RU2366944C1 - Method for determination of physical-mechanical characteristics of soil layer - Google Patents
Method for determination of physical-mechanical characteristics of soil layer Download PDFInfo
- Publication number
- RU2366944C1 RU2366944C1 RU2008109671/03A RU2008109671A RU2366944C1 RU 2366944 C1 RU2366944 C1 RU 2366944C1 RU 2008109671/03 A RU2008109671/03 A RU 2008109671/03A RU 2008109671 A RU2008109671 A RU 2008109671A RU 2366944 C1 RU2366944 C1 RU 2366944C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- stamp
- vertical
- layer
- shear
- deformation
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к области испытаний при инженерных изысканиях в сельском хозяйстве, строительстве и тракторостроении, в частности к способам определения физико-механических характеристик слоя почвогрунта.The invention relates to the field of testing during engineering surveys in agriculture, construction and tractor engineering, in particular to methods for determining the physicomechanical characteristics of a soil layer.
Известен способ определения несущей способности грунта как испытания по контролю за уплотнением в дорожном строительстве [1]. При этом слой дорожной одежды нагружают статической нагрузкой через жесткий круглый штамп посредством гидроцилиндра, являющегося продолжением направляющей штанги, расположенной соосно на штампе, упирающегося в раму автомобиля или любой дорожной машины, а модуль деформации определяют по формулеA known method of determining the bearing capacity of the soil as a test to control compaction in road construction [1]. In this case, the pavement layer is loaded with a static load through a rigid round stamp by means of a hydraulic cylinder, which is a continuation of the guide rod located coaxially on the stamp, abutting against the frame of a car or any road machine, and the deformation module is determined by the formula
где r - радиус штампа;where r is the radius of the stamp;
Р - нагрузка на единицу площади;P is the load per unit area;
s - прогиб слоя, определяемый посредством механических индикаторовs is the deflection of the layer, determined by mechanical indicators
деформации часового типа.deformations of the watch type.
Недостатки указанного способа состоят в следующем. Во-первых, измеряется только вертикальная часть деформации слоя, что не позволяет определить его сдвиговые и объемные характеристики. Во-вторых, статическая нагрузка на штамп не может быть приложена мгновенно, т.е. проходит некоторое время, составляющее от долей до нескольких секунд, в течение которого нагрузка на штамп возрастает от нуля до максимального значения, соответствующего заданной статической нагрузке. Это приводит к существенному искажению результатов измерения деформации и модуля деформации. В-третьих, деформация слоя грунта приводит к увеличению расстояния между штампом и рамой автомобиля, при этом резко снижается давление в гидроцилиндре устройства нагружения, а следовательно, и нагрузка на штампе. Таким образом, требуется постоянное регулирование давления в гидроцилиндре, что в результате приводит к непостоянству статической нагрузки на штампе и, как следствие, к увеличению погрешности измерения. В-четвертых, использование механических индикаторов деформации часового типа не позволяет (в силу визуального наблюдения) точно определить величину деформации слоя грунта при заданных значениях времени наблюдения, что также приводит к снижению точности измерения. В-пятых, использование рам мобильной техники (автомобиля или дорожных машин) в качестве упора заставляет привлекать эту технику в качестве обязательной составляющей всей системы испытания слоя грунта, что приводит к дополнительным материальным затратам при испытаниях.The disadvantages of this method are as follows. First, only the vertical part of the layer deformation is measured, which does not allow one to determine its shear and volume characteristics. Secondly, the static load on the stamp cannot be applied instantly, i.e. some time passes, ranging from fractions to several seconds, during which the load on the stamp increases from zero to the maximum value corresponding to a given static load. This leads to a significant distortion of the strain measurement results and the strain modulus. Thirdly, deformation of the soil layer leads to an increase in the distance between the stamp and the frame of the car, while the pressure in the hydraulic cylinder of the loading device decreases, and therefore the load on the stamp. Thus, constant pressure control in the hydraulic cylinder is required, which as a result leads to inconstancy of the static load on the stamp and, as a result, to an increase in the measurement error. Fourth, the use of mechanical indicators of the deformation of the clock type does not allow (due to visual observation) to accurately determine the magnitude of the deformation of the soil layer at given values of the observation time, which also leads to a decrease in the measurement accuracy. Fifth, the use of mobile equipment frames (automobiles or road vehicles) as an emphasis forces one to use this equipment as an obligatory component of the entire soil layer testing system, which leads to additional material costs during the tests.
Известен также способ определения модуля деформации и модуля упругости грунтов [2]. Способ включает нагружение образца грунта диаметром не менее 20 см и высотой не менее 15 см ступенчатой статической нагрузкой посредством рычажной системы с гирями через жесткий штамп диаметром 5 см. По замеренной посредством индикаторов часового типа вертикальной деформации, развивающейся под действием вертикальной ступенчатой нагрузки, определяют модуль упругости или модуль деформации по формулеThere is also a method for determining the deformation modulus and elastic modulus of soils [2]. The method includes loading a soil sample with a diameter of at least 20 cm and a height of at least 15 cm with a step static load by means of a lever system with weights through a hard stamp with a diameter of 5 cm. The elastic modulus is determined by the vertical strain measured by the hour-type indicators, which develops under the influence of the vertical step load or strain modulus according to the formula
где p - давление, МПа;where p is the pressure, MPa;
D - диаметр штампа, см;D is the diameter of the stamp, cm;
µ - коэффициент Пуассона, для грунтов при отсутствии пластических смещений равный 0,35;µ - Poisson's ratio, for soils in the absence of plastic displacements equal to 0.35;
l - обратимая деформация (для определения модуля упругости) или полная деформация (для определения модуля деформации), см.l - reversible deformation (to determine the modulus of elasticity) or total deformation (to determine the modulus of deformation), see
Недостатками указанного способа являются следующие. Во-первых, модуль упругости и модуль деформации определяются посредством штампов малого диаметра, что носит условный характер и определяет относительные и качественные, а не расчетные характеристики (как отмечается в самом источнике информации). Во-вторых, использование механических индикаторов деформации часового типа не позволяет (в силу визуального наблюдения) точно определить величину деформации слоя грунта при заданных значениях времени наблюдения, что также приводит к снижению точности измерения. В-третьих, измеряется только вертикальная часть деформации слоя, что не позволяет определить его сдвиговые и объемные характеристики.The disadvantages of this method are as follows. Firstly, the elastic modulus and the deformation modulus are determined by means of small diameter dies, which is conditional in nature and determines relative and qualitative, rather than calculated, characteristics (as noted in the source of information). Secondly, the use of mechanical indicators of the deformation of the watch type does not allow (due to visual observation) to accurately determine the magnitude of the deformation of the soil layer at given values of the observation time, which also leads to a decrease in the measurement accuracy. Thirdly, only the vertical part of the layer deformation is measured, which does not allow one to determine its shear and volume characteristics.
Известна установка для исследования напряжений и перемещений грунта под опорами транспортного средства [3] и описание на ее основе методики (способа) измерений. При этом слой почвогрунта нагружают нагрузкой при помощи движущегося трактора. Устройство имеет следующий вид. На корпусе в бугелях крепятся направляющие, по которым при помощи ходового винта и электродвигателя перемещается каретка, на опорные плоскости которой монтируются ножи или штанги с датчиками давления, реостатными датчиками вертикального и поперечного перемещений; в основании штанг расположены реостатные датчики продольных перемещений. При движении транспортного средства под его опорами происходит деформация грунта. Изменяются физические свойства грунта как по глубине, так и в поперечных и продольных плоскостях, что фиксируется датчиками.A known installation for the study of stresses and displacements of soil under the supports of a vehicle [3] and a description on its basis of the measurement procedure (method). In this case, the soil layer is loaded with a load using a moving tractor. The device has the following form. Guides are mounted on the housing in the yokes along which a carriage is moved with a lead screw and an electric motor, on the supporting planes of which knives or rods with pressure sensors, rheostatic vertical and lateral displacement sensors are mounted; at the base of the rods are rheostatic longitudinal displacement sensors. When the vehicle moves under its supports, soil deformation occurs. The physical properties of the soil vary both in depth and in transverse and longitudinal planes, which is recorded by sensors.
Достоинствами данного устройства и способа являются, во-первых, то, что исследование напряжений и перемещений грунта производятся в реальных условиях эксплуатации. Во-вторых, деформация грунта измеряется в трех плоскостях, что позволяет определить его сдвиговые и объемные характеристики. В-третьих, штанги, установленные в каретке, по меньшей мере, в два ряда и выполненные разной длины, позволяют проводить исследование напряжений и перемещений грунта не только по центральной оси опорной поверхности движителя, но и на некотором расстоянии (в зависимости от длины штанги) от нее одновременно. В-четвертых, измерение происходит на различной глубине слоя почвогрунта, что позволяет получить распределение напряжений и деформаций по его глубине.The advantages of this device and method are, firstly, that the study of stresses and displacements of the soil are carried out in real operating conditions. Secondly, soil deformation is measured in three planes, which allows to determine its shear and volumetric characteristics. Thirdly, the rods installed in the carriage, at least in two rows and made of different lengths, allow the study of stresses and displacements of the soil not only along the central axis of the support surface of the mover, but also at a certain distance (depending on the length of the rod) from her at the same time. Fourth, the measurement takes place at different depths of the soil layer, which allows us to obtain the distribution of stresses and deformations along its depth.
Недостатками данного способа являются, во-первых, то, что нагружение слоя почвогрунта происходит конкретным транспортным средством, что влечет за собой его использование как обязательной составляющей всей системы испытания. Это приводит к дополнительным материальным затратам при испытаниях. Во-вторых, реостатный датчик продольных перемещений дает искаженную информацию о реальном перемещении вследствие того, что штанга обладает значительной массой, т.к. на ней располагаются датчик давлений и реостатные датчики вертикального и поперечного перемещений. В-третьих, возможно искажение информации вследствие давления грунта на корпус установки (изменение положения его в грунте) в результате движения транспортного средства. В-четвертых, воздействие нагрузки на слой почвогрунта непосредственно со стороны движущегося трактора создает дополнительные трудности в аналитическом описании действующих напряжений в слое почвогрунта, т.к. в этом случае эпюра давления описывается сложным законом, зависящим от типа гусеницы, параметров системы натяжения гусеницы, параметров системы подрессоривания, характеристик зацепления гусеницы с ведущей звездочкой и т.д.The disadvantages of this method are, firstly, that the loading of the soil layer occurs with a specific vehicle, which entails its use as an essential component of the entire test system. This leads to additional material costs during testing. Secondly, the rheostatic longitudinal displacement sensor gives distorted information about the real displacement due to the fact that the rod has a significant mass, because it houses a pressure sensor and rheostatic sensors for vertical and lateral movements. Thirdly, information may be distorted due to soil pressure on the installation case (changing its position in the soil) as a result of vehicle movement. Fourth, the effect of the load on the soil layer directly from the side of the moving tractor creates additional difficulties in the analytical description of the current stresses in the soil layer, because in this case, the pressure plot is described by a complex law depending on the type of caterpillar, the parameters of the caterpillar tension system, the parameters of the suspension system, the characteristics of the caterpillar meshing with the drive sprocket, etc.
Известно также устройство для исследования взаимодействия гусеничного трака с грунтом [4] и описание на ее основе методики (способа) измерений. Способ включает в себя нагружение слоя почвогрунта через исследуемый трак вертикальной нагрузкой при помощи гидроцилиндра и, после заглубления трака - нагружение касательной нагрузкой посредством движения трактора. Устройство имеет следующий вид. На раме, жестко закрепленной на тракторе, устанавливается подвижная рамка, выполненная в виде короба и перемещающаяся в двух парах направляющих роликов. Опоры роликов установлены в ползунах, горизонтальное перемещение которых ограничивается тензометрическими тягами. К днищу короба шарнирно крепится шток силового цилиндра механизма нагружения. В шарнире установлен тензометрический палец для измерения вертикальной реакции грунта. Снаружи к днищу короба крепится исследуемый трак.A device is also known for studying the interaction of a tracked track with soil [4] and a description on its basis of the measurement procedure (method). The method includes loading the soil layer through the test track with a vertical load using a hydraulic cylinder and, after deepening the track, loading with a tangential load by moving the tractor. The device has the following form. On the frame, rigidly mounted on the tractor, a movable frame is made, made in the form of a box and moving in two pairs of guide rollers. The roller bearings are installed in sliders, the horizontal movement of which is limited by tensometric rods. The rod of the power cylinder of the loading mechanism is hinged to the bottom of the box. A strain gauge finger is installed in the hinge to measure the vertical reaction of the soil. Outside, the investigated track is attached to the bottom of the box.
Недостатками данного способа являются, во-первых, разница во времени прикладывания вертикальной и касательной силы. В реальных условиях ее практически не существует. Здесь же приложение сначала вертикальной нагрузки, а затем касательной нагрузки приводит к погрешностям измерения. Во-вторых, создание касательной нагрузки достигается за счет движения трактора, что приводит к ее неравномерности в момент трогания трактора с места и погрешностям в измерении. В-третьих, измеряется только горизонтальное перемещение штампа, а соответственно, деформация только верхнего слоя почвогрунта, что не дает полной картины распределения деформации в слое почвогрунта по его глубине. В-четвертых, использование рам мобильной техники, в частности трактора, в качестве обязательной составляющей всей системы испытания элементов гусеницы приводит к дополнительным материальным затратам при испытаниях. В-пятых, не происходит образования грунтового кирпича, что влечет за собой снижение касательной силы при испытаниях, по сравнению с аналогичными условиями в реальности.The disadvantages of this method are, firstly, the difference in the time of application of the vertical and tangential forces. In real conditions, it practically does not exist. Here, the application of first a vertical load and then a tangential load leads to measurement errors. Secondly, the creation of a tangent load is achieved due to the movement of the tractor, which leads to its unevenness at the moment of moving the tractor away and measurement errors. Thirdly, only the horizontal displacement of the stamp is measured, and accordingly, the deformation of only the upper layer of the soil, which does not give a complete picture of the distribution of deformation in the soil layer along its depth. Fourth, the use of the frames of mobile equipment, in particular the tractor, as a mandatory component of the entire system for testing track elements leads to additional material costs during the tests. Fifth, there is no formation of soil bricks, which entails a decrease in tangential force during testing, compared with similar conditions in reality.
Известно также устройство для исследования взаимодействия гусеничного трака с грунтом [5] и описание на ее основе методики (способа) измерений. Способ включает нагружение слоя почвогрунта через тензометрический трак нормальной вертикальной и касательной нагрузками, создаваемыми гидроцилиндрами. Устройство содержит неподвижную раму, в направляющих которой установлена тележка с испытуемым траком, снабженным датчиками для измерения усилий и перемещаемым механизмом нагружения, выполненным в виде гидроцилиндра. При этом тележка снабжена вертикальными направляющими. Тележка имеет также гидроцилиндр для горизонтального перемещения ее по грунту, а трак соединен шарнирно со штоком гидроцилиндра механизма нагружения и снабжен двумя парами осей, попеременно входящих в две пары гнезд, закрепленных в блоке, перемещающемся по направляющим. Для надежной фиксации трака оси фиксируются в гнездах при помощи поворотного фиксатора, выполненного в виде самозаклинивающихся кулачков. Для формирования грунтового кирпича под испытуемым траком тележка снабжена двумя дополнительными траками, расположенными перед испытуемым траком и после него.A device is also known for studying the interaction of a tracked track with soil [5] and a description on its basis of the measurement procedure (method). The method includes loading a soil layer through a strain gauge track with normal vertical and tangential loads created by hydraulic cylinders. The device comprises a fixed frame, in the guides of which there is a trolley with a test track equipped with sensors for measuring forces and a movable loading mechanism made in the form of a hydraulic cylinder. In this case, the trolley is equipped with vertical guides. The truck also has a hydraulic cylinder for horizontal movement on the ground, and the truck is pivotally connected to the rod of the hydraulic cylinder of the loading mechanism and is equipped with two pairs of axles, alternately included in two pairs of sockets, mounted in a block moving along the guides. For reliable track fixation, the axles are fixed in the sockets with the help of a rotary latch made in the form of self-jamming cams. For the formation of soil bricks under the test track, the trolley is equipped with two additional tracks located in front of and after the test track.
Достоинствами данного способа являются, во-первых, равномерность вертикальной и касательной нагрузок, во-вторых, одновременность их приложения, в-третьих, моделирование грунтозацепа, погружающегося в грунт, в-четвертых, формирование грунтового кирпича под испытуемым траком.The advantages of this method are, firstly, the uniformity of the vertical and tangential loads, secondly, the simultaneity of their application, thirdly, the modeling of the lug immersed in the ground, fourthly, the formation of soil bricks under the test track.
Недостатками данного способа являются следующие моменты. Во-первых, дополнительные грунтозацепы находятся на разных расстояниях от основного грунтозацепа, внедряющегося в грунт, что влечет за собой формирование неравномерных грунтовых кирпичей, приводящих к искажению достоверной информации. Во-вторых, расположение дополнительных грунтозацепов и внедряющегося между ними основного грунтозацепа противоречит реальной картине движения гусеничного трактора, т.к. заглубляемый грунтозацеп не может находиться между двумя уже погруженными в слой почвогрунта грунтозацепами. Это приводит к увеличению давления со стороны горизонтального нагружающего гидроцилиндра, что приводит к повышению нагрузок по сравнению с реальными условиями. В-третьих, измеряется только горизонтальное перемещение тележки, что соответствует касательной (сдвиговой) деформации слоя почвогрунта, находящегося в непосредственном контакте с грунтозацепами. При этом деформации подвергаются также и нижние слои почвогрунта, что не определяется. Это не дает полной картины распределения деформации в слое почвогрунта по его глубине. В-четвертых, возможность проведения опыта без изменения начальных условий один раз, для повторного опыта с теми же начальными условиями необходима еще одна подготовка слоя почвогрунта, что может привести к разным начальным условиям, а соответственно к погрешностям в измерениях.The disadvantages of this method are the following points. Firstly, additional lugs are located at different distances from the main lug that penetrates the soil, which leads to the formation of uneven soil bricks, leading to distortion of reliable information. Secondly, the location of the additional lugs and the main lug introduced between them contradicts the real picture of the movement of the caterpillar tractor, as buried lugs cannot be between two lugs already immersed in the soil layer. This leads to an increase in pressure from the side of the horizontal loading hydraulic cylinder, which leads to increased loads compared to actual conditions. Thirdly, only the horizontal movement of the cart is measured, which corresponds to the tangential (shear) deformation of the soil layer in direct contact with the lugs. In this case, the lower layers of the soil are also subjected to deformation, which is not determined. This does not give a complete picture of the distribution of deformation in the soil layer over its depth. Fourth, the possibility of conducting an experiment without changing the initial conditions once, for a repeated experiment with the same initial conditions, one more preparation of the soil layer is necessary, which can lead to different initial conditions, and, accordingly, to measurement errors.
Известен также способ, который моделирует движение звена гусеницы по грунту [6]. При этом слой почвогрунта через исследуемое звено нагружают вертикальной нагрузкой при помощи гидроцилиндра, а после погружения звена в грунт производят горизонтальное смещение (сдвиг) при помощи лебедки. Номинальное значение касательной силы тяги определяют интегрированием площади эпюры касательного усилия, получаемой по результатам опытаThere is also known a method that simulates the movement of a track link on the ground [6]. In this case, the soil layer through the test link is loaded with a vertical load using a hydraulic cylinder, and after the link is immersed in the soil, a horizontal displacement (shift) is carried out using a winch. The nominal value of the tangential traction force is determined by integrating the area of the plot of the tangential force obtained from the results of the experiment.
где Pн - номинальное значение касательной силы тяги, Н;where P n is the nominal value of the tangential traction force, N;
Пэ - площадь эпюры касательного усилия по длине гусеничного движителя с базой L, Н·м;P e - the area of the plot of the tangent force along the length of the caterpillar mover with the base L, N · m;
δ - величина установленного в опыте коэффициента буксования;δ is the value of the slip coefficient established in the experiment;
t - шаг звена гусеницы, м.t is the step of the track link, m
Устройство имеет следующий вид. По неподвижным горизонтальным направляющим на катках перемещается тележка. В ней выполнены вертикальные направляющие в виде роликов, между которыми помещен подвижный короб. Внутри него установлен нагружающий гидроцилиндр, который шарнирно соединен одним концом с коробом, а другим - с тележкой. К нижней части короба крепится тензометрический комплекс с исследуемым звеном. Перемещение тележки по направляющим обеспечивается с помощью реверсивной лебедки. Она соединена с тележкой посредством троса, нижняя ветвь которого непосредственно соединяется с лебедкой, а верхняя ветвь - через обводной блок с целью обеспечения реверса тележки. Направляющие опираются на лыжи, необходимые для передвижения стенда по грунту.The device has the following form. On motionless horizontal guides on rollers the cart moves. It has vertical guides in the form of rollers, between which a movable box is placed. A loading hydraulic cylinder is installed inside it, which is pivotally connected at one end to the box and the other to the trolley. A strain gauge complex with a test link is attached to the bottom of the duct. Moving the trolley along the guides is provided using a reversing winch. It is connected to the trolley by means of a cable, the lower branch of which is directly connected to the winch, and the upper branch - through the bypass unit in order to ensure reverse of the trolley. The guides rest on the skis needed to move the stand on the ground.
Достоинствами данного способа являются, во-первых, возможность многократного повторения одного опыта при равных начальных условиях, во-вторых, равномерная вертикальная нагрузка, приложенная к исследуемому звену.The advantages of this method are, firstly, the possibility of repeated repetition of one experiment under equal initial conditions, and secondly, the uniform vertical load applied to the studied link.
Недостатками способа являются, во-первых, разница во времени прикладывания вертикальной и горизонтальной нагрузок. Здесь приложение горизонтальной силы начинается после приложения вертикальной нагрузки. В реальных условиях под движителями мобильных машин этой временной разницы практически не существует. Во-вторых, приложение горизонтального (сдвигового) усилия осуществляется за счет лебедки, т.е. за счет прикладывания постоянной скорости деформации к исследуемому звену. Это приводит к неравномерности касательной (сдвиговой) нагрузки (вследствие упруговязкопластичных свойств слоя почвогрунта) и делает необходимым аналитическим методом определять номинальное касательное (сдвиговое) усилие, что влияет на увеличение погрешности получаемых результатов. В-третьих, измеряется только горизонтальное перемещение исследуемого звена, а соответственно деформация только верхнего слоя почвогрунта, что не дает полной картины распределения деформации в слое почвогрунта по его глубине. В-четвертых, не происходит образование грунтового кирпича, что влечет за собой снижение касательной силы при испытаниях по сравнению с аналогичными условиями в реальности. В-пятых, не производится измерение горизонтальных деформаций слоя по его глубине. В-шестых, самостоятельно задаются величиной коэффициента буксования, значение которой никак не скорректировано с реальными закономерностями нагружения слоя грунта, определяемыми типом гусеницы, параметрами системы натяжения гусеницы, параметрами системы подрессоривания, характеристиками зацепления гусеницы с ведущей звездочкой и т.д., а также со свойствами слоя почвогрунта.The disadvantages of the method are, firstly, the difference in time of application of vertical and horizontal loads. Here, the application of horizontal force begins after the application of vertical load. In real conditions, under the movers of mobile cars, this temporary difference practically does not exist. Secondly, the application of horizontal (shear) force is carried out due to the winch, i.e. by applying a constant strain rate to the link under study. This leads to non-uniformity of the tangential (shear) load (due to the elasto-viscoplastic properties of the soil layer) and makes it necessary to determine the nominal tangential (shear) force by the analytical method, which affects the increase in the error of the results obtained. Thirdly, only the horizontal displacement of the studied link is measured, and, accordingly, the deformation of only the upper soil layer, which does not give a complete picture of the distribution of deformation in the soil layer along its depth. Fourth, the formation of soil bricks does not occur, which entails a decrease in tangential force during testing compared to similar conditions in reality. Fifthly, the horizontal deformations of a layer by its depth are not measured. Sixth, they are independently set by the value of the slipping coefficient, the value of which is not adjusted in any way with the real laws of loading the soil layer, determined by the type of caterpillar, the parameters of the caterpillar tension system, the parameters of the suspension system, the characteristics of the caterpillar meshing with the drive sprocket, etc., as well as soil layer properties.
Известен также способ определения физико-механических характеристик грунтов с помощью беваметра [7].There is also a method of determining the physico-mechanical characteristics of soils using a bevameter [7].
Измерение вертикальной и сдвиговой деформаций производят с помощью раздельных штампов. В зависимости от разных вертикальных давлений на один штамп, создаваемых с помощью гидроцилидра, измеряют величины вертикальных деформаций. С помощью другого штампа, представляющего собой кольцо с установленными на нем снизу радиально грунтозацепами, измеряют сдвиговую деформацию штампа в угловом направлении, обеспечивающемся за счет приложения к оси штампа постоянной угловой скорости посредством тягового мотора, при одновременной регистрации крутящего момента с его стороны, увеличивающегося во времени по неизвестному закону, определяемому структурными особенностями грунта. При этом кольцевой штамп также нагружается вертикальной нагрузкой посредством силового цилиндра.The measurement of vertical and shear deformations is carried out using separate dies. Depending on the different vertical pressures per stamp created by the hydraulic cylinder, the values of vertical deformations are measured. Using another stamp, which is a ring with radially mounted lugs mounted on it from below, measure the shear strain of the stamp in the angular direction, which is ensured by applying constant angular velocity to the axis of the stamp by the traction motor, while recording torque from it, increasing in time according to an unknown law determined by the structural features of the soil. In this case, the annular stamp is also loaded with a vertical load by means of a ram.
Недостатками данного способа являются следующие.The disadvantages of this method are as follows.
Во-первых, при повороте кольцевого штампа почвогрунт выпирает наружу в его середине, что разрушает структуру почвогрунта.Firstly, when the ring stamp is rotated, the soil protrudes outward in its middle, which destroys the structure of the soil.
Во-вторых, приложение горизонтального усилия осуществляется тяговым мотором, т.е. за счет прикладывания постоянной скорости деформации к исследуемому звену. Это приводит к неравномерности касательной нагрузки (вследствие упруговязкопластичных свойств слоя почвогрунта) и делает необходимым аналитическим методом определять номинальное касательное усилие, что влияет на увеличение погрешности получаемых результатов.Secondly, the application of horizontal force is carried out by a traction motor, i.e. by applying a constant strain rate to the link under study. This leads to non-uniformity of the tangential load (due to the elastic-viscoplastic properties of the soil layer) and makes it necessary to determine the nominal tangential force by the analytical method, which affects the increase in the error of the obtained results.
В-третьих, вертикальная нагрузка на штампы не может быть приложена мгновенно, т.е. проходит некоторое время, составляющее от долей до нескольких секунд, в течение которого нагрузка на штамп со стороны силовых гидроцилиндров возрастает от нуля до максимального значения, соответствующего заданной статической нагрузке. Это приводит к существенному искажению результатов измерения деформации и модуля деформации.Thirdly, the vertical load on the dies cannot be applied instantly, i.e. some time passes, ranging from fractions to several seconds, during which the load on the stamp from the side of the power cylinders increases from zero to a maximum value corresponding to a given static load. This leads to a significant distortion of the strain measurement results and the strain modulus.
В-четвертых, для расчета нормальных р и касательных τ напряжений, возникающих в грунте, по формуламFourth, to calculate the normal p and tangential τ stresses occurring in the soil, according to the formulas
коэффициенты сцепления и трения грунта (kc и kφ), (с и p) и коэффициент буксования (k) являются переменными и определяются эмпирически из экспериментальных кривых, соответствующих скорости погружения штампов от 2,5 до 5 см/с. Таким образом, определяемые физико-механические характеристики почвогрунтов являются неинвариантными относительно метода (способа) их определения.soil adhesion and friction coefficients (k c and k φ ), (c and p) and slipping coefficient (k) are variable and are determined empirically from experimental curves corresponding to the speed of immersion of dies from 2.5 to 5 cm / s. Thus, the determined physical and mechanical characteristics of the soil are non-invariant with respect to the method (s) for their determination.
В-пятых, регистрация вертикальной и сдвиговой деформаций почвогрунта производится под разными штампами, в то время как следует их определять одновременно под одним деформатором (штампом), когда к нему одновременно прикладываются и вертикальная, и сдвиговая нагрузки. Такой характер нагружения и деформации почвогрунта соответствует реальным процессам, характеризующим изменение его напряженно-деформированного состояния под реальными движителями машин (как под колесными, так и под гусеничными).Fifthly, the registration of vertical and shear deformations of the soil is carried out under different stamps, while they should be determined simultaneously under one deformer (stamp), when both vertical and shear loads are applied to it simultaneously. This type of loading and deformation of the soil corresponds to real processes that characterize the change in its stress-strain state under real propulsion machines (both under wheeled and tracked).
Наиболее близким из известных технических решений к изобретению (способу) является способ определения физико-механических характеристик слоя почвогрунта [8], преимущественно имеющего низкую и среднюю плотность, включающий вертикальное и сдвиговое нагружения слоя согласно закону Хевисайда путем приложения нагрузок через штамп, измерение вертикальной и сдвиговой деформаций слоя и определение модулей деформации слоя, когда слой почвогрунта нагружают с разницей во времени первоначально в вертикальном, а затем в сдвиговом направлениях, при этом сдвиговую нагрузку прикладывают поочередно в двух противоположных направлениях сначала в одном, а затем, через некоторое время практически мгновенно, в другом, измеряют вертикальную деформацию слоя почвогрунта непосредственно под штампом, а сдвиговые деформации - под штампом и по глубине слоя, при этом корректировка полученных кривых сдвиговой ползучести осуществляется увеличением их на коэффициентThe closest known technical solutions to the invention (method) is a method for determining the physicomechanical characteristics of a soil layer [8], mainly having a low and medium density, including vertical and shear loading of the layer according to Heaviside law by applying loads through a stamp, measuring vertical and shear deformations of the layer and determination of the moduli of deformation of the layer when the soil layer is loaded with a time difference initially in the vertical and then in the shear directions, p In this case, the shear load is applied alternately in two opposite directions, first in one, and then, after some time almost instantly, in the other, the vertical deformation of the soil layer is measured directly below the stamp, and the shear deformations are measured under the stamp and along the depth of the layer, while the correction of the obtained shear creep curves is carried out by increasing them by a factor
где z - коэффициент, учитывающий разницу во времени приложения вертикальной и сдвиговой нагрузок;where z is a coefficient taking into account the time difference between the application of vertical and shear loads;
Δt - разница приложения во времени вертикальной и сдвиговой нагрузок (0,5…2с),Δt is the time difference between the vertical and shear loads (0.5 ... 2s),
определяют мгновенные линейный и сдвиговые модули деформации слоя и параметры опытных кривых ползучести как минимум при любых трех значениях времени деформации t1, t2 и t3, ограниченных временем проведения измерений, из выраженийdetermine the instantaneous linear and shear modulus of deformation of the layer and the parameters of the experimental creep curves at least for any three values of the deformation time t 1 , t 2 and t 3 limited by the measurement time, from the expressions
где Еi - мгновенные линейный и сдвиговые модули деформации, Па;where E i - instantaneous linear and shear deformation moduli, Pa;
εi - относительные вертикальная и сдвиговые деформации слоя;ε i are the relative vertical and shear deformations of the layer;
σi - нормальные и касательные напряжения под штампом, Па;σ i - normal and tangential stresses under the stamp, Pa;
Ki(t-τ) - функции скорости вертикальной и сдвиговой ползучести, с-1;K i (t-τ) are the functions of the velocity of vertical and shear creep, s -1 ;
Г (αi), Г (αin) - соответствующие им гамма-функции Эйлера;G (α i ), G (α i n) - the corresponding Euler gamma functions;
α1, Аi и βi - параметры опытных кривых ползучести;α 1 , A i and β i are the parameters of the experimental creep curves;
τ - текущее значение времени, с,τ is the current value of time, s,
при этом напряжения под штампом определяют по выражениюwhile the stress under the stamp is determined by the expression
σi=Fi/S,σ i = F i / S,
где Fi - соответствующая нагрузка, приложенная к штампу, Н;where F i is the corresponding load applied to the stamp, N;
S - площадь штампа, м2.S is the stamp area, m 2 .
Способ реализуется следующим образом.The method is implemented as follows.
Устанавливают на поверхности слоя почвогрунта прямоугольный штамп, с закрепленными на нем грунтозацепами, который нагружают первоначально постоянной вертикальной нагрузкой Fв, например, посредством рычажной системы, а затем через небольшой промежуток времени Δt, составляющий 0,5…2 с, нагружают постоянной касательной (сдвиговой) нагрузкой Fг1, например, посредством трособлочной или полиспастной системы, при этом характер нагружения слоя через штамп соответствует закону Хевисайда (т.е. мгновенно нагружают штамп постоянной нагрузкой и выдерживают ее в течение некоторого времени, необходимого для регистрации развития деформации слоя почвогрунта во времени или, что то же самое, - развития кривой ползучести). Через некоторое время, достаточное для регистрации кривых ползучести первого этапа нагружения, практически мгновенно, например, посредством специального переключающего устройства изменяют направление действия сдвиговой нагрузки на противоположное Fг2, также постоянной величины, и далее производят регистрацию кривых ползучести при втором этапе нагружения. Измеряют вертикальную и горизонтальную (сдвиговую) деформации слоя почвогрунта непосредственно под штампом, например, посредством осциллографа через датчики вертикальной и горизонтальной (сдвиговой) деформаций и усилитель. Одновременно производят измерение сдвиговых деформаций и по глубине слоя, например, посредством осциллографа через специальные толкатели, один конец которых с закрепленной на нем лопаткой располагают под серединой штампа, датчики сдвиговой деформации и усилитель.A rectangular stamp is mounted on the surface of the soil layer, with lugs fixed on it, which are initially loaded with a constant vertical load F in , for example, using a lever system, and then after a short period of time Δt of 0.5 ... 2 s, they are loaded with a constant tangent (shear ) with a load F g1 , for example, by means of a cable block or tackle system, while the nature of the layer loading through the stamp corresponds to the Heaviside law (i.e., the stamp is instantly loaded with a constant load and you hold it for some time necessary for recording the development of deformation of the soil layer in time or, what is the same, the development of the creep curve). After some time, sufficient to register the creep curves of the first stage of loading, almost instantly, for example, by means of a special switching device, the direction of the shear load is changed to the opposite F g2 , also of constant value, and then creep curves are recorded during the second stage of loading. The vertical and horizontal (shear) deformations of the soil layer are measured directly below the stamp, for example, by means of an oscilloscope through the sensors of vertical and horizontal (shear) deformations and an amplifier. At the same time, shear deformations are measured along the depth of the layer, for example, by means of an oscilloscope through special pushers, one end of which with a blade attached to it, is located under the middle of the stamp, shear strain sensors and an amplifier.
По зафиксированной на осциллограмме кривой ползучести слоя почвогрунта в вертикальном направлении получают кривые изменения относительной деформацииThe creep curve of the soil layer in the vertical direction recorded on the oscillogram shows the curves of changes in the relative deformation
εiB во времени согласно выражению:ε iB in time according to the expression:
где λiB - величина вертикальной деформации, мм;where λ iB is the magnitude of the vertical deformation, mm;
lШТ - сторона штампа, мм.l PC - stamp side, mm.
Аналогично вертикальной деформации, по зафиксированным на осциллограмме сдвиговым деформациям слоя почвогрунта на его поверхности и по его глубине λiГ, в мм, получают кривые изменения относительных касательных (сдвиговых) деформаций, характеризуемых углом сдвига, согласно выражениюSimilarly to vertical deformation, according to the shear deformations of the soil layer on the surface fixed on the waveform and on its depth λ iГ , in mm, the curves of changes in the relative tangential (shear) deformations characterized by the angle of shear are obtained, according to the expression
где h' СЛ - высота слоя почвогрунта, на которой находится датчик сдвиговой деформации, мм.where h ' SL is the height of the soil layer on which the shear strain sensor is located, mm.
Недостатками данного способа являются следующие.The disadvantages of this method are as follows.
Во-первых, сложность оборудования, применяемого для реализации данного способа, включающего рычажную систему для вертикального нагружения штампа, полиспастную систему для горизонтального (сдвигового) нагружения штампа, систему переключения направления действия сдвиговой нагрузки.Firstly, the complexity of the equipment used to implement this method, including a linkage system for vertical stamp loading, a pulley system for horizontal (shear) stamp loading, a system for switching the direction of shear load action.
Во-вторых, точность определения коэффициента z, учитывающего разницу во времени приложения вертикальной и сдвиговой нагрузок, хотя и укладывается в рамки доверительной вероятности показаний исследуемых процессов для различных почвогрунтов, тем не менее, все же вносит определенную погрешность в расчеты.Secondly, the accuracy of determining the coefficient z, taking into account the time difference between the application of vertical and shear loads, although it fits into the confidence level of the readings of the studied processes for various soil, nevertheless, it introduces a certain error in the calculations.
В-третьих, необходимо пересчитывать значение сдвиговой деформации, изменяющейся во времени, за счет разницы приложения во времени вертикальной и сдвиговой нагрузок (0,5…2с).Thirdly, it is necessary to recalculate the value of shear deformation, which varies over time, due to the difference in application of the vertical and shear loads in time (0.5 ... 2 s).
В-четвертых, при сдвиговых деформациях прямоугольного штампа при одновременном его погружении под действием вертикальной нагрузки происходит упор боковой стороны штампа в свободный грунт и выпирание последнего с его разрушением (разрыхлением), что создает дополнительное сопротивление боковому передвижению штампа, которое не учитывается при исследовании процесса деформирования слоя почвогрунта.Fourthly, during shear deformations of a rectangular stamp while it is immersed under the influence of a vertical load, the lateral side of the stamp is emphasized in free soil and the latter sticks out with its destruction (loosening), which creates additional resistance to the lateral movement of the stamp, which is not taken into account when studying the deformation process soil layer.
В-пятых, способ нагружения требует привлечения не менее трех человек, первый из которых обеспечивает приложение вертикальной нагрузки на штамп, второй - сдвиговой нагрузки на штамп и ее реверсирование, третий - синхронизацию работы датчиков перемещений штампа и измерительно-регистрирующей аппаратуры.Fifthly, the loading method requires the involvement of at least three people, the first of which provides the application of the vertical load on the stamp, the second — shear load on the stamp and its reversal, the third — synchronization of the work of the displacement sensors of the stamp and measuring and recording equipment.
Задачей изобретения является повышение мобильности, универсальности и точности испытаний, снижение трудоемкости и материалоемкости испытаний.The objective of the invention is to increase the mobility, versatility and accuracy of the tests, reducing the complexity and material consumption of the tests.
Сущность изобретения выражается в том, что в способе определения физико-механических характеристик слоя почвогрунта, преимущественно имеющего низкую и среднюю плотность, включающем вертикальное и сдвиговое нагружение слоя согласно закону Хевисайда путем приложения нагрузок через штамп с грунтозацепами, измерение вертикальной и сдвиговой деформации слоя и определение мгновенных линейного и сдвигового модулей деформации слоя и параметров опытных кривых ползучести как минимум при любых трех значениях времени деформации t1, t2 и t3, ограниченных временем проведения измерений, из выраженийThe essence of the invention is that in a method for determining the physicomechanical characteristics of a soil layer, mainly having a low and medium density, including vertical and shear loading of the layer according to Heaviside law by applying loads through a stamp with lugs, measuring vertical and shear deformation of the layer and determining instant linear and shear moduli layer and deformation parameters experienced creep curves at least three values for any deformation of time t 1, t 2 and t 3, og anichennyh time measurement, from the expressions
где Еi - мгновенные линейный и сдвиговой модули деформации. Па;where E i - instantaneous linear and shear deformation moduli. Pa;
εi - относительные вертикальная и сдвиговая деформации слоя;ε i are the relative vertical and shear deformations of the layer;
σi - нормальные и касательные напряжения под штампом, Па;σ i - normal and tangential stresses under the stamp, Pa;
Ki(t-τ) - функции скорости вертикальной и сдвиговой ползучести, с-1;K i (t-τ) are the functions of the velocity of vertical and shear creep, s -1 ;
Г (αi), Г (αin) - соответствующие им гамма-функции Эйлера;G (α i ), G (α i n) - the corresponding Euler gamma functions;
αi, Ai и βI - параметры опытных кривых ползучести;α i , A i and β I are the parameters of the experimental creep curves;
τ - текущее значение времени, с,τ is the current value of time, s,
при этом напряжения под штампом определяют по выражениюwhile the stress under the stamp is determined by the expression
σi=Fi/Si,σ i = F i / S i ,
где Fi - соответствующая нагрузка, приложенная к штампу, Н;where F i is the corresponding load applied to the stamp, N;
Si - площадь штампа, м2,S i - the area of the stamp, m 2 ,
измерение вертикальной и сдвиговой деформаций слоя производят в цилиндрических координатах, когда вертикальную и сдвиговую нагрузки прикладывают к штампу одновременно, сдвиговую нагрузку прикладывают к круглому штампу с размещенными под ним равномерно по окружности в радиальном направлении ближе к краю штампа грунтозацепами длиной не более половины его радиуса в виде крутящего момента, приложенного к его оси и реализуемого в виде нагрузки по касательной к окружности, проходящей через середину грунтозацепов штампа, измеряют вертикальную и сдвиговую деформации слоя почвогрунта косвенным методом через вертикальное и угловое смещения оси штампа, при этом в случае определения касательных напряжений под штампом нагрузка и площадь штампа определяются из выраженийthe vertical and shear deformations of the layer are measured in cylindrical coordinates, when the vertical and shear loads are applied to the stamp at the same time, the shear load is applied to the round stamp with radial displaced uniformly around the circumference closer to the edge of the stamp with a length of no more than half its radius in the form the torque applied to its axis and realized in the form of a load tangential to a circle passing through the middle of the stamp lugs is measured vertically indirect and shear deformations of the soil layer by an indirect method through the vertical and angular displacements of the axis of the punch, while in the case of determining tangential stresses under the punch, the load and area of the punch are determined from the expressions
Fi=M/r, Si=2πrL,F i = M / r, S i = 2πrL,
где М - приложенный к штампу момент, Н·м; r - радиус расположения середины грунтозацепов, м; L - длина грунтозацепов, м,where M is the moment applied to the stamp, N · m; r is the radius of the middle of the lugs, m; L is the length of the lugs, m,
а относительная сдвиговая деформация слоя в каждый момент времени определяется из выраженияand the relative shear deformation of the layer at each moment of time is determined from the expression
εi=γ·r/h,ε i = γ · r / h,
где γ - угол поворота штампа (или его оси), рад; h - толщина слоя почвогрунта, м.where γ is the angle of rotation of the stamp (or its axis), rad; h is the thickness of the soil layer, m
На фиг.1 изображена схема реализации способа. На фиг.2 изображены графики нагружения штампа по закону Хевисайда вертикальной σ(t) или сдвиговой τ(t) нагрузками и развития нормальной или касательной (сдвиговой) εi деформаций слоя почвогрунта. На фиг.3 представлен общий вид установки, с помощью которой апробировался предлагаемый способ.Figure 1 shows a diagram of the implementation of the method. Figure 2 shows the graphs of the stamp loading according to the Heaviside law of vertical σ (t) or shear τ (t) loads and the development of normal or tangential (shear) ε i deformations of the soil layer. Figure 3 presents a General view of the installation, with which tested the proposed method.
Способ реализуется следующим образом.The method is implemented as follows.
Круглый штамп 1 с размещенными под ним равномерно по окружности в радиальном направлении ближе к краю штампа грунтозацепами 2 длиной не более половины его радиуса устанавливают на поверхности слоя почвогрунта и нагружают одновременно постоянной вертикальной нагрузкой F1-F1, например, посредством собственного веса участника эксперимента, наступив при этом обеими ногами на платформу 3, опирающуюся на штамп через трубу 4 и опорный подшипник 5, и крутящим моментом М, прикладываемым к его оси 6, например, посредством груза 7 весом Fгр, блока 8, троса 9 и барабана 10, установленном на оси 4 штампа 1 соосно через подвижное шлицевое соединение 11 с возможностью вертикального перемещения оси 6 штампа 1. При этом при повороте круглого штампа почвогрунт не выпирает наружу в его середине, как это происходит при работе кольцевого штампа [7], что разрушает структуру почвогрунта.A
Постоянная касательная (сдвиговая) нагрузка F2, действующая по окружности и обеспечивающая действие касательных напряжений в слое почвогрунта в цилиндрических координатах, усредненно приложена к середине грунтозацепов 2 и определяется величиной крутящего момента М и радиусом расположения середины грунтозацепов r. При этом характер вертикального и сдвигового нагружения слоя почвогрунта через штамп соответствует закону Хевисайда (мгновенно нагружают штамп указанными нагрузками и выдерживают их в течение некоторого времени, необходимого для регистрации развития деформаций слоя почвогрунта во времени, или, что то же самое, - развития кривых ползучести). Измеряют вертикальную и горизонтальную (сдвиговую) деформации слоя почвогрунта, например, посредством специально разработанной программы [9] на ЭВМ 12 и датчика вертикальной и горизонтальной (сдвиговой) деформаций 13, представляющего собой известное устройство типа "мышь" для ЭВМ с размещенными в нем оптико-электронными датчиками и две нити 14, соединенные с барабаном 10 и платформой 3, переброшенные в виде петель через вращающиеся оси 15.The constant tangential (shear) load F 2 acting around the circumference and providing the action of tangential stresses in the soil layer in cylindrical coordinates is averaged applied to the middle of the
По зафиксированным на ЭВМ кривых ползучести слоя почвогрунта получают кривые изменения относительных вертикальных и сдвиговых деформаций слоя почпогрунта εi во времени (фиг.2).According to the creep curves of the soil layer fixed on the computer, curves of changes in the relative vertical and shear deformations of the soil layer ε i in time are obtained (Fig. 2).
Далее определяют параметры скорости функции ползучести, мгновенные модули линейной и сдвиговой деформации слоя. Пример их определения представлен в [8].Next, the creep function velocity parameters and the instantaneous linear and shear deformation of the layer are determined. An example of their definition is presented in [8].
Как показали испытания по проверке реализации предлагаемого способа с применением специально разработанной переносной установки (фиг.3), грунтозацепы должны быть размещены под круглым штампом равномерно по окружности в радиальном направлении ближе к краю штампа длиной не более половины его радиуса, иначе происходит разрушение структуры почвогрунта как при установке штампа на слой почвогрунта перед началом испытаний, так и в процессе испытаний, когда штамп поворачивается вокруг своей оси под действием прикладываемого крутящего момента. Такое разрушение структуры почвогрунта объясняется близким расположением грунтозацепов по отношению друг к другу в центральной части штампа.As tests have shown to verify the implementation of the proposed method using a specially designed portable installation (Fig. 3), the lugs should be placed under the round stamp evenly around the circumference in the radial direction closer to the edge of the stamp with a length of not more than half its radius, otherwise the soil structure will be destroyed as when installing the stamp on the soil layer before the start of testing, and during testing, when the stamp rotates around its axis under the action of applied torque but. Such a destruction of the soil structure is explained by the proximity of the lugs with respect to each other in the central part of the stamp.
Результаты предлагаемого способа определения физико-механических характеристик слоя почвогрунта с определением мгновенных модулей линейной и сдвиговой деформации, а также параметров опытных кривых ползучести, могут быть использованы, например, при определении колеи после прохода движителя любой мобильной техники, например, колеса или гусеницы, по известным методикам, например, изложенным в работах [10, 11].The results of the proposed method for determining the physicomechanical characteristics of the soil layer with the determination of instantaneous linear and shear strain moduli, as well as the parameters of the experimental creep curves, can be used, for example, to determine the rut after passing the mover of any mobile equipment, for example, a wheel or track, according to known methods, for example, described in [10, 11].
Преимущества предложенного способа наглядно представлены в таблице.The advantages of the proposed method are clearly presented in the table.
Источники информацииInformation sources
1. Форссблад Л. Вибрационное уплотнение грунтов и оснований / Пер. с англ. И.В.Гагариной. - М.: Транспорт, 1987. - 188 с.1. Forssblad L. Vibration compaction of soils and bases / Per. from English I.V. Gagarina. - M.: Transport, 1987 .-- 188 p.
2. Попова З.А. Исследование грунтов для дорожного строительства: (Лаборатор. и практич. работы). Учеб. пособие для техникумов. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Транспорт, 1985. - 126 с.2. Popova Z.A. Soil study for road construction: (Laboratory and practical work). Textbook allowance for technical schools. - 3rd ed., Revised. and add. - M.: Transport, 1985 .-- 126 p.
3. А.с. 1242746 СССР, МКИ G01M 17/00. Установка для исследования напряжений и перемещений грунта под опорами транспортного средства / В.М.Купцов, Н.Н.Полянсикий, Ю.Н.Теверовский, Е.Б.Цыганков, В.Д.Леонтьев, Г.В.Обминяный (СССР). - № 3822893/27 - 11; заяв. 10.12.84; опубл. 07.07.86, Бюл. № 25. - 5 с.: ил.3. A.S. 1242746 USSR, MKI G01M 17/00. Installation for the study of stresses and displacements of the soil under the supports of the vehicle / V.M. Kuptsov, N.N. Polyansikiy, Yu.N. Teverovsky, E.B. Tsygankov, V.D. Leontiev, G.V. Obmininyany . - No. 3822893/27 - 11;
4. А.с. 1418594 СССР, МКИ G01M 17/00. Устройство для исследования взаимодействия гусеничного трака с грунтом / А.А.Бенц, Б.Н.Пинигин, В.И.Репин, В.А.Сударчиков, Д.Б.Чернин (СССР). - № 4239548/31 - 11; заяв. 29.04.87; опубл. 23.08.88, Бюл. № 31. - 2 с.: ил.4. A.S. 1418594 USSR, MKI G01M 17/00. A device for studying the interaction of a tracked track with soil / A.A. Benz, B.N. Pinigin, V.I. Repin, V.A. Sudarchikov, D. B. Chernin (USSR). - No. 4239548/31 - 11; application 04/29/87; publ. 08/23/88, Bull. No. 31. - 2 p.: Ill.
5. А.с. 696333 СССР, МКИ G01M 17/00. Устройство для исследования взаимодействия гусеничного трака с грунтом / А.А.Бенц, Д.Б.Чернин Б.Н.Пинигин, Д.Г.Валиахметов (СССР). - № 2600499/27 - 11; заяв. 07.04.78; опубл. 05.11.79, Бюл. № 41. - 3 с.: ил.5. A.S. 696333 USSR, MKI G01M 17/00. A device for studying the interaction of a tracked track with soil / A.A. Benz, D. B. Chernin, B. N. Pinigin, D. G. Valiakhmetov (USSR). - No. 2600499/27 - 11; application 04/07/78; publ. 11/05/79, Bull. No. 41. - 3 p.: Ill.
6. Бенц А.А. Методика определения тяговых свойств трактора по сдвиговым характеристикам звена гусеницы / А.А.Бенц, Б.Н.Пинигин, В.А.Сударчиков, Д.Б.Чернин // Исследование силовых установок и шасси транспортных и тяговых машин: Тематический сборник научных трудов. - Челябинск: ЧПИ, 1985. - С.51-55.6. Benz A.A. The methodology for determining the traction properties of a tractor by the shear characteristics of a track link / A.A. Benz, B.N. Pinigin, V.A. Sudarchikov, D. B. Chernin // Research of power plants and chassis of transport and traction machines: Thematic collection of scientific papers . - Chelyabinsk: ChPI, 1985. - P. 51-55.
7. Беккер М.Г. Введение в теорию система "Местность - машина"; пер с англ. - М.: Машиностроение, 1973. - 520 с.7. Becker M.G. Introduction to the theory of the system "Terrain - machine"; per English - M.: Mechanical Engineering, 1973. - 520 p.
8. Патент РФ № 2237239. Способ определения физико-механических характеристик слоя почвогрунта / С.В.Носов, М.В.Рощупкин, П.А.Бондаренко, Б.А.Маслов // Заявка № 2002132346/03(034243) от 02.12.2002. Положительное решение о выдаче патента на изобретение от 12.04.2004. Зарегистрировано в Гос. реестре изобретений РФ 27.09.2004. БИПМ № 27 (II ч.).8. RF patent No. 2237239. A method for determining the physicomechanical characteristics of a soil layer / S.V. Nosov, M.V. Roshchupkin, P. A. Bondarenko, B. A. Maslov // Application No. 2002132346/03 (034243) from 12/02/2002. A positive decision to grant a patent for an invention dated April 12, 2004. Registered in State. the register of inventions of the Russian Federation 09/27/2004. BIPM No. 27 (II hours).
9. Носов С.В., Бондаренко П.А. Программа "Регистрация линейных перемещений". - Национальный информационный фонд неопубликованных документов. - Инв. Номер ВНТИЦ № ГР 50200700319. - Инв. Номер ОФАП № 7672 от 12.02.2007. - 5 с.9. Nosov S.V., Bondarenko P.A. The program "Registration of linear displacements". - National Information Fund of unpublished documents. - Inv. VNTITS No. ГР 50200700319. - Inv. OFAP No. 7672 dated February 12, 2007. - 5 sec.
10. Носов С.В. Оценка деформации и плотности слоя почвы при работе колесного трактора /С.В.Носов, П.А.Бондаренко // Тракторы и сельскохозяйственные машины. - 2004. - № 10, с.24-27.10. Nosov S.V. Assessment of deformation and density of the soil layer during the operation of a wheeled tractor / S.V. Nosov, P.A. - 2004. - No. 10, p.24-27.
11. Носов С.В., Перегудов Н.Е. Математическая модель взаимодействия гусеничного движителя с опорным основанием / С.В.Носов, Н.Е.Перегудов // Тракторы и сельскохозяйственные машины.- 2006. - № 11, с.29-33.11. Nosov S.V., Peregudov N.E. A mathematical model of the interaction of a caterpillar mover with a support base / S.V. Nosov, N.E. Peregudov // Tractors and agricultural machines.- 2006. - No. 11, p.29-33.
Claims (1)
где Ei - мгновенные линейный и сдвиговой модули деформации, Па;
εi - относительные вертикальная и сдвиговая деформации слоя;
σi - нормальные и касательные напряжения под штампом, Па;
Кi(t-τ) - функции скорости вертикальной и сдвиговой ползучести, с-1;
Г(αi), Г (αin) - соответствующие им гамма-функции Эйлера;
αi, Ai и βi - параметры опытных кривых ползучести;
τ - текущее значение времени, с, при этом напряжения под штампом определяют по выражению
σi=Fi/Si,
где Fi - соответствующая нагрузка, приложенная к штампу, Н;
Si - площадь штампа, м2,
отличающийся тем, что измерение вертикальной и сдвиговой деформаций слоя производят в цилиндрических координатах, когда вертикальную и сдвиговую нагрузки прикладывают к штампу одновременно, сдвиговую нагрузку прикладывают к круглому штампу с размещенными под ним равномерно по окружности в радиальном направлении ближе к краю штампа грунтозацепами длиной не более половины его радиуса, в виде крутящего момента, приложенного к его оси и реализуемого в виде нагрузки по касательной к окружности, проходящей через середину грунтозацепов штампа, измеряют вертикальную и сдвиговую деформации слоя почвогрунта косвенным методом через вертикальное и угловое смещения оси штампа, при этом в случае определения касательных напряжений под штампом нагрузка и площадь штампа определяются из выражений
Fi=M/r, Si=2πrL,
где М - приложенный к штампу момент, Н·м;
r - радиус расположения середины грунтозацепов, м;
L - длина грунтозацепов, м, а относительная сдвиговая деформация слоя в каждый момент времени определяется из выражения
εi=γ·r/h,
где γ - угол поворота штампа (или его оси), рад;
h - толщина слоя почвогрунта, м. A method for determining the physicomechanical characteristics of a soil layer, mainly having a low and medium density, including vertical and shear loading of the layer according to Heaviside law by applying loads through a stamp with lugs, measuring vertical and shear deformation of the layer and determining instantaneous linear and shear modulus of layer deformation and parameters experienced creep curves at least three values for any deformation of time t 1, t 2 and t 3, limited time measurements of yrazheny
where E i - instantaneous linear and shear deformation moduli, Pa;
ε i are the relative vertical and shear deformations of the layer;
σ i - normal and tangential stresses under the stamp, Pa;
To i (t-τ) are the functions of the velocity of vertical and shear creep, s -1 ;
G (α i ), G (α i n) - the corresponding Euler gamma functions;
α i , A i and β i are the parameters of the experimental creep curves;
τ is the current value of time, s, while the stress under the stamp is determined by the expression
σ i = F i / S i ,
where F i is the corresponding load applied to the stamp, N;
S i - the area of the stamp, m 2 ,
characterized in that the measurement of the vertical and shear deformations of the layer is carried out in cylindrical coordinates, when the vertical and shear loads are applied to the stamp at the same time, the shear load is applied to the round stamp with uniformly placed circumference in the radial direction closer to the edge of the stamp with lugs no more than half its radius, in the form of a torque applied to its axis and realized in the form of a load tangential to a circle passing through the middle of the head lugs MPa, the vertical and shear deformations of the soil layer are measured by an indirect method through the vertical and angular displacements of the axis of the stamp, and in the case of determining tangential stresses under the stamp, the load and area of the stamp are determined from the expressions
F i = M / r, S i = 2πrL,
where M is the moment applied to the stamp, N · m;
r is the radius of the middle of the lugs, m;
L is the length of the lugs, m, and the relative shear deformation of the layer at each moment of time is determined from the expression
ε i = γ · r / h,
where γ is the angle of rotation of the stamp (or its axis), rad;
h is the thickness of the soil layer, m
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008109671/03A RU2366944C1 (en) | 2008-03-11 | 2008-03-11 | Method for determination of physical-mechanical characteristics of soil layer |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008109671/03A RU2366944C1 (en) | 2008-03-11 | 2008-03-11 | Method for determination of physical-mechanical characteristics of soil layer |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2366944C1 true RU2366944C1 (en) | 2009-09-10 |
Family
ID=41166697
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2008109671/03A RU2366944C1 (en) | 2008-03-11 | 2008-03-11 | Method for determination of physical-mechanical characteristics of soil layer |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2366944C1 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2446251C1 (en) * | 2010-08-16 | 2012-03-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное предприятие "Геотек" (ООО "НПП "Геотек") | Method and device to test soils with static and dynamic load |
| RU2548725C1 (en) * | 2013-12-17 | 2015-04-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Липецкий государственный технический университет" (ЛГТУ) | Method of determining physical and mechanical characteristics of soil layer |
| CN106769523A (en) * | 2016-12-23 | 2017-05-31 | 中国人民解放军军械工程学院 | Measurement apparatus for measuring soil mechanics characteristic |
-
2008
- 2008-03-11 RU RU2008109671/03A patent/RU2366944C1/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| БИРЮКОВ Н.С. и др. Методическое пособие по определению физико-механических свойств грунтов. - М.: Недра, 1975, с.127-150, 156-160. КОЛТУНОВ М.А. Ползучесть и релаксация. - М.: Высшая школа, 1976, с.5-28. * |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2446251C1 (en) * | 2010-08-16 | 2012-03-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное предприятие "Геотек" (ООО "НПП "Геотек") | Method and device to test soils with static and dynamic load |
| RU2548725C1 (en) * | 2013-12-17 | 2015-04-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Липецкий государственный технический университет" (ЛГТУ) | Method of determining physical and mechanical characteristics of soil layer |
| CN106769523A (en) * | 2016-12-23 | 2017-05-31 | 中国人民解放军军械工程学院 | Measurement apparatus for measuring soil mechanics characteristic |
| CN106769523B (en) * | 2016-12-23 | 2024-01-26 | 中国人民解放军陆军工程大学 | Measuring device for measuring mechanical properties of soil |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2365916C1 (en) | Device for investigation of physical-mechanical characteristics of soil layer | |
| US7073374B2 (en) | Soil compaction measurement on moving platform | |
| CN204269495U (en) | A kind of ground surface material accelerates abrasion laboratory testing rig | |
| CN105891107B (en) | Ground surface material friction performance testing device and method | |
| Guzzarlapudi et al. | Comparative studies of lightweight deflectometer and Benkelman beam deflectometer in low volume roads | |
| CN103743579B (en) | A kind of caterpillar track ground pressure simulation test device | |
| Levenberg | Inferring pavement properties using an embedded accelerometer | |
| US20090214300A1 (en) | Devices, systems, and methods for measuring and controlling compactive effort delivered to a soil by a compaction unit | |
| RU2366944C1 (en) | Method for determination of physical-mechanical characteristics of soil layer | |
| Wang et al. | Modeling, calibration and validation of tractive performance for seafloor tracked trencher | |
| Arraigada et al. | Evaluation of accelerometers to determine pavement deflections under traffic loads | |
| Mohsenimanesh et al. | Modelling of pneumatic tractor tyre interaction with multi-layered soil | |
| RU2548725C1 (en) | Method of determining physical and mechanical characteristics of soil layer | |
| Sandu et al. | Hybrid soft soil tire model (HSSTM). Part III: Model parameterization and validation | |
| Yahya et al. | UPM indoor tyre traction testing facility | |
| RU2237239C2 (en) | Method for determining physical and mechanical properties of soil and ground layer | |
| RU2540432C1 (en) | Device for study of physical and mechanical characteristics of soil layer | |
| Mähönen et al. | Portable bevameter for measuring snow properties in field | |
| Broutin | Assessment of flexible airfield pavements using Heavy Weight Deflectometers. Development of a FEM dynamical time-domain analysis for the backcalculation of structural properties. | |
| Pytka et al. | A new optical method for soil stress and strain investigation | |
| Levenberg et al. | Estimating the coefficient of at-rest earth pressure in granular pavement layers | |
| RU2236673C1 (en) | Device for determining physico-mechanical characteristics of soil layer | |
| Mardani et al. | An indoor traction measurement system to facilitate research on agricultural tires | |
| CN112177064B (en) | Shear box device for simulating foundation pit wall soil interface | |
| NO320237B1 (en) | Method and apparatus for painting the load carrying capacity of a platform |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20100312 |