Прилад для випробування грунтів в умовах трьохосьового стиску

Винахід стосується галузі будівництва і може бути використаний для визначення механічних характеристик ґрунтів в умовах трьохосьового стиску. Відомий прилад для випробування фунтів, що включає корпус, навантажувальний пристрій і штампи з квадратною робочою поверхнею і торцями, що взаємодіють з робочою поверхнею сусідніх штампів, і для підвищення точності штампи виконані з порожнинами, в яких змонтовані поршні з штоками і з дренажними канавками на робочій поверхні, яка взаємодіє з торцями сусідніх штампів, а корпус виконаний із знімних плит з пазами для штоків поршнів, при цьому поверхні штампів, що контактують, мають антифрикційне покриття, а порожнини штампів заповнені робочою рідиною [1]. Основним недоліком відомого приладу є конструкція приладу, яка дозволяє ковзати кожному штампу тільки по двох штампах, які примикають до нього, що не дозволяє створити трьохосьовий стиск. Крім цього, недоліками приладу є неточність виставлення початкового положення штампів через неможливість точного геометричного виконання корпусу приладу, з яким штампи зв'язані жорстко, що спричиняє спотворення результатів вимірювання; обмеження області застосування приладу через необхідність підготовки зразків ґрунту точно визначених розмірів; недовговічність еластичної оболонки, яка покриває штампи для зменшення сил тертя. Крім того, прилад має складну конструкцію, а також вимагає великої витрати часу на завантаження зразка ґрунту і виставлення початкового положення. Найближчим за своїм технічним рішенням є прилад для випробування ґрунтів, що включає корпус, виконаний із знімних плит з пазами для штоків поршнів, штампи з дренажними канавками і антифрикційним покриттям на поверхні, які виконані з порожнинами для розміщення поршнів і які взаємодіють з робочою поверхнею сусідніх штампів, навантажувальні і вимірювальні пристрої. Для підвищення точності визначення деформаційних і міцнісних характеристик ґрунтів штампи забезпечені таріллю, сепараторами і регулювальною гайкою, а поршні кільцями з антифрикційного матеріалу і виконані з пазами для їх розміщення, при цьому таріль і поршень контактують з плитами корпусу за допомогою сепараторів, а регулювальна гайка розміщена на штоку поршня, штампи підпружені у вертикальній площині відносно корпусу з можливістю регулювання жорсткості пружини [2]. Недоліками прототипу є складна конструкція приладу, необхідність в підвищеній точності виготовлення знімних плит корпусу для виключення перекосів штампів, виготовлення зразка ґрунту точно визначених розмірів, трудність завантаження зразка ґрунту і настройки початкового (нульового) положення, використання недовговічного антифрикційного покриття. В основу винаходу поставлено завдання створення приладу трьохосьового стиску, за допомогою якого можливо підвищити точність визначення деформаційних і міцнісних характеристик ґрунтів. Для вирішення поставленого завдання запропоновано, прилад для випробування ґрунтів в умовах трьохосьового стиску, що складається з шести зв'язаних між собою і утворюючих замкнутий об'єм для розміщення зразка ґрунту штампів у формі паралелепіпедів з дренажними отворами, попарно розташованих співвісно один проти одного з можливістю переміщення кожного штампу по чотирьох інших штампах, несучої рами з опорами для штампів, навантажувальних елементів, приладів для вимірювання зусиль і переміщень, який відрізняється тим, що для підвищення точності вимірювань завдяки компенсації геометричних похибок рами, установки навантажувальних елементів і зразка, а також для розширення області застосування, прилад забезпечений трьома жорсткими зв'язками опори з трьома суміжними штампами з утворенням жорсткого просторового тригранного кута і трьома розташованими протилежно їм шарнірними зв'язками опори з штампами з утворенням другого тригранного просторового кута, причому штампи зв'язані між собою піддатливими елементами, наприклад, гумовими кільцями або магнітами для компенсації маси штампів, крім того, для зменшення сил тертя між штампами і зразком ґрунту штампи виконані з твердого матеріалу, наприклад, із сталі з твердістю HRС>2, а контактні поверхні виконані полірованими і покриті антифрикційним мастилом, а грані зразка ґрунту покриті тонкою (d=0,02... 0,01 мм) поліетиленовою плівкою з дренажними отворами. На фіг.1 схематично зображений пропонований прилад, розріз збоку; на фіг.2 - розріз А-А на фіг.1; загальний вид приладу - фіг.3. Прилад для випробування ґрунтів в умовах трьохосьового стиску складається з несучої рами 1 з опорами для навантажувальних елементів (гідравлічних циліндрів) 2, а також для ходових гвинтів 3. Три гідравлічні циліндри 2 пов'язані з трьома суміжними штампами (два бокових 4 і верхній 5 штампи) рухомими відносно штампів зв'язками 6, а три ходові гвинти 3 пов'язані з другою парою трьох суміжних штампів (два бокових 4 і нижній 5 штампи) рухомими шарнірними зв'язками 7. Гідравлічні циліндри 2 забезпечені приладами для вимірювання зусиль (манометрами) 8. На штампах 4 і 5 за допомогою кронштейнів закріплені прилади для вимірювання переміщень (індикатори годинникового типу) 9. Прилад працює таким чином. За допомогою ходових гвинтів 3 виставляють початкове положення просторового кута з першої пари трьох співвісно розташованих штампів 4 і 5. Зразок досліджуваного ґрунту вирізають у формі куба, покривають тонкою поліетиленовою плівкою з дренажними отворами і завантажують в прилад. Виставляють початкове положення жорсткого просторового трьохосьового кута з другої пари трьох співвісно розташованих штампів 4 і 5, які суміщаються із зразком ґрунту без зазорів. За допомогою ручних гідроциліндрів 2 створюють тиск на зразок ґрунту, який контролюється за допомогою приладів для вимірювання зусиль (манометрів) 8. При цьому кожний з шести штампів 4 і 5 просторових тригранних кутів ковзає по чотирьох інших штампах, що примикають до нього, і під дією цих же штампів зсовується в своїй площині. Величини деформацій граней зразка ґрунту оцінюються по переміщеннях штампів 4 і 5 за допомогою приладів для вимірювання переміщень (індикаторів годинникового типу) 9. Особливість приладу полягає в тому, що конструкція приладу з утворенням жорсткого просторового тригранного кута і просторового кута, утвореного шарнірними зв'язками опори з штампами, дозволяє кожному штампу ковзати по чотирьох штампах, які примикають до нього, і під дією цих же штампів здійснює плоскопаралельне переміщення. Використання приладу дозволяє проводити випробування ґрунту при трьох нерівних головних напругах, знижує витрати часу на завантаження зразка ґрунту, полегшує настроювання початкового положення штампів. Прилад даної конструкції з утворенням жорсткого просторового кута і вжиття заходів щодо зменшення сил тертя між зразком ґрунту і штампами дозволяє збільшити точність визначення об'ємних деформацій ґрунтового зразка, а, отже, деформаційних і міцнісних характеристик ґрунту. Джерела інформації: 1. Авторське свідоцтво СРСР №990955, кл. Е02Dl/00, G01N3/10. 2. Авторське свідоцтво СРСР №1073372, кл. Е02D1/00 (прототип).