RU2615598C1 - Способ хрусталева е.н. определения физических параметров прочности материальной среды - Google Patents
Способ хрусталева е.н. определения физических параметров прочности материальной среды Download PDFInfo
- Publication number
- RU2615598C1 RU2615598C1 RU2015147531A RU2015147531A RU2615598C1 RU 2615598 C1 RU2615598 C1 RU 2615598C1 RU 2015147531 A RU2015147531 A RU 2015147531A RU 2015147531 A RU2015147531 A RU 2015147531A RU 2615598 C1 RU2615598 C1 RU 2615598C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- medium
- angle
- pressure
- value
- specific
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N3/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
- G01N3/08—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress by applying steady tensile or compressive forces
- G01N3/10—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress by applying steady tensile or compressive forces generated by pneumatic or hydraulic pressure
- G01N3/12—Pressure testing
Landscapes
- Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области физики материального контактного взаимодействия, а именно к способам определения удельного сцепления и угла внутреннего трения материальной связной среды, воспринимающей давление свыше гравитационного.
Способ 1 определения физических параметров прочности материальной среды плоским жестким штампом заключается в установлении при лабораторном сдвиге образцов, например, грунта и торфа ненарушенной структуры в условиях компрессии угла внутреннего трения и удельного сцепления С=Сстр среды при построении графика Кулона-Мора предельного состояния среды под давлением pi, где τi - напряжение сдвига среды под давлением сжатия pi, определении расчетного удельного веса среды ненарушенной и нарушенной структуры и , ее расчетного угла внутреннего трения с нарушенной структурой , расчетного бытового давления , на глубине h, определении уточненного значения:
1) удельного сцепления подтопленной среды , , гравитационного давления , , удельного веса при , рб>0 и отсутствии атмосферного давления;
3) удельного сцепления среды , и уточняют значения: удельного веса среды , и уточняют значения удельного веса среды , и гравитационного давления , , рб.<0 и доступе атмосферного давления ратм=1,033 (кГ/см2).
Способ 2 определения физических параметров прочности материальной среды сферическим штампом включает нагружение сухой среды усилием Р диаметром D с замером текущей осадки St до момента ее стабилизации во времени t, разгрузку сферы, определение ее контактной осадки So и по результатам испытаний - длительного сцепления Сдл, сферу в среду погружают не менее трех раз через динамометрический упругий элемент на заданную глубину St1<St2<Stk, величину которых поддерживают постоянной во времени t стабилизации соответствующих усилий P1, P2, Pk, после чего сферу разгружают с замером диаметра отпечатка диаметром dk. Далее рассчитывают осадки сферы при давлениях рср=Pk/[πSo(D-So)], строят график и касательные прямые к точкам графика, соответствующим усилиям P1, P2, Pk до пересечения с осью абсцисс; радиусами ρ, равными разнице значений рср и соответствующих им точек пересечения касательных с осью абсцисс, строят круги Мора и проводят к ним касательную прямую (maxτпр)=рср.⋅tgθ+Сэ до пересечения с осями абсцисс и ординат, с графика снимают предельный угол θ внутреннего трения грунта и отмеряют мгновенное эквивалентное сцепление Сэ, рассчитывают угол внутреннего трения среды в структурированном состоянии и удельное сцепление , радиусом Ro от начала координат графика проводят полуокружность, соприкасающуюся с ним и отсекающую на оси абсцисс точку, соответствующую предельному напряжению на растяжение σp=2Ro=2Сэ⋅cosθ/(1+sinθ), значению которого соответствует длительное сцепление .
Далее через сферу к среде прикладывают возрастающее усилие Рс>Pk до момента стабилизации его предельной величины Pc=const при регистрации соответствующей ему осадки Sc среды, при которой угол сектора полуконтакта сферы со средой , где , и определяют величину длительного сцепления для мерзлой среды - как , для обычной грунтовой среды - как ,
За мгновенное эквивалентное сцепление грунтовой среды и торфа принимают величину атмосферного давления при предельном угле внутреннего трения среды , где - угол внутреннего трения среды с нарушенной структурой, удельное сцепление структурированной грунтовой среды и торфа определяют как , а величину длительного сцепления - по выражению при , для мерзлой и обычной грунтовой среды и торфа структурное сцепление определяют как , а эквивалентное сцепление как .
Технический результат - получение при угле внутреннего трения достоверных значений параметров удельного сцепления материальной среды в сухом и обводненном состоянии в структурированном и нарушенном состоянии, уточняющих величину гравитационного давления среды рстр.б., рн.б. и ее удельного веса , . 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 6 ил.
Description
Изобретение относится к области физики материального контактного взаимодействия, конкретно к способу получения определяющих физических параметров удельного сцепления и угла внутреннего трения структурированной и нарушенной по структуре материальной среды.
1. Известен способ определения физических параметров - угла ϕ=ϕстр внутреннего трения и удельного сцепления С=Сстр грунтовой материальной среды в массиве с ненарушенной структурой, заключающийся в том, что из массива отбирают образцы среды с ненарушенной структурой, выдерживают их под гравитационной бытовой нагрузкой , где - удельный вес среды, h - глубина отбора образца из массива среды, поочередно образцы заряжают в кольцевую обойму сдвигового прибора, производят обжатие каждого из них плоским штампом возрастающей ступенью нагрузки pi и плоскостной срез обжатого образца с замером сопротивления сдвига τ, отличающийся тем, что строят график зависимости Кулона-Мора и при нулевом давлении р=0 в условиях компрессии определяют удельное сцепление Сстр и угол внутреннего трения среды ненарушенной структуры [1].
Недостатком известного способа является определение параметров и Сстр среды ненарушенной структуры при гидростатическом бытовом давлении , когда связная среда обладает в массиве бытовым давлением . Проектировщиков интересуют давление пригрузок р>рб. от действующих сооружений, когда требуется значение углов ϕ=ϕн и удельного сцепления С=Сн среды с нарушенной структурой. С другой стороны, испытания ненарушенных образцов среды на сдвиг в лабораториях производят в условиях компрессии, а не с поверхности полупространства массива, в связи с чем параметры ϕстр и Сстр получают искаженными, отличными от действительных.
Известен способ определения физических параметров прочности ненарушенной структуры грунтовой материальной среды в массиве методом поступательного среза лопастным сдвигомером-прессиометром Л.С. Амаряна, заключающийся в том, что бурят вертикальную скважину в массиве среды, в скважину задавливают на заданную глубину h двутавровый рабочий наконечник сдвигомера-прессиометра с обрезанием ее боковых стенок плоскими полками, из боковых полок двутаврового наконечника выдвигают поочередно возрастающими ступенями давления pi жесткие плоские штампы с поперечными грунтозацепами, далее производят сдвиг среды на глубине h на каждой ступени давления pi>рб., выше бытового давления в момент стабилизации осадок среды под ступенями давления путем поступательного среза под напряжением τi - обжатой среды в скважине, по полученным данным pi и τi строят график Кулона-Мора и определяют параметры прочности среды ϕ=ϕстр и С=Сстр [2, 3].
Получаемые лопастными прессиометрами-сдвигомерами параметры прочности и Сстр не совпадают с лабораторными данными исследований образцов среды ϕ=ϕстр и С=Сстр ненарушенной структуры в условиях компрессионного сжатия, поэтому метод поступательного среза среды лопастными прессиометрами-сдвигомерами не получает распространения. В действительности срез среды, обжатой давлением штампов лопастных сдвигомеров-прессиометров, производится уже в нарушенном состоянии ее структуры обжимающим давлением р>рб. и параметры прочности получают по графику Кулона-Мора именно в виде ϕн и С=Сн интересующем проектировщиков.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ определения физических параметров прочности нарушенной структуры грунтовой материальной среды и торфа под запроектированной нагрузкой р>рб., превышающей ее структурную прочность, заключающийся в том, что на образцах в лаборатории определяют угол ϕ=ϕстр внутреннего трения и удельного сцепления С=Сстр среды ненарушенной структуры при построении графика Кулона-Мора предельного состояния среды под давлением pi, где τi - напряжение сдвига среды под давлением сжатия, заключающийся в том, что моментом начала нарушения структурной прочности связной материальной среды считают достижение под штампом давления, равного бытовому давлению на отметке h массива ее естественного сложения, при этом угол внутреннего трения среды с нарушенной структурой определяют из выражения , где угол - угол внутреннего трения среды ненарушенной структуры, угол , причем удельное сцепление среды нарушенной структуры определяют как [4].
Получаемые параметры прочности и Сстр материальной среды в массиве в структурированном состоянии при построении графика Кулона-Мора имеют низкую точность определения их величины, связанную с вероятностным методом построения графика предельного состояния среды [3], что в свою очередь отражается на точности определения расчетных параметров прочности среды в нарушенном по структуре состоянии и .
Целью предлагаемого изобретения является повышение точности определения удельного сцепления и угла внутреннего трения материальной среды в массиве в структурированном и нарушенном состоянии.
Технический результат по способу определения физических параметров прочности дисперсной материальной среды, заключающемуся в том, что определяют при лабораторном сдвиге образцов, отобранным с глубины h массива грунтовой среды ненарушенной структуры, в условиях компрессии под жестким плоским штампом расчетный угол внутреннего трения и расчетное удельное сцепление среды ненарушенной структуры при построении графика Кулона-Мора ее предельного состояния под давлением pi, где τi - напряжение сдвига среды под давлением сжатия pi, лабораторным методом по образцам определяют удельный вес , рассчитывают главное гравитационное (бытовое) давление среды , где - удельный вес воды, hв - уровень воды на отметке h массива естественного сложения, и определяют расчетный угол внутреннего трения среды с нарушенной структурой , достигается тем, что при главном гравитационном давлении рб.стр>0 на глубине массива структурированной среды и отсутствии атмосферного давления (ратм=0) расчетное гравитационное давление среды с нарушенной структурой определяют как , где - расчетный удельный вес среды в нарушенном состоянии, а точное отрицательное значение удельного сцепления структурированной среды в массиве определяют как , а среды с нарушенной структурой - как при уточнении параметров гравитационного давления среды , и удельного веса - как , , причем при главном гравитационном давлении рб.стр.=0 на глубине массива структурированной среды и доступе атмосферного давления ратм=1,033 (кГ/см2) величину расчетного отрицательного удельного сцепления среды определяют по зависимости при уточнении параметров углов внутреннего трения среды , , отрицательного удельного сцепления среды и ее удельного веса , при этом при главном бытовом давлении рб.стр<0 на глубине массива структурированной среды и доступе атмосферного давления ратм=1/033 (кГ/см2) величину расчетного отрицательного удельного сцепления среды определяют по зависимостям , при уточненных углах внутреннего трения среды , и уточняют отрицательные значения удельного сцепления среды , при ее уточненном удельном весе , и гравитационном давлении на глубине h , .
Предлагаемый способ позволяет при знании величины гравитационного давления или удельного веса среды на заданной глубине h массива и при знании угла внутреннего трения определять величину удельного сцепления среды в структурированном и нарушенном по структуре состоянии и наоборот. Предлагаемые аналитические расчетные зависимости взаимно уточняют друг друга и повышают точность определения несущей способности материальной среды под нагрузкой при достоверном определении ее параметров удельного сцепления Сстр и Сн и угла внутреннего трения и .
Предлагаемый способ базируется на новых закономерностях физики материального контактного взаимодействия, по которым гравитационное давление в связных средах определяется по точным зависимостям как , а в обводненных грунтах как , где - удельный вес воды, hв - уровень воды на отметке h массива среды естественного сложения. В механике грунтов академиком Н.А. Цытовичем [1] бытовое давление в обводненных грунтовых средах определяют по зависимости с учетом взвешивающего давления воды и ошибочно принимая обводненный грунт также за безсвязную среду . На сегодняшний день научные положения Н.А. Цытовича для обводненной среды перенесены ошибочно на осушенную материальную среду, и уже принимают бытовое давление для осушенной среды как , а для обводненной среды с прежними ошибками как .
2. Известен способ определения параметров прочности материальной мерзлой грунтовой и торфяной среды, включающий ее нагружение усилием Р жесткого сферического штампа диаметром D до стабилизации осадки St, разгрузку штампа с замером мессурой его осадки по остаточному диаметру dк лунки сжатия, определение длительного сцепления мерзлой среды как Сдл.=0,18⋅P/(πDSo) [6].
Недостатком известного способа является низкая расчетная точность параметров прочности мерзлой среды при несоответствии остаточной осадки лунки сжатия контактной осадке So сферы, взаимодействующей с мерзлой средой. Диаметр остаточной лунки сжатия соответствует только остаточным пластическим деформациям, так как упругие остаточные деформации после разгрузки сферы в лунке сжатия восстанавливаются.
Известен способ определения параметров прочности мерзлой и обычной грунтовой и торфяной среды, включающий их нагружение усилием Р жесткой сферы диаметром D с замером текущей осадки St до момента ее стабилизации во времени t, разгрузку сферы, определение ее контактной осадки So и по результатам испытании - длительного сцеплении Сдл., отличающийся тем, что усилие на сферу при испытании среды передают через динамометрический упругий элемент, сферу в среду погружают принудительно не менее трех раз на заданные глубины St1<St2<Stk, величину которых поддерживают постоянной до момента времени t стабилизации соответствующих усилий P1, P2, Pk, после чего производят разгрузку сферы с замером окружностей оставшегося на среде отпечатка диаметром dк, рассчитывают контактные осадки сферы , соответствующие средним контактным давлениям рср.=Pk/[πSo(D-So)], строят график зависимости и касательные прямые линии к точкам графика, соответствующим усилиям P1, P2, Pk до пересечения с осью абсцисс; радиусами ρ, равными разнице значений рср. и соответствующих им точек пересечения касательных с осью абсцисс, строят круги напряжений Мора максимально предельного состояния среды при растяжении, и проводят к ним общую касательную прямую (maxτпр)=рср.⋅tgθ+Cэ до пересечения с осями абсцисс и ординат, с графика снимают предельный угол θ° внутреннего трения грунта [5] и отмеряют мгновенное эквивалентное сцепление Сэ, рассчитывают угол внутреннего трения и удельное сцепление , радиусом Ro от начала координат графика проводят полуокружность, соприкасающуюся с ним и отсекающую на оси абсцисс точку, соответствующую предельному напряжению на растяжение σp=2⋅Ro=2⋅Сэ⋅cosθ/(1+sinθ), значению которого по графику соответствует длительное сцепление , далее через сферу к среде прикладывают постоянно возрастающее усилие Рс>Pk до момента стабилизации его предельной величины Pc=const при регистрации соответствующей ему общей осадки Sc среды, при которой угол сектора полуконтакта сферы со средой равен ψ°=arcsin(2rc/D), где , предельный угол внутреннего трения проверяют по выражению θ=π/2-2ψ, тогда для мерзлой среды (при ϕ°=0°) длительное сцепление равно ,
Научные положения физики материального контактного взаимодействия существенно уточняют параметры прочности материальной среды при ее испытании по известному способу давлением сферическим штампом:
1) угол ϕ° внутреннего трения среды следует относить к среде, находящейся в структурированном состоянии ,
3) удельное сцепление следует относить при р>рб к среде в нарушенном состоянии С=Сн,
5) влажная среда при сцеплении воды Св,стр≈0, угле внутреннего трения [9] в мерзлом структурированном состоянии при Св>>0 и определяется предельным углом внутреннего трения льда при угле внутреннего трения льда с нарушенной структурой [4],
6) линии сдвигов среды на глубине массива под штампом развиваются вглубь от центра и к краям штампа при отрицательных значениях касательных напряжений (-τxy).
Поставлена цель - с позиции новых научных положений физики материального контактного взаимодействия повысить точность и достоверность определения параметров прочности материальной среды в обычном и мерзлом состоянии сферическим штампом.
Технический результат по способу определения физических параметров прочности материальной среды, включающему нагружение обычной и мерзлой грунтовой и торфяной среды усилием Р жесткого сферического штампа диаметром D с замером текущей осадки St до момента ее стабилизации во времени t, разгрузку сферы, определение ее контактной осадки So и по результатам испытаний - длительного сцепления Сдл., при этом усилие на сферу при испытании среды передают через динамометрический упругий элемент, сферу в среду погружают принудительно не менее трех раз на заданную глубину St1<St2<Stk, величину которой поддерживают постоянной до момента времени t стабилизации соответствующих усилий Pl, Р2, Pk, после чего производят разгрузку сферы с замером окружностей оставшегося на среде отпечатка диаметром dк, рассчитывают контактные осадки сферы , соответствующие средним контактным давлениям рср.=Pk/[πSo(D-So)], строят график зависимости и касательные прямые линии к точкам графика, соответствующим усилиям Р1, Р2, Pk до пересечения с осью абсцисс; радиусами ρ, равными разнице значений рср. и соответствующих им точек пересечения касательных с осью абсцисс, строят круги напряжений Мора при растяжении и проводят к ним общую касательную прямую (maxτпр)=рср.⋅tgθ+Сэ до пересечения с осями абсцисс и ординат, с графика снимают предельный угол внутреннего трения среды θ и отмеряют мгновенное эквивалентное сцепление Сэ, рассчитывают угол внутреннего трения среды и удельное сцепление , радиусом Ro от начала координат графика проводят полуокружность, соприкасающуюся с ним и отсекающую на оси абсцисс точку, соответствующую предельному напряжению на растяжение σp=2⋅Ro=2⋅Сэ⋅cosθ/(1+sinθ), значению которого по графику соответствует длительное сцепление , далее через сферу к среде прикладывают постоянно возрастающее усилие Рс>Pk до момента стабилизации его предельной величины Pc=const при регистрации соответствующей ему общей осадки Sc среды, при которой угол сектора полуконтакта сферы со средой равен ψ°=arcsin(2rc/D), где , и определяют величину длительного сцепления для мерзлой грунтовой и торфяной среды как: , для обычной грунтовой среды как: , для обычной торфяной среды - как: , при сцеплении , а угол внутреннего трения среды уточняют как , достигается тем, что предельную осадку среды Sc под сферическим штампом принимают при угле сектора полуконтакта равным , где - угол внутреннего трения среды в структурированном состоянии, за мгновенное эквивалентное сцепление обычной грунтовой среды и торфа принимают величину атмосферного давления , при предельном угле внутреннего трения среды , где - угол внутреннего трения среды с нарушенной структурой, удельное сцепление структурированной грунтовой среды и торфа определяют как , длительное сцепление - по выражению при , для мерзлой и обычной грунтовой и торфяной среды структурное сцепление определяют как , а эквивалентное сцепление - как .
Изобретение поясняется графическими материалами, где на фиг. 1 представлены графики Кулона-Мора предельного состояния структурированной среды и предельного состояния материальной среды с нарушенной структурой на глубине ; на фиг. 2 - эпюры контактных напряжений под и за краями штампа (на поверхности воронки сжатия); на фиг. 3 - графики предельного состояния массива материальной среды на глубине при рб=0; на фиг. 4 - графики предельного состояния массива материальной среды на глубине при рб<0; на фиг. 5 - графики испытания обычной и мерзлой грунтовой и торфяной среды сферическим штампом (фиг. 5, а) (фиг. 5, б) (maxτпр)=рср.⋅tgθ+Сэ, совмещенные с истинным графиком предельного состояния среды (фиг. 5, в); на фиг. 6 - круги предельных напряжений Мора и положение осредняющей прямой сдвига при трехосевом сжатии мерзлого торфа при температуре (-3°C).
По способу 1 согласно известной методике определении максимальной контактной прочности обычной материальной связной среды в условиях плоской деформации [5], график поверхности полупространства выглядит в виде трех кругов Мора (фиг. 1): круга 1 предельного состояния среды под подошвой штампа, круга 2 предельного состояния среды за краями штампа и охватывающего их круга 3 Мора, суммирующего предельное напряженное состояние среды в целом (под и за пределами контакта штампа со средой в воронке сжатия). Предельное состояние среды в воронке растяжения-сжатия под и за краями штампа представлено в виде эпюр контактных напряжений (фиг. 2) с зонами сдвиговых деформаций под краями штампа (эпюра 4) и с зонами растяжения-сжатия за краями штампа (эпюра 5) в деформационной воронке 6.
Из тригонометрических соотношений графика Кулона-Мора (фиг. 1) определяем, что , откуда угол внутреннего трения нарушенной структуры деформируемой среды .
Главное гравитационное давление на глубине h структурированного массива среды с подтоплением водой на глубине hв определяют по зависимости при действующем давлении .
По предлагаемому способу определяют главное гравитационное давление массива среды с нарушенной структурой и удельным весом по зависимости .
Вариант 1 реализации способа при при рб.стр>0 и без доступа атмосферного давления (ратм=0) (фиг. 1).
1) При глубине исследования h=200 см и присутствии воды с глубины hв=97 см получают расчетную величину гравитационного давления суглинка с удельным сцеплением , и , равную при , имеющего отрицательное значение (фиг. 2) на линиях 7 сдвига .
3) По предлагаемому способу величина гравитационного давления , тогда при находим для обводненного массива среды и (фиг. 3).
Для суглинка с уровнем грунтовых вод hв=97 см находят расчетные значения или , принимают . Для суглинка с нарушенной структурой принимают .
4) Находят величину главного гравитационного давления как - для массива среды с нарушенной структурой.
По Н.А. Цытовичу и , что в 3 раза превышает расчетные значения по предлагаемым зависимостям. Окончательно принимают величины: , , рб.стр.=0,1137 (кГ/см2) и рб.н.=0,0099 (кГ/см2), .
Вариант 2 реализации способа при , рб.стр=0, , доступе атмосферного давления ратм=1,033 (кГ/см2) (фиг. 3) и hв=0.
При исследовании суглинка в массиве на глубине лабораторными методами определяют параметры: , , , а расчетными методами получают: , .
1) По предлагаемому способу величина главного гравитационного давления на глубине 125 см равна , откуда расчетная величина удельного сцепления равна и имеет отрицательное значение, что определено знаком сжимающих приповерхностных тангенциальных напряжений (-τсж), растягивающих по вертикали вверх (y поверхности Земли) суглинок и уравновешиваемых активным напряжением τа.стр=ратм, а расчетная величина .
2) При удельном сцеплении Сстр=-0,2317 (кГ/см2) (определенном в лабораторных условиях со знаком «минус» с учетом растягивающих тангенциальных напряжений в натурных условиях работы массива среды (фиг. 2), уравновешиваемых всесторонним давлением атмосферы находят уточненное значение угла внутреннего трения суглинка на глубине h=125 см из выражения .
6) Величина гравитационного давления в массиве составляет , при отрицательных тангенциальных напряжениях .
Величину активных сжимающих давлений определяют как ра.стр.=ра.н.=ратм+рб.=1,033+0=1,033 (кГ/см2).
Вариант 3 реализации способа при и доступе атмосферного давления ратм=1,033 (кГ/см2) (фиг. 4) и hв=0.
При исследовании суглинка в массиве на глубине лабораторными методами в компрессионных условиях определяют параметры , , , а расчетными методами получают: при .
1) По предлагаемому способу величина расчетного удельного сцепления равна для растягиваемого по вертикали (и сжимаемого по горизонтали) суглинка при величине активного тангенциального напряжения τа,стр=1,033-0,3817=0,6513 (кГ/см2).
3) Точные значения удельного сцепления находят как
4) Уточняют удельный вес суглинка как
5) Величину гравитационного давления определяют как
Величину активного сжимающего давления определяют как ра,стр=ратм+рб.стр=1,033-0,41=0,623 (кг/см2) и ра,н=ратм+рб.н=1,033-0,355=0,678 (кГ/см2).
По способу 2 определение параметров прочности среды производят следующим образом. На поверхность материальной среды (фиг. 5) устанавливают сферический штамп диаметром D. С помощью винтового домкрата производят сжатие динамометрической пружины и передачу возрастающего усилия Р сжатия пружины на сферический штамп 8 (фиг. 5, а) до тех пор, пока заданная осадка штампа не консолидируется до постоянной принятой величины St1=const, выдержанной во времени t. Осадку St1 и соответствующее усилие на штамп 8 фиксируют путем перевода деформации пружины по тарировочному графику в усилие P1. Для повышения точности определения прочностных характеристик среды назначают последовательно осадки штампа St2>St1, St3>St2, стабилизированным значениям которых соответствуют усилия Р2 и Р3 на штамп 8. Погружение сферы в среду производят на заданные величины ее осадок не менее трех раз. После каждого опыта производят замер диаметра поверхности погруженной в среду сферы dк и определяют ее контактную осадку .
В прямоугольной системе координат строят график 9 (фиг. 5, б) зависимости , где среднее давление в зоне контакта сферы с основанием определяют по выражению (фиг. 5, а).
Через точки Рк1, Рк2 и Рк3 графика проводят касательные прямые линии 10 до пересечения с осью абсцисс и радиусами ρ1, ρ2, ρ3, равными разнице значений рср и точек пересечения касательных с осью абсцисс, строят круги 11 Мора максимального предельного состояния основания при растяжении. К кругам Мора проводят касательную прямую линию 12 зависимости (maxτпр)=рср.⋅tgθ+Сэ, с помощью которой с графика снимают предельный угол внутреннего трения, по оси ординат отмеряют мгновенное эквивалентное сцепление Сэ и рассчитывают значение угла внутреннего трения обычной или мерзлой грунтовой или торфяной среды ϕ=arcsin[(1-cosθ°/sinθ°)] и величину удельного сцепления .
Длительное сцепление среды определяют как
где σp=2Cэ⋅cosθ/(1+sinθ) - предельное напряжение на растяжение. Далее через сферу к среде прикладывают постоянно вырастающее усилие Рс>Рк до момента стабилизации его предельной величины P-const при регистрации соответствующей ему общей осадки Sc среды, при которой угол сектора полуконтакта сферы со средой равен , где . Определяют предельный угол внутреннего трения среды , где - угол внутреннего трения среды с нарушенной структурой.
Для обычной мерзлой грунтовой и торфяной среды удельного сцепления , а эквивалентное сцепление равно (фиг. 1), тогда получают величину и эквивалентного сцепления . Величину структурного сцепления определяют как при эквивалентном сцеплении .
При этом длительное сцепление для мерзлой грунтовой или торфяной среды определяют как , для обычного грунта - , для обычного торфа - , при величине удельного сцепления .
Пример 1 реализации способа. Стальной шарик диаметром D=22 мм вдавливают в мерзлый торф постоянно возрастающей нагрузкой до момента ее стабилизации Pc=const, при этом диаметр отпечатка составляет dк=8,95 мм при зафиксированной осадке шарика St=1,74 мм. Угол полуконтакта шарика с мерзлым торфом составил при температуре (-3°C) , что соответствует углу внутреннего трения мерзлого торфа в структурированном состоянии и углу в нарушенном состоянии при контактной осадке сферы . Предельный угол внутреннего трения мерзлого торфа равен .
Удельный вес мерзлого торфа составляет на глубине массива h=100 см. Далее шарик погружают в мерзлый торф на глубину St=0,62 мм до стабилизации усилия Рк=24,95Н=2,5473 кГ. Нагрузку снимают и замеряют диаметр dк=7,11 мм шаровой поверхности. Рассчитывают значение контактной осадки шарика .
Длительное сцепление мерзлого торфа равно . При величина эквивалентного сцепления будет равна , что соответствует данным трехосных испытаний торфяной среды при температуре (-3°C) [10].
Предельное напряжение на растяжение
Полученные данные полностью соответствуют результатам испытания образцов мерзлого торфа в приборах трехосного сжатия-растяжения (фиг. 6) [10].
Пример 2 реализации способа. Сферу диаметром D=200 мм вдавливают в обычный суглинок на глубины St1=0,131 см, St2=0,269 см, St3=0,842 см и фиксируют соответствующие им стабилизированные значения усилий вдавливания через динамический упругий элемент P1=26,9 Н, Р2=99,5 Н и Р3=481,0 Н. После разгрузки сферы замеряют соответствующие диаметры dк1=3,65 см, dк2=3,96 см, dк3=7,62 см отпечатков сфер при соответствующих давлениях в площади контакта рср1=0,04771 МПа, рср2=0,08 МПа, рср3=0,10605 МПа. Контактные осадки сферы составили: S01=0,09 см, S02=0,20 см, S03=0,092 см. В прямоугольных координатах строят график зависимости (фиг. 5), к точкам которого, соответствующим усилиям Рк1, Рк2, Рк3, проводят касательные линии до пересечения с осью абсцисс в точках р1, р2, р3 и радиусами ρ1=pcp1-р1, ρ2=рср2-р2, ρ3=рср3-р3, строят круги максимально предельных напряжений Мора, к которым проводят прямую (maxτпр)=рср.⋅tgθ+Cэ, отсекающую на оси ординат замеряемое значение мгновенного эквивалентного сцепления Сэ=1,033 (кГ/см2)=ратм, и измеряют угол между прямой и осью абсцисс θс=44,3°. Угол внутреннего трения находят как ϕ=arcsin[(1-cosθ)/sinθ]=arcsin[(1-cos44,3°)/sin44,3°]=24,0212°, ϕн=θ-ϕстр=44/3°-24,0212°=20,2788°, а величину удельного сцепления - как .
Предлагаемое изобретение существенно повышает точность определения прочностных характеристик материальной среды на базе новых теоретических положений физики материального контактного взаимодействия.
Источники информации, принятые во внимание при составлении заявочных материалов:
1. Цитович Н.А. Механика грунтов (краткий курс): Учебники для ВУЗов. - 3-е изд., доп. - М.: Высшая школа, 1979. - с. 41-48, с. 107.
2. Амарян Л.С. Свойства слабых грунтов и методы их изучения. - М.: «Недра», 1990. - с. 57-59.
3. Ingineering, №9, 2012. ГОСТ 21719-80. Грунты. Методы полевых испытаний на срез в скважинах и в массиве. - М.: Госстандарт СССР. - с. 16-17, 20.
4. Патент РФ №2537725 «Способ определения физических параметров прочности нарушенной структуры материальной среды» / Хрусталев Е.Н., Б.И. №1 за 10.01.2015 г.
5. Патент РФ №2265824, G01N 8/24. Б.И. №34 от 10.12.2005 г.
6. Роман Л.Т., Веретехина Э.Г. Определение деформационных характеристик мерзлых грунтов вдавливанием шарового штампа / Основания, фундаменты и механика грунтов. - 2004. - №2. С. 21-24.
7. Патент РФ №2345360 «Способ определения механических характеристик грунтового, торфяного и мерзлого основания» / Хрусталев Е.Н., Б.И. №3 за 27.01.2009 г.
8. Патент РФ №2536427 «Способ повышения проходимости движителя военной техники и устройство движителя военной техники» / Хрусталев Е.Н., Б.И. №35 от 20.12.2014 г.
9. Патент РФ №2539905 «Способ определения физических параметров воды» / Хрусталев Е.Н., Б.И. №3 от 27.01.2015 г.
10. Миронов В.А. Проектирование оснований и фундаментов сооружений в сложных инженерно-геологических условиях: Учебное пособие - Калинин: Калининский гос. университет, 1988. - С. 44 (рис. 26).
Claims (5)
1. Способ определения физических параметров прочности материальной среды, заключающийся в том, что определяют при лабораторном сдвиге образцов, отобранных с глубины h массива грунтовой среды ненарушенной структуры, в условиях компрессии расчетный угол внутреннего трения и расчетное удельное сцепление среды ненарушенной структуры при построении графика Кулона-Мора предельного состояния среды под давлением pi, где τi - напряжение сдвига среды под давлением сжатия pi, лабораторным методом по образцам определяют удельный вес исследуемой среды в структурированном состоянии , рассчитывают главное бытовое давление структурированной среды как , где - удельный вес воды, hв - уровень воды на отметке h массива естественного сложения, определяют расчетный угол внутреннего трения среды с нарушенной структурой как , отличающийся тем, что при главном бытовом давлении pб.стр.>0 на глубине массива структурированной среды и отсутствии атмосферного давления ратм=0 расчетное бытовое давление материальной среды с нарушенной структурой определяют как , где - расчетный удельный вес среды в нарушенном состоянии, а точное значение удельного сцепления структурированной среды определяют как , среды с нарушенной структурой как при уточнении параметров гравитационного давления среды в виде , удельного веса среды в виде , .
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при главном бытовом давлении pб.стр.=0 на глубине массива структурированной сухой среды и доступе атмосферного давления ратм=1,033 (кГ/см2) величину расчетного удельного сцепления среды определяют по зависимостям , уточняют значения углов внутреннего трения среды , , устанавливают значения точного удельного сцепления среды как и уточняют удельный вес среды как .
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при главном бытовом давлении pб.стр<0 на глубине массива структурированной сухой среды и доступе атмосферного давления ратм=1,033 (кГ/см2) величину расчетного удельного сцепления среды определяют по зависимостям , , уточняют значения углов внутреннего трения среды , , устанавливают значения уточненного удельного сцепления среды как , , уточняют значения удельного веса среды как и гравитационного давления на глубине h по зависимостям ,
4. Способ определения физических параметров прочности материальной среды, включающий нагружение обычной и мерзлой грунтовой и торфяной среды усилием Р жесткого сферического штампа диаметром D с замером текущей осадки St до момента ее стабилизации во времени t, разгрузку сферы, определение ее контактной осадки So и по результатам испытаниий - длительного сцепления Сдл., при этом усилие на сферу при испытании среды передают через динамометрический упругий элемент, сферу в среду погружают принудительно не менее трех раз на заданную глубину St1<St2<Stk, величину которой поддерживают постоянной до момента времени t стабилизации соответствующих усилий P1, P2, Pk, после чего производят разгрузку сферы с замером окружностей оставшегося на среде отпечатка диаметром dк, рассчитывают контактные осадки сферы , соответствующие средним контактным давлениям рср.=Pk/[πSo(D-So)], строят график зависимости и касательные прямые линии к точкам графика, соответствующим усилиям P1, P2, Pk, до пересечения с осью абсцисс; радиусами ρ, равными разнице значений рср. и соответствующих им точек пересечения касательных с осью абсцисс, строят круги напряжений Мора при растяжении и проводят к ним общую касательную прямую (maxτпр)=рср.⋅tgθ+Сэ до пересечения с осями абсцисс и ординат, с графика снимают предельный угол внутреннего трения среды θ и отмеряют мгновенное эквивалентное сцепление Сэ, рассчитывают угол внутреннего трения среды и удельное сцепление
, радиусом Ro от начала координат графика проводят полуокружность, соприкасающуюся с ним и отсекающую на оси абсцисс точку, соответствующую предельному напряжению на растяжение σp=2⋅Ro=2⋅Cэ⋅cosθ/(1+sinθ), значению которого по графику соответствует длительное сцепление , далее через сферу к среде прикладывают постоянно возрастающее усилие Рс>Pk до момента стабилизации его предельной величины Pc=const при регистрации соответствующей ему общей осадки Sc среды, при которой угол сектора полуконтакта сферы со средой равен ψ°=arcsin(2rc/D), где , и определяют величину длительного сцепления для мерзлой грунтовой и торфяной среды как , для обычной грунтовой среды как , для обычной торфяной среды как , при сцеплении , а угол внутреннего трения среды уточняют как , отличающийся тем, что предельную осадку среды Sc под сферическим штампом принимают при угле сектора полуконтакта равном , где - угол внутреннего трения среды в структурированном состоянии, за мгновенное эквивалентное сцепление обычной грунтовой среды и торфа принимают величину атмосферного давления , при предельном угле внутреннего трения среды , где - угол внутреннего трения среды с нарушенной структурой, удельное сцепление структурированной грунтовой среды и торфа определяют как , длительное сцепление - по выражению при , для мерзлой и обычной грунтовой и торфяной среды структурное сцепление определяют как , а эквивалентное сцепление как .
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015147531A RU2615598C1 (ru) | 2015-11-05 | 2015-11-05 | Способ хрусталева е.н. определения физических параметров прочности материальной среды |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015147531A RU2615598C1 (ru) | 2015-11-05 | 2015-11-05 | Способ хрусталева е.н. определения физических параметров прочности материальной среды |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2615598C1 true RU2615598C1 (ru) | 2017-04-05 |
Family
ID=58505929
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2015147531A RU2615598C1 (ru) | 2015-11-05 | 2015-11-05 | Способ хрусталева е.н. определения физических параметров прочности материальной среды |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2615598C1 (ru) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN108287112A (zh) * | 2018-01-31 | 2018-07-17 | 成都理工大学 | 一种基于三轴压缩试验测定岩石损伤参数的方法 |
CN108535121A (zh) * | 2018-03-07 | 2018-09-14 | 华能澜沧江水电股份有限公司 | 一种新的岩石统计损伤本构模型的构建方法 |
CN109001420A (zh) * | 2018-05-21 | 2018-12-14 | 深圳市工勘岩土集团有限公司 | 构造应力圆分析地质灾害或边坡稳定性的方法 |
CN109918758A (zh) * | 2019-02-28 | 2019-06-21 | 中南大学 | 一种基于Excel求解邓肯-张双曲线模型中参数的方法 |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2345360C2 (ru) * | 2007-03-05 | 2009-01-27 | Евгений Николаевич Хрусталёв | Способ определения механических характеристик грунтового, торфяного и мерзлого оснований |
RU2537725C1 (ru) * | 2013-08-15 | 2015-01-10 | Евгений Николаевич Хрусталёв | Способ определения физических параметров прочности нарушенной структуры материальной среды |
-
2015
- 2015-11-05 RU RU2015147531A patent/RU2615598C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2345360C2 (ru) * | 2007-03-05 | 2009-01-27 | Евгений Николаевич Хрусталёв | Способ определения механических характеристик грунтового, торфяного и мерзлого оснований |
RU2537725C1 (ru) * | 2013-08-15 | 2015-01-10 | Евгений Николаевич Хрусталёв | Способ определения физических параметров прочности нарушенной структуры материальной среды |
Non-Patent Citations (3)
Title |
---|
ГОСТ 20276-99.Грунты. Методы полевого определения характеристик прочности и деформируемости. - М.: МИТКС, Госстрой России, 1999. - 85 с.6. * |
ГОСТ 20276-99.Грунты. Методы полевого определения характеристик прочности и деформируемости. - М.: МИТКС, Госстрой России, 1999. - 85 с.6. Хрусталев Е.Н. Контактное взаимодействие в геомеханике. ч. I: Несущая способность оснований сооружений. - Тверь, ТГТУ, "Золотая буква", 2004. - С. 76. * |
Хрусталев Е.Н. Контактное взаимодействие в геомеханике. ч. I: Несущая способность оснований сооружений. - Тверь, ТГТУ, "Золотая буква", 2004. - С. 76. * |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN108287112A (zh) * | 2018-01-31 | 2018-07-17 | 成都理工大学 | 一种基于三轴压缩试验测定岩石损伤参数的方法 |
CN108535121A (zh) * | 2018-03-07 | 2018-09-14 | 华能澜沧江水电股份有限公司 | 一种新的岩石统计损伤本构模型的构建方法 |
CN108535121B (zh) * | 2018-03-07 | 2020-10-23 | 华能澜沧江水电股份有限公司 | 一种新的岩石统计损伤本构模型的构建方法 |
CN109001420A (zh) * | 2018-05-21 | 2018-12-14 | 深圳市工勘岩土集团有限公司 | 构造应力圆分析地质灾害或边坡稳定性的方法 |
CN109918758A (zh) * | 2019-02-28 | 2019-06-21 | 中南大学 | 一种基于Excel求解邓肯-张双曲线模型中参数的方法 |
CN109918758B (zh) * | 2019-02-28 | 2023-08-18 | 中南大学 | 一种基于Excel求解邓肯-张双曲线模型中参数的方法 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2615598C1 (ru) | Способ хрусталева е.н. определения физических параметров прочности материальной среды | |
Yang et al. | Laboratory investigation on the strength characteristic of frozen sand considering effect of confining pressure | |
RU2345360C2 (ru) | Способ определения механических характеристик грунтового, торфяного и мерзлого оснований | |
Tsuha et al. | Behaviour of displacement piles in sand under cyclic axial loading | |
Erguler et al. | Water-induced variations in mechanical properties of clay-bearing rocks | |
Tong et al. | Particle breakage of uniformly graded carbonate sands in dry/wet condition subjected to compression/shear tests | |
Harnett et al. | Evolution of mechanical properties of lava dome rocks across the 1995–2010 eruption of Soufrière Hills Volcano, Montserrat | |
Finno et al. | Effects of stress path rotation angle on small strain responses | |
Hsiung et al. | Evaluation of constitutive soil models for predicting movements caused by a deep excavation in sands | |
Liu et al. | Tensile strength and fracture surface morphology of granite under confined direct tension test | |
Stoeckhert et al. | Mode I fracture toughness of rock under confining pressure | |
Jasim et al. | Prediction of bearing capacity, angle of internal friction, cohesion, and plasticity index using ANN (Case Study of Baghdad, Iraq) | |
Robertson | Soil behavior type using the DMT | |
Tziallas et al. | Determination of rock strength and deformability of intact rocks | |
RU2537725C1 (ru) | Способ определения физических параметров прочности нарушенной структуры материальной среды | |
Deák et al. | Hundred years after the first triaxial test | |
Li | Mechanical Responses of rock joints with regular asperities under various shear rates investigated by double shear test | |
Ito et al. | Time-dependent properties of tuffs of Cappadocia, Turkey | |
Korshunov et al. | Evaluation of the shear strength of rocks by cracks based on the results of testing samples with spherical indentors | |
RU2559043C1 (ru) | Способ определения предельного состояния материальной среды в различных условиях ее нагружения | |
Doan et al. | Effects of partial drainage on the assessment of the soil behaviour type using the CPT | |
Li et al. | A micro–macro model of pore pressure effect on shear fracture in brittle rocks under compression | |
RU2611561C1 (ru) | Способ хрусталева е.н. определения предельного состояния материальной среды | |
RU2555504C2 (ru) | Способ установления предельного состояния деформируемой материальной среды | |
RU2611553C1 (ru) | Способ хрусталева е.н. определения удельного и эквивалентного сцепления дисперсной связной среды |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20171106 |