RO106807B1

RO106807B1 - Device for cyclic axial force producing at triaxial, dynamic tests of the soil samples

Info

Publication number: RO106807B1
Application number: RO14101689A
Authority: RO
Inventors: Stefan Nicolau; Olga-Eugenia Nicolau; Constantin Mihaescu
Original assignee: Inst De Studii Si Proiectari P
Priority date: 1989-07-28
Filing date: 1989-07-28
Publication date: 1993-06-30

Abstract

Invenția se refera la un dispozitiv de realizare a forței axiale, ciclice la încercările triaxiale, dinamice, ale probelor de pământ, destinat realizarrii unei stări de eforturi ciclice, cu variație cvasi-sinusoidala si cu amplitudini controlate, cu frecvente variabile. Dispozitivul cuprinde un cilindru hidraulic (1), cu simplu efect, intercalat intre tija (a) a unei celule de triaxial (2) si jugul (b) al unui aparat (3) de testare, mediul fluid incompresibil (c) din cilindrul (1) fiind in legătură, printr-o conducta (4), prevăzută cu un robinet (6) si un manometru (7) cu un mediu fluid incompresibil (d), de la partea inferioara a unei camere închise (5), prevăzută cu un perete mobil (f), in forma de piston si umpluta, la partea superioara, cu un mediu fluid (e) compresibil, legat, printr-o conducta (9) prevăzută cu un robinet (10), la o sursa de presiune (11), ce asigura realizarea unui efort de consolidare (δ,) peste care se suprapune un efort deviator ciclic (6J, prin mișcarea peretelui (f) aflat in legătură cu un sistem biela-manivela (14, 15), oprirea manivelei (15) putând fi comandata in funcție de tipul solicitării dorite.The invention relates to a device of achievement of axial, cyclical forces in triaxial tests, dynamic, soil samples, intended achieving a cyclical effort state with variation quasi-sinusoidal and controlled amplitudes, with frequent variables. The device comprises a cylinder hydraulic (1) with simple effect, interposed between the rod (a) of a triaxial cell (2) and yoke (b) of a test apparatus (3), the incompressible fluid medium (c) from the cylinder (1) being connected through a the pipe (4) provided with a tap (6) and a pipe manometer (7) with an incompressible fluid medium (d) at the bottom of a closed chamber (5) provided with a movable wall (f) in the shape of piston and stuffed, at the top, with a compressible fluid medium (s), connected through a pipe (9) provided with a tap (10) at a source of the pressure (11), which ensures an effort (d,) over which an effort overlaps cyclic deviator (6J, by moving the wall (f) in connection with a bell-crank system (14, 15), stopping the crank (15) can be ordered in depending on the type of request you want.

Description

Invenția se referă la un dispozitiv de realizare a forței axiale ciclice la încercările triaxialc dinamice ale probelor de pământ destinat realizării unei stări de eforturi ciclice cu variație cvasisinusoidală și amplitudini controlate cu frecvențe variabile în intervalul 0,2...5 Hz.The invention relates to a device for achieving the cyclic axial force for dynamic triaxialc tests of the earth samples intended to achieve a state of cyclic efforts with quasi-sinusoidal variation and amplitudes controlled with variable frequencies in the range 0.2 ... 5 Hz.

Se cunosc aparate de laborator pentru efectuarea încercărilor triaxiale cu ciclarea forței axiale, la care variația ciclică este realizată cu ajutorul unui dispozitiv mecanic cu șurub piuliță, rotirea piuliței către stânga sau către dreapta având drept consecință deplasarea axială în sus sau în jos a șurubului solidarizat cu o traversă pe care se amplasează o celulă triaxială care conține proba de analizat.Laboratory devices are known for performing triaxial tests with the axial force cycling, in which the cyclical variation is realized with the help of a mechanical device with nut screw, the rotation of the nut to the left or to the right resulting in the axial movement up or down of the screw in solidarity with a crossbeam on which a triaxial cell containing the sample to be analyzed is placed.

Un sistem electronic monitorizează un motor electric de curent continuu care printr-un reductor mecanic realizează rotirea în stânga sau în dreapta a piuliței. Sistemul electronic asigură frecvența dorita a mișcării sinusoidale în intervalul 0,01...1 Hz precum și corelarea amplitudinii mișcării cu amplitudinea forței axiale realizate.An electronic system monitors a DC electric motor which by means of a mechanical reducer performs the left or right rotation of the nut. The electronic system ensures the desired frequency of the sinusoidal motion in the range 0.01 ... 1 Hz as well as the correlation of the amplitude of the movement with the amplitude of the axial force realized.

Dezavantajele aparatelor cunoscute constau în limitarea domeniului de frecvență îi. 1 Hz, datorită inerției mecanice mari a sistemului, valoarea inferioară plajei de frecvențe ale mișcărilor seismice naturale care trebuie simulate la efectuarea testelor, precum și în faptul că sistemul electronic de comandă și control este complicat și cu fiabilitate scăzută implicând dificultăți de întreținere și deservire.The disadvantages of the known devices consist in limiting the frequency range i. 1 Hz, due to the high mechanical inertia of the system, the value lower than the frequency range of the natural seismic movements that must be simulated when performing the tests, as well as the fact that the electronic control and control system is complicated and with low reliability involving maintenance and servicing difficulties.

Mai sunt cunoscute aparate de încercare triaxială la care solicitarea ciclică este realizată pneumatic prin controlarea precisă cu dispozitive electronice a unor valve care transmit aerul comprimat unui piston cu dublu efectThere are also known triaxial test devices in which the cyclic request is pneumatically performed by precise control with electronic devices of valves that transmit compressed air to a double-acting piston.

Dezavantajul acestor aparate constă în dificultatea de a realiza variația presiunii în sistem, astfel încât solicitarea sa se repete ciclic concomitent cu păstrarea unui efort axial constant asupra probei datorită imperfecțiunii în funcționarea valvelor de admisie și evacuare a aerului în/și din sistem.The disadvantage of these devices lies in the difficulty of realizing the pressure variation in the system, so that its request is repeated cyclically while maintaining a constant axial effort on the sample due to the imperfection in the functioning of the inlet and outlet valves in / and out of the system.

Problema pe care o rezolvă invenția este crearea unui dispozitiv cuplabil la orice aparat cu celulă triaxială clasică, care să realizeze condițiile de frecvență și amplitudine a efortului deviator ciclic necesar pentru realizarea testelor de determinare a potențialului de lichefiere a pământurilor.The problem solved by the invention is the creation of a device that can be coupled to any device with a classical triaxial cell, which will fulfill the conditions of frequency and amplitude of the cyclic deflection effort necessary to perform the tests to determine the liquefaction potential of the earth.

Dispozitivul permite aplicarea pe proba de sol, a unui efort axial de consolidare σι, și de aemenea, aplicarea peste acesta a unui efort deviator ciclic ad, cvasisinusoidal cu frecvența și amplitudine prestabilită, cu posibilitatea de realizare a patru diagrame de încărcare distincte, și anume:The device allows the application on the soil sample of an axial effort of consolidation σι, and also the application on it of a cyclical deflection effort ad, quasi-sinusoidal with the predetermined frequency and amplitude, with the possibility of realizing four different loading diagrams, namely :

- solicitare simetrică de compresiune-extensie în care ciclarea începe prin compresiune;- symmetrical compression-extension request in which the cycling starts with compression;

- solicitare simetrică de compresiune-extensie în care ciclarea începe prin extensie;- symmetrical compression-extension request in which the cycling starts with extension;

- solicitare ciclică numai prin compresiune;- cyclic request only by compression;

- solicitare ridică numai prin extensie.- request raises only by extension.

Dispozitivul, conform invenției, înlătură dezavantajele de mai sus prin aceea că realizează un efort de consolidare σι, precum și un efort deviator ciclic ad asupra unei probe de pământ conținută într-o celula triaxială, printr-un cilindru hidraulic cu simplu efect, intercalat între tija celulei și jugul unui aparat de testare în sine cunoscut, mediul fluid incompresibil din cilindru fiind în legătură, printr-o conductă prevăzută cu robinet, cu un mediu fluid incompresibil de la partea inferioară a unei camere închise prevăzută cu un perete mobil, umpluta la partea superioară, deasupra mediului fluid incompresibil, cu un mediu fluid compresibil legat printr-o altă conductă prevăzută cu un alt robinet la o sursa de presiune, efortul deviator ciclic σ<] fiind produs prin variația presiunii mediului compresibil, datorită mișcării alternative a peretelui mobil sub formă de piston a camerei închise, aflat în legătură mecanică cu un sistem de bielă-manivelă cu cursă și turație reglabilă, oprirea manivelei putând fi comandată în funcție de tipul solicitării dorite în patru poziții distincte corespunzătoare a patru diagrame de încărcare distincte.The device according to the invention removes the above disadvantages by performing a consolidation effort σι, as well as a cyclic deflection effort ad on a soil sample contained in a triaxial cell, through a simple effect hydraulic cylinder, sandwiched between the stem of the cell and the yoke of a known test apparatus itself, the incompressible fluid medium in the cylinder being connected, through a pipe provided with a tap, with an incompressible fluid medium from the bottom of a closed chamber provided with a movable wall, filled at the upper part, above the incompressible fluid medium, with a compressible fluid medium connected by another pipe provided with another valve at a pressure source, the cyclical deflection effort σ <] being produced by the variation of the compressible medium pressure, due to the alternative movement of the movable wall in the form of piston of the closed chamber, which is mechanically connected to a connecting rod system -manivelă stroke and adjustable speed, crank stop can be controlled according to the desired application type in four different positions corresponding to four distinct load charts.

Invenția prezintă următoarele avantaje;The invention has the following advantages;

- construcție simplă și fiabilitate ridicată;- simple construction and high reliability;

- siguranță în funcționare și întreținere ușoară, fără efecte inerțiale importante care să limiteze frecvența de lucru la o valoare inferioară domeniului de lucru necesar.- safe operation and easy maintenance, without significant inertial effects that limit the working frequency to a value lower than the required working range.

Se dă în continuare un exemplu de realizare a invenției, în legătură §i cu fig. 1...6, care reprezintă:Following is an example of embodiment of the invention, in connection with FIG. 1 ... 6, which represents:

- fig. 1, reprezentarea schematica a dispozitivului cuplat la un aparat triaxial clasic în sine cunoscut;FIG. 1, schematic representation of the device coupled to a classical triaxial apparatus itself known;

- fig. 2, schema de comandă cu camă amplasată pe arborele manetonului unui sistem bielă-manivelă a unui microîntrerupător fixat pe un disc ce se poale poziționa prin rotire în patru poziții diferite;FIG. 2, the cam control scheme located on the crankshaft of a crank system of a micro switch mounted on a disc that can be positioned by rotating in four different positions;

- fig. 3, reprezentarea variației în timp a efortului aplicat probei supuse solicitării ciclice de compresiune-extensie, la care ciclarea începe prin compresiune;FIG. 3, the representation of the variation in time of the effort applied to the sample subjected to the cyclic compression-extension request, at which the cycling starts with compression;

- fig. 4, reprezentarea variației în timp a efortului aplicat probei supuse solicitării ciclice de compresiune-extensie, la care ciclarea începe prin extensie;FIG. 4, the representation of the variation in time of the effort applied to the sample subjected to the cyclic compression-extension request, at which the cycling starts by extension;

- fig. 5, reprezentarea variației în timp a efortului aplicat probei supuse solicitării ciclice, numai la compresiune;FIG. 5, representation of the variation in time of the effort applied to the sample subjected to the cyclic request, only at compression;

- fig. 6, reprezentarea variației în timp a efortului aplicat probei supuse solicitării ciclice, numai la extensie.FIG. 6, represents the variation in time of the effort applied to the sample subjected to the cyclic request, only at extension.

Un cilindru hidraulic 1 cu simplu efect este intercalat între tija a a unei celule de triaxial 2 in sine cunoscută și cadrul b al unui aparat 3 de efectuare a testelor triaxiale clasice, în sine cunoscutA single-acting hydraulic cylinder 1 is sandwiched between the stem a of a known triaxial cell 2 itself and the frame b of an apparatus 3 performing conventional triaxial tests, itself known.

Cilindrul hidraulic 1 conține un fluid incompresibil c care este în legătură printr-o conductă 4 cu partea inferioară a unei camere închise 5 în care se află un volum d de fluid incompresibil. Pe conducta 4 se află un robinet 6 și un manometru 7. Cilindrul hidraulic este prevăzut cu un bușon 8 de aerisire pentru eliminarea aerului.The hydraulic cylinder 1 contains an incompressible fluid c which is connected through a pipe 4 to the lower part of a closed chamber 5 in which there is a volume d of incompressible fluid. On the pipe 4 there is a valve 6 and a manometer 7. The hydraulic cylinder is provided with a vent plug 8 for removing the air.

I>a partea superioară camera închisă S conține un volum e de fluid compresibil în legătură printr-o conductă 9 și un robinet 10 cu o sursa de aer comprimat 11.The upper part of the closed chamber S contains a volume of compressible fluid in connection through a conduit 9 and a tap 10 with a compressed air source 11.

Camera închisă 5 are și un perete mobil /sub formă de pieton, legat printr-o tijă 12 la un cap de cruce 13, articulat la o bielă 14 care la rândul ei este articulată la un braț de manivelă 15 cu rază reglabilă, situat pe arborele unui reductor, nefigurat, în sine cunoscut, antrenat de un motor electric 16 cu turație variabilă și prevăzut cu frâna mecanica cu comandă electromagnetică de deblocare, în sine cunoscutThe closed chamber 5 also has a movable / pedestrian wall, connected by a rod 12 to a cross head 13, articulated to a connecting rod 14 which in turn is hinged to a crank arm 15 with adjustable radius, located on the shaft of a reducer, not shown, itself known, driven by an electric motor 16 with variable speed and provided with the mechanical brake with electromagnetic control of release, itself known

Comanda motorului electric 16 se face printr-un întrerupător 17 legat în paralel cu un microîntrerupător 18 cu contact normal închis montat pe un disc 19 care se poate roti și fixa în poziția dorită.The control of the electric motor 16 is made by means of a switch 17 connected in parallel with a micro switch 18 with a normal closed contact mounted on a disc 19 which can be rotated and fixed in the desired position.

Comanda microîntrerupatorului 18 se face de către o cama 20 fixată pe arborele de ieșire al reductorului.The control of the micro-switch 18 is made by a cam 20 fixed on the output shaft of the gear unit.

Modificarea razei brațului de manivelă 15 se face prin deplasarea în lungul acestuia a unei piese culisante 21, care conține articulația g a bielei 14, cu ajutorul unor piulițe 22 și 23 care se înșurubează, respectiv se deșurubează pe un filet A practicat pe brațul de manivelă 15.Changing the radius of the crank arm 15 is made by moving along it a sliding piece 21, which contains the articulation of the connecting rod 14, with the help of nuts 22 and 23 which are screwed, respectively screwed on a thread A practiced on the crank arm 15 .

Turația motorului 16 se reglează de la un dispozitiv electronic 24, în sine cunoscutThe engine speed 16 is controlled from an electronic device 24, itself known

Poziționarea celulei de triaxial 2 în aparatul de încercare 3 cu eliminarea jocurilor se face prin deplasarea pe verticală a traversei mobile; a aparatului 3 pe care se amplasează celula de triaxial 2 prin înșurubarea unui șurub 25 fixat la traversa mobilă ; într-o piuliță 26 ce nu se deplasează axial și este rotita de un reductor 27 acționat de un motor nefigurat.The positioning of the triaxial cell 2 in the test apparatus 3 with the elimination of the games is done by moving the mobile beam vertically; of the apparatus 3 on which the triaxial cell 2 is located by screwing a screw 25 fixed to the movable cross member; in a nut 26 which does not move axially and is rotated by a reducer 27 actuated by a motor not shown.

Funcționarea dispozitivului are loc în felul următor.The operation of the device takes place as follows.

- se poziționează celuia de triaxial 2 în aparatul 3 anulându-se jocul dintre tija a, cilindrul 1 și cadrul b, prin manevrarea corespunzătoare a traversei mobile; cu ajutorul șurubului 25 și a piuliței 26 rotită de reductorul 27;- the triaxial one 2 is positioned in the apparatus 3, canceling the play between the rod a, the cylinder 1 and the frame b, by the proper handling of the movable cross member; with the aid of the screw 25 and the nut 26 rotated by the gearbox 27;

- se alege turația dorită a motorului 16, astfel încât sistemul bielă 14 -manivelă 15 să determine mișcarea alternativă a pistonului/, cu frecvența stabilită pentru încercare;- the desired engine speed 16 is chosen so that the connecting rod 14-crank 15 determines the reciprocating movement of the piston /, with the frequency set for the test;

- se poziționează discul 19 într-una din pozițiileyf, B, CsauD corespunzătoare tipului de solicitare ciclică, conform fig. 3, 4, 5 sau 6;- position the disk 19 in one of the positions f, B, CsauD corresponding to the type of cyclic request, according to fig. 3, 4, 5 or 6;

- se introduce în camera închisă 5 aer comprimat de la sursa 11 manevrând robinetul 10 până la presiunea corespunzătoare valorii dorite a efortului axial σ; aplicat pe probă, robinetul 6 fiind închis;- the compressed air 5 from the source 11 is introduced into the closed chamber by operating the tap 10 up to the pressure corresponding to the desired value of the axial stress σ; applied to the sample, the valve 6 being closed;

- se reglează raza brațului de manivelă 15 prin deșurubarea- înșurubarea corespunzătoare a piulițelor 22 și 23 pe filetul h practicat pe brațul de manivelă 15, astfel încât variațiile de presiune provocate de mișcarea pistonului / să determine o amplitudine ad a efortului ciclic deviator la valoarea dorită, citita pe manometrul 7;- adjust the radius of the crank arm 15 by unscrewing - the corresponding screwing of the nuts 22 and 23 on the thread h practiced on the crank arm 15, so that the pressure variations caused by the movement of the piston / determine an amplitude ad of the deflection cycle effort to the desired value , read on manometer 7;

- se deschide robinetul 6;- tap 6 is opened;

- se cuplează motorul electric cu întrerupătorul 17;- the electric motor is connected with the switch 17;

- se efectuează testul la obținerea stării dorite.- the test is performed to obtain the desired state.

Numărul de cicluri executate este înregistrat de un numărător în sine cunoscut, acționat de cama 20.The number of cycles executed is recorded by a known numerator itself, operated by cam 20.

Claims

1, characterized in that it performs a cyclic deflection effort (ad) that overlaps the consolidation effort (σ;) by the alternating axial movement of the wall (f) of the closed chamber (5) generated by the crank-mechanism (14 and 15) ), the amplitude (ad) being adjusted by varying the radius of the crank arm (15) by moving along it a sliding part (21), with the help of nuts (22 and 23), part caught in the joint (g) of the connecting rod (24) ).

3. Device according to the claim

1. Device for achieving the axial, cyclic force, for dynamic triaxial tests, of the soil samples, comprising a triaxial cell (2) with rod (a) and an apparatus (3) for performing classical triaxial tests, with a yoke (b), characterized in that a hydraulic cylinder (1) is inserted between the rod (a) and the yoke (h) with a simple effect, the incompressible medium (c) in the cylinder (1) being connected by a pipe (4) provided with a tap (6) and a manometer (7) with an incompressible fluid medium (d) at the bottom of a closed chamber (5) fitted with a movable wall (f) in the form of a piston and filled at the top, above the incompressible fluid (d), with a compressible fluid medium (s) connected by another pipe (9) provided with a tap (10) to a compressed air source (11) that ensures the consolidation effort (σ;) on the triaxial cell (2).

2, characterized in that the crank (15) is integral with the shaft of a reducer driven by the motor (16), the variation of the speed and frequency of the deflection effort (ad) being realized by the electronic device.

4. Device according to claim

2. Device according to claim

3, characterized in that the motor control (16) is made by a switch (18) located on a disc (19) which sc can position by rotating in four positions, being driven by a cam (20) located on the shaft of the arm. 5 handle (15) thus making cyclic loading diagrams by stopping in the well-determined position of the crank arm (15).