Устройство для определения физико-механических свойств грунта Советский патент 1984 года по МПК E02D1/00 

05

сл ьэ РГзобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения перемещений и внутренних деформаций и физико-механических свойств грунтов. Известен деформометр для измерения деформации и напряжений в грунтовом массиве, содержа щи и два анкера, соединенных между собой штоком 1. Недостатками данного деформометра являются низкая точность и малая информативность. Наиболее близким к предлагаемому является устройство для определения физико-механических свойств грунта, включающее верхний и нижний анкеры, соеди. .,„ненные между собой штоком, выполненным из двух полых телескопических цилиндров, датчик осевого перемещения и регистрирующую аппаратуру 2. Недостатками известного устройства являются ограниченный диапазон исследований и низкая информативность, обусловленная измерением только деформаций грунта, что не позволяет охарактеризовать состояние грунта- и достоверно оценить причины деформаций и учесть эти причины при оценке погрешности измерений. Цель изобретения - расширение диапазона и повышение информативности исследований. Поставленная цель достигается тем, что устройство для определения физико-механических свойств грунта, включающее верхНИИ и нижний анкеры, соединенные между собой штоком, выполненным из двух полых телескопических цилиндров, датчик осевого перемещения и регистрирующую аппаратуру, снабжено прогибомером, датчиками полного и порового давления и температу ры, анкеры выполнены в форме дисков из электропроводного материала, расположены во взаимно перпендикулярной плоскости и соединены со штоком посредством шарниров, выполненных из диэлектрика. На фиг. 1 изображено предлагаемое устройство, разрез, общий вид. Устройство для определения физико-механических свойств грунта включает верхi-1 НИИ и нижний анкеры 1 и 2, соединенные между собой штоком, выполненным из двух полых телескопических цилиндров 3 и 4, а также датчик осевого перемешения, содержащий упругую пластину 5 с закрепленными на ее поверхности тензодатчиками 6. Упругая пластина 5 закреплена одним концом в цилиндре 4, а другим концом упирается в наклонную плоскость 7 цилиндра 3. Анкеры 1 и 2 установлены в взаимно перпендикулярной плоскости, выполнены в форме дисков, изготовленных из электропроводного металла, например бериллевой бронзы, и соединены с телескопическими цилиндрами 3 и 4 посредством шарниров 8 и 9, выполненных из диэлектрика. Каждый из анкеров 1 и 2 снабжен датчиками полного и порового давления, состоящими из перфорированной мембраны 10, влагонепроницаемой мембраны 11 с датчиком ее деформации - тензорезистором 12 - и влагопроницаемой мембраны 13 с датчиком ее деформации - тензорезистором 14 - и датчиками 15 и 16 температуры. Тензодатчик 6, тензорезисторы 12 и 14, датчики 15 и 16 температуры, а также анкеры 1 и 2 соединены проводами с вторичными приборами, преимущественно с цифровом мостом сопротивления (не показано). Прогибомер 17 соединен с анкером 1 посредством струны 18, расположенной в обсадной трубе 19. Отношение диаметра анкеров вы- соте лежит в пределах 0,05 - 0,1, а расстояние между анкерами 1 и 2 2D Н Z, Д - диаметр верхнего и нижнего анН - ддина щтока; Z - наибольшая толщина исследуемого слоя грунта. Устройство для определения физико-механических свойств грунта работает следующим образом. Устройство устанавливают в стенку предварительно пробуренной скважины путем вдавливания анкеров 1 и 2. Вдавливание анкеров может осуществляться либо одновременно, либо поочередно: сначала анкера 1, затем анкера 2. Шарниры 8 и 9 позволяют в последнем случае избежать погрешностей измерений, вызванных неравномерной деформацией исследуемого грунта при внедрении в него анкеров 1 и 2 устройства. Вдавливание анкеров 1 и 2 может осуществляться также вручную, например в стенку шурфа. Минимальное расстояние между анкерами 1 и 2 в момент их внедрения должно составлять 2D. Провода от устройства для определения физикомеханических свойств грунта выводят на поверхность грунта к вторичным измерительным приборам. Струну 18 сквозь обсадную трубу, заполненную консистентной смазкой, также выводят на поверхность .Il. JlUlVj(J.V JJI-UiJV//Jl,/l л11 Ы11 VLJX- К И 1 LJ . соединяют с прогибомером 17. Выработку (скважину или шурф) заполня т с извлеченным грунтом с послойным его уплотнением или заполняют тиксотропным раствором. После заполнения выработки „Q вторичным приборам регистрируют нулевые отсчеты, По показаниям тензодатчика 6 регистри руют начальное расстояние между анкерами 1 и 2. По измерению удельного электрического сопротивления грунта между анкерами 1 и 2 устанавливают соответствие этой величины влажности грунта, определенной стандартным методом.Деформации

исследуемого слоя массива регистрируют путем измерения перемещения цилиндров 3 и 4 путем измерения изгиба пластины 5 посредством тензодатчика 6, образующего с компенсационным тензорезистором внутренний полумост, соединенный проводами с внещним полумостом вторичного прибора. Компенсационный тензорезистор (не показан) может быть установлен на внутренней поверхности цилиндра 4.

Деформацию массива грунта, расположенного выще слоя, в котором расположен анкер 2, регистрируют посредством прогибомера 17, соединенного с анкером 1 струной 18, пропущенной через обсадную трубу 19, заполненную консистентной смазкой. Вертикальное полное напряжение грунта на исследуемом горизонте регистрируют путем измерения изгиба мембраны 13, устроенной на анкере 1, посредством тензорезистора 14. Горизонтальное полное напряжение грунта на исследуемом горизонте регистрируют путем измерения изгиба мембраны 13, устроенной на анкере 2, посредством тензорезистора 14.

Датчики давления в поровой жидкости, размещенные в анкерах 2 и 1 и представляющие собой мембраны 11 с наклеенными тензорезисторами 12, позволяют регистрировать поровое давление в исследуемом слое

грунта. По разности одновременно зарегистрированных величин порового давления можно оценить анизотропность грунта.

Измерение температуры в исследуемом слое регистрируют путем измерения электрического сопротивления датчиков 15 температуры, устроенных в анкерах и 2. Так как терморезисторы устроены внутри анкеров, то появляется вoзмoжнotть регистрировать температуру самого устройства и учитывать влияние температурных напряжений и деформаций устройства как систематическую ошибку измерений.

Измерение электрического сопротивления грунта между двумя анкерами 1 и 2 и с одновременной регистрацией расстояния между поверхностью грунта и устройства позволяет исследовать процессы промерзания и оттаивания грунта одновременно с регистрацией напряженно-деформированного состояния.

Применение предлагаемого устройства позволяет одновременно определять деформационные характеристики физикомеханических свойств грунта путем замера температуры, полного и порового давления грунта и учесть влияние этих природных факторов при определении деформации.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ГРУНТА, включающее верхний и нижний анкеры, соединенные между собой штоком, выполненным из двух полых телескопических цилиндров, датчик осевого перемещения и регистрирующую аппаратуру, отличающееся тем, что, с целью расширения диапазона и повышения информативности исследований, оно снабжено прогибомером, датчиками полного и норового давления и температуры, анкеры выполнень в форме дисков из электропроводного материала, расположены во взаимно перпендикулярной плоскости и соединены со штоком посредством шарниров, выполненных из диэлектрика.