Прибор для наблюдения за промерзанием и оттаиванием грунтов Советский патент 1960 года по МПК G01B7/06 G01W1/00 

Известны приборы для определения отдельно послойной величины пучения и осадок грунтов, температуры груптов, а также глубины промерзания или оттаивания их.

В связи с этим получение всех нужных характеристик для изучения промерзания или оттаивания грунта требует работы с несколькими, погружаемыми в грунт приборами, что и осложняет получение означенных характеристик и уменьшает точность показателей, вследствие получения их в различное время или в различных местах.

Эти недостатки устранены в описываемом приборе, который позволяет Все показатели получить одновременно на одном приборе.

Прибор выполнен в виде вертикального стержня, нижний конец которого защемлен в грунте, ниже глубины его промерзания. На стержне на некотором расстоянин друг от друга нанизаны диски, соединенные в определенной последовательности, и могущие перемещаться вдоль этого стержня: с вертикальными стержнями, выходящими на поверхность земли верхними концами, имеющими перья самописцев, регистрирующие на барабанах, снабженных часовыми механизмами, величнны вертикальных неремещений дисков; термометрами сопротивления, присоединенными проводами к измерительному прибору, и электродами в виде горизонтальной пластины, присоединенными к измерительной аппаратуре для определения глубины промерзания или оттаивания грунтов по изменению сонротивления их прохождению электрического тока.

На фиг- 1 изображен предлагаемый прибор, боковой вид; на фиг. 2- в увеличенном масщтабе вертикальный, разрез по дискам и на фиг. 3- принципиальная электрическая схема подключения электродов для замера глубины промерзания или оттаивания грунта.

Прибор для наблюдения за промерзанием и оттаиванием грунтов (фиг. 1-3) представляет собою вертикальный стержень /, защемляе№ 125396

мый нижним концом в грунте, с нанизанными на нем: дисками 2 с электротермометрами сопротивления (И штук), дисками 3 с фиксаторами перемещений и электродами (21 штука) и промежуточными дисками 4 (10 штук).

Для более точного выявления изменения толш,ины (пучения и осадки) отдельных слоев грунта высота дисков назначается по возможности минимальной. Количество дисков подбирается в зависимости от ожидаемой глубины промерзания грунта, а высоту рабочей части прибора делают на 15-20 см более последнейТакая конструкция прибора позволяет производить замеры температуры грунтов через каждые 20 см, пучение и осадку через 10 см, а глубину промерзания - оттаивания практически непрерывно.

Зазоры между дисками прибора предназначены для обеспечения возможности свободного перемешения дисков не только вверх, но и вниз, которое может нроизойти в результате уплотнения нижележащего талого грунта под воздействием нормальных сил пучения, развивающихся в промерзающем слое.

С целью возможно меньшего нарушения естественного теплового режима диски изготовляются из нетеплопроводного материала (например, из винипласта).

Стержень / изготовляется целиком из -прочной древесины либо может быть составным: нижняя часть из стальной трубы, а верхняя, в пределах интенсивных сезонных изменений температур (0,8-1,0 м от поверхности земли) деревянной. Длина стержня больше рабочей части прибора, так как нижний конец его заглубляет в грунт на 60-80 см, а верхний выступает над верхним диском на высоту ожидаемого максимального пучения грунта с некоторым запасом (20-30 см). Заглубление стержня обеспечивает его устойчивость при пучении промерзаюшего слоя грунта и перемещении вследствие этого дисков.

Фиксаторы перемещений 5 (фиг. 2) представляют собой стержни из стальной проволоки, которые прикрепляются к дискам 3. Они свободно проходят в отверстия верхнего направляющего кольца 6 (фиг. 1), выступая над ним на 50-250 мм в зависимости от глубины расположения соответствующих звеньев прибора. Чем глубже расположен диск, тем больше должен выступать конец стержня фиксатора перемещения. Максимальная высота выступа определяется ожидаемой высотой суммарного пучения грунта.

На лицевой плоскости направляющего кольца 6 по его периметру у отверстий, через которые проходят стержни, отмечаются номера каждого фиксатора. Для обеспечения свободного взаимного перемещения направляющего кольца внутренний диаметр несколько больше диаметра стержня.

Перемещения дисков прибора относительно стержня 1 в процессе пучения и осадки грунта могут фиксироваться непрерывно или измеряться в отдельные моменты времени. В первом случае наверху стержня / устанавливается барабан 7 с часовым механизмом, а на фиксаторы перемещений 5 надеваются съемные насадки с нером-самописцем 8. На барабан укрепляется миллиметровая бумага- Запись осуществляется в натурном масштабе.

Периодические замеры перемещений фиксаторов производятся с помощью штангенциркуля путем измерения расстояний верха соответствующего стержня фиксатора от верхнего среза стержня 1.

Уголковые электроды 9 (фиг. 2 и 3) изготавливаются из облуженной листовой латуни и прикрепляются к дИ|Скам поларно друг против друга. Длина каждого электрода по окружности составляет /4 часть длины окружности диска.

Горизонтальная полка электрода (консоль) воспринимает нормальные силы, возникающие при пучении и осадке грунта. Поэтому уголковые электроды изготовляются достаточно жесткими и прочно прикрепляются к дискам.

Для предупреждения лоладания воды и разжиженного грунта внутрь прибора зазоры между дисками перекрыты резиновыми манжетами 10, -которые обжимаются по концам мягкой проволокой 11, расположенной в специально сделанных на дисках пазах. Резиновые манжеты могут быть изготовлены из велосипедных камер, обладаюии1Х хорошей эластичностью. Манжеты 10 позволяют перемещаться соседним дискам независимо друг от друга без особых усилий вверх на 15-20 мм и вниз на 2-3 мм. Этого достаточно для лрименения прибора при и}:тенсивности пучения до 30-40%. Больгиая интенсивность пучения в npi:родных условиях практически не наблюдается.

К последнему звену пучиномерзлотомера прикрепляется наглухо нижнее фиксирующее кольцо 12, имеющее внутренний диаметр больн е диаметра стержня 1- Так как это кольцо находится ниже границы промерзания грунта и не подвергается пучению, то оно служит контролышьм репером.

Для измерения температуры грунта в описываемом приборе применена дистанционно действующая электрическая система, состоящая из термометров сопротивления, подводящих проводов и измерительного прибора (моста).

Электрические термометры сопротивления могут быть использованы олноплечпые « двухплечные. Первые рекомендуются при централизованной системе измерений, когда измерительный прибор (мост) находится все время в условиях незначительных темиературных колебаний. Двухплечные термометры не требуют таких условий измерений.

Каркасом для термометров сопротивлений служит пластмассовое кольцо 13 с пазом, в котором размещаются провода тер.мометровПодводящие медные провода 14 в хорошей изоляции размещаются внутри прибора между стержнем / и дисками. Концы их выводятся через отверстия в каркасах наружу к намотке термометров и закрепляются на каркасах.

При сборке прибора на диски 2 с термометрами сопротивления также надеваются сплошные резиновые манжеты W, которые затем обжимаются по краям мягкой проволокой //. Эти же манжеты перекрывают зазоры между соседними звеньями лрибора.

Свободные концы подводящих проводов выводятся наружу и подключаются к штепсельной панели непосредственно или через многожильный кабель (при дистанционных измерениях).

Для установления агрегатного состояния воды п определения тем самым глубины промерзания - оттаивания грунта использован известный метод сопротивления. Этот метод основан на явлении скачкообразного возрастания сопротивления грунта прохождению электрического тока при замерзании содержащейся в грунтах норовой воды.

В предлагаемом приборе электроды 9 располагаются на дисках попарно на одном уровне через определенные расстояния по высоте (10- 20 см). К каждому электроду припаивается медный провод 15 в изоляции.

Электрический ток можно пропускать и измерять сопротивления грунта между соседними электродами как по горизонтали, гак и по вертикали. Этим самым можно более точно определить положение фронта перехода грунта из талого состояния в мерзлое и наоборот. Особенно точно может быть зафиксирован момент прохождепия фронта промерзания - протаивания через какую-либо пару электродов- 3 -Ло 125396

№ 125396- 4 -

Измерительный прибор с включением в .него вольтметра, миллиамперметра «гЛ и ключа /С, монтируется совместно с источником питания .

При измерениях в полевых условиях в журнале записываются показания вольтметра и миллиамперметра и затем по ним вычисляется сопротивление.

Для установки прибора на исследуемом грунтовом профиле пробуривается скважина диаметром на 3-5 см, больше наружного диаметра его или открывается шурф глубиной, равной высоте его рабочей части. При этом производится отбор проб групта с ненарушенной и нарушенной структурами для выявления его основных физико-механических показателей и свойств.

После опускания прибора и временным закреплением дисков на стержне 1 в скважину стержень забивается слабыми ударами кувалды через прокладку на глубину выступа его относительно нижнего звена. При этом будут осаживаться и все диски прибора, так как они через стержни фиксаторов перемеш,ений связаны со стержнем / до тех нор, пока нижнее кольцо не ляжет на дно скважины, пробуренной строго до заданной глубины.

Из грунта, вынутого из скважины, приготовляется грунтовая масса вязкой консистенции и ею заливается с подсыпкой маловлажного измельченного грунта пространство меладу стенками скважины и прибором. После некоторого подсыхания грунтовой массы производится повторное уплотнение ее с досыпкой маловлажпого грунта до поверхности земли.

Затем снимается временное скрепление стержней фиксаторов перемещений стержнем / и последний забивается до проектной отметки. Диски прибора при этом останутся на месте, так как они удерживаются окружаюш,им груптом. Последнее контролируется путем вторичного замера расстояния верхних срезов стержней от направляющего кольца.

После этого внутренняя полость прибора заливается жидким, не твердеющим при отрицательной температуре маслом (например, автолом), которое предотвращает поцадание влаги и смерзание стержней фиксаторов перемещений. Герметизация из резины не позволяет просачиваться маслу Б грунт и изменять тем самым его свойства.

Установленный на месте прибор защищается сверху прочным ящиком с откидывающимся верхом, что необходимо прп производстве замеров пучения грунта, или смене ленты на барабане самописца, и осмотре верхней части прибора и проводов. В случае производства замеров температур и сопротивления грунта электрическому току непосредственно на месте установки прибора, в этом же ящике монтируются щтепсельные панели. При централизованных измерениях штепсельные панели устанавливаются на измерительном посту, а от него прокладывается к прибору многожильный кабель, к которому и присоединяются подводящие провода термометров сопротивлений и электродов.

Предмет изобретения

Прибор для наблюдения за промерзанием и оттаиванием грунтов, отличающийся тем, что, с целью упрощения получения характеристик путем одновременного определения всех их па одном приборе, он выполнен в виде вертикального стержня, защемляемого нижним концом в грунте ниже глубины промерзания его, с нанизанными на нем на некотором расстоянии один от другого, с возможностью перемещения вдоль стержня, дисками, соединенными в определенной последовательности: с вертикальными стержнями, выходящими на поверхность земли верхними концами, имеющими перья самописцев, регистрирующих на барабанах, снабженных часовыми механизмами, величины вертикальных

перемещений дисков, термометрами сопротивления, присоединенными проводами к измерительному прибору и электродами в виде горизонтальной пластины, присоединенными к измерительной аппаратуре для определения глубины замерзания и оттаивания грунтов по изменению сопротивления их прохождению электрического тока.

3f

JL

Фиг. 2

б К -

1 П