1one
г/ Изобретение касаетс исследовани грун тов способом вращательного среза в услови х их естественного залегани при инженерно-геологических изыскани х в строительстве . Известно устройство дл испытани грунтов в массиве, включающее щтангу с винтовой лопастью на конце, сдвигомер и упорное приспособление 1. Недостатком его вл етс то, что в процессе погружени винтовой лопасти в исследуемый объем грунта имеет место нарущение естественной структуры грунта, в результате чего снижаетс достоверность получаемой информации о его свойствах. Кроме того, такое устройство не обеспечивает одновременного определени нормальных напр жений, возникающих при сдвиге грунта. Наиболее близким к предлагаемому вл етс устройство дл испытани грунтов на сдвиг в массиве, включающее шатнгу с винтовой лопастью на конце, сдвигомер и упорное приспособление 2. Недостатком этого устройства также вл етс низка достоверность получаемой информации о свойствах грунта, вследствие того, что при погружении в грунт винтолопастного зонда происходит см тие и нарущение естественной структуры грунта. Кроме того, невозможно одновременно определ ть нормальные и касательные напр жени , возникающие при погружении в грунт винтовой лопасти. Цель изобретени - повышение достоверности и увеличение объема получаемой информации. Это достигаетс тем, что устройство дл испытани грунтов на сдвиг в массиве, включающее щтангу с винтовой лопастью на конце , сдвигомер и упорное приспособление, снабжено винтовым домкратом, жестко св занным со щтангой, причем щаг винта домкрата равен щагу винтовой лопасти, и динамометром , закрепленным на упорном приспособлении и опирающимс на торец штанги . На фиг. 1 изображено предлагаемое устройство , общий вид; на фиг. 2 - винтолопастной зсшд; на фиг. 3 - развертка боковой цилиндрической поверхности среза грун та с эпюрами нормальных напр жений; на фиг. 4 - график зависимости нормальных напр жений в грунте от угла поворота зонда; на фиг. 5 - график зависимости моментов вращени от этого угла. Устройство состоит из винтовой лопасти 1, составной щтанги 2, сдвигомера 3, динамометра 4, винтового домкрата 5 и упорного приспособлени 6, которое включает станину 7с укрепленными на ней стойками 8. На стойках .8 смонтирована с возможностью перемещени по ним каретка 9 с динамометром 4, закрепленна на уровне щтанги 2 болтами 10. Станина 7 закреплена анкерными сва ми 11, на ней жестко укреплен домкрат 5, св занный со щтангой 2 зажимным приспособлением 12. Шаг винта домкрата 5 равен шагу винтовой лопасти 1. Устройство работает следующим образом . Штангу 2 вместе с винтовой лопастью 1 погружают на исследуемую глубину правым вращением домкрата 5. Перед началом испытаний домкрат 5 отключают от штанги 2, а к ее верхнему концу подвод т каретку 9 с динамометром 4 и жестко закрепл ют ее со стойками 8 болтами 10. В процессе испытани грунта на сдвиг в массиве щтангу 2 с винтовой лопастью 1 левым вращением медленно поворачивают сдвигомером 3. При этом конец штанги 2 передает давление на динамометр 4, закрепленный на упорном приспособлении 6. При вращении винтовой лопасти 1 происходит срез грунта по боковой поверхности и основани м цилиндра. При этом по поверхности среза возникают пол нормальных напр жений, обусловленные вытеснением частиц грунта в сторону массива, что приводит к образованию полости выще винтовой лопасти. Из-за наличи полости нормальные напр жени 6 по поверхност м среза выше винтовой лопасти распределены неравномерно, при равномерном их распределении в нижней части. На фиг. 3 пунктирной линией показано первоначальное положение винтовой лопасти, сплошной - ее последующее положение (после перемещени слева - направо); а между этими положени ми образуетс полость А. Нормальные напр жени 6 фиксируют с помощью динамометра 4. Одновременно фиксируют момент усили вращени с помощью сдвигомера 3. Нагрузки на грунт при вращении штанги передают ступен ми через 0,25-0,5 кг/см и выдерживают до их стабилизации. По результатам замеров стро т графики зависимости нормальных напр жений 6 и моментов MO вращени от угла cf поворота зонда (фиг. 4 и 5). В начальный период на стадии упругих деформаций грунта в основании интовой лопасти зависимость между нормальными напр жени ми 6 и углом о1 поворота зонда вл етс линейной (ветвь Оа графика (o()). Последующее увеличение напр жений приводит к по влению пластических деформаций грунта в массиве, и эта зависимость становитс нелинейной (ветвь аЬ графика 6 f(ol)). Рост напр жений в грунте в основании винтовой лопасти ограничиваетс максимальным значением сопротивлени его сдвигу по поверхност м среза выше винтовой лопасти (точка Ь графика 6 Цл))- Дальнейшее вращение зонда приводит к спаду напр жений . Изменение нормальных напр жений 6 ведет к изменению касательных напр жений, которые св заны с моментом усилий вращени . Начальный момент MO вращени характеризует трение штанги 2 о грунт. . Из-за неравномерного распределени нормальных 6 и касательных t напр жений, по поверхности среза выще винтовой лопасти при расчете удельного сопротивлени сдвигу грунта учитывают лишь поверхность среза в основании винтовой лопасти. Общий момент М вращени (момент трени штанги о грунт не учитывают) расчитывают как сумму момента Mj сил реакции , возникающих по поверхност м среза ниже винтовой лопасти, и момента М этих сил, возникающих по поверхност м среза выше винтовой лопасти М MI -f MS, (кгс-см). Расчет момента Мг ведут по нормальному давлению грунта на лопасть, направленному по касательным к лини м вращени его частиц. Равнодействующа реактивных сил, обусловленна этим давлением равна Q 6-S, где 6 - среднее нормальное давление грунта в основании винтовой лопасти , кгс/см ; S - площадь радиального сечени сферы вращени , описываемой винтовой лопастью, см. Среднее нормальное давление грунта , где Р - вертикальна нагрузка, фиксируема динамометром, кгс; f площадь горизонтальной проекции винтовой лопасти, см2. Площадь радиального сечени сферы вращени , описываемой винтовой лопастью, равна S(R -r)-t где R - радиус лопасти, см; г радиус щтанги, см; .-шаг винтовой поверхности лопасти , см. Исход из распределений напре жений в радиусе сферы вращени винтовой лопасти , плечо равнодействующих сил равно 2/3 R, откуда М2 -6-R-(R -r)-t (кгс-см). Момент MI вычисл ют по формуле М, 1/2-W--с(кгс-см), где W - общий момент сопротивлени поверхностей среза ниже винтовой лопасти, см. Расчетное значение удельного сопротивлени сдвигу грунта равно T: Mi (кгс/см2). На основании полученных даннных cтpo t график зависимости t f( 6 ), по которому определ ют угол внутреннего трени грунта и его сцепление. При использовании предлагаемого устройства возможно определение прочностных характеристик грунтов рыхлых осадочных отложений (кроме крупнообломочных).g / The invention relates to the study of soils by the method of rotational slice under the conditions of their natural occurrence during engineering geological exploration in construction. A device for testing soils in an array is known, which includes a tapping with a screw blade at the end, a shear meter and an anvil fixture 1. It has the disadvantage that during immersion of the screw blade into the soil volume under investigation, there is a violation of the natural structure of the soil, resulting in a decrease in the reliability received information about its properties. In addition, such a device does not provide simultaneous determination of the normal stresses arising from the displacement of the soil. The closest to the present invention is a soil shear test device in an array, including a pin with a screw blade at the end, a shear meter and an anvil fixture 2. A disadvantage of this device is also the low reliability of the obtained information on the soil properties due to the fact that the ground of the vintolopast probe occurs the smothing and disruption of the natural structure of the ground. In addition, it is not possible to simultaneously determine the normal and tangential stresses arising when the helical blade is immersed in the ground. The purpose of the invention is to increase the reliability and increase the amount of information received. This is achieved by the fact that the device for testing soils on a shear in the array, which includes a shaft with a screw blade at the end, a shear meter and an anvil device, is equipped with a screw jack rigidly connected with shtanga, and the screw clamp of the jack is equal to the screw blade fixed with a dynamometer on the thrust device and resting on the end of the rod. FIG. 1 shows the proposed device, a general view; in fig. 2 - vintolopastnoy sssd in fig. 3 — a scan of the lateral cylindrical surface of the cut of the soil with diagrams of normal stresses; in fig. 4 is a graph of the normal stresses in the soil as a function of the angle of rotation of the probe; in fig. 5 is a plot of torques versus this angle. The device consists of a helical blade 1, a composite bar 2, a shear meter 3, a dynamometer 4, a screw jack 5 and a thrust device 6 which includes a frame 7 with racks 8 fixed on it. On the racks .8 the carriage 9 with a dynamometer 4 is mounted for movement on them. fixed at the level of the bar 2 with bolts 10. The bed 7 is fixed with anchors 11, the jack 5 is rigidly fixed on it and connected with the shchtang 2 clamping device 12. The screw pitch 5 of the jack is equal to the pitch of the screw blade 1. The device works as follows. The rod 2 together with the screw blade 1 is immersed to the depth under study by right-hand rotation of the jack 5. Before starting the test, the jack 5 is disconnected from the rod 2, and the carriage 9 with the dynamometer 4 is brought to its upper end and rigidly fixed with racks 8 with bolts 10. In During the shear test, in the array, the rod 2 with the screw blade 1 is slowly rotated by the shear meter with the left rotation. At the same time, the end of the rod 2 transfers pressure to the dynamometer 4 attached to the stop fixture 6. When the screw blade 1 rotates, the ground is cut on the side surface and the base of the cylinder. In this case, the field of normal stresses arises along the cut surface, caused by the displacement of soil particles towards the array, which leads to the formation of a cavity that is higher than the helical blade. Due to the presence of a cavity, normal stresses 6 are unevenly distributed across the cutting surface above the helical blade, with their uniform distribution in the lower part. FIG. 3, the dotted line shows the initial position of the helical blade, the continuous one shows its subsequent position (after moving from left to right); and a cavity is formed between these positions. Normal stresses 6 are fixed with the help of a dynamometer 4. Simultaneously, the torque of the rotational force is fixed with the shift meter 3. The loads on the ground during the rotation of the rod are transmitted in steps through 0.25-0.5 kg / cm and stand up to their stabilization. According to the measurement results, graphs of the normal stresses 6 and the moments MO of rotation on the angle cf of the rotation of the probe are plotted (Figs. 4 and 5). In the initial period at the stage of elastic deformations of the soil at the base of the paddle blade, the relationship between normal stresses 6 and the angle of rotation of the probe is linear (branch Oa of the graph (o ()). A subsequent increase in stresses leads to the appearance of plastic deformations of the soil in the array and this dependence becomes nonlinear (branch ab of graph 6 f (ol)). The growth of stresses in the ground at the base of the helical blade is limited by the maximum value of the resistance to its displacement along the cutting surface above the helical blade (point b of the graph of 6 D) ) - Further rotation of the probe leads to a decrease in stresses. A change in normal stresses 6 leads to a change in tangential stresses, which are associated with the moment of rotational force. The initial moment MO of rotation characterizes the friction of the rod 2 against the ground. . Due to the uneven distribution of the normal 6 and tangential t stresses, over the cut surface, the helical blades when calculating the resistivity of the soil shear only take into account the cut surface at the base of the helical blade. The total moment M of rotation (the moment of friction of the ground bar does not take into account) is calculated as the sum of the moment Mj of the reaction forces arising on the cut surfaces below the screw blade and the moment M of these forces occurring on the cut surfaces above the screw blade M MI -f MS, (kgf-cm). The calculation of the moment Mg is carried out according to the normal pressure of the soil on the blade, directed along the tangent lines to the rotation of its particles. The resultant reactive forces due to this pressure are equal to Q 6-S, where 6 is the average normal pressure of the soil at the base of the helical blade, kgf / cm; S is the area of the radial cross section of the sphere of rotation described by the helical blade, see Average normal ground pressure, where P is the vertical load recorded by the dynamometer, kgf; f is the area of the horizontal projection of the helical blade, cm2. The area of the radial section of the sphere of rotation described by the helical blade is S (R –r) –t where R is the radius of the blade, cm; g radius shtangi, cm; .-pitch of the screw surface of the blade, see. Exodus from the distributions of stresses in the radius of the sphere of rotation of the screw blade, the shoulder of the resultant forces is 2/3 R, whence M2-6-R- (R -r) -t (kgf-cm). Moment MI is calculated using the formula M, 1/2-W - s (kgf-cm), where W is the total moment of resistance of the cutting surfaces below the helical blade, see. The calculated value of the specific resistance to soil shear is T: Mi (kgf / cm2 ). On the basis of the obtained data of sta tp, the plot of t f (6), by which the angle of internal friction of the soil and its adhesion is determined, is determined. When using the proposed device, it is possible to determine the strength characteristics of soils of loose sediments (except coarse sediments).
Фиг.гFigg
Фиг.55
ОABOUT
Й/г.4Y / y 4
Фчг.5Fchg.5