вертикального перемещения верхнего штампа относительно этой центрирующей пластины, причем верхний штамп соединен с датчиком порового давления и приспособлением для замера объема отжимаемой из образца грунта воды.The prototype of the invention in terms of the device, as well as the method, by the number of common essential features is a device for implementing the method of testing the soil for shear with the simultaneous determination of pore pressure [3]. The device includes a sealed chamber, composed of the lower and upper parts, the cavity of which is in communication with an external pressure source, with a device measuring this pressure, with a pore pressure sensor and a device (for example, a burette) for measuring the volume of water squeezed from the soil sample, as well as with the missed through a sealed sleeve in the chamber wall with a movable rod of an external power unit, to create a shearing force in the soil sample, the horizontal carriage mounted in the chamber cavity, on which a cylindrical test soil sample is fixedly mounted between the lower and upper perforated dies, placed in an elastic waterproof shell, while the upper and lower ends of the casing are fixed on the dies with the formation of a sealed volume for the soil sample, placed coaxially in the upper and lower cylindrical clips , with the possibility of horizontal movement of one clip relative to another and centering the upper stamp plate having an annular hole for eniya therein upper die fastened between the lower and upper parts of the sealed housing, with the possibility of vertical movement of the upper die plate relative to this centering, the upper die coupled with the pore pressure sensor and a device for measuring the volume of water pressed from the soil sample.
Недостаток прототипа в части устройства заключается в том, что устройство не обеспечивает послойного сдвига по высоте испытываемого на срез образца грунта, а также то, что оно не предусматривает возможности испытания грунта на циклические природные и техногенные знакопеременные нагрузки, что является важной составляющей для фундаментов, размещаемых в сейсмических районах.The disadvantage of the prototype in terms of the device is that the device does not provide a layer-by-layer shift along the height of the soil sample tested for shear, and also that it does not provide for the possibility of testing the soil for cyclic, natural and man-made alternating loads, which is an important component for foundations placed in seismic areas.
Техническая задача в части устройства решается за счет того, что предложено устройство для испытания грунта на срез с одновременным определением порового давления для осуществления способа, которое содержит герметичную, составную из нижней и верхней частей камеру, полость которой сообщена через герметические уплотнения с внешним источником объемного давления, и с измеряющим это давление приспособлением, а также с внешним силовым агрегатом, создающим на образец грунта срезающее усилие, размещенные в герметичной камере соосно с возможностью горизонтального смещения друг относительно друга верхнюю и нижнюю обоймы цилиндрической формы, установленные нижний и верхний перфорированные штампы снизу и сверху испытываемого образца грунта, объединенные эластичной водонепроницаемой оболочкой с образованием штампами и оболочкой герметичного объема для образца грунта, коаксиально размещенного в полости нижней и верхней обойм, при этом нижний штамп неподвижно смонтирован на подвижной в горизонтальном направлении каретке, установленной на плоском днище нижней части камеры, взаимодействующей с источником, создающим срезающее образец грунта усилие, а верхний штамп размещен с возможностью вертикального перемещения в центрирующей его пластине, имеющей центральное цилиндрическое отверстие, закрепленной между нижней и верхней частями герметичной камеры с помощью уплотняющих колец и крепежных элементов, причем верхний штамп соединен с датчиком порового давления и приспособлением для замера объема отжимаемой из образца грунта воды, согласно изобретению герметичная камера выполнена в виде подвижной в горизонтальном направлении платформы относительно неподвижного основания, взаимодействующей со штоком силового агрегата, создающего срезающее усилие на образец грунта, верхняя и нижняя обоймы выполнены в виде набора плоских металлических шлифованных пластин ограниченной толщины, в каждой из которых образовано цилиндрическое отверстие и два паза с их наружной боковой поверхности через 180° для размещения в них вертикальных направляющих шпилек, нижний конец каждой из которых шарнирно закреплен на подвижной каретке, а верхний с возможностью наклона и осевого перемещения в отверстиях, образованных в центрирующей верхний штамп пластине, причем центрирующая пластина выполнена с возможностью ограниченного горизонтального перемещения в направлении срезания образца грунта и установлена в направляющих, смонтированных на боковых пластинах, закрепленных вертикально на подвижной каретке, при этом центрирующая пластина соединена с одним концом динамометра, соединенного другим концом неподвижно с помощью штока, пропущенного через уплотняющую втулку с неподвижным упором, образованным на силовом агрегате, а подвижная платформа имеет консольный наружный выступ с закрепленным на нем вибрационным регулятором, взаимодействующим посредством плунжера, пропущенного через стенку камеры через уплотняющую втулку с подвижной кареткой.The technical problem in terms of the device is solved due to the fact that a device is proposed for testing the soil for shear with simultaneous determination of pore pressure for implementing the method, which contains a sealed chamber composed of lower and upper parts, the cavity of which is communicated through hermetic seals with an external source of volumetric pressure , and with a device measuring this pressure, as well as with an external power unit that creates a shearing force on the soil sample, placed in a sealed chamber coaxially with horizontal displacement of the upper and lower cylindrical cages relative to each other, the lower and upper perforated dies installed below and above the test soil sample, combined by an elastic waterproof casing with the formation of dies and the casing of a sealed volume for the soil sample, coaxially placed in the cavity of the lower and upper cages, while the lower stamp is fixedly mounted on a horizontally movable carriage mounted on a flat bottom of the lower part of the camera, interacting with the source, creating a force cutting off the soil sample, and the upper stamp is placed with the possibility of vertical movement in its centering plate having a central cylindrical hole fixed between the lower and upper parts of the sealed chamber by means of sealing rings and fasteners, the upper stamp being connected to the sensor pore pressure and a device for measuring the volume of water squeezed from a soil sample, according to the invention, the sealed chamber is made in the form of movable in the horizon the direction of the platform relative to the fixed base, interacting with the stem of the power unit, which creates a shearing force on the soil sample, the upper and lower clips are made in the form of a set of flat metal polished plates of limited thickness, in each of which a cylindrical hole and two grooves with their outer side surface are formed through 180 ° to accommodate vertical guide pins in them, the lower end of each of which is pivotally mounted on a movable carriage, and the upper one with the possibility of bosom and axial movement in the holes formed in the centering upper stamp plate, and the centering plate is made with the possibility of limited horizontal movement in the direction of cutting of the soil sample and is installed in guides mounted on side plates mounted vertically on a movable carriage, while the centering plate is connected to one end of a dynamometer connected to the other end motionlessly by means of a rod passed through a sealing sleeve with a fixed stop is formed th on the power unit, and the movable platform is cantilevered from the outer protrusion mounted thereon vibratory controller communicating via the plunger passed through the chamber wall via a sealing bushing with a movable carriage.
Преимущество изобретения перед аналогами и прототипом при решении поставленной задачи как в части способа, так и в части устройства заключается в следующем:The advantage of the invention over analogues and prototype in solving the problem, both in part of the method and in the part of the device is as follows:
- предлагаемый способ и осуществляющее его устройство обеспечивают одновременное или в заданной последовательности создание статических и/или динамических знакопеременных нагрузок на образец грунта, моделирующих природные сейсмические циклические воздействия, а также создание динамических эпизодических нагрузок, моделирующих природные и техногенные воздействия на фундамент сооружения;- the proposed method and its device provide simultaneous or in a given sequence the creation of static and / or dynamic alternating loads on the soil sample simulating natural seismic cyclic effects, as well as the creation of episodic dynamic loads simulating natural and man-made effects on the foundation of the structure;
- способ и устройство позволяют по результатам испытаний в автоматическом режиме определять прочностные и деформационные характеристики глинистых водонасыщенных грунтов с высокой информативностью и надежностью.- the method and device allows to determine the strength and deformation characteristics of clay water-saturated soils with high information content and reliability according to the results of tests in automatic mode.
Сущность предложенного изобретения поясняется чертежом в схематичной форме, на котором изображен общий вид устройства в разрезе, осуществляющего предлагаемый способ.The essence of the invention is illustrated by a drawing in a schematic form, which shows a General view of the device in section, implementing the proposed method.
На фиг.1 изображена герметичная составная камера, состоящая из нижней части, выполненной в виде цилиндра 1, жестко закрепленного на подвижной в горизонтальном направлении платформе 2, установленной на неподвижном основании 3, и верхней части, выполненной в виде крышки 4, снабженной штуцером 5 для подключения к приспособлению (на чертеже не показано) для замера отжимаемой из образца грунта воды, а также штуцером 6 для соединения с пневмокомпрессором (не показан) и штоком 7, пропущенным с возможностью горизонтального перемещения через уплотняющую втулку 8 через боковую стенку крышки 4. На одном конце штока 7 закреплен размещенный в крышке 4 динамометр 9, свободный конец которого выполнен в виде разъемного соединения 10, например шлицевого, а второй конец штока 7, выходящий из крышки 4, выполнен в виде накидной гайки 11 для неподвижного резьбового соединения (не показано) с упором 12, неподвижно установленным на силовом агрегате 13, неподвижно закрепленным на основании 3. Между нижней и верхней частями камеры (цилиндром 1 и крышкой 4) посредством накидных тяг 14 закреплен прозрачный цилиндр 15 через уплотнительные соединения 16. На одном конце подвижной платформы 2 на выступающем конце 17 неподвижно закреплен вибрационный регулятор 18, плунжер 19 которого через уплотнение 20 пропущен в нижнюю часть камеры через цилиндр 1, а на другом выступающем конце платформы 2 образован упор 21, соединенный со штоком 22 силового агрегата 13 для их взаимодействия. В полости составной камеры, опираясь на плоскую поверхность подвижной платформы 2, размещена подвижная в горизонтальном направлении каретка 23, которая жестко соединена с подвижным в горизонтальном направлении плунжером 19 вибрационного регулятора 18 посредством резьбового соединения (не показано). На каретке 23 с помощью резьбовой заглушки 24 и резьбового штуцера 25, образованного на перфорированном нижнем штампе 26, закреплен штамп 26 с нижним концом 27 эластичной водонепроницаемой оболочки 28, внутри которой размещен образец испытываемого грунта 29. На верхний торец образца грунта 29 установлен верхний перфорированный штамп 30 с закрепленным на нем верхним концом 31 эластичной оболочки 28. Верхний штамп 30 снабжен резьбовым штуцером 32, снабженным датчиком порового давления (на чертеже не показан) и соединенным через гибкий трубопровод 33 со штуцером 5. Коаксиально боковой поверхности образца грунта 29 в эластичной оболочке 28 установлен набор шлифованных по плоскости металлических пластин 34, каждая из которых имеет центральное цилиндрическое отверстие, а также имеет на наружной боковой поверхности по две прорези в виде пазов через 180° (на чертеже не показаны) для обеспечения центрации этих пластин 34 и равномерного их скашивания при сдвиге образца грунта 29. На боковых поверхностях каретки 23 закреплены две вертикальные пластины 35 с установленными на них направляющими 36, между которыми размещена с возможностью ограниченного горизонтального перемещения центрирующая верхний штамп 30 пластина 37 с центральным кольцевым отверстием, сквозь которое с возможностью скользящей посадки помещен верхний перфорированный штамп 30. На пластине 37 образован вертикальный выступ 38, соединенный разъемным соединением 10 с динамометром 9, а набор пластин 34 размещен между подвижной кареткой 23 и центрирующей пластиной 37, причем равномерное скашивание пластин 34 при сдвиге образца грунта 29 обеспечивают две направляющие шпильки 39, размещенные в пазах, образованных через 180° на боковой поверхности пластин 34 (не показано). При этом нижний конец каждой шпильки 39 с помощью шарнира 40 смонтирован в прорези 41, образованной в каретке 23, а верхний конец каждой из шпилек 39 свободно пропущен сквозь отверстия 42, образованные в центрирующей пластине 37, с возможностью наклона шпилек 39 и осевого скольжения их верхних концов при сдвиге образца грунта. При этом в подвижной каретке 23 образовано гнездо 43, имеющее форму размещенного в нем нижнего штампа 26 и закрепленного на нем нижнего конца 27 эластичной оболочки, а верхний конец 31 эластичной оболочки 28 прижат к верхнему штампу 30 с помощью технологической шайбы 44, гайки 45 и резьбового штуцера 32, при этом подвижная каретка 23 установлена на ролики качения 46, а подвижная платформа на ролики качения 47.Figure 1 shows a sealed composite chamber, consisting of a lower part made in the form of a
Предлагаемый способ осуществляют следующим образом.The proposed method is as follows.
Образец грунта 29 вырезают из монолита с помощью вырезного кольца, а затем извлекают его из этого кольца. Помещают нижний перфорированный штамп 26 вместе с фильтровальной бумагой во внутрь водонепроницаемой эластичной оболочки 28 и закрепляют нижний конец 27 этой оболочки на нижней поверхности нижнего штампа 26, а затем этот штамп с оболочкой помещают в гнездо 43, образованное в подвижной каретке 23, и фиксируют нижний штамп 26 к каретке с помощью штуцера 25 с наружной резьбой и заглушки 24 с внутренней резьбой с одновременным прижатием нижнего конца 27 оболочки 28. После этого расширяют верхний конец оболочки 28 и помещают в нее до контакта с нижним штампом 26 через фильтровальную бумагу образец грунта 29, а затем через фильтровальную бумагу устанавливают на верхний торец образца 29 верхний перфорированный штамп 30 и закрепляют верхний конец 31 оболочки 28 на верхней поверхности штампа 30 с помощью технологической шайбы 44, резьбового штуцера 32 с датчиком порового давления и гайки 45. После этого коаксиально образцу грунта 29 и верхнему штампу 30 устанавливают набор шлифованных пластин 34 с центральным кольцевым отверстием через верхний штамп 30, пропускают штамп 30 через центральное отверстие в центрирующей пластине 37 и одновременно пропускают через отверстия 42 в пластине направляющие шпильки 37, после чего пропускают через центрирующую пластину 37 закрепленные на вертикальных пластинах 35 направляющие 36, а затем крепят вертикальные пластины 35 к каретке 23. После этого снимают заглушку 24, устраняют воздух из образца грунта 29 путем подачи дистиллированной воды через штуцер 25 в нижнем штампе 26, закрывают штуцер 25 заглушкой 24 и устанавливают каретку 23 вместе с образцом грунта 29 на подвижную платформу 2 на ролики 46. Затем динамометр 9 крепят с помощью разъемного соединения 10 к вертикальному выступу 38 пластины 37 соединяют каретку 23 с плунжером 19 вибрационного регулятора 18 с помощью резьбового соединения, на цилиндр 1 через уплотнительные соединения 16 устанавливают прозрачный цилиндр 15, соединяют шток 7 с динамометром 9, соединяют гибкий трубопровод 33 со штуцером 5, пропускают через крышку 4 свободный конец штока 7, устанавливают на цилиндр 15 крышку 4 и герметизируют камеру с помощью накидных тяг 14.A
Затем неподвижно соединяют свободный конец штока 7 с помощью резьбового соединения и накидной гайки 11 с упором 12, а шток 22 силового агрегата 13 с упором 21 подвижной платформы 2, после чего производят испытание образца грунта согласно программе испытаний.Then the free end of the
Консолидированно-недренированные испытания грунта на срез, а также неконсолидированно-недренированные испытания проводят по известным методикам. При этом в герметичной камере с помощью воздушного компрессора (не показан) через штуцер 6 создают всестороннее избыточное давление, которое через верхний штамп 30 и эластичную водонепроницаемую оболочку 28 воздействует на образец грунта 29, который уплотняется и в котором создается поровое давление, измеряемое датчиком порового давления (не показан), а фазу объемного сжатия образца грунта продолжают до стабилизации порового давления. После достижения стабилизации порового давления включают силовой агрегат 13 для поступательного перемещения штока 22 и подвижной платформы 2 вместе с кареткой 23 с заданной скоростью и одновременно (или через заданный промежуток времени) включают вибрационный регулятор 18 для передачи через плунжер 19 на каретку 23 и на образец грунта 29 знакопеременных нагрузок с заданной частотой и амплитудой и производят срез образца путем равномерного относительного перемещения шлифованных пластин 34 друг относительно друга при минимальном перемещении центрирующей пластины 37, ограниченной жесткостью динамометра 9. Во время испытания регистрируют через определенные временные интервалы срезающее усилие с помощью показаний динамометра 9 и поровое давление при фиксированном давлении в герметичной камере. В дополнение к сказанному заявитель прилагает график испытаний грунта на срез, где поясняется различие между С и С' (см. фиг.2). По результатам нескольких испытаний на образцах аналогах (не менее трех испытаний), при разных объемных давлениях и заданных параметрах вибрационного нагружения определяют угол внутреннего трения (тотальный) φ и сцепление (тотальное) С при поровом давлении, а за вычетом порового давления определяют эффективный угол внутреннего трения φ' и сцепление С'.Consolidated undrained soil tests for shear, as well as unconsolidated undrained tests are carried out according to known methods. In this case, in a sealed chamber using an air compressor (not shown) through the
Предлагаемое изобретение как в части способа, так и в части устройства существенно расширяет диапазон их промышленной применимости по сравнению с известными аналогами и прототипом, так как может быть широко использовано при испытании различных материалов не только в строительстве, но и в других областях техники.The present invention both in part of the method and in the part of the device significantly expands the range of their industrial applicability in comparison with the known analogues and prototype, as it can be widely used in testing various materials not only in construction, but also in other areas of technology.
Предлагаемое изобретение обладает новизной, решает поставленную техническую задачу, соответствует современному уровню техники и проводимому в настоящее время направлению на модернизацию производства в РФ.The present invention has novelty, solves the technical problem posed, corresponds to the current level of technology and the current trend towards modernization of production in the Russian Federation.
Авторами и заявителем были разработаны, изготовлены и опробованы технические и технологические средства, осуществляющие предлагаемое изобретение, которые прошли производственные испытания.The authors and the applicant have developed, manufactured and tested technical and technological means that implement the invention, which have passed production tests.
Источники информацииInformation sources
1. Способ лабораторного определения циклической прочности и деформируемости грунта под контролируемой трехосной нагрузкой и устройство для его осуществления. Заявка на изобретение: 2007114041/28, 16.04.2007. Опубл. 27.10.2008. Бюл. №30.1. The method of laboratory determination of cyclic strength and deformability of the soil under a controlled triaxial load and a device for its implementation. Application for invention: 2007114041/28, 04.16.2007. Publ. 10/27/2008. Bull. No. 30.
2. Кульчицкий Л.И., Габибов Ф.Г. Метод определения критического утла скашивания при испытаниях глинистых грунтов на сдвиг. В кн.: Методы исследования свойств глинистых грунтов. - Баку: Издательство «Адиль оглы», 2004, с.128-130.2. Kulchitsky L.I., Gabibov F.G. A method for determining the critical mowing yield when testing clay soils for shear. In: Methods of studying the properties of clay soils. - Baku: Adil oglu Publishing House, 2004, p.128-130.
3. Способ испытания грунта на срез с одновременным определением порового давления и устройство для его осуществления. Патент RU, 2275628, МПК G01N 33/24, E02D 1/00, опубл. 27.04.2006. Бюлл. №12 (Прототип по способу и по устройству).3. The method of testing the soil for shear with the simultaneous determination of pore pressure and a device for its implementation. Patent RU, 2275628,
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009137979/15A RU2432572C2 (en) | 2009-10-14 | 2009-10-14 | Method of shear test of soil with simultaneous determination of porous pressure and device for its implementation |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009137979/15A RU2432572C2 (en) | 2009-10-14 | 2009-10-14 | Method of shear test of soil with simultaneous determination of porous pressure and device for its implementation |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2009137979A RU2009137979A (en) | 2010-04-27 |
RU2432572C2 true RU2432572C2 (en) | 2011-10-27 |
Family
ID=42672226
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2009137979/15A RU2432572C2 (en) | 2009-10-14 | 2009-10-14 | Method of shear test of soil with simultaneous determination of porous pressure and device for its implementation |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2432572C2 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2669594C1 (en) * | 2017-12-26 | 2018-10-12 | Общество с ограниченной ответственностью "ПРОГРЕССГЕО" | Device for research of soil samples |
RU2706284C1 (en) * | 2019-02-18 | 2019-11-15 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное предприятие "Геотек" (ООО "НПП "Геотек") | Method of engineering-geological surveying |
Families Citing this family (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2564012C1 (en) * | 2014-06-16 | 2015-09-27 | Федеральное государственное бюджетное учреждение "ВЫСОКОГОРНЫЙ ГЕОФИЗИЧЕСКИХ ИНСТИТУТ" (ФГБУ ВГИ) | Shear device for shearing test of samples of fine-grained cohesive and non-cohesive soil and snow |
CN106706384B (en) * | 2016-12-09 | 2023-02-28 | 安徽理工大学 | Bentonite consolidation device that prevents inclining |
CN106959195B (en) * | 2017-03-16 | 2023-06-27 | 水利部交通运输部国家能源局南京水利科学研究院 | Loading and unloading device and method for geotechnical vibration table test |
CN106940274B (en) * | 2017-04-14 | 2023-08-22 | 南京泰克奥科技有限公司 | Full-automatic rheological straight shear device and experimental operation method thereof |
CN106896021B (en) * | 2017-04-14 | 2023-08-22 | 南京泰克奥科技有限公司 | Full-automatic residual direct shear shearing instrument and operation method thereof |
CN107063893B (en) * | 2017-04-14 | 2023-08-11 | 南京泰克奥科技有限公司 | Temperature-suction-stress coupling multifunctional direct shear single shear test system and operation method thereof |
CN111141572B (en) * | 2020-02-26 | 2023-10-31 | 长安大学 | Pre-consolidation device and method for floating remolded soft clay |
CN111896388B (en) * | 2020-07-27 | 2023-03-21 | 上海市地矿工程勘察(集团)有限公司 | Consolidation apparatus |
CN112683695B (en) * | 2021-01-06 | 2023-06-30 | 四川农业大学 | Simple direct shearing device for root soil complex and use method |
CN113533034B (en) * | 2021-08-30 | 2023-01-17 | 石家庄铁道大学 | Soil body tensile test device and soil body tensile test method |
-
2009
- 2009-10-14 RU RU2009137979/15A patent/RU2432572C2/en not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2669594C1 (en) * | 2017-12-26 | 2018-10-12 | Общество с ограниченной ответственностью "ПРОГРЕССГЕО" | Device for research of soil samples |
RU2706284C1 (en) * | 2019-02-18 | 2019-11-15 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное предприятие "Геотек" (ООО "НПП "Геотек") | Method of engineering-geological surveying |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2009137979A (en) | 2010-04-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2432572C2 (en) | Method of shear test of soil with simultaneous determination of porous pressure and device for its implementation | |
US10816448B2 (en) | Device for measuring strength and strain softening parameters of saturated clay sample based on full-flow penetration | |
CN109163985B (en) | In-situ testing device and method for testing shear strength and long-term creep deformation of rock sample | |
US11835490B2 (en) | Device and method for detecting grout compactness of splice sleeve | |
CN103558136B (en) | Damage of rock and Permeation Test System and method of testing under temperature stress hoop seepage flow coupling | |
CN108801804A (en) | A kind of vertical shearing face ring scissor test instrument applying confining pressure | |
CN106018740B (en) | Hole pressure touching methods demarcate can system | |
CN202256072U (en) | Portable vane-shear apparatus | |
CN112557499B (en) | Experimental method for influence of joints on stress wave transmission and reflection rules based on ultrasonic waves | |
CN110824139A (en) | Indoor piezocone penetration test device and method considering soil body temperature effect | |
CN103278400A (en) | In-situ ring shearing test apparatus for soil | |
RU2416081C1 (en) | Method to automatically measure pore and side pressure under conditions of soil compression | |
CN110397015A (en) | A kind of processing method of seabed in-situ test data | |
CN114062107A (en) | Shearing box device suitable for direct shearing tests of cylindrical samples of different sizes and application thereof | |
RU92958U1 (en) | DEVICE FOR COMPRESSION TESTS OF SOILS | |
CN104697855B (en) | A kind of fibne pull-out creep test device and its method of testing | |
CN204903300U (en) | Testing arrangement is cuted in drilling of soil body normal position | |
CN110455712B (en) | Sample preparation device and test method for measuring adhesion force between special curved surface and soil interface by inverted sample preparation | |
CN204027930U (en) | A kind of fibne pull-out creep proving installation | |
US7942064B2 (en) | Method and apparatus for measurement of mechanical characteristics of a cement sample | |
RU2629508C2 (en) | Pile bearing capacity determination method | |
CN110567429A (en) | Device and method for measuring actual Poisson ratio of foundation soil body under lateral limit stress condition | |
CN210321703U (en) | Device for measuring actual Poisson ratio of foundation soil body under lateral limit stress condition | |
CN201886000U (en) | Constant-temperature and constant-pressure sediment acoustic test platform | |
CN106018266A (en) | Rock expansion test device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20131015 |