Устройство для определения деформируемости грунта в скважине Советский патент 1983 года по МПК E02D1/00 

4;:

00

о

j: 4 ИзоСретение относится к строител ству, в частности к технике для опр деления физико-механических свойств грунтов, и .может быть использовано при инженерно-геологических изысканиях в .строительстве и горном деле. Известно устройство для определе ния характеристик деформируемости и прочности грунтов, содержащее кор пус с эластичной оболочкой зажимны фланцы и измерительное приспособлени состоящее из дистанционных датчиков и блока регистрации l . Известное устройство имеет доста точно высокую точность измерения радиальных .перемещений и деформаций стенок скважины, что достигается за счет увеличения чувствительности при одновременном уменьшении хода датчиков. Однако малый ход датчиков ограничивает применение указанного устрой ства для испытания слабых и сильно деформируе1 ых грунтов, а также для испытания грунтов в обычных геологоразведочных скважинах, стенки кото-рых разбиваются буровыми штангами при их проходке и не имеют стабильны поперечных размеров на различных глубинах. Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому эффекту является устройство для определения деформируемости грун та в скважине, включающее корпус с эластичной оболочкой, дистанционные датчики деформаций с подвижными чувствительными элементами, связанными со щупами посредством механической связи, пропущенными через эластичную оболочку 2 . Однако в нерабочем положении механическая связь изгибает и сжимает упругий элемент измерителя деформации. В период начального расширения эластичной оболочки и касания со стенками скважины воэрастаюшее в дальнейшем давление жидкости в рабочей камере автоматически разжимает рычаги механической связи. Упругий чувствительный элемент, находящийся до этого момента в сжатом состоянии, выпрямляется и устанавливается щупами враспор между противополож ными стенками скважины. Таким образом, упругий чувствительный элемент измерителя дефо миации как в период преодоления холостого хода, так и при измерении деформаций стенок сквгикины находится в сжатом (напряженном) состоянии. Следовательно, тензометр сопротивления, наклеенные на упругий элемент измерителя дефор:мации, все время находятся в деформированном состоянии,«т.е. в рабочем режиме. Однако предел преобразования тензометров сопротивления огра ничен, поэтому общая чувствительност измерителя деформации остается низкой. Цель изобретения - расширение диапазона и повышение точности измерений. . Поставленная цель достигается тем, что устройство для определения деформируемости грунта в скважине, включающее корпус с эластичной оболочкой, дистанционные датчики деформаций с подвижными чувствительными элементами, связанными со щупами через эластичную оболочку, снабжено телескопической тягой, состоящей из наружной трубки, связанной с одним из щупов, и центрального стержня, один конец которого с закрепленными на .нем чувствительными элементами установлен посредством пружин в корпусе датчика Деформаций, причем на телескопической тяге смонтировано зажимное приспо-собление, выполненное в виде мембранной коробки, жестко прикрепленной к наружной трубке телескопической тяги, а мембрана коробки связана с центральным стержнем. При этом зажимное приспособление может быть выполнено в виде электро- магнита, катушка которого закреплена на наружной трубке телескопической тяги, а якорь связан с ее центральным стержнем. На фиг. 1 показано устройство с частичным продольным вырезом, общий вид} на фиг. 2 - устройство в нерабочем положении (разрез А-Л на фиг.1); на фиг, 3 - то же, в процессе измерения J на фиг. 4 - телескопическая тяга в нерабочем положении (разрез Б-Б на фиг. 2), на фиг. 5 - то же, в процессе измерения (разрез В-В на фиг. 3) на фиг. 6 - устройство в нерабочем положении с зажимным при- способлением, выполненным в виде электромагнита, поперечный разрезj на .фиг. 7 -.то же, в процессе измерения. Предлагаемое устройство (фиг, 1) включает корпус 1 с оболочкой 2, прок/1адки 3 и фланцы 4, прижимаемые к корпусу болтами 5. Устройство содержит также телескопическую тягу (фиг. 2 и 3), расположенную между чувствительным элементом б - сердечником индуктивного датчика 7 и шупом 8 и состоящую из наружной трубки 9 и центральногостержня 10 (фиг. 2). На стержне с двух сторон сердечника установлены пружины 11. К наружной трубке телескопической тяги жестко закреплена мембранная коробка 12 с мембраной 13, В центре мембраны закреплен хомутик 14 (фиг, 4), верхняя перемычка которого расположена в прюрези наружной трубки телескопической тяги, В случае измерения деформаций слабого и сильно деформируемого грунта в предложенном устройстве зажимное приспособление представляет со-. бой электромагнит (фиг. б), состоящий из каркаса с катушкой 15, внутри которой установлены пружины 16 и якорь 17 с центральным конусным отверстием. Наружная трубка телескопической тяги на конце имеет отверстия в которые установлены шарики 18.Каркас электромагнита закреплен на наружной трубке так,чтобы якорь при помощи пруж ны 16 электромагнита заклинивал шарики между собой и центральным стержнем. Работа устройства осуществляется следующим образом. Полость оболочки 2 соединяют трубопроводами с источником давления/ (не показан), индуктивные датчики 7 присоединяют при помощи электропро одов к измерительной станции (не показана). После этого при помощи, штанги или .троса устройство погружают в скважину. Во время хранения устройства, погружения в скважину и в период начального расширения гиб кой оболочки 2, нагнетаемой в нее жидкостью до соприкосновения оболочки со стенками скважины, телескопическая- тяга находится в нерабочем положении (фиг. 2). В этсяи случае центральный стержень 10 упруго удерживается пружинами 11 в средней части датчика 7, а наружная трубка 9, закрепленная к шупу 8, может свободно перемещаться относительно цент-. рального стержня. Таким образом, телескопическая тяга при давлении, достаточном для растяжения оболочки до установления контакта со стенками скважины, свободно раздвигается вместе с щупами, пропущенными через эластичную оболочку, оставляя при этом чувствительный элемент 6. - сердечник индуктивного датчика 7 в первоначальном нулевом положении (фиг. 4). При дальнейшем незначитель ном повышении давления мембрана 13 прогибается настолько, что верхняя перемычка хомутика 14 прижимает цфнт ральный стержень 10 к стенке наружной трубки 9 (фиг. 2, Т и 5) и образует жесткую связь между сердечни. ком и щупом. При преледующем увели чении давления и деформирования стенок скважины чувствительный элемейт 6 перемещается вместе с телескопической тягой и щупом 8 относительно закрепленного к противоположному щу|пу индуктивного датчика 7, электри1ческий сигнал от которого передаетс я дистанционно к измерительной стадции I После окончания опыта и снижения давле :ния в оболочке 2 мембрана 13 выпрямляет ся и хомутик 14 освобождает центральны стержень 10 от наружной трубки 9,а телескопическая тяга склгщывается и при водит измерительное приспособление в первоначальное нерабочее положение. Работа устройства в случае измерения деформаций слабого и сильно деформируемого грунта осуществляется следующим образом. После погружения устройства в скважину перед тем,, как создавать давление в полости оболочки, эл.ектромагйит подключают к источнику питания, например аккумулятору. При этом якорь 17 втягивается в катушку 15, поджимает пружину 16 и освобождает шарики 18. Создают начальное давление в полости оболочки до ее соприкосновения со стенками скважины, в процессе расилирения оболочки наружная трубка 9 свободно перемеща2ТСЯ относительно центрального стержня 10,который вместе с чувствительным элементом 6 удерживается пружинами 11 в средней части индуктивного датчика 7. Перед началом измерений деформаций электромагнит отключается, якорь 17 под действием пружины 16 заклинивает .шарики 18 и прижимает централь ный стержень 10 к наружной трубке 9 (фиг. 7). При последующем увеличении давления и деформирования стенок скважины чувствительный элемент -и центральный стержень перемещаются относительно индуктивного датчика совместно с наружной трубкой и щупом. После того, как используется, весь рабочий ход датчика, перед последующим нагружением электромагнит подключают к источнику питания, при этом центральный стержень освобождается от наружной трубки и под действием пружины 11 возвращается в первоначальное нулевое положение. Элбктрома.гнит отключается, и якорь 17 под действием пружины 16, заклинивает шарики, соединяет центральный стержень и наружную трубку между собой. После этого продолжают нагружемие и измерение деформаций стенок скважины. Такой прием возвращения чувствительного элемента в исходное нулевое положение повторяется по мере необходимости многократно. Таким образом, устройство для оп- ределения деформируемости грунта.в скважине позволяет повысить точность измерения путем увеличения общей чувствительности измерительного приспособления с одновременным увеличением диапазона изменения диаметра скважины. Расчеты применительно к скважине, разбуриваемой коронкой диаметром 130 мм, показали, что скважина может отклониться от номинального диаметра на величину более чем 35 мм, что составляет более чем 25%. Изобретение может быть внедрено в строительстве, в горнодобыыающей промьшленности и при инженерно-геологических изысканиях для определения прочностных и деформационных характеристик грунтов и скальных пород.

Т7

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДЕФОРМИРУЕМОСТИ ГРУНТА В СКВАЖИНЕ, включающее корпус с эластичной оболочкой, дистанционные датчики дефоЕялаций с подвижными чувствительными элементами, связанными с шупами, пропущенными через эластичную оболочку, отличающееся тем, что, с целью расширения диапа-: зона и повышения точности измерения, оно снабжено телескопической тягой, Состоящей из наружной трубки, связанной с одним из щупов, и центрального стержни, один конец которого с закрепленными на нем чувствительными элёментаьот установлен посредством пружин в корпусе датчика деформаций, причем на телескопической тяге . смонтировано зажимное приспособление. 2.Устройство по п. 1, о т л ича ю щ е ее я тем, что зажимное приспособление выполнено в виде мембранной коробки, жестко прикреплен,ной к наружной трубке телескопической тяги, а мембрана коробки связана- с ее центральным стержнем. 3.Устройство по п. 1, о т л иi «Л Ча ю щ е е с я тем, что, с целью обеспечения возможности измерения деформаций слабого сильно .деформи- руемого грунта, зажимное приспособление выполнено в виде электромагнита, катушка которого закреплен на наруж-1 ной трубке телескопической тяги, а якорь связан с ее центральным стержнем.

п г и

W

Фиг.1

Риг.З

6-S

W

|

пВ-8