Прибор трехосного сжатия ПТС-300. Технические возможности прибора

16. В испытаниях определенные уровни рабочих напряжений достигаются при ступенчатом нагружении образца осевым или боковым удельными давлениями, значения которых можно изменять раздельно или одновременно (например, на этапе гидростатического нагружения).

17. Для измерения осевого и бокового давлений, прикладываемых к образцу, прибор снабжен образцовыми манометрами.

Давление в гидравлической системе насосной станции и в пневмогидравлических аккумуляторах контролируется с помощью технических манометров.

18. Для измерения осевой деформации образца рекомендуется применять прогибомер типа 6ПАО-ЛИСИ.

19. Объемная боковая деформация образца рассчитывается по изменению объема жидкости в дозаторе.

20. Поровое давление измеряется в нижнем торце образца с помощью датчика порового давления, либо компенсационного устройства, включающего в схему образцовый манометр.
Перечень возможных операций
21. На приборе ПТС-300 возможно осуществлять следующие операции:

- увеличивать или уменьшать осевое давление любыми ступенями, независимо от бокового давления;

- увеличивать или уменьшать боковое давление любыми ступенями независимо от осевого давления;

- одновременно увеличивать или уменьшать осевое и боковое давления равными ступенями или в определенном их соотношении;

- определять боковое давление в зависимости от величины осевого давления;

- проводить контрольные измерения осевого давления в верхнем торце образца;

- осуществлять насыщение образца водой в рабочей камере прибора до опыта или в процессе опыта;

- проводить испытания в условиях одностороннего или двустороннего дренирования (открытая система) и без дренирования (закрытая система) с замером величины порового давления в образце;

- измерять осевую, объемную и радиальные деформации образца в процессе испытаний.
Подготовка грунтовых смесей к испытанию
22. Показатели прочности крупнообломочного материала зависят от следующих факторов:

- плотности материала,

- зернового состава,

- минералогического состава,

- формы частиц,

- шероховатости поверхности частиц,

- величины нормальных напряжений на площадке сдвига.

Наиболее существенное влияние оказывают:

- плотность,

- зерновой и минералогический состав,

- величина нормальных напряжений.

23. Для определения параметров прочности крупнообломочных грунтовых материалов, укладываемых в тело плотины, необходимо выполнить опыты с образцами, зерновой состав которых изменяется в пределах граничных кривых зернового состава карьерного материала (рис. 9.7).

Следовательно, показатели прочности определяются в испытаниях образцов, зерновой состав которых формируется специальным подбором.

25. Для соблюдений требований п.24 производится подбор зернового состава смесей, испытываемых на приборе ПТС-300.

При этом, если зерновой состав натурного материала удовлетворяет требуемому соотношению диаметра рабочей камеры прибора и диаметра частиц, то моделирование не производится и образец формуется непосредственно из натурного материала.

При несоблюдении условий п.24 моделирование зернового состава натурного материала выполняется следующим способом.

Зерновой состав испытываемой смеси совпадает с зерновым составом натурного материала до размера частиц, являющегося предельным для данного прибора. Частицы, размеры которых выше предельных, указанных в п.24, заменяют частицами, выраженными в процентах по массе, размеры которых являются предельными для данного прибора.

Для прибора ПТС-300 предельной считается фракция 40-60 мм. В испытаниях на трехосное сжатие фракцию крупнее 40-60 мм, содержащуюся в натурном крупнообломочном материале, заменяют фракцией 40-60 мм (см. рис. 9.7).

Примечание. В практике исследования крупнообломочных материалов применяют способ моделирования, называемый "способом параллельного переноса". Сущность его состоит в том, что зерновой состав испытываемого образца подбирается по кривой, которая перенесена параллельно кривой зернового состава натурного материала в сторону уменьшения размера всех фракций, с сохранением соотношения между ними.

26. Влияние плотности и зернового состава на показатель прочности материала выявляется в испытаниях, проведенных при определенных значениях относительной плотности, выражаемой в виде:

где максимальная _d,max и минимальная _d,min плотности зависят, в свою очередь, от зернового состава материала.

27. В лабораторных условиях предельные плотности сложения определяются по разработанным методикам, согласно которым предельно плотное сложение крупнообломочного материала достигается уплотнением образца модельной смеси в металлическом контейнере на вибростоле с толкающим усилием 32 КН (3200 кг) и частотой колебаний 2800 циклов в минуту.

Предельно рыхлое состояние образца обеспечивается отсыпкой материалов в тот же контейнер через полый металлический конус высотой 480 мм с диаметром загрузочного отверстия 450 мм и выходного отверстия - 150 мм. В качестве плотности сухого материала смеси в предельно плотном сложении принимается максимальное значение, а в предельно рыхлом сложении - минимальное значение, полученное по результатам пяти определений. Результаты определений записываются в табличной форме.

28. Плотность образцов крупнообломочного материала, подвергаемых испытаниям с целью определения показателя прочности, устанавливается по результатам лабораторных измерений (п.27) с учетом принятого для данного сооружения значения относительной плотности сложения I_d и корректируется по данным уплотнения натурного материала, а также полевых опытных укаток на фрагментах насыпей.

29. При возможном широком диапазоне изменения плотности укладки материала в сооружение цикл исследований планируется таким образом, чтобы были испытаны средне и плотно сложенные образцы материалов в диапазоне изменения величин действующих давлений.

30. Для выявления возможного влияния влажности на прочность крупнообломочных материалов испытания проводятся на воздушно-сухих, влажных и водонасыщенных образцах. В необходимых случаях рекомендуется проводить испытания воздушно-сухих или влажных образцов с последующим их замачиванием на определенной стадии нагружения. При исследовании образцов дресвы-щебня такие испытания являются обязательными.

ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ И ОБСЛУЖИВАНИЕ ПРИБОРА ТРЕХОСНОГО СЖАТИЯ ПТС-300
Описание конструкции прибора
Прибор ПТС-300 (см. рис. 9.6) представляет собой стабилометр типа "В" (главные напряжения полностью независимы) с гидравлическим домкратом для осевого нагружения и пневмогидравлической системой передачи бокового давления и измерения боковых деформаций.

Внутри стального корпуса стабилометра 1 закреплена предварительно растянутая в вертикальном направлении (примерно на 10%) резиновая оболочка 2 толщиной 4 мм. Камера бокового давления 3 заполняется жидкостью, передающей давление сжатого воздуха от баллона со сжатым воздухом 22 на боковую поверхность образца 4.

В случае необходимости контроля величины осевого давления в образце может устанавливаться гидравлическая подушка, размещающаяся под крышкой прибора 6. Для возможности испытания водонасыщенных образцов поршень домкрата снабжается перфорированным штампом 7. Корпус домкрата 10 жестко соединен с корпусом стабилометра 1.

Осевая деформация образца измеряется по перемещению поршня домкрата 11, площадь которого равняется площади поперечного сечения образца. Внутри штока поршня 12 размещается дренажная трубка 13, необходимая при испытании водонасыщенных, либо сухих образцов с последующим водонасыщением. Перемещения поршня домкрата фиксируются прогибомером, присоединенным к штоку 12.

Система кранов 15 и 20 дает возможность осуществлять различные операции по обслуживанию прибора при подготовке и проведении испытаний. Кран 15 служит для подачи давления в дозатор 7 от баллона сжатого воздуха 22, 16 - для подачи давления в камеру бокового давления и отключения дозатора, 17 - для сброса давления в дозаторе 7, 18 - для слива жидкости из дозатора 7, 19 - для заполнения жидкостью камеры бокового давления перед началом испытаний, а также для слива жидкости из камеры при необходимости ремонта прибора, 20 - для удаления воздуха из камеры бокового давления при заполнении ее жидкостью.

Бак 8, заполненный жидкостью, перемещается в вертикальном направлении и служит для заполнения (верхнее положение) или опорожнения (нижнее положение) самотеком камеры бокового давления через гибкий шланг 9. Для выполнения манипуляций, необходимых при проведении испытаний, пульт управления снабжен двумя кранами: "нагрузка" 25 и "разгрузка" 26, а также редукционным клапаном 24, позволяющим поддерживать постоянство осевого давления на каждой ступени нагрузки. Для уменьшения колебаний давления в процессе испытаний система осевого давления снабжена пневмогидравлическим аккумулятором 21.

Значение осевого давления фиксируется по образцовому манометру, установленному на пульте управления. Боковое давление задается и контролируется по манометру на дозаторе. На баллоне со сжатым воздухом 22 и распределителе насосной станции 23 устанавливаются технические манометры.
Точность выполняемых измерений
Осевое и боковое давления измеряются по образцовым манометрам с точностью 0,5% от верхнего предела шкалы манометра.

Осевая деформация образца измеряется по прогибомеру с точностью 0,01 мм.

Боковая деформация образца определяется с точностью 1 мм шкалы дозатора (около 4,6 см³).

Параметры, регистрируемые и рассчитываемые в процессе эксперимента, рекомендуется записывать в журнал испытаний со следующей точностью:

- удельные давления и напряжения - до 0,01 МПа;

- уровень жидкости в дозаторе - до 0,1 см;

- изменение линейных размеров образца - до 0,001 см;

- изменение площади образца - до 0,01 см²;

- изменение объема образца - до 1 см³;

- относительная деформация образца - до 0,01%.

Образцовые манометры системы осевого давления рекомендуется применять трех типов:

- с пределом измерения  16 МПа при _1,max до 12 МПа;

- с пределом измерения  10 МПа при _1,max до 8 МПа;

- с пределом измерения  6 МПа при _1,max до 5 МПа.

Для системы бокового давления применяются образцовые манометры с пределом измерения 1; 2,5 или 4 МПа.

На баллоне со сжатым воздухом рекомендуется устанавливать технический манометр с пределом измерения  6 МПа и на распределителе насосной станции - с пределом измерения  25 МПа.

Контролю подвергаются все системы и соединения, работающие под высоким давлением. При этом опрессовка систем и соединений проводится под давлением не ниже допустимого для прибора согласно его технической характеристике. В процессе технического обслуживания проверяется работоспособность прибора в целом, выполняются мероприятия по обеспечению безопасной его работы.

На стадии технического обслуживания (не реже 2-х раз в год) производится тарировка системы гидравлического домкрата, а также слив масла, накапливающегося в гидроаккумуляторе системы осевого давления, до требуемого объема воздушной подушки в баллонах.

Периодически (один раз в квартал) контролируется наличие требуемого запаса масла в баке насосной станции системы осевого давления. Кроме того, контролируется заполнение маслом поршня гидроцилиндра.

Для проведения этой операции требуется демонтаж корпуса стабилометра и резиновой оболочки. Попутно производится осмотр резиновой оболочки, определяется наличие на ней видимых повреждений и при необходимости ее заменяют.

Контроль заполнения маслом поршня гидроцилиндра производится в следующей последовательности:

- с поршня домкрата снимается перфорированный штамп, вывинчивается воздухоспускная пробка, на пульте управления открывается кран 25 ("нагрузка цилиндра"), кнопкой магнитного пускателя включается электромотор насосной станции.

Масло подается в систему до начала его выхода из отверстия без пузырьков воздуха и полного заполнения поверхности поршня маслом. Без слива масла с поверхности поршня завертывается воздухоспускная пробка, выключается насосная станция, на пульте управления закрывается кран 25 ("нагрузка цилиндра") и открывается кран 26 ("разгрузка цилиндра").

До заполнения поверхности поршня маслом дренажная трубка должна быть закрыта временной пробкой, которая вынимается после удаления масла с поверхности поршня. Смена резиновой оболочки производится в следующем порядке: на перфорированный штамп устанавливается деревянная болванка диаметром 298 мм и высотой 700 мм, на которую надевается резиновая оболочка, тщательно обрезанная по нижнему торцу. Нижний конец резиновой оболочки натягивается на конус поршня домкрата и прижимается к нему уплотнительным кольцом с помощью винтов.

После этого устанавливается корпус стабилометра, который привинчивается болтами к верхнему фланцу домкрата. Затем закрывается кран 26 ("разгрузка цилиндра"), открывается кран 25 ("нагрузка цилиндра"), нажимается кнопка магнитного пускателя, подается масло в цилиндр домкрата на высоту 5-6 см.

Выдвинутый участок резиновой оболочки обрезается на уровне верхнего фланца корпуса стабилометра. Верхний конец резиновой оболочки и конус верхнего уплотнительного кольца смазывается маслом. Затем при помощи винтов верхнее уплотнительное кольцо и резиновая оболочка прижимаются к конусу верхнего фланца. После этого деревянная болванка извлекается из рабочей камеры прибора.

Открывается кран 26. При помощи винтового устройства поршень домкрата опускается в его нижнее положение, натягивая тем самым резиновую оболочку (рис. 9.8), и удерживается в таком состоянии до прекращения оттока масла из домкрата в бак насосной станции. Затем винтовое устройство снимается, закрывается кран 26.

Динамометр устанавливается внутрь рабочей камеры прибора на перфорированный штамп поршня домкрата (рис. 9.9). Верхний конец динамометра упирается в крышку прибора, которая монтируется на стальных цилиндрических стойках. Сквозь стойки пропускаются удлиненные винты, прикрепляющие крышку к верхнему фланцу стабилометра. Индикатор динамометра выпускается в зазор между крышкой прибора и корпусом стабилометра.

Тарировку необходимо производить не менее, чем в трех повторностях для этапа нагружения и разгрузки. По данным тарировки строится тарировочная кривая на основании которой для каждого прибора составляется таблица требуемых давлений в гидравлической системе для получения заданных ступеней напряжения в образце (рис. 9.10).

Заполнение жидкостью камеры бокового давления производится в следующем порядке. Внутрь рабочей камеры прибора устанавливается тонкостенный стальной цилиндр (диаметр - 298-299 мм, толщина стенки - 1,5-2,0 мм, высота от верхней утолщенной части - 650 мм). Для этого закрывается кран 19 и открывается кран 20, к которому подсоединяется шланг от вакуум-насоса.

Вакуум-насосом в камере бокового давления создается незначительное разрежение, и стальной цилиндр плавно опускается внутрь рабочей камеры до упора на штамп поршня домкрата.

Вакуум-насос отключается и на штуцер крана 20 надевается резиновая трубка пьезометра (см. рис. 9.6). Бак 8 перемещается в крайнее верхнее положение, открывается кран 19. Заполнение жидкостью камеры бокового давления производится самотеком. Эта операция длится 5-6 часов, и ее целесообразно производить в неурочное время. После появления уровня масла в стеклянной трубке пьезометра трубка снимается со штатива и опускается в приемный сосуд для выпуска пузырьков воздуха из камеры бокового давления (рис. 9.11). Можно считать, что камера бокового давления целиком заполнена жидкостью, если из стеклянной трубки пьезометра жидкость вытекает непрерывной струей в течение 10-15 минут.

Поскольку внешний диаметр цилиндрической формы несколько меньше диаметра поршня домкрата, необходимо для каждого прибора и применяемой к ним формы уточнить начальный объем (и диаметр) рабочей камеры прибора измеренным количеством воды. Для этого, заполнив как указано выше, камеру бокового давления, вынимают из рабочей камеры стальную форму, закрывают временной пробкой или зажимом дренажную трубку 13 и заполняют ее и перфорированный штамп 6 водой до начала появления воды на поверхности штампа. После этого рабочая камера доверху заполняется тарированным объемом (или массой) воды. Определение количества воды, потребовавшегося для заполнения рабочей камеры, должно быть выполнено с точностью до 50 мм (или грамм). Начальный объем рабочей камеры (образца) V₀ в случае измерения массы воды M определяется из выражения:

где _W - плотность воды (с учетом температуры), г/см³.

Начальная высота образца H₀ измеряется металлической линейкой с точностью 1 мм, а начальная площадь поперечного сечения S₀ определяется как отношение: S₀ = V₀ / H₀.
Основные правила по технике безопасности при работе на приборе ПТС-300
К обслуживанию прибора и всей установки ПТС-300 допускаются лица, прошедшие соответствующее обучение и инструктаж по правилам техники безопасности при работе на данной установке.

Для безопасной и безаварийной эксплуатации указанной установки необходимо соблюдать следующие правила:

- не приступать к работе на неисправной установке;

- при обнаружении неисправности прибора следует приостановить опыт и обратиться к механику, обслуживающему установку;

- не производить ремонт либо устранение неисправностей самостоятельно;

- ответственные за проведение опыта на данном приборе обязаны перед началом опыта проверить исправность манометров, баллонов, пневмогидроаккумуляторов. Убедиться в их полной исправности и в наличии на их корпусах таблички с датой очередной проверки. В случае, если дата очередной проверки просрочена, к проведению опыта не приступать.

Прежде чем приступить к работе на ПТС-300, необходимо провести внешний осмотр прибора и убедиться в отсутствии внешних повреждений, вмятин, выпучин, трещин, коррозии, поломок трубопроводов, кранов и целости стеклянной трубки дозатора, а также в отсутствии утечек масла во всех соединениях.

Засыпку грунта в камеру прибора и трамбовку нужно проводить со специальных подставок.

Не приступать к работе на приборе без ведома и разрешения механика, обслуживающего данную установку.

Прежде чем включить насосную станцию НСП-400, необходимо убедиться, что краны давления открыты, а краны сброса давления закрыты.

В процессе работы не превышать заданных значений давления, указанных на корпусах прибора и баллонов.

После проведения опыта сбросить давления в боковой полости и в домкрате осевого давления.