Раздел 2
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИЗУЧЕНИЕ ФОРМИРОВАНИЯ ВОРОНКИ ОСЕДАНИЯ В ОСНОВАНИИ ВОКРУГ ЖЕСТКИХ ШТАМПОВ
2.1. Приборы и оборудование
При проведении эксперимента ставились задачи:
- выявление качественной и количественной картины формирования осадочной воронки от жесткого штампа квадратной формы на слоистом и однородном основании;
- выявление влияния осадочной воронки на осадку штампов, находящихся в непосредственной близости друг от друга.
При проведении опытов использовалось два вида лотков. Первый лоток имел размеры в плане 800х480 и высоту 700 мм (рис.2.1); второй - соответственно в плане 2000х1000 мм, высотой 1000 мм (рис.2.2).
Рис. 2.1 Схема экспериментальной установки на базе лотка №1:
1- лоток; 2- штамп; 3,4 -реперные пластины соответственно для штампа и воронки оседания; 5- крепление реперной пластины 4.
Применение лотка №1 имело целью отработать методику изучения формирования воронки оседания. В лотке №2 изучалось взаимное влияние двух смежных штампов на осадку их основания.
Лоток №1 имел прозрачные стенки из оргстекла толщиной 40 мм. Перфорированное двойное дно лотка позволяло обеспечить равномерный отток воды и при необходимости удаление ее через сливное отверстие.
Нагрузка на штамп передавалась при помощи специальной загрузочной рамки. Верхняя и нижняя часть загрузочной рамки выполнена из металлического профиля квадратного сечения 40х40х2 мм, между собой обе части жестко соединяются стержнями диаметром 10 мм и длиной 100 см. Нагрузку на штамп передавали ступенями непосредственно через опорный стержень, который жестко крепился к верхней части рамки.
Во время опытов наблюдения за осадкой штампа проводили при помощи четырех индикаторов, расположенных на реперной пластине 120 х 250 мм, выполненной из дюралюминия толщиной 4,5 мм. В центре пластины имелось отверстие, обеспечивающее свободный проход загрузочного стержня. Для обеспечения надежного крепления индикаторов пластина имеет 4 отверстия с резьбой М12, куда вкручиваются трубки из нержавеющей стали высотой 20 мм, в которые вставляются индикаторы и закрепляются стопорными винтами. Реперная пластина удерживается двумя стальными стержнями диаметром 10 мм. Стержни крепятся к свободно опирающимся на каркас лотка двум уголкам 40х40. При помощи резьбы, имеющейся на концах стержней и гаек, обеспечивается надежное крепление реперной пластины на нужной высоте. Наблюдения за воронкой оседания проводили такими же индикаторами, расположенными на второй реперной пластине. Реперная пластина для наблюдения за осадкой воронки оседания была выполнена из оргстекла толщиной 10 мм. На пластине были просверлены посадочные отверстия с шагом 10 см для индикаторов. Реперная пластина опиралась на два стержня 5, установленные в распор между стенками лотка. Измерения осадок штампа и поверхности окружающего грунта производили индикаторами часового типа с ценой деления 0,01 мм.
Рис. 2.2 Схема экспериментальной установки (лоток №2) для опытов на грунте.
1- лоток; 2- штамп; 3,4 -реперные пластины соответственно для штампа и воронки оседания;
Для проведения экспериментов с большими по размеру штампами была изготовлена специальная установка (лоток №2 рис.2.2), состоящая из лотка 1, загрузочного устройства и двух реперных плит 3 и 4. Основные несущие элементы сварного каркаса лотка выполнены из профиля (швеллер №5, уголок 50х50) .Три боковых стенки и дно лотка выполнены из листового металла толщиной 2,5 мм. Одна из боковых стенок (2х1м.) выполнена из оргстекла толщиной 10 мм. Схема загрузочного устройства приведена на рис 2.3, а.
Опыты на модельном материале (эластичный пенополиуретан) имели целью отработать методику проведения испытаний в лотке №2 с грунтовым основанием. При проведении опытов на модельном материале использовался тот же лоток №2, (рис.2.4), но конструкция загрузочного устройства отличалась (рис. 2.3, б).
Рис.2.3. Схемы загрузочных устройств:
а) для грунтового основания; б) для модельного материала.
1 - рамка; 2 - устройство для центрирования и фиксации стержня 3;
4 - блочок; 5 - трос; 6 - груз.
Рис.2.4. Схема экспериментальной установки для опытов на модельном материале.
Загрузочное устройство (рис.2.3,б) состоит из: - стального стержня 3 диаметром 10 мм и длиной 1100 мм, загрузочной платформы, представлявшей собой металлический цилиндр диаметром 100 мм и высотой 80 мм с просверленным точно по центру сквозным отверстием ?11 мм, блочок 9 - закрытый подшипник с проточенной по наружной поверхности направляющей канавкой. Для регистрации осадок штампов применялась реперная система, состоящая из реперной пластины и системы крепления (Рис.2.4). Реперная пластина 150х350 мм сделана из дюралюминия толщиной 4,5 мм. В центре пластины имеется отверстие, обеспечивающее свободный проход загрузочного стержня. Принцип крепления индикаторов и реперной пластины для штампа такой же, как и в лотке №1.
Наблюдения за вертикальными деформациями осадочной воронки осуществлялись такими же индикаторами, но для уменьшения силового воздействия штоков были удалены пружины, что позволило штокам индикаторов опускаться только под действием собственного веса. Для распределения точечного давления штоков на основание под них подкладывались шайбы с площадью контакта 400 мм2. Индикаторы устанавливались на дополнительную реперную плиту 550х750 мм из оргстекла толщиной 30 мм, по всей площади которой просверлены отверстия по сетке с ячейками 100х100 мм. Сама плита свободно опиралась на две стальные балочки квадратного профиля сечением15х15 мм, каждая из которых удерживалась двумя стальными стержнями. Принцип их крепления тот же, что и в первой реперной системе.
Применение загрузочного стержня 8 позволяло передавать нагрузку на штамп в интервале 0-400 Н.
При проведении испытаний на грунте для создания равномерного отвода дренированной воды на дно лотка укладывался дренаж (слой песка 3 см) и накрывался листом желез