Устройство для исследования свойств грунтов Советский патент 1984 года по МПК E02D1/00 G01N33/24 

Изобретение относится к инженерным изысканиям в строительстве, в частности к устройствам для опрецеления механических свойств грунтов в полевых условиях Известно устройство аля определения сжимаемости и прочности гр5Т1тов, со- цержащее корпус с гидроцилинарами и,распорными штампами, связанными с нагрузочным и измерительным приспособлс- ниями, а также механизмом сдвига l. Известно также устройство для определения прочностных и деформационных свойств грунта,-содержащее корпус, в . котором пропущена штанга с крыльчаткой штамп с эластичной оболочкой, нагрузочное и измерительное приспособления 2j. Недостатками устройств являются .ограниченность получаемой информации о физико-механических свойствах исследуемого грунта на заданной отметке, а также недостаточная точность измерительных приспособлений. Наиболее близким к изобретению является устройство для исследования свойств грунтов, включающее корпус, распорное приспособление с приводом, штамп для создания вертикальной нагрузки с приводом и измерительными приспособлениями 3J . Недостатками известного устройства являются невозможность комплексных исследований свойств грунтов одним устройством в .зацанной точке пространства, а также невысокая точность получаемых результатов, которая опрецеляет ся лишь точностью измерительных приспособлений. Цель изобретения - расширение области применетия и повышение надежности исследования грунтов. Цель достигается тем, что устройство для исследования свойств грунтов, включающее корпус, распорное приспособ ление с приводом, штамп для создания вертикальной нагрузки fc приводом и измерительными приспособлениями, снабжено крыльчаткой со штангами, верхняя из которых снабжена измерителем ве{ тикальных перемещений, корпус выполнен с пазами, распорное приспособление в виде цилиндрических штампов с ролика ми, установленных в пазах корпуса, а привод распо|жого приспособления вьшол нен в виде гидроцилиндра и толкателя с наклонными пазами, соединенного с гиц1рсяхнлинцром с возможностью вааимоцейс ВИЯ с роликами штампов распорного при спсюобпения, при этом крыльчатка установлена с возможностью взаимодействия своей верхней частью со штампом для создания вертикальной нагрузки. Рабочая поверхность штампов распори ного приспособления выполнена сменной. Кроме того, штамп для создания верьтикальной нагрузки и штампы распорного приспособления снабжены термоэлементами.На фиг. 1 изображена схема устройства в статическом состоянии; на фиг. 2 виц А на фиг. 1; на фиг. 3-6 - схемы работы устройства при различных видах Испытаний грунтов. Устройство для исследования свойств грунтов (фиг. 1 и 2) состоит из рабочего органа 1, нагрузочного приспособления в виде автоматизированной гидравлической станции 2, измерительных приспособлений 3-5 и соединительных трубопроводов 6. Рабочий орган 1 в верхней части корпуса 7 с пазами имеет распорное приспособление, выполненное в виде цилиндрических штампов 8 с роликами 9, привод распорнсв о приспособления в виде гидроцилиндра Ю двустороннего действия с поршнем 11 и полым штоком 12, со&динеяного с. толкателем 13. Полый шток в верхней части имеет креттление для тросика 14 привода измерительного приспособления 3 для измерения перемещений штампов 8. Полый шток 12 жестко соединен с наклонными пазами 15 для перекатывания роликов 9. В нижней части корпуса 7 размещен штамп 16 для создания вертикальной нагрузки, соеаи- ненный с привоцом - гидроцилиндром 17 и двумя измерительными приспособлениями 4 и 5. В центральной части штампа посреасчвом ребер жесткости эакреплш стакан 18, в котором свободно размещена крыльчатка 19 вращательного среза со штангами 20, верхняя из которых снабжшш измерителем 5 вертикальных перемещений. Штампы 8 распорного при способления и штамп 16 оснащаются термоэлементами для проведения термопрессиометрических и термош тамповых испыта- НИИ мерзлых грунтов. Устройство работает следующим образом. На заданную рабочую отметку в сква жину погружают рабочий орган 1 с убрав нъйля цилинарическимн штампами 8 н штампом 16 в корпусе 7, гиароципина- ры 10 и 17 соединяют трубопроводам и с гидростанпией, собирают и устанавливают измерителЫ1ые приспособления 3-5. Цля проведения прессиометрических испытаний грунта стенок скважины пав- ление на грунт переаают через цилинцрические штампы 8 посрепством роликов 9, перекатывающихся по наклонным поверхностям толкателя 13, соединенного жестко с полым штоком 12 гицроцилинцра Ю цвустороннего действия (фиг. З). При этом деформация грунта, а вместе с тем и осрецненное значение перемеще ний цилиндрических штампов, во времени фиксируется измерительным приспособлением 3. По достижении условной стабилизации перемешений штампы 8 по необх димости разгружаются. После первой приклады ают вторую и последующие ступен нагрузки, устанавливая для каждой величину стабилизированного перемещения штампов. На последней ступени пресси- ометрических испытаний цилиндрические штампь 8 становятся при дальнейшем обжатии распорами механизма штамповы испытаний. Испытание грунтов забоя скважины проводят ступенчатым приложением нагрузки на штамп 16 с выдерживанием ее на каждой ступени до стабилизации осадки штампа. Давление на штамп передается штоком гиароцилиндра 17, передвигающегося под действием подаваемой в гидроцилиндр жидкости из гидростанции. При осадке штампа 16 перемещаемая им крыльчатка 19 со штангами 20, а также тросик штока гидроцилинд- ре 17 передают величину его перем&щения измерительным приспособлениям 4 и 5. Усредненные значения осадок . штампа рассчитывают по результатам обоих измерений. Погрешность от случайных перемещ«1ий штампов 8 и корпуса рабочего органа 1 вычисляется по разности значений отсчетных приспособлений 3 и 5. Устройство позволяет производить сдвиговые испытания методом вращатель ного среза (фиг. 5) крыльчаткой 19 под штампом 16 при любой заданной верти- кальной нагрузке, для чего в основании штампа имеется крестообразный вырез (фиг. 2) для ее заглубления в грунт. Врашательный срез осуществляется стан дартной крыльчаткой по известной методике. Устройство, также позволяет проиэво дить в скважине сдвиговые испытания (фиг. 6) методом кольцевого среза механизмом поступательного среза, включающим рабочий орган-чзрезыватепь в виде цилиндрических штампов 8 с зубчатой сменной поверхностью и упорно-вытяжной механизм в виде штампа 16 с гидроци-. линдром 17. Нормальные давления орга- ну-срезывателю задаются при помоши привода распорного приспособления. Сдвиг грунта при заданном нормальном давлении на штампы 8 с ребристой поверкностью осуществляется плавным или ступе чатым увеличением усилия упорно вытяж- ного механизма до образования незатухающих деформаций при постоянной скорости смещения. Окончание прюцесса сдвига при этом фиксируется по достижв1ии неизменного отсчета по манометру гидроцилиндра 10, а деформация смещения определяется по измерительным приспособле1иям 3 и 4. Выполнение рабочей поверхности распориого приспособления сменной позволяет производить испытания на прочность при смерзании различных материа лов с грунтами, а также исследовать сопротивление мерзлых грунтов треиию. Для этого на штампы 8 распорногх) приспособления устанавливают сменные поверхности из испытуемых материалов, . опускают в скважину рабочий орган на время смерзания материалов с грунтом и в зависимости от поставленной цели гидроцилиндрами 10 или 17 производят сдвиг или отрыв по повержности смерзания, фиксируя значения затрачиваемых усилий по манометрам гидроцилинаров и гидростанции. Соответствующие характеристики грунтов рассчитывают по иэвестным методикам. Кроме того, устройство позволяет , исследовать силы морозного пучения при промерзании грунтов в полевых условиях. Снабжение штампов распоршого приспособления 8 и штампа 16 для создания вертикальной нагрузки термоэлемев- тами дает возможность исследовать деформационные и прочностные свойства оттаявших грунтов. Применение устройства, объединяющего в одном корпусе взаимодействующие друг о другом распориое приспособление для прессиометрических испытаний, им юшее сменные рабочие поверхности, штамп для создания вертикальной нагрузки, крыльчатку и механизм поступательного среза, при снабжении штампов термоэлементами и наличии единых отсчетных

приспособлений позволяет увеличить объем информации о физико-меасанических и теплофизических свойствах исследуемого грунта в естественных условиях на оцин погонный метр буршия с сокращением в четы|)е раза затрат времени и средств по сравнению с известными устройствами.

Возможность провеаения всвк видов испытаний в одной точке пространства и наличие отсчетных приспособлений дает возможность получать усрепненные значения испытуемых характеристик грунтов с достаточной надежностью и достоверностью.

Bu А

ifФиг. 2

ФигЛ

Фue,s

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ СВОЙСТВ ГРУНТОВ, включаюшее корпус, распорное приспособление с приводом, штамп для создания вертикальной нагрузки с приводом и измерительными приспособлениями, отличаюш е е с я тем, что, с целью расширения области применения и повышения надежности исследования грунтов, оно снабжено крыльчаткой со штангами, верхняя из которых снабжена измерителем вертикальных перемещений, корпус выполнен с пазами, распорное приспособление - в виде цилиндрических штампов с роликами, установгленных в пазах корпуса, а привод распорного приспособления выполнен в виде гидроцилиндра и толкателя с наклонными пазами, соединенного с гидроцилиндром с возможностью взаимодействия с роли.ками штампов распорного приспособления, при этом крыльчатка установлена с возможностью взаимодействия своей верхней частью со штампом для создания вертиг кальной нагрузки. 2.Устройство по п. 1, отлича(Л ют е е с я тем, что рабочая поверхность штампов распорного приспособления выполнена сменной. 3.Устройство поп. 1, отличающееся тем, что, штамп для создания вертикальной нагрузки и штампы распорного приспособления снабжены термоэлементами.