Устройство для исследования свойств грунта Советский патент 1983 года по МПК E02D1/00 

-Nj

QG Изобретение относится к строител ству/ к устройствам для исследовани физико-механических свойств грунта, и может быть использовано для моделирования условий естественного залегания грунта. По основному авт.св. № 939637 известно устройство для исследовани свойств грунта, включающее корпус, основную и дополнительную кольцевые камеры для грунта, центробежную уст новку, электромагнитную катушку с якорем и ударником, измерительное приспособление, выполненное в виде трех цилиндрических металлических обкладок, образующих емкостные элек рические элементны, причем две обклад ки установлены по стенкам камер для грунта, а третья - на ударнике 1 }. Недостаток известного устройства заключается в том, что силу воздействия штампа на исследуемый грунт неизмеряют, а определяют расчетным путем, при этом поскольку пенетрометр шарнирно прикреплен.к коромысл центробежной установки и при ее работе отклоняется по направлениям равнодействующей центробежной силы и силы тяжести Земли, изменяя угол относительно коромысла в пределах о 90 до О полный радиус вращения пенетрометра в каждый момент времени вычисляют приближенно, что вносит погрешность в определение силы внед рения штампа ударника в грунт и в конечном счете влияет на точность определения прочности грунта. Целью изобретения является повышение достоверности измерений. Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для исследова ния свойств .грунта измерительное приспособление снабжено блоком мо делирования силы внедрения штампа в исследуемый грунт, выполненным в виде верхнего и нижнего основания, установленного на верхнем из них дифференциально-трансформаторного датчика с сердечником, размещенных на нижнем основании вдздушных демп феров, соединенных коромыслом, пропущенного через верхнее основание иггока, соединенного с сердечником и коррмыслом, размещенной между нижним основанием и коромыслом тарированной пружины сж-атия. На фиг.1 показан пенетрометр, общий вид; на фиг.2 - электрическая .схема измерительного приспособления пенетрометра для определения плотности и прочности грунтов; на фиг.З схема включения и отключения электро магнита постоянного тока; на фиг.4 схема блока моделирования силы внедрения штампа в исследуемый грунт. Описываемое устройство состоит из дентробежнйй установки, (не показана) корпуса пенетрометра 1, закрытого крышкой 2. В нижнем отсеке корпуса 1 размещен блок моделирования силы внедрения штампа в исследуемый грунт, состоящий из работающей на с.жатие цилиндрической тарированной пружины 3,.предназначенного Для. успокоения колебаний подвижной части блока, воздушных демпферов 4, коромысла 5, навинченного на шток 6 и опертого своим основанием на пружину 3, ферромагнитного сердечника 7, корректора 8 и дифференциально-трансформаторного датчика 9. В верхнем отсеке корпуса расположены обкладки 10 и 11 цилиндрического емкостного элемента, образующие конденсатор с электрической емкостью Сд. В свою очередь обкладка 11 совместно с обкладкой 12, запрессованной на боковой поверхности ударника 13, образует конденсатор с электрической емкостью Cg. Ударник 13-через якорь 14 удерживают в .исходном с стоянии электромагнитом постоянного тока 15. Нижняя часть ударника 13 представляет собой штамп 16. Обкладка 10 с натягом одета на стакан 17, а обкладка 11 запрессована в цилиндр 18, который совместно со стаканом 17 представляет собой опору для крышки 19, .прижатой крышкой 20. Внутренняя камера представляет собой стакан 21, закрывающийся крышкой 22. Исследуемый грунт 23 находится одновременно во внутренней цилиндрической 24 и наружной кольцевой камерах 25. Обкладки 11 и 12 разделены слюдяным изолятором 26. Обкладки 10 и 11 имеют выход на измерительный мост переменного тока Р-5004. через винты 27 и 28, Обкладки 11 и 12 имеют выход на второй измерительный мост через винты 28 и 29. Две кнопкч с самовозвратом 30 с одними замыкающими и одними размыкающими контактами встроены по торцу каркаса электромагнита 15 так, что когда якорь 14 притянут электромагнитом, происходит нажатие им кнопок . , Каркас катушки электромагнита постоянного тока 15 в свою очередь прикреплен к днищу крышки 31. Фланец 32 крепится к крышке 33, на которую навинчена крышка 34, предохраняющая выводы обкладок, а также клеммы 35 подвода питания к катушке электромагнита. В нижней части корпуса 1 установлены верхнее 36 и нижнее 37 основания. Работа ycтpoйjгтвa для исследования свойств грунта заключается в следующем. Перед испытанием осуществляют тарирование пенетрометра. Для того, чтобы сила воздействия на пружину 3 подвижной системы блока (состоящей из ферромагнитного сердечника 7, штока б, коромысла 5, корректора 8/ с учетом трения в воздушных демпферах 4) всегда была равна силе внедрения штампа ударника в исследуемый грунт, при работе центробежной уста новки необходимым условием этого является строгое соотношение их мас При изготовлении пенетрометра задгио массу,ударника известной величиной. Массу же .подвижной системы блока, исходя из этого, определяют экспери ментальным путем следующим образом. Выбранную для работы в пенетрометре пружину 13 предварительно оде вают на штамп ударника. При этом нижний конец ее опирается на крышку 22, а верхний - на корпус ударника 13. Пенетрометр крепят к коромыслу центробежной установки, ключ К схем питания электромагнита 15 (фиг.З) разомкнут. Задавая различную скорос вращения центробежной установке, фиксируют величины результирующего центробежно-гравитационного ускорения и соответствующие им величины деформации пружины, которые определяют по величине электрической емкос ти Сц конденсатора Cg по формуле Cg. 0,241 где -const диэлектрическая проницаемость диэлектрика, расположенного между обкладками 11 и 12; величина перекрытия обкладок, равная велич не деформации пружины tf- внешний диаметр внутренней обкладки конден сатора) )st внутренний диаметр внешней обкладки конденсатора. . Затем пружину 13 возвращают в сво рабочее положение (как показано на фиг.1). Пенетрометру задают те же ; значения ускорений.-Путем вариаций масс элементов, составляющих подвижную систему блока, добиваются тбго, что этим ускорениям, соответствуют де формации пружины, равные предьиущим Величину деформации в этом случае оп ределяют исходя из того, что напряже ние на выходе дифференциально-трансформаторного датчика 9 - U2 находит ся в.функциональной зависимости от перемещения сердечника 7 (равного ве личине деформации пружины сГ) относи тельно его электрической нейтрали, Z-f-l - 2), В то же время известно, что вели чина .деформации цилиндрической пружн ны еЛ связана с действующей сило1Г F определяющей эту деформацию по формуле-1, (., где n cons-t -число витков прулсины;Dp con3t -диаметр пружины; Q const -. модуль упругости второго рода; 3 const -диаметр витка прудйны. Подставив из возражения (3) значение сГ в выражение (2), получим, что feFnD Или, исходя из того, что сила воздействия Подвижной системы F всегда равна силе F внедрения штампа ударника в грунт. -() Таким образом, блокизмерительного приспособления (фиг.4) измеряет силу внеда)ения .штампа ударника в. грунт по величине напряжения на вторичной обмотке дифференциальнЪ-транспортного датчика. Так как прочность грунта определяется работой, затраченной на внедрение в него жесткого штампа/ а измеря-. емая величина силы внедрения штампа ударника в грунт F cons-t для каждого момента времени, ,тр прочность исследуемого грунта определяется лишь глубиной внедрения в него штампа 16, а следовательно, измеренной величиной электрической емкости конденсатора CQ. . Шкалы измерительных мостов конде.нсаторов Сд и С в програл уированы соответственно в единицах плотности и прочности. Для проведения испытаний ленетрометр с грунтом 23 размещают на центробежной установке (не показана). Грунт 23 под воздействием центробежных сил уплотняется. По показаниям моста, подключенного к конденсатору Сд, обеспечивают необходимую плотность грунта. После уплотнения , грун- та электромагнит 15 обесточивают И ударник 13 под-действием центробежно-гравитационных сил обеспечивает внедрение штампа 16 в исследуемый грунт с силой , величину которой измеряют с помощью блока моделирования силы внедрения штампа в исследуемый грунт. С помощью моста, подклю-, ченного к конденсатору Сц, измеряют прочность грунта.. . Применение предложенного устройства для исследования свойств грунта позволяет автоматически проводить замеры прочностных характеристик исследуемых грунтов.

IB

P-fOOit

P-50Q4

Фиг2

УСТРОЙСТВО ДЛЯ.ИССЛЕДОВАНИЯ СВОЙСТа ГРУНТА по авт.св. № 939637, отличающееся тем, что. с целью повышения достоверности измерений, измерительное приспособление снабжено- блоком моделирования силы внедрения штампа в исследуемый грунт, выполненным в виде верхнего и нижнего основания, установленного на верхнем из них дифференциально.трансформаторного датчика с сердечником,, размещенных на нижнем основании воздушных демпферов, соединенных короь«лслом, пропущенного через верхнее Основание штока, соединенного с сердечником и коромыслом,размещенной между нижним основанием и коромыслом тарированной пружины сжатия.

«/- J гууууу ////л г

ЧпГ

Фиг.