Штамп для исследования грунтов в скважине Советский патент 1984 года по МПК E02D1/02 

Изобретение относится к строитель ству и предназначено для определения в полевых условиях динамических характеристик грунтовых оснований, необходимых для проектирования и рас чета фундаментов маашн с динамически ми нагрузками, Изпестен вибропрессиометр, содержащий корпус с полым стаканом, упругую оболочку, гибкую мембрану с плос ким штампом, электромагнит с сердечником, связанным с плоским штампом, и цилиндрический штамп из раздвижных сегментов {П . Недостатком данного вибропрессиометра является возможность определения динамических характеристик грунта только в направлении, перпендикулярном действию будуш 1 х нагрузок, чт усложняет использование полученных характеристик, так как требует допол нительной корректировки на геометрическую анизотропию. Наиболее близким техническим реше нием к предлагаемому является штамп для исследования грунтов в скважине. Содержащий полый цилиндрический корпус, охваченный зластичной оболочкой верхний и нижний фланцы, образующие рабочую камеру, тяговый трос и боковые ЦИЛИ1ЩРЫ СЛ . Недостатком известного устройства является отсутствие регулируемого ис точника возбуждающей динамической силы. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей. Цель достигается тем, что штамп для исследования грунтов в скважине, содержащий полый цилиндри 1еский корпус, охваченньй эластичной оболочкой верхний и нижний фланцы, образующие рабочую камеру, тяговый трос и боковые цилиндры, снабжен мембраной, инерционным элементом, платформой с тягами, ограждающим кольцом, вьшолненным заодно с платформой, верхней и нижней возвратными пружинами, коль цевым ограничителем, прижимной втулкой, виброизолятором и гидропульсационным приспособлением, при этом нижний фланец выполнен с центральным отверстием, перекрытым мембраной, по обе стороны которой симметрично установлены инерционный элемент и ни няя и верхняя возвратные пружины, причем верхняя возвратная пружина и кольцевой ограничитель размещены в рабочей камере, нижняя возвратная пружина - в ограждающем кольце и прижимной втулке,телескопически соединеиньж между собой, а виброизолятор - на верхнем фланце, при этом верхняя возвратная пружина установлена с возможностью упора одним корцом в кольцевой ограничитель, а другим в инерционный элемент, нижняя возвратная пружина,- одним концом в инерционный элемент, а другим в платформу, тяги и прижимная втулка соединены с корпусом, виброизолятор - с тяговым тросом, а рабочая камера гидравлически сообщена с гидропульсационным приспособлением. При зтом инерционный элемент выполнен составным из.отдельных плит, причем внешние плиты снабжены центрирующими кольцами. На фиг. 1 - изображен предлагаемый штамп в исходном положении, общий вид; на фиг. 2 - то же, рабочее положение. Штамп для исследования грунтов в скважине включает полый цилиндрический корпус 1 с верхним 2 и нижним 3 фланцами и боковыми цилиндрами 4 и 5. Полый цилиндрический корпус 1 имеет отверстия 6 и охвачен эластичной оболочкой 7. Оболочка 7 прижата к корпусу 1.верхним фланцем 2 с помощью болтов, снизу эластичная оболочка 7 прижата с помощью кольца 8, навинченного на полый цилиндрический корпус 1, к которому с помощью резьбы крепится нижний фланец 3, выполненный с центральным отверстием перекрытым мембраной 9. Последняя соединена с нижним фланцем 3 посредством прижимной втулки 10 с помощью болтов. Верхний и нижние фланцы 2 и 3, корпус 1 , эластичная оболочка 7 и мембрана 9 образуют рабочую камеру 11, Инерционный элемент состоит из отдельных инерционных внешних 12 и внутренних 13 плит, закрепленных симметрично на мембране 9, например, с помощью болтов. По обе стороны мембраны 9 соосно расположены верхняя 14 и нижняя 15 возвратные пружины. Верхняя возвратная пружина 14 расположена внутри рабочей камеры 11 и упирается верхней частью в кольцевой ограничитель 16, закрепленный внутри рабочей камеры 11 с возможностью перемещения, а нижней частью - во внешнюю плиту 12. Нижняя возвратная пружина 15 упирается нижней частью в платформу 17, которая прикреплена к 31 нижнему фланцу 3 с помощью тяг 18, а верхней частью - во внешнюю инерционную гашту 12. Наружные инерционные плиты 12, кольцевой ограничитель 16 и платформа 17 снабжены центрирующими кольцами 19 для возвратных пружин 14 и 15. Внутри боковых цилиндров 4 и 5 расположены по вертикали в двух уров нях лопасти верхнего 20 и нижнего 21 рядов, имеющие.форму неправильного многоугольника, .в которые монтиро ваны месдозы 22 с проводами 23. По горизонтали верхний ряд лопастей 20 смещен по отношению к нижнему ряду лопастей 21 по дуге окружности на по ловину ширины лопасти. Каждая из лопастей жестко связана, например, с помощью сварки с наружной пластиной 24 по одному из торцов. Наружная пластина 24 гибко связана, например, с помощью накладки 25 из стеклоткани с внутренней пластиной 26. Наружные пластины 24 имеют цилинд рическую форму с радиусом кривизны по наружной поверхности, равным внут реннему радиусу боковых цилиндров 4 и 5. Кроме этого, на соприкасающих ся поверхностях боковых цилиндров 4 и 5 и наружных пластин 24 выполнены конические переходы 27. В фланцах 2 и 3, лопастях 20 и 21 выполнены направляющие канавки 28. В гнездах, устроенных по свободным торцам боковых цилиндров 4 и 5 и наружных пластин 24, установлены шарики 29. В наружных пластинах 24 выполнены пазы, в которых установлены плоские пружины 30. К верхнему фланцу 2 с помощью болтов прикреплены натяжной гибкий элемент 31 и сейсмодатчик 32 с элект рическими проводами 33, а также виброизолятор, выполненный составным из наружного 34 и внутреннего 35 полях штоков с фланцами, между которым расположена.пружина 36 с опиранием по фланцам. Наружный шток 34 с помощью болтов связан с верхним торцовым фланцем 2, а в полости внутреннего штока 35 размещен трубопровод 37, который гидравлически связьюает с помощью штуцера 38 рабочую камеру 11 с гидропульсационньм приспособлением, выполненным., например, в виде пульсационной камеры 39 и кулачкового Механизма 40-. Внутренний шток выполнен с петлей, к которой прикреплен трос 41. На верхнем и нижнем 94 фланцах 2 и 3 навинчены фигурные цилиндры 42, которые служат направляющими и предотвращают разрушение стенок скважины при опускании устройства. Для исключения попадания инородных тел мелзду витками нижней возвратной прижины 15, прижимная втулка 10 и ограждающее кольцо 43, выполненное заодно с платформой 17, установлены телескопически. Штамп для иЬследования грунтов в скважине работает следующим образом. Подготовленное к работе устройство, находящееся в.исходном положении, опускают в заранее пробуренную сква-. жину, диаметр которой на 10 мм больше габаритного диаметра устройства, и удерживают на заранее заданной глубине с помощью троса, (устройство для удержания троса не показано). Затем через трубопровод 37 и штуцер 38 в рабочую камеру 11 нагнетают под давлением рабочую жидкость. Давление жидкости внутри рабочей камеры 11 через отверстия 6 в стенках полого цили щрического корпуса 1 передается на эластичную оболочку 7.,Последняя, деформируясь, передает давление в начальной стадии только на внутренние пластины 26, а в последующем по мере раздвижения ина наружные пластины 24, которые вместе с лопастями 20 и 21 перемещаются и врезаются в . стороны в стенки скважины. Направление перемещения лопастей 20 и 21 и их взаимоположение при этом ориентировано направляющими канавками 28 и шариками 29. Взаимоположение наружных 24 и внутренних 26 пластин по мере их перемещения изменяется, что возможно благодаря гибкой связью между ними, выполненной, например, в виде приклеенной накладки 25 из стеклоткани, и необходимо для равномерного по периметру врезания лопастей 20 и 21 и предохранения эластичной оболачки 7 от повреждения. Сила, под действием которой происходит врезание лопастей 10 и 11 в стенки скважины, может регулироваться давлением жидкости и конструктивным изменением высоты раздвижных пластинок. Врезание лопастей 20 и 21 в стенки скважины продолжается до тех пор, пока наружные элементы 24 не упрутся в боковые цилиндры 4 и 5, а конические переходы на их соприкасающихся }1 поверхностях совпадут. Устройство бу дет находиться в рабочем положении. Дальнейшая работа устройства за,висит от поставленной задачи. Если устройство испЬльзуется для определения динамических характеристик грунтовых оснований, то приводят во вращательное движение кулачковый механизм 40 с необходимой для исследований частотой f. Он, обегая шток 1пульсационной камеры 41, заставляет поршень колебаться и создает тем са,мым э гидропульсаторе избыточное динамическое давление. Это давление че рез трубопровод 37 и штуцер 38 передается в рабочую камеру 11, где, дей ствуя на податливый элемент, состоящий из мембраны 9 и инерционных плит 12 и 13, преобразуется в их вертикальные колебания. Колебания инерционных плит 12 и 13 через нижнюю 14 и верхнюю 15 возвратные пружины, кольцевой ограничитель 16 и платформу 17 с тягами 18 передается на все устройство. При этой силы инерции, действующие на устройство при колебаниях, передаютсячерез лопасти 20 и 21 на стенки скважины. Величина возмущающей силы с помощью месдоз 22, установленных в лопас тях 20 и 21, преобразуется в электрическую величину и через провод 23 подается на контрольно-измерительные приборы (не показаны). На эти же при боры подается по проводу 33 злектрическая величина преобразованной датчиком 32 амплитуды колебания устрой9ства. Зная данные тарировки сёйсмо- i датчика 32 и месдоз 22, можно пересчетом определить коэффициент динамической жесткости грунта в вертикальном направлении, и характеристики, необходимой для проектирования фундаментов под машины с динамическими нагрузками. Для изменения уровня статического нагружения грунта на трос подают растягивающее усилие, которое через виброизолятор передается на лопасти 20 и 21, а через них непосредственно на грунт. Если устройство используют для измерения колебаний слоев грунта от динамических и сейсмических воздействий, действующих на поверхности, то гидропульсационное устройство отключают . Если же Штамп используется для измерения перемещений слоев грунта в скважине, то натяжной гибкий элемент 31 соединяют на поверхности со специальным приспособлением, которое позволяет измерять эти перемещения. Устройство можно использовать также и в качестве анкера, в этом случае вьщерживающее усилие передается на него непосредственно через трос и виброизолятор. Использование предлагаемого штампа для исследования скважин позволяет определять динамические характеристики грунта, а также существенно снизит трудозатраты на проведение испытаний.

Фиг.1

1. ШТАМП ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ГРУНТОВ В СКВАЖИНЕ, содержащий полый цилиндрический корпус, охваченный эластичной оболочкой, верхний и нижний фланцы, образующие рабочую камеру, тяговый трос и боковые цилиндры, о тличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, он снабжен мембраной, инерционным элементом, платформой с тягами, ограждающим кольцом, выполйенным заодно с платформой, верхней и нижней возвратными пружинами, кольцевым ог.раничителем, прижимной втулкой, виброизолятором и гидропульсационным приспособлением, при этом нижний фланец выполнен с центральным отверстием, перекрытым мембраной, по обе стороны которой симметрично установлены инерционный элемент и нижняя и верхняя возвратные пружины, причем верхняя возвратная пружина и кольцевой ограничитель размещены в рабочей камере, нижняя возвратная пружина - в ограждающем кольце и прижимной втулке, телескопически соединенных между собой, а виброизолятор - на верхнем фланце, при этом верхняя возвратная пружина установлена с возможностью упора одним концам в кольцевой ограничитель, а другим в инерционный элемент, нижняя возвратная пружина О) одним концом в инерцирнный элемент, а другим в платформу, тяги и прижимная втулка соединены с корпусом, виброизолятор - с тяговым тросом, а § рабочая камера гидравлически сообщена с гидропульсационным приспособлением. 2. Штамп по п. 1, отличаю щийся тем, что инерционный элеvl мент выполнен составным из отдельных Од плит, причем внешние плиты снабжены со центрирующими кольцами.