RU2845373C1 - Испытательная установка для определения прочностных характеристик грунтов методом среза целика - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к механике грунтов. Раскрыта испытательная установка для определения прочностных характеристик грунтов методом среза целика, состоящая из наборного срезного кольца, штампа, домкратов, упора, бендерных элементов, упорных пластин, свай и приборов для регистрации вертикальных и горизонтальных перемещений, маслостанции, силоизмерительного устройства, скользящей платформы для домкратов, реперной системы, при этом наборное срезное кольцо выполнено в виде обоймы из 6-18 колец и содержит сдвиговую балку, средние кольца, ограничивающий стержень, антифрикционные вставки, ребра, замок, опорную ямку, направляющие, сдвиговую дугу, выполненную в виде составной симметричной детали, включающей пластину прямоугольного сечения и две дугообразные пластины, для перераспределения сдвиговой нагрузки, прикладываемой на верхнее кольцо, дуговое гнездо, гайку, контргайку, шпильку, цилиндр-шарнир. Изобретение обеспечивает повышение точности получаемых показателей. 1 ил.

Description

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Изобретение относится к механике грунтов, более конкретно - к натурным методам определения прочностных характеристик грунтов, а именно удельного сцепления, угла внутреннего трения, сопротивления недренированному сдвигу, модуля сдвига и угла дилатансии методом простого сдвига - прямого сдвига со скашиванием образца целика грунта.

При проектировании оснований зданий и сооружений по несущей способности используются параметры прочности грунтов - сцепление и угол внутреннего трения. Наиболее распространенными методами их определения являются испытания грунтов в срезном приборе (одноплоскостной срез) и в приборе трехосного сжатия в условиях трехосного напряженного состояния.

В связи с высокой стоимостью и значительной трудоемкостью испытаний в приборах трехосного сжатия в практике изысканий эффективные значения угла внутреннего трения ср и удельного сцепления с в основном определяются по результатам испытаний на одноплоскостной срез грунта, предварительно нагруженного нормальной к плоскости среза нагрузкой. Такие испытания проводятся путем среза одной части образца относительно другой при условии полного рассеивания избыточного порового давления за счет дренажа. Под сопротивлением грунта срезу подразумевается способность грунта противодействовать смещению одной части грунтового массива по отношению к другой его части под действием сдвигающей нагрузки, характеризуемой величиной касательного напряжения, возникающего от внешней нагрузки, при котором происходит срез грунта.

Как известно, разрушение грунта под нагрузкой происходит в результате нарушения его сплошности по образующимся при этом плоскостям, называемым плоскостями сдвига. Незначительные в начальной стадии нагрузки плоскости сдвига при последующем возрастании увеличиваются по площади, что в конечном итоге приводит к образованию плоскостей скольжения и нарушению прочности и устойчивости всего массива грунта. Поэтому исследование прочностных характеристик грунтов имеет большое значение.

Значительным недостатком испытаний методом одноплоскостного среза является то, что срез проводится по заданной плоскости, а не по плоскости минимального сопротивления грунта. Кроме того, в процессе проведения испытаний происходит изменение площади сдвигаемых относительно друг друга частей грунта, что может привести к существенным погрешностям получаемых результатов.

Проведение испытаний методом простого сдвига (прямого сдвига со скашиванием) лишено указанных выше недостатков.

При проведении испытания при постоянном нормальном давлении и возрастающем касательном напряжении измеряется деформация сдвига. При этом не изменяется и остается постоянным объем образца, изменяется только его форма.

Большим преимуществом испытаний в приборах простого сдвига в отличие от испытаний в условиях одноплоскостного среза является то, что образец грунта может находится в резиновой оболочке, что позволяет проводить как дренированные, так и недренированные испытания для определения недренированного сопротивления сдвигу. При проведении данного испытания объем образца остается неизменным и имеется возможность измерения порового давления при сдвиге.

Также весьма важным преимуществом является возможность определения не только параметров прочности, но и модуля сдвига, характеризующего деформируемость грунта при сдвиге, что невозможно сделать в приборах одноплоскостного среза.

Особенно актуальны исследования прочностных характеристик в условиях простого сдвига для решения таких геотехнических задач, как расчет устойчивости основания гравитационных платформ, анализа поведения грунта, примыкающего к боковой поверхности сваи, расчет устойчивости откосов и других.

Чаще всего прочностные характеристики грунта получают экспериментально в лабораторных условиях на предварительно отобранных образцах грунта. Однако лабораторные испытания позволяют определять прочностные характеристики не массива грунта, а образца грунта, отобранного в одной конкретной точке массива и имеющего малые размеры. В то время как полевые испытания дают возможность почти полного сохранения естественного состояния грунта в точке, в которой проводится испытание. Лабораторные испытания образцов грунта дают весьма приближенное представление о поведении грунта в массиве, устойчивость и прочность которого во многом определяется сопротивлением сдвигу по контактам между слоями по поверхностям, образованным трещинами, в ослабленных участках и тому подобное. Поэтому в ряде случаев при расчете устойчивости данных, полученных при лабораторных испытаниях, бывает недостаточно, и необходимо проведение полевых испытаний.

Из всех видов полевых исследований грунта на сдвиг только испытание под действием нагрузок, приложенных нормально к плоскости сдвига и в направлении сдвига, позволяет непосредственно определять угол внутреннего трения, удельное сцепление и сопротивление недренированному сдвигу. Именно такой способ приложения нагрузок в полевых условиях реализован в предлагаемом изобретении.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Существуют различные конструкции сдвиговых приборов для проведения простого сдвига образцов грунта, предназначенные для определения прочностных характеристик грунтов, а именно удельного сцепления, угла внутреннего трения, сопротивления недренированному сдвигу. Однако все эти установки предназначены для применения только в лабораторных условиях на отобранных из массива образцах грунта.

Известен прибор для испытания грунта на скашивание, разработанный в Днепропетровском институте инженеров транспорта М.Н. Гольдштейном, С.С. Бабицкой и В.П. Вихаревым, состоящий из верхней и нижней обойм, металлических колец, внутри которых размещается образец грунта, верхний и нижний поршни, дренажа. Прибор устанавливается на рычажный стол Маслова-Лурье.

Сдвиг осуществляется путем постепенного наклона подвижной опорой панели стола пока не произойдет перемещение верхней обоймы относительно нижней.

Недостатками данного технического решения являются: прибор не позволяет непосредственно определять угол внутреннего трения, удельное сцепление и сопротивление недренированному сдвигу, поскольку сдвигающая нагрузка определяется только действием силы тяжести; отсутствие возможности создания всестороннего давления на образец, учитывающего бытовое давление глубины залегания образца грунта на его прочностные и деформационные свойства; невозможности создания необходимого интервала вертикальных давлений на образец без нарушения пропорциональности между его осадкой и нагрузкой; большой разброс получаемых данных при испытании неоднородных грунтов; ограниченная область применения устройства вследствие использования металлических колец малых размеров, что не позволяет проводить испытания крупнообломочного грунта; отсутствие в конструкции устройства приспособлений, предотвращающих перекос металлических колец во время испытания, что может привести к искажению напряженного состояния в образце грунта; отсутствие возможности определения модуля жесткости и угла дилатансии; невозможность определения прочностных характеристик пород в условиях их естественного залегания вследствие проведения испытания образца грунта, а не массива, недостаточная достоверность получаемой информации вследствие испытания образца грунта, а не массива целиком.

Также известно устройство для испытания грунта на сдвиг, разработанное в Донецком проектном и научно-исследовательском институте «Промстройниипроект» А.А. Петраковым, С.Р. Месчяном, А.С. Гербановым и Б.Я. Грувером, включающее грунтоприемную камеру с верхней и нижней секциями и кольцевыми вставками между ними, штамп, механизм поворота, выполненный в виде траверсы с продольными направляющими и стойками, установленной на неподвижной круговой направляющей, приспособление для создания сдвигающих усилий, выполненное в виде хомута и рычагов с грузами, установленными на стойках и связанными гибкими тягами с хомутом, установленным с возможностью поворота на верхней секции грунтоприемной камеры, приспособление для создания нормальных усилий в виде винтового домкрата, установленного с возможностью перемещения в продольных направляющих траверсы и измерительные приспособления.

Недостатками данного технического решения являются: сложность, трудоемкость и низкая точность передачи нагрузки на образец, искажение результатов испытания и, соответственно, снижение точности и достоверности получаемых прочностных характеристик вследствие уплотнения образца грунта у одной из стенок со стороны приложения силы и разуплотнения грунта у другой, поскольку сдвигающая нагрузка передается образцу только через верхнюю или только через нижнюю секции, а также вследствие того, что сдвиг происходит не одновременно по всей поверхности среза, а последовательно: вначале только в контактной зоне, затем в прилегающем к ней объеме грунта; отсутствия в конструкции устройства приспособлений, предотвращающих перекос кольцевых вставок во время испытания, что может привести к искажению напряженного состояния в образце грунта; ограниченная область применения устройства вследствие использования кольцевых вставок малых размеров, что не позволяет проводить испытания крупнообломочного грунта; отсутствие возможности определения модуля сдвига и угла дилатансии; невозможность определения прочностных характеристик пород в условиях их естественного залегания вследствие проведения испытания образца грунта, а не массива; недостаточная достоверность получаемой информации вследствие испытания образца грунта, а не массива целиком.

Наиболее близким аналогом изобретения является устройство для испытания грунта на срез с одновременным определением порового давления, разработанное Кутергиным В.Н., Кальбергеновым Р.Г., Новиковым П.И. и Панковым К.В., включающее составную камеру, состоящую из нижней части, выполненной в виде цилиндра, жестко закрепленного на подвижной в горизонтальном направлении платформе, установленной на неподвижном основании, и верхней части, выполненной в виде крышки, снабженной штуцером для подключения к приспособлению для замера отжимаемой из образца грунта воды, а также штуцером для соединения с пневмокомпрессором и штоком, пропущенным с возможностью горизонтального перемещения через уплотняющую втулку через боковую стенку крышки.

На одном конце штока закреплен размещенный в крышке динамометр, свободный конец которого выполнен в виде разъемного соединения, а второй конец штока, выходящий из крышки, выполнен в виде накидной гайки для неподвижного резьбового соединения с упором, неподвижно установленным на силовом агрегате, неподвижно закрепленным на основании. Между нижней и верхней частями камеры (цилиндром и крышкой) посредством накидных тяг закреплен прозрачный цилиндр через уплотнительные соединения.

На одном конце подвижной платформы на выступающем конце неподвижно закреплен вибрационный регулятор, плунжер которого через уплотнение пропущен в нижнюю часть камеры через цилиндр, а на другом выступающем конце платформы образован упор, соединенный со штоком силового агрегата для их взаимодействия. В полости составной камеры, опираясь на плоскую поверхность подвижной платформы, размещена подвижная в горизонтальном направлении каретка, которая жестко соединена с подвижным в горизонтальном направлении плунжером вибрационного регулятора посредством резьбового соединения.

На каретке с помощью резьбовой заглушки и резьбового штуцера, образованного на перфорированном нижнем штампе, закреплен штамп с нижним концом эластичной водонепроницаемой оболочки, внутри которой размещен образец испытываемого грунта. На верхний торец образца грунта установлен верхний перфорированный штамп с закрепленным на нем верхним концом эластичной оболочки. Верхний штамп снабжен резьбовым штуцером, снабженным датчиком порового давления и соединенным через гибкий трубопровод со штуцером.

Коаксиально боковой поверхности образца грунта в эластичной оболочке установлен набор шлифованных по плоскости металлических пластин, каждая из которых имеет центральное цилиндрическое отверстие, а также имеет на наружной боковой поверхности по две прорези в виде пазов через 180° для обеспечения центрации этих пластин и равномерного их скашивания при сдвиге образца грунта. На боковых поверхностях каретки закреплены две вертикальные пластины с установленными на них направляющими, между которыми размещена с возможностью ограниченного горизонтального перемещения центрирующая верхний штамп пластина с центральным кольцевым отверстием, сквозь которое с возможностью скользящей посадки помещен верхний перфорированный штамп.

На пластине образован вертикальный выступ, соединенный разъемным соединением с динамометром, а набор пластин размещен между подвижной кареткой и центрирующей пластиной, причем равномерное скашивание пластин при сдвиге образца грунта обеспечивают две направляющие шпильки, размещенные в пазах, образованных через 180° на боковой поверхности пластин.

При этом нижний конец каждой шпильки с помощью шарнира смонтирован в прорези, образованной в каретке, а верхний конец каждой из шпилек свободно пропущен сквозь отверстия, образованные в центрирующей пластине, с возможностью наклона шпилек и осевого скольжения их верхних концов при сдвиге образца грунта. При этом в подвижной каретке образовано гнездо, имеющее форму размещенного в нем нижнего штампа и закрепленного на нем нижнего конца эластичной оболочки, а верхний конец эластичной оболочки прижат к верхнему штампу с помощью технологической шайбы, гайки и резьбового штуцера, при этом подвижная каретка и подвижная платформа установлены на ролики качения.

Недостатками данного технического решения являются: сложность, трудоемкость и низкая точность передачи нагрузки на образец, искажение результатов испытания и, соответственно, снижение точности и достоверности получаемых прочностных характеристик вследствие уплотнения образца грунта у одной из стенок со стороны приложения силы и разуплотнения грунта у другой, поскольку сдвигающая нагрузка передается образцу только через нижнюю секцию, а также вследствие того, что сдвиг происходит не одновременно по всей поверхности среза, а последовательно: вначале только в контактной зоне, затем в прилегающем к ней объеме грунта; сложность установки образца грунта ненарушенного сложения в обойму прибора вследствие конструктивных особенностей устройства; невозможность испытания рыхлых пород; ограниченная область применения устройства вследствие использования металлических колец малых размеров, что не позволяет проводить испытания крупнообломочного грунта; отсутствие возможности определения модуля сдвига и угла дилатансии; невозможность определения прочностных характеристик пород в условиях их естественного залегания вследствие проведения испытания образца грунта, а не массива; недостаточная достоверность получаемой информации вследствие испытания образца грунта, а не массива целиком.

РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Технической задачей является создание конструкции испытательной установки для определения прочностных характеристик грунтов методом прямого сдвига со скашиванием образца целика грунта, в которой преодолевались бы недостатки уровня техники.

Техническим результатом на достижение которого направлено заявленное техническое решение является повышение точности получаемых показателей для целей проектирования за счет получения характеристик массива грунта, а не отобранного образца, а также за счет конструктивных особенностей установки, расширении области применения за счет большого размерного ряда с помощью установки можно испытывать как грунты с незначительным содержанием включений, так и крупнообломочные грунты, также повышение информативности испытаний вследствие увеличения функциональных возможностей устройства, а именно получение прочностных характеристик, сопротивления недренированному сдвигу, модуля сдвига и угла дилатансии для грунтов различной консистенции и водонасыщенности как за счет обеспечения направленной объемной деформации с обеспечением неизменной площади образца, так и за счет внедрения бендерных элементов, которые применяются для измерения малых значений деформаций, тем самым расширяя диапазон получаемых характеристик, а также в расширении возможного диапазона использования установки за счет конструктивных особенностей кольцевой секции за счет возможности проведения испытаний разными методами в одной установке: методом простого сдвига и методом одноплоскостного среза.

Технический результат позволяет достигнуть испытательная установка для определения прочностных характеристик грунтов методом среза целика, состоящая из наборного срезного кольца, штампа, домкратов, упора, бендерных элементов, упорных пластин, свай и приборовдля регистрации вертикальных и горизонтальных перемещений, маслостанции, силоизмерительного устройства, скользящей платформы для домкратов, реперной системы при этом наборное срезное кольцо выполнено в виде обоймы из 6-18 колец и содержит сдвиговую балку, средние кольца, ограничивающий стержень, антифрикционные вставки, ребра, замок, опорную ямку, направляющие, сдвиговую дугу, выполненную в виде составной симметричной детали, включающей пластину прямоугольного сечения и две дугообразные пластины, для перераспределения сдвиговой нагрузки, прикладываемой на верхнее кольцо, дуговое гнездо, гайку, контргайку, шпильку, цилиндр-шарнир.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фиг. 1 - функциональная схема испытательной установки для определения прочностных характеристик грунтов методом среза целика.

На фиг. 1 указаны следующие позиции:

1 - Наборное срезное кольцо;

2 - Штамп;

3 - Домкраты;

4 - Упор;

5 - Бендерные элементы;

6 - Упорные пластины;

7 - Сваи;

8 - Приборы для регистрации вертикальных и горизонтальных перемещений;

9 - Масло станция;

10 - Силоизмерительное устройство;

11 - Скользящая платформа для домкратов;

12 - Реперная система;

13 - Сдвиговая балка.

14 - Среднее кольцо;

15 - Ограничивающий стержень;

16 - Антифрикционные вставки;

17 - Ребро;

18 - Замок;

19 - Опорная ямка;

20 - Направляющие;

21 - Сдвиговая дуга;

22 - Дуговое гнездо;

23 - Гайка;

24 - Контргайка;

25 - Шпилька;

26 - Цилиндр-шарнир.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Далее подробно описаны все составляющие настоящего изобретения со ссылкой на изображения и указанные на них ссылочные позиции для более полного понимания объема и всех технических аспектов заявленного технического решения специалистом в уровне техники.

Наборное срезное кольцо 1 представляет собой обойму из 6-18 подвижных шлифованных по плоскости колец, соединенных между собой с зазорами и антифрикционными вставками 16, минимизирующими потери на трение. Верхнее кольцо с внешней стороны имеет по периметру монтажные проушины, в которые вставляются направляющие 20, для жесткой фиксации колец между собой при вырезке целика грунта. В нижнем кольце под штифты сделаны отверстия. Антифрикционные вставки 16 предотвращают перекос колец во время испытания. Такая конструкция кольца позволяет проводить испытания целика грунта методом простого сдвига. Количество колец от 6 до 18, из которых составляется наборное срезное кольцо 1, определяется размером максимальной фракции грунта. Чем меньше размер наибольшей фракции, тем из большего количества колец складывается наборное кольцо для обеспечения условия расположения поверхности сдвига грунта по наиболее слабой плоскости.

Общие размеры наборного кольца и его площадь (от 2500 до 11000 см2) также зависят от размера наибольшей фракции грунта с учетом требования п. 4.5 ГОСТ 30416-2020 «Грунты. Лабораторные испытания. Общие положения», содержащего требование о том, что минимальный размер испытуемых образцов должен быть не менее пятикратного размера максимальной фракции грунта (включений, агрегатов), и того факта, что область применения установки включает в себя крупнообломочные грунты, сложенные галькой или щебнем в соответствии с ГОСТ 25100-2020 «Грунты. Классификация».

Требование о том, что общая высота наборного кольца должна составлять 0,4-0,6 диаметра опирается на требование ГОСТ 20276.4-2020 «Грунты. Метод среза целиков грунта» (в данном стандарте устанавливается соотношение 0,50-0,55) с учетом допущения п. 4.3 ГОСТ 20276.4-2020 (в п. 4.3 дана ссылка на ГОСТ 12248.1-2020 и прописана возможность изготовления установки по типу прибора для одноплоскостного среза, в нем соотношение 0,33-0,50). Таким образом диапазон 0,4-0,6 диаметра включает в себя требования обоих стандартов (полевого и лабораторного) с незначительным увеличением верхней границы, что обусловлено опытом практического применения описываемого метода (чем больше отношение высоты кольца к диаметру, тем меньше искажающее результат влияние включений крупных фракций), что позволяет сопоставлять результаты испытаний различными методами как закономерности, полученные в одинаковых условиях испытаний. Кроме того, это принятое на практике соотношение высоты и диаметра, которое определяет оптимальное распределение сдвиговой и нормальной нагрузки в образце при проведении испытания.

Такая конструкция наборного срезного кольца позволяет достигнуть заявленный технический результат за счет получения характеристик массива грунта, а не отобранного образца, за счет большого размерного ряда, поскольку позволяет испытывать как грунты с незначительным содержанием включений, так и крупнообломочные грунты, за счет повышения информативности испытаний вследствие увеличения функциональных возможностей устройства, а именно получение прочностных характеристик, сопротивления недренированному сдвигу, модуля сдвига и угла дилатансии для грунтов различной консистенции и водонасыщенности, и за счет возможности проведения испытаний разными методами в одной установке: методом простого сдвига и методом одноплоскостного среза.

Штамп 2 представляет собой плоский круглый стальной лист или конструкцию, находящуюся в срезном кольце 1, в которую встроены бендерные элементы 5, используется для передачи нормальной нагрузки от силовозбуждающих элементов - домкратов 3 на грунт. Такая конструкция штампа позволяет достичь заявленный технический результат вследствие увеличения функциональных возможностей устройства за счет встроенных бендерных элементов 5.

Домкраты 3 представляют собой силовозбуждающий элемент в виде гидроцилиндров, которые могут быть дополнительно оснащены датчиками силы, используются для приложения сдвигающей нагрузки на наборное срезное кольцо 1 и создания нормальной нагрузки, которая передается на испытываемый грунт через штамп 2.

Упор 4 представляет собой грузовую платформу/силовую балку, используется для восприятия реактивных усилий от домкратов 3.

Бендерные элементы 5 представляют собой от двух до восьми пьезоэлементов - сейсмоакустических датчиков, половина из которых от одной до четырех штук генерирует сигнал Р-волны, либо S-волны, в то время как другая половина бендерных элементов 5 принимает генерируемую волну, которая распространяется через целик грунта, расположенный внутри наборного срезного кольца 1. Половина бендерных элементов 5 устанавливается в верхнем штампе 2 и внедряются в верхнюю часть целика грунта на небольшое расстояние, другая же половина бендерных элементов 5 внедряется непосредственно в нижнюю часть целика на небольшое расстояние. Бендерные элементы 5 располагаются парами вертикально и/или горизонтально относительно целика. Бендерные элементы 5 используются для измерения скорости прохождения волны через целик грунта и для измерения малых значений деформации целика грунта для определения начального модуля сдвига, то есть расширяют область получения характеристик грунта для области сверхмалых упругих деформаций, что в свою очередь обеспечивает достижение заявленного технического результата.

Упорные пластины 6 представляют собой плоские прямоугольные металлические пластины, используются для передачи реактивных усилий от домкратов 3 на борт выработки.

Сваи 7 представляют собой стальную винтовую, то есть завинчивающуюся сваю или анкерную сваю или буроинъекционную сваю, используются для восприятия реактивных усилий от домкратов 3 через силовую балку для крепления упора 4.

Приборы для регистрации вертикальных и горизонтальных перемещений 8 представляют собой прогибомеры/индикаторы часового типа/датчики перемещений, используются для измерения перемещений контролируемых элементов.

Маслостанция 9 представляет собой инвентарное изделие, снабженное манометром, используется для дозируемого создания требуемого давления в домкратах 3 и его поддержания.

Силоизмерительное устройство 10 представляет собой манометр/динамометр/датчик силы, используется для контроля давления/усилия, возбуждаемого домкратами 3. Силоизмерительное устройство 10 в виде датчика силы может быть частью конструкции домкратов 3.

Скользящая платформа для домкратов 11 представляет собой плоский роликовый подшипник; используется для обеспечения возможности горизонтального перемещения наборного срезного кольца 1 с грунтом с установленным на грунт штампом 2 под нагрузками, вертикальной и горизонтальной. Использование скользящей платформы для домкратов 11 обеспечивает повышение точности получаемых показателей.

Реперная система 12 представляет собой стальной уголок, используется для размещения измерительных приборов, например: прогибомеров/индикаторов часового типа/датчиков перемещений вне зоны влияния силовой части системы. Использование репер ной системы 12 позволяет отдалить приборы для регистрации вертикальных и горизонтальных перемещений 8 от силовой части системы - домкратов 3, тем самым исключая их возможное влияние на получаемый результат, что в свою очередь обеспечивает повышение точности получаемых показателей.

Сдвиговая балка 13 представляет собой цельную металлическую балку, которая с одной стороны имеет закругленный конец, который опирается на опорную ямку 19, а с другой стороны - сквозное отверстие, через которое проходит цилиндр-шарнир 26; используется для распределения нагрузки от домкратов 3 через сдвиговую дугу 21 на наборное срезное кольцо 1 и позволяет равномерно распределять нагрузку по всему объему грунта, уменьшая концентрацию напряжений в контактной зоне и получать более достоверные результаты.

Среднее кольцо 14 представляет собой металлическое кольцо используется для создания образца грунта внутри сдвигового прибора и приложения на него давления от сдвигающей нагрузки.

Ограничивающий стержень 15 представляет собой цилиндрический металлический стержень, используется для ограничения перемещения колец в процессе погружения сдвигового прибора в грунт, а также в процессе перемещения прибора.

Антифрикционные вставки 16 представляют собой вставки закругленные П-образного сечения из материала, который уменьшает трение между кольцами. В качестве такого материала могут быть использованы антифрикционные пластмассы, например политетрафторэтилен фторопласт-4, капролон полиамид-6, полиформальдегид полиацеталь, полиэтилен низкого давления, антифрикционные металлы и сплавы латунь, бронза, баббит, железографит. Используются для уменьшения трения между кольцами, что позволяет повысить точность передаваемой на грунт нагрузки.

Ребро 17 представляет собой закругленную треугольную пластину с резьбовым отверстием, используется для закрепления замка 18.

Замок 18 представляет собой закругленную пластину с овальным сквозным отверстием, используется для закрепления ограничивающих стержней 15.

Опорная ямка 19 представляет собой закругленную деталь трапециевидного сечения с овальным вырезом, используется как опора для сдвиговой балки 13.

Направляющие 20 представляют собой 3 скрепленные между собой пластины, закрепляются на верхнем кольце, используются для закрепления на них ограничивающих стержней 15.

Сдвиговая дуга 21 представляет собой составную симметричную деталь, состоящую из пластины прямоугольного сечения и двух дугообразных пластин, используется для перераспределения сдвиговой нагрузки, прикладываемой на верхнее кольцо, что позволяет минимизировать собственные деформации сдвиговых колец под нагрузкой и повысить точность измерения деформаций грунта при проведении испытания.

Дуговое гнездо 22 представляет собой две дугообразные пластины, расположенные параллельно друг другу, соединенные между собой, и имеющие пазы для вставки сдвиговой дуги 21. Используется для вставки сдвиговой дуги 21 и ограничения ее движения в пространстве.

Гайка 23 представляет собой гайку, используется для закрепления ограничивающего стержня 15 на направляющих 20.

Контргайка 24 представляет собой контргайку, используется для предупреждения раскручивания гайки 23.

Шпилька 25 представляет собой цилиндр с резьбой, используется для закрепления ребра 17 и замка 18 на нижнем кольце.

Цилиндр-шарнир 26 представляет собой цилиндр, используется для создания шарнира, относительно которого вращается сдвиговая балка 13.

В результате использования заявленной конструкции в испытательной установке для определения прочностных характеристик грунтов методом среза целика существенно повышена точность получаемых показателей, повышена информативность испытаний.

Работу устройства осуществляется следующим образом.

Испытательная установка может работать следующим образом.

Подготавливается упор 4. Устанавливаются анкерные, винтовые или буроинъекционные сваи 7 или упор 4 устанавливается непосредственно на массив грунта.

Откапывается горная выработка, например шурф, штольня, шахта. На отметке испытания в выработке вырезают целик грунта с помощью наборного срезного кольца 1. Наборное срезное кольцо 1 устанавливают на выровненную и зачищенную горизонтальную поверхность грунта в намеченное положения, жестко закрепляют кольцевые вставки между собой. И постепенно, не допуская перекосов, вдавливают наборное срезное кольцо 1 с помощью домкратов 3 и штампа 2 или вручную, удаляя грунт вокруг наборного срезного кольца 1. После погружения наборного срезного кольца 1 на заданную глубину поверхность грунта в наборном срезном кольце 1 выравнивают. На выровненную поверхность укладывают слой маловлажного песка. В нижнюю часть вырезанного целика грунта внутри наборного срезного кольца 1 внедряются от одного до четырех бендерных элементов 5, генерирующих/принимающих Р и S волны.

На наборное срезное кольцо 1 устанавливают штамп 2, в который внедряются от одного до четырех бендерных элементов 5, генерирующих или принимающих Р и S волны. На штамп 2 устанавливают скользящую платформу для домкратов 11 и домкрат 3. Устанавливают упор 4 по оси наборного срезного кольца 1. Между наборным срезным кольцом 1 и бортом выработки устанавливают домкраты 3, прикрепленные с одной стороны к сдвиговой дуге 21, а с другой стороны упирающиеся в упорную пластину 6.

Домкраты 3 подключаются к маслостанциям 9 и силоизмерительному устройству 10. В случае использования конструкции домкратов 3 с размещенным внутри них датчиком силы, домкраты 3 подключаются только к маслостанции 9.

Устанавливается реперная система 12. На нее устанавливаются приборы для регистрации вертикальных и горизонтальных перемещений 8.

Хотя настоящее изобретение описано и показано на сопроводительных чертежах своими примерными вариантами осуществления, это описание и чертежи являются чисто иллюстративными. Можно сделать различные модификации, дополнения и уточнения, без отхода от сущности и объема настоящего изобретения, выраженные в приложенной формуле изобретения с учетом эквивалентов.

Claims (1)

1. Испытательная установка для определения прочностных характеристик грунтов методом среза целика, состоящая из наборного срезного кольца, штампа, домкратов, упора, бендерных элементов, упорных пластин, свай и приборов для регистрации вертикальных и горизонтальных перемещений, маслостанции, силоизмерительного устройства, скользящей платформы для домкратов, реперной системы, при этом наборное срезное кольцо выполнено в виде обоймы из 6-18 колец и содержит сдвиговую балку, средние кольца, ограничивающий стержень, антифрикционные вставки, ребра, замок, опорную ямку, направляющие, сдвиговую дугу, выполненную в виде составной симметричной детали, включающей пластину прямоугольного сечения и две дугообразные пластины, для перераспределения сдвиговой нагрузки, прикладываемой на верхнее кольцо, дуговое гнездо, гайку, контргайку, шпильку, цилиндр-шарнир.