SU848529A1 - Способ определени модул деформациигРуНТА и уСТРОйСТВО дл ЕгО ОСущЕСТВлЕНи - Google Patents

Description

Изобретение относится к строительству, в частности к устройствам для изучения напряженно-деформированногй состояния грунта с целью оценки его ς несущей способности при инженерно-геологических изысканиях.

Известен способ полевого определения модуля деформации прессиометрами скваженного типа, заключающийся в προбуривании скважины, погружении в нее зонда прессиометра, обжатии стенок скважины эластичной оболочкой зонда, создании ступеней давления на стенки скважины, измерении их стабилизиро- ., ванных радиальных перемещений, вычис- ¹³ лении величины модуля деформации ЕЩ.

Недостатком известного способа вычисления модуля деформации Е является необходимость предварительного пробуривания- скважины и ее обсадки ^ζ для устойчивости стенок в слабых грунтах, пробуривание скважины ведет, как правило, к нарушению природного сложения и влажности грунта, а еледо- 25 вательно, и его естественного напряженно-деформированного состояния. Перерыв во времени между окончанием бурения и началом испытания грунтов определяется устойчивостью стенок скважины. Обжатие стенок скважины ·* ^л идет неравномерно и объясняется неровностями поверхности скважины в устойчивых грунтах, повышенной текучестью слабых грунтов и анизотропией самого грунта.

Известен прессиометр скважинного типа, состоящий из зонда, выполненного в виде цилиндрической эластичной оболочки, устройства для создания давления в камере зонда, устройства для измерения радиальных перемещений оболочки камеры, причем длина камеры зонда должна быть не менее четырех ее внешних диаметров.

Однако надежность эластичных оболочек невелика, точность измерения снижается за счет неравномерного обжатия скважины эластичной оболочкой, имеющей, как правило, неодинаковый модуль растяжения эластичного элемента по’его площади. Устройство для замера деформации и создания давления сложно в конструкции и громоздко.

Наиболее близким к предлагаемому является способ исследования физикомеханических свойств грунта, заключающийся в задавливании прессиометра, нагружении штампов прессиометра возрастающими ступенями удельных нагрузок до условной стабилизации дефор3 мации грунта, замере деформации и определении модуля деформации.

Наиболее близким техническим решением для реализации способа является устройство для исследования физикомеханических свойств грунта, включающее корпус с лопастями, имеющими . углубления, в которых размещены выдвижные штампы, связанные с нагрузочным и измерительным приспособлениям И,

Недостаток способа определения модуля деформации грунтов состоит в том, что прессиометрические испытания продолжительны во времени, а определение значения модуля деформации по расчетной формуле требует учета анизотропии деформируемого грунта в горизонтальном и вертикальном направлении, значения коэффициентов принимаются с недостаточной точностью.

Недостаток залавливаемых прессиометров заключается в том, что выдвижные штампы должны быть достаточно жёсткими для достижения определенной картины напряженного состояния грунта под штампом, поддающийся точному математическому описанию. Однако картина напряженно-деформированного состояния грунта под штампом еще недостаточно изучена, а описание этой картины недостаточно точно и требует множество условностей.

.Цель изобретения - точное определение модуля деформации грунта по глубине массива. _е

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу исследования физико-механичесКих свойств грунта, заключающемуся в задавливании прессиометра, нагружении, штампов прессиометра возрастающими ступенями удельных нагрузок до условной стабилизации деформации грунта, замере деформации и определении модуля деформации, нагружение грунта осуществляют через упругий эталонный элемент с постоянным модулем деформации,а определение модуля деформации производят по формуле ^Ei =· МПа) где hjj- деформация упругого элемента при заданной ступени удельной нагрузки,'

S-- стабилизированная осадка грунта под штампом,’

Е^- модуль деформации упругого элемента.

В устройстве для реализации способа корпус с лопастями,имеющими углубления , в которых размещены выдвижные штампы, связанные с нагрузочным и измерительным приспособлением, последнее выполнено в виде штанги, пропущенной через корпус, на которой с возможностью поворота относительно лопастей и вертикальной, оси корпуса монтированы выдвижные штампы, оснащенные эталонными упругими элементами. На фиг. 1 и 2 изображен залавливаемый прессиометр, внешний вид; на фиг. 3 - сечение А-А на фиг.2. Способ определения модуля деформации Е грунта заключается в следующем.

Перед проведением прессиометрических испытаний проводят тарировку штампов, состоящих из полного корпуса 1, упругого элемента 2 толщиной Н и опорной пластины 3, для чего штамп накладывают опорной пластиной 3 на жесткую плиту и производят деформирование упругого элемента 2 ступенями удельной нагрузки р, после чего по известной методике расчитывается модуль деформации упругого элемента Е = —^-Э ΔΗ’ где дН - относительная деформация упругого элемента 2.

Далее оттарированный прессиометр погружают в грунт .на проектную отметку путем задавливания специальной установкой. Штампы прессиометра погружают их торцовой стороной так, что их плоскости строго параллельны вертикальной оси прессиометра. Послё погружения штампы прессиометра нагружают возрастающими ступенями нагрузок Т и удельная уплотняющая нагрузка р передается площадью штампа на грунт через упругий элемент 2 и опорную пластину 3. При этом в начальной стадии приложения нагрузки (р><5 ) деформация упругого элемента и грунта под штампом растет (фиг. 1) и при стабилизации деформации (ρ=<ί) достигает соответственной величины hsH-L и S (фиг. 2). Модуль деформации грунта Е- определяется на каждой ступени удельной нагрузки на грунт р·в момент стабилизации его деформации по формуле

Е э·h; МПа.

^Е 1 Si где Ед- известный модуль деформации, упругого элемента, МПа;

h.- деформация упругого элемента ¹ при заданной ступени удельной нагрузки р., взятая по графику тарировки упругого элемента р| - £ (h i) , мм ·’

S,j- стабилизированная осадка грунта под штампом при заданной ступени удельной нагрузки p<i , мм .

Способ определения модуля деформации грунта реализуется конкретным устройством (фиг. 1, 2), представляющим собой залавливаемый прессиометр, состоящий из крыльчатого корпуса 1 с заостренным наконечником,поворотных штампов 2 с упругими элементами 3 и опорными пластинами 4, выполненными из пружинной листовой стали для равномерной передачи сжимающей

8529 нагрузки на грунт. Поворотные штампы 2 жестко связаны с внутренней штангой 5 посредством стяжек 6, образующих свободное пространство с обсадной трубой 7, охватывающей внутреннюю штангу 5 и жестко связанной с $ корпусом 1. Свободное пространство совпадает с прорезями в крыльях корпуса 1 для предотвращения защемления грунта между штампом 2 и соседним крылом корпуса при деформации грунта.. Залавливаемый прессиометр работает следующим образом.

С помощью залавливающей установки прессиометр погружают через обсадную трубу 7 на проектную отметку грунтового массива, при этом штампы 2 15 плотно прилегают к'крыльям корпуса 1. Затем, путем поворота внутренней штанги 5 заданными ступенями крутящего момента производят поворот штампов 2 относительно крыльев корпу- 20 са 1 на угол Чд до стабилизации деформации грунта, при этом грунт деформируется в пространстве между штампом 2 и соседним крылом корпуса 1, а передача нагрузки на·грунт осу- 25 ществляется опорными пластинами 4 через упругие элементы 3. По окончании опытов вычисляется модуль деформации каждого изученного слоя грунтового массива в заданном интервале -·. удельных сжимающих нагрузок ρ_Ί· по формуле

Е. = мпа, где €_эи h·- известные характеристики 35 упругого эталонного элемента;

- замеренные стабилизирован, ные осадки грунта под штампом при соответствую-дд щих нагрузках.

Изобретение позволяет точно и доступными методами определять модуль деформации грунта Е; по всей глубине массива. Предлагаемая формула расчета модуля деформации вполне конкрет- 45 на и не требует определения лабораторным путем многих трудноопределяемых характеристик грунта, в результате чего стоимость и продолжительность инженерно-геологических изыска- 50 ний снижаются на 30-40%. Для расчета модуля деформации необязательно построение графика s=-£(р) и отыскание предела пропорциональности. Конструк ция предлагаемого залавливаемого прессиометра проста в изготовлении, надежна в эксплуатации, а наличие штампов с тарированными упругими элементами позволяет в полевых условиях определять модуль деформации по глубине изучаемого массива. Точность измерения возрастает за счет возможности’ увеличения площади штампов и их количества и_/. следовательно, площади контакта с грунтом.

Claims (2)

1. Изобретение относитс  к строительству , в частности к устройствам дл  изучени  напр женно-деформированного состо ни  грунта с целью оценки его несущей способности при инженерно-гео логических изыскани х. Известен способ полевого определени  модул  деформации прессиометрами скваженного уипа, заключающийс  в npo буривании скважины, погружении в нее зонда прессиометра, обжатии стенок скважины эластичйой оболочкой зонда, создании ступеней давлени  на стенки скважины, измерении их стабилизированных радиальных перемещений, вычислении величины модул  деформации ЕВД Недостатком известного способа вычислени  модул  деформации Е  вл етс  необходимость предварительного пробуривани - сквс1жины и ее обсадки дл  устойчивости стенок в слабых грунтах, пробуривание скважины ведет как правило, к нарушению природного сложени  и влажности грунта, а следовательно , и его естественного напр женно-деформированного состо ни . Перерыв во времени между окончанием бурени  и началом испытани  грунтов определ етс  устойчивостью стенок скважины. Обжатие стенок скважины идет неравномерно и объ сн етс  неровност ми поверхности скважины в устойчивых грунтах, повышенной текучестью слабых грунтов и анизот зопией самого грунта. Известен прессиометр скважинного типа, состо щий из зонда, выполненного в виде цилиндрической эластичной оболочки, устройства дл  создани  давлени  в камере зонда, устройства дл  измерени  радиальных перемещений оболочки камеры, причем длина камеры зонда должна быть не менее четырех ее внешних диаметров. Однако надежность эластичных оболочек невелика, точность измерени  снижаетс  за счет неравномерного обжати  скважины эластичной оболочкой, имеющей, как правило, неодинаковый модуль раст жени  -эластичного элемента поего площади. Устройство дл  замера деформации и роздани  давлени  сложно в конструкции и громоздко. Наиболее близким к предлагаемому  вл етс  способ исследовани  физикомеханических свойств грунта, заключающийс  в задавливании прессиометра, нагружении штампов прессиометра возрастающими ступен ми удельных нагрузок до условной стабилизации деформации грунта, замере деформации и определении модул  деформации. Наиболее близким техническим решением дл  реализации способа  вл ет с  устройство дл  исследовани  физик механических свойств грунта, включаю шее корпус с лопаст ми, имеющими , углублени , в которых размещены вьщвижные штампы, св занные с нагрузочным и измерительным приспособлени м fz},, Недостаток способа определени  мо дул  деформации грунтов состоит в том, что прессиометрические испытани продолжительны во времени, а определение значени  модул  деформации по расчетной формуле требует учета авиз тропии деформируемого грунта в горизонтсшьном и вертикальном направлени значени  козффициентов принимаютс  с недостаточной точностью. Недостаток задавливаемых прессиометров заключаетс  в том, что выдвиж ные штампы должны быть достаточно жесткими дл  достижени  определенной картины напр женного состо ни  грунта под штампом, поддающийс  точному математическому описанию. Однако кар тина напр женно-деформированного состо ни  грунта под штампом еще недостаточно изучена-, а описание этой картины недостаточно точно и требует множество условностей. .Цель изобретени  - точное определение модул  деформации грунта по глубине массива. Поставленна  цель достигаетс  тем, что согласно способу исследовани  физико-механических свойств грун та, заключающемус  в задавливании прессиометра, нагружении. штаиипов прессиометра возрастающими ступен ми удельных нагрузок до условной стабилизации деформации грунта, замере деформации и определении модул  деформации , нагружение грунта осуществ л ют через упругий эталонный элемент с посто нным модулем деформации,а определение модул  деформации производ т по формуле Е- ,ia мпа; где hi- деформаци  упругого элемента при заданной ступени удельно нагрузки, стабилизированна  осадка грунта под штампом, модуль деформации упругого элемента. В устройстве дл  реализации спосо ба корпус с лопаст ми,имеющими углуб лени  , в которых размещены выдвижные штампы, св занные с нагрузочным и из мерительным приспособлением, последнее выполнено в виде штанги, пропущенной через корпус, на которой с возможностью поворота относительно лопастей и вертикальной, оси корпуса монтированы ввдвижные штампы, оснащенные эталонными упругими элементами. На фиг. 1 и 2 изображен задавливаемый прессиометр, внешний вид; на фиг. 3 - сечение А-А на фиг.2, Способ определени  модул  деформации Е грунта заключаетс  в следующем . Перед проведением прессиометрических испытаний провод т тарировку штампов, состо щих из полного корпуса 1, упругого элемента 2 толщиной Н и опорной пластины 3, дл  чего штамп накладывают опорной пластиной 3 на жесткую плиту и производ т деформирование упругого элемента 2 ступен ми удельной нагрузки р, после чего по известной методике расчитываетс  модуль деформации упругого элемента где дН - относительна  деформаци  упругого элемента 2. Далее оттарированный прессиометр погружают в грунт ,на проектную отметку путем задавливани  специальной установкой. Штампы прессиометра погружают их торцовой стороной так, что их плоскости строго параллельны вертикальной оси прессиометра. После погружени  штампы прессиометра нагружают возрастающими ступен ми нагрузок Т и удельна  уплотн юща  нагрузка р передаетс  площадью штампа на грунт через упругий элемент 2 и опорную пластину 3. При этом в начальной стадии приложени  нагрузки ( ) деформаци  упругого элемента и грунта под штампом растет (фиг. 1) и при стабилизации деформации () достигает соответственной величины hsH-L и S (фиг. 2). Модуль деформации грунта Е- определ етс  на каждой ступени удельной нагрузки на грунт р-в момент стабилизации его деформации S, форму ле где Eg- известный модуль деформации, упругого элемента, МПа; h.- деформаци  упругого элемента при заданной ступени удельной нагрузки р, вз та  по графику тарировки упругого элемента р - f () , мм S- стабилизированна  осадка грунта под штампом при заданной ступени удельной нагрузки P.J , мм. Способ определени  модул  деформации грунта реализуетс  конкретным устройсо вом (фиг. 1, 2), представл ющим собой задавливаемый прессиометр , состо щий из крыльчатого корпуса 1 с заостренным наконечником,поворотных штампов 2 с упругими элементами 3 и опорными пластинами 4, выполненными из пружинной листовой стали дл  равномерной передачи сжимающей нагрузки на грунт. Поворотные штампы 2 жестко св заны с внутренней штангой 5 посредством ст жек 6, образующих свободное пространство с обсадной трубой 7, охватывающей внутреннюю штангу 5 и жестко св занной с корпусом 1. Свободное пространство совпадает с прорез ми в крыль х корпуса 1 дл  предотвращени  защемлени  грунта между штампом 2 и соседним крылом корпуса при деформации грунта Задавливаемый прессиометр работае следующим образом. С помощью Надавливающей установки прессиометр -погружают через обсад ную трубу 7 на проектную отметку гру тового массива, при этом штампы 2 плотно прилегают ккрыль м корпуса 1 Затем, путем поворота внутренней штанги 5 заданными ступен ми крут щего момента М- производ т поворот штампов 2 относительно крыльей корпу са 1 на угол V до стабилизации деформации грунта, при этом грунт деформируетс  в пространстве между штампом 2 и соседним крылом корпуса 1, а передача нагрузки на-грунт осуществл етс  опорными пластинами 4 через упругие элементы 3. По окончании опытов вычисл етс  модуль деформации каждого изученного сло  грунто вого массива в заданном интервале удельных сжимающих нагрузок р, формуле где eg и h-- известные характеристики упругого эталонного элемента; S - замеренные стабилизирова ные осадки грунта под штампом при соответствую щих нагрузках. Изобретение позвол ет точно и доступными методами определ ть модуль деформации грунта Е; по всей глубине массива. Предлагаема  формула расчета модул  деформации вполне конкретна и не требует определени  лабораторным путем многих трудноопредел емых характеристик грунта, в результате .чего стоимость и продолжительность инженерно-геологических изыска ний снижают с  на 30-40%. Дл  расчета модул  деформации необ зательно построение графика s (р) и отыскан1|е предела пропорциональности. Конструк ци  предлагаемого задавливаемого прессиометра проста в изготовлении, надежна в эксплуатации, а наличие штампов с тарированными упругими элементами позвол ет в полевых услови х определ ть модуль деформации по глубине изучаемоТо массива. Точность измерени  возрастает за счет возможности увеличени  площащи штампов и их количества и следовательно, площади контакта с грунтом. Формула изобретени  1. Способ определени  физико-механических свойств грунта, заключающийс  в задавливании прессиометра, нагружении штампов прессиометра возрастающими ступен ми удельных нагрузок до условной стабилизации деформации грунта, замере деформации и определении модул  деформации, о т л и чающийс  тем, что, с целью повышени  точности определений, нагружение грунта осуществл ют через упругий эталонный элемент с посто нным модулем деформации, а определение модул  деформации производ т по формуле где h - деформаци  упругого элемента при заданной ступени удельной иагрузки, . S - стабилизированна  осадка грунта под штампом; Е , - известный модуль деформации упругого элемента. 2. Устройство, включающее корпус с лопаст ми, имеющими углублени , в которых размещены выдвижные , св занные с нагрузочным и измерительным приспособлением, отлич.ающ е е с   тем, что нагрузочное приспособление выполнеио в виде штанги, пропущенной через корпус, на которой с возможностью поворота относительно лопастей и вертикальной оси корпуса монтированы выдвижные штампы, оснащенные эталонными упругими элементами. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1.Грунты. Метод определени  модул  деформации прессиометра. ГОСТ 20276-74, M.J.1975.
2. 2.Авторское свидетельство СССР 624426, кл. G 01 N 33/24, 1976.

   У.