DD267166A3 - Translationsschergerät mit stufenlos veränderlicher Scherbelastungsvorrichtung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Translationsschergeraet mit stufenlos veraenderlicher Scherbelastungsvorrichtung zur Ermittlung der Scherfestigkeit von gestoert und ungestoert eingebauten Lockergesteinsproben. Ziel der Erfindung ist es, ein von der Belastungshoehe unabhaengiges Messmittel fuer Scherfestigkeitsversuche zu schaffen. Aufgabe der Erfindung ist es, ein Translationsschergeraet mit stufenlos veraenderlicher Scherbelastungsvorrichtung fuer extrem hohe und/oder schnelle Belastung des Lockergesteins und fuer die Ermittlung zeitabhaengiger scheinbarer Festigkeiten im UU-Versuch zu schaffen. Erfindungsgemaess wird die Aufgabe dadurch geloest, dass auf einer drehbaren Antriebsmittelachse eine Scheibe oder Tragarmkonstruktion mit einem Belastungsgewicht, welches mit der zentrisch angeordneten Translationsscherzelle verbunden ist, angebracht sind und die Antriebsmittelachse mit einem Drehzahlmesser gekoppelt ist. Figur

Description

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Anwendungsgebiet

Die Erfindung betrifft ein Translationsschergerät mit stufenlos veränderlicher SchnrbolaFtungsvorrichtung zur Eimlttlung dor Scherfestigkeit von gestört und ungestört eingebauten Lockergesteinsproben.

Charaktorlttlk des bekannten Standes der Tochnlk

Gekannt sind aus der Anwendungstechnik eine Vielzahl von Torsionsschorgeräten, Translationsschorgeräten und Triaxialschergoräten für die Untersuchung von Lockergesteinen im Labor bezüglich ihrer Scherfestigkeit; desgleichen existieren eine große Anzahl von Feldprüfvorrichtungen. Sie arboiten mit konstanter odor wechselnder Schergoschwindigkeit bzw. Belastungsgeschwindigkeit. Die Belastung wird über verschiedene Vorrichtungen erzeugt, z. B. Federn, Gewichte, hydraulische und pneumatische Belastungselemente, Motoren. AIIo diese Vorrichtungen habon den Nachteil, daß die probenzerstörende Prüfwirkung relativ langsam auf die Probe aufgebracht wird (Bereich zwischen 1/10000mm/min bis 10mm/min), um die wirksame Festigkeit zu ermitteln. So ist nach DD-PS 109081 ein Verfahren zur Ermittlung der Scherfestigkeit bekannt, bei dem dünne Proben (1 bis 3mm) mit einer Normalbelastung beaufschlagt und nach Erreichen der notwendigen Konsolidation dio Proben einer variablen Torsionsbelastung ausgesetzt werden, bis der Scherwiderstand in der Probe überwunden und auf einen konstanten Endwert abgesunken ist. Diosos Verfahren wird unter Verwendung oineG Kreisringschergerätes durchgeführt. Es gibt aber keine Vorrichtung, die es gestattet, Lockergesteinsmaterial extrem schnell und mit unterschiedlicher Belastungsgröße zu prüfen, um auch scheinbare Festigkeiten, die bei Schnittvorgängon oder schnellen Verhiebsfortschritten von Tagebauböschungen auftreten, entsprechend den speziellen Aufgabenstellungen zu ermitteln. Daboi spielt die gute Regelbarkeit über ein breites Belastungsspektrum bei einfacher Meßwerterfassung die entscheidende Rolle. Dieser Rollo werden Scherfestigkeitsversuche mit maximalen Schergeschwindigkoiten im Belastungsbereich von 3- ι ην, /min nicht mehr gerecht. Die Aussagefähigkeit der mit bekannton Vorrichtungen durchgeführten UU-Vorsuche ist für gegenwärtige Bedingungen nicht mehr ausreichend.

In der Bodenmechanik/Bodenphysik wird die Zentrifugalkraft nur noch für die Erzeugung der Normalspannung auf einen Modellkörper genutzt, wobei diese senkrechte Bolastunp über Zentrifugalkraft das Modoll zerstört. Diese Modellbelastungsvorrichtung ist nicht vergleichbar mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung und liefert noch keine vergleichbaren direkten Kenrizahlen für die Matorialfestigkeit.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung ist es, mit geringen-. Aufwand ein von der Bolastungshöho unabhängiges Meßmittel für Scherfestigkeitsversuche zu schaffen.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt dio Aufgabe zugrunde, ein Translationsschergerät mit stufenlos veränderlicher Schorbolastungsvorrichtung zu schaffen, mit welchem die Ermittlung der Lockergesteinsfestigkoit bei extrem hoher und/oder schneller Belastung des Lockergesteinos durch maschinelle Systeme, beispielsweise Graborgane und die Ermittlung zeitabhängiger scheinbarer Fertigkeiten im UU-Vorsuch für die Standsicherheit von Böschungen nachvollzogen werden kann.

Erfindungsgernäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß an einer drehbaren Antriebsmittelachse, die mit einem Drehzahlmesser gekoppelt Ist, eine Scheibe oder Tragarmkonstruktion angebracht ist. Auf dieser Konstruktion Ist ein exzentrisch gelagertes und radial in einer Fünrungsbahn bewegliches Belastungsgewicht angeordnet.

Am Ende der Führungsbahn befindet sich eine Fangvorrichtung, die gekoppelt ist mit einem Ausschalter für den Antriebsmotor der Mittelachse. Das Bolastungsgewicht ist mit dem beweglichen, gegebenenfalls durch eine Arretierung fixierbaren Teil der

zontrisch über der Mittelachse angebrachton Translationsscherzelle, welche die Lockorgostoinsprobe enthält, verbunden. Dem Belastungsgewicht kann diametral ein Ausgleichsgewicht zugeordnet sein.

Die Erfindung soll nachstehend an oinom Ausführungbueispiol und oinor Zeichnung naher erläutert werden. Translationsschergorät mit stufenlos veränderlicher Scherbelastungsvorrichtung beotehend aus oinor drehbaren Antriebsmittelachse 11 mit Scheibe oder Tragarmkonstruktion 5 und Drehzahlmesser. Auf der Scheibe oder Tragarmkonstruktion 5 befindot sich ein Belastungsgewicht β in der Führungsbahn 7 mit diametralem Ausgleichsgewicht 13, eine Fangvorrichtung 10 für das Belastungsgewicht 6 mit einem Ausschaltor fl für den Antriebsmotor dor Antriobsinittolachse 11 Auf der Antriebsmittelachse 11 sitzt zentrisc¹ lie Translationsschorzello 4 nvt dor Arretierung 8. An einer drehbaren Antriebsmittelachse 11 dos Translationsschergei dtes ist eine Scheibe oder Tragarmkonstruktion 5 befestigt. Über der Antriebsmittelachso 11 befindet sich zontrisch eine Lcckergesteinsprobo in einer Translationsscherzelle 4, Auf dor Scheibe oder Tragarmkonstruktion 5 ist In Verbindung mit der Translationsscherzello ein bewegliches, exzentrisch gelagertes Belastungsgewicht β angeordnet, welches sich in einer radialen Führungsbahn 7 bewogt. Durch die stufenlos steuerbare Drehbewegung der Scheibe oder Tragarmkonstruktion 5 wirkt über das Belastungsgewicht 6 die Zentrifugalkraft als Scherbolastung auf die Lockergesteinsprobe in der Translationsscherzelle 4 entsprechend der Formol F = m · r · w'. Durch eine fest über der Translationsscherzelle 4 mit der Lockergestoinsprobe angebrachte Spannvorrichtung 2 kann die Lockergesteinsprobe stufenlos von Null bis zu oiner gewünschten Größe vertikal belastet werden. Durch Zwischenschalten eines Schwingelementes zwischen die Druck- und Führungsplatte 3 und die Spannvorrichtung 2, die mit dem Grundrahmen 1 verbunden sind, kann die Normalbolastung außer im statischen Zustand auch in einem zyklischen oder dynamischen Normalbelestungszustand gebracht werden, was für Langzeitversuche von Bedeutung ist. Das Belastungsgewicht 6 muß arretierbar sein, um gegebenenfalls erst ab einer definierten wirksamen Belastungsgröße die Scherspannung auf die Probe in der Translationszelle 4 wirken zu lassen, Diese Arretierung 8 ist bei rotierender Belastungsvorrichtung lösbar. Damit wird os möglich, bei einer festgelegten Winkelgeschwindigkeit eine plötzliche, stoßfreie Belastung größer Null auf die zu scherende Probe einwirken zu lassen.

Am Ende der Führungsbahn 7 des Belastungsgewichtes 6 befindet sich eine Fangvorrichtung 10 mit einem Ausschaltor 9 für den Motor der Antriebsmittelachse 11, Dadurch wird das nach dem Probenbruch sich schnell radial nach außon bowcgoncln Elelastungsgewicht 6 abgefangen, Über den Ausschalter 9 wird der Motor der Antriebsmittelachse 11 stillgesetzt und gloichzoitig der maßgebliche Meßwert für die Bestimmung der Winkelgeschwindigkeit über die Drehzahl fixiert. Diametral dom Belastungsgowicht 6 ist auf dor Scheibo oder Tregarmkonstruktion 5 ein Ausgleichsgewicht 13 zur Vermeidung von Schwingungen an der Antriebsmittelachso 11 infolge von Massene. zentrizität angebracht. Für den abgoscherten Teil der Probe mit dem dazugehörigen Transiationsscherzellenteil 4 ist eine Fangvorrichtung 12 angebracht, um ein Ausbrechen der Probe infolge der nach dem Bruch an ihrer wirkenden Zentrifugalkraft zu vermeiden.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung hat gagenüber der bekannten Scbertochnik den Vorteil, daß extrem breite Scherbelastungsspektren als Funktion der Drehzahl ermittelt worden können, eine einfache und belastungsunabhängige Meßwerterfassung über die Drohzahl gegeben ist und auf Grund der Zentrifugalkraftwirkung eine in ihrer Belastungsgröße, als auch In Ihrem zeltlichen Verlauf sehr variable Scherspannung bis zum Überschreiten des Bruchzustandes, auf dlo Probe gegeben werden kann. '

Claims (2)

1. Translationsschergerät mit stufenlos veränderlicher Scherbelastungsvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß an einor drehbaren Antriebsmittelachse (11), welche mit einem Drehzahlmesser gekoppelt ist, eine Scheibe (5) angeordnet ist, auf welcher ein exzentrisch gelagertes und radial in einer Führungsbahn (7), an deren Ende sich eine Fangvorrichtung (10) mit einem Ausschalter (9) für den Antriebsmotor der Antriebsmittalachse (11) befindet, bewegliches Belastungsgewicht (6), verbundon mit einem beweglichen und gegebenenfalls durch eine Arretierung (8) fixierbaren Teil der zentral angebrachten Translationsscherzelle (4) angeordnet ist, dom diametral ein Ausgleichsegment (4) zugeordnet ist.

2. Translationsschergerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Scheibe (5) eine zweiarmige Tragarmkonstruktion mit gleichem Durchmesser angeordnet ist.