Устройство для отбора грунтового керна и устройство для разрезки керна грунта на образцы Советский патент 1988 года по МПК G01N1/04 

сборника 1, средней 2 и верхней 3 камер. В грунтосборнике 1 установлены рабочие, полукольца 4 с элементами крепления, снабженные прокладками, Верхнее рабочее кольцо 4 снабжена поршнем с крыльчаткой 12. Грунтосбор- ник 1 оснащен трехступенчатой месдо- зой 16. Камеры 3,2 и грунтосборник 1

оснащены штоками, соединяющими их.Устройство для разрезки керна грунта на образцы выполнено в виде двух прямо-г .угольных пластин с Г-образными фланцами для их соединения. В устройстве в нижней пластине выполнено отверстие, в котором установлен поршень. 2 с.п. ф-лы, 5 ил..

Изобретение относится к инженерно-геологическим изысканиям для строительства. Изобретение позволяет по высить точность определения физико- механических и деформационных свойств грунта, обеспечить возможность корректировки напряженного состояния образца и расширить информативность ис-. пытаний. Устройство состоит из грунте-; (Л 00 о

Изобретение относится к области инженерно-геологических изысканий для строительства.

Хотя грунт в известном грунтоносе отбирается непосредственно в компрессионные кольца и перед установкой в прибор для испытаний разрезается на образцы гибким элементом, тем не менее происходит изменение напряжен- 10 но-деформированного состояния образца грунта за счет трения грунта о стенки компрессионных колец непосредственно при отборе образца5 а также за счет расструктурирования, величину которо 15 го трудно оценить. Кроме того, образец меняет свое напряженно-деформированное состояние ввиду того, что тканевый затвор не обеспечивает достаточной жесткости. В известном грунтоносе не производят контроль за напряженным состоянием грунта как в процессе отбора и транспортировки, так и при

Подготовке к испытанию образцов, поэтому практически невозможно оценить степень изменения свойств грунта и, соответственно, неточность определе- , НИН его физико-механических характери- Стик.

i30

Целью изобретения является повьше- ние точности определения физико-механических и деформационных свойств грунта (модуля общей деформации, коэффициента Пуассона, коэффициента бокового давления, прочностных характери стик) путем получения образца грунта ненарушенной структуры, находящегося в природном напряженном состоянии, обеспечения возможности корректировки напряженного состояния образца и рас- ширения информативности (определение горизонтального природь о давления в точке отбора образца, контроль за i

20

25

-35

40

1015 ,

30

20

25

35

40

напряженным состоянием керна грунта при отборе и транспортировке, определение степени расструктуривания

грунта).

На фиг. 1 изображено устройство для отбора грунтового керна, разрез; на фиг. 2 - грунтосборник устройства .для отбора, разрез; на фиг. 3 - устройство для разрезки керна грунта на образцы, аксонометрия; на фиг. 4 - то же, разрез; на фиг. 5 - схема испытания образца грунта в устройстве для испытаний.

Устройство для отбора VpyHTOBoro керна состоит из грунтосборника 1, средней 2 и верхней 3 камер, В грунтосборнике 1, служащем для отбора керна грунта, установлены рабочие полукольца 4, соединенные между собой элементами 5 крепления и предназначенные для установки в устройство для испытаний грунта с боковым обжатием. На i внешней поверхности рабочих полуколец выполнены по две кольцевые проточки 6. Кольца стыкуются между собой по- средством прокладок. Прокладки выполнены разрезными, в виде полупрокладок 7 и соединены между собой элементами 8 крепления. На внутренней стороне полупрокладок выполнены два кольцевых шлица 9 с возможностью стыковки с проточками 6 на рабочих коль- .цах 4. К верхнему рабочему кольцу 4 с помощью элементов 10 крепления прикреплен поршень 11 для испытаний, снабженный крыльчаткой 12 для определения сдвиговых характеристик грунта с расположенной в ее оси иглой датчика 13 порового давления и механизмом 14 привода крыльчатки.

Ннлснюю часть грунтосборника 1 составляет нож-резак 15, который образуется путем заточки нижней кромки цилиндрического корпуса грунтосборни- ка 1. Нижняя кромка корпуса грунто- сборника 1 имеет очертание, образованное при усечении цилиндрического корпуса грунтосборника 1 двумя симметричными цилиндрическими поверхностями, образующие которых перпендикулярны образующей грунтосборника 1. В стенку Q грунтосборника 1 вмонтирована трехступенчатая месдоза 16 для измерения горизонтальных нормальных напряжений в грунтовом массиве ненарушенной структуры. Верхняя крьшка 17 грунто- 15 сборника 1 выполнена съемной и снабжена односторонним пружинным клапаном 18, позволяющим удалять из грунтосборника 1 избыточную грунтовую воду при отборе керна. К верхней крьшке 17 20 грунтосборника 1 на резьбе крепится шток 19 с поршнем средней камеры 2. К верхней крышке 20 средней камеры 2 на резьбе крепится шток 21 с поршнем верхней камеры. 3. К нижней- части внеш-25 ней стороны средней камеры 2 жестко крепятся направлянхцие 22, которые представляют собой четыре сплошных металлических стержня квадратного сечения, попарно параллельных в верх- зо ней части и V - образных в нижней части, изогнутых таким образом, чтобы . повторить форму ножа-резака 15. Каждая пара направляющих 22 сходится к низу и жестко соединяется в нижней точке. Средняя камера 2 предназначена для приведения направляющих 22 в дви- жение. В направляющих 22 выполнены продольные пазы 23, по которым перемещаются два ножа-затвора 24, служат, щих для вырезания отбираемого керна из массива, удержания его в грунто- сборнике 1 и перевода грунтоноса в закрытое состояние. Ножи-затворы 24 представляют собой прямоугольные пла- стины из пружинной стали и жестко соединены с верхней камерой 3 при помощи штанги 25. Камеры 2 и 3 снабжены штуцерами, к которым крепятся шланги

35

для подачи давления в надпоршневую часть камер. К верхней крьшзке камеры 3 жестко крепится штанга 26 для передачи нагрузки на грунтонос с поверхности.

Устройство для разрезки керна грунта на образцы выполнено в виде верхней 27 и нижней 28 прямоугольных , металлических пластин,расположенных в .параллельных плоскостях, расстояние

5 о

5

0

5

между которыми равняется толщине прокладки устройства для отбора. На длинных сторонах пластин выполнены Г - образные фланцы 29 со шлицом 30 для соединения пластин в единое ус трой- ство с помощью винтов 31. Шлиц 30 на фланцах 29 выполнен с возможностью стыковки с кольцевой проточкой 6 рабочих колец 4. Одна из сторон пластин

27и 28 имеет форму полукруга, причем с внутренней стороны пластин 27 и 28 на полукруговой части выполнена -фаска 32, На пластинах 27 и 28 вьтолнены элементы крепления устройства для разрезки к полупрокладке 7 устройства для отбора грунта, выполненные в виде приливов с отверстиями 33 под винты. С внутренней стороны на пластинах 27

и 28 выполнена перегородка 34. В верхней пластине 27 по ее оси за пере i городкой 34 на площади диаметром, рав- ным диаметру рабочих колец 4, выполне-, ны сквозные отверстия 35 для фильтрации влаги при использовании верхней пластины в качестве днища устройства для испытаний. В нижней пластине 28 выполнено отверстие, в котором на элементах 36 крепления закреплен поршень 37 устройства для испытаний, при этом контактная поверхность поршня 37 размещена в одной плоскости с внеш-. ней поверхностью нижней пластины 28. Для уменьшения трения пластины 27 и

28с внешней стороны покрыты антифрикционным составом.

Устройство для испытаний состоит из станины 38 и нагрузочных приспособлений с приборами 39 контроля. Позицией 40 обозначен образец испытьтае- мого грунта.

Устройство работает следующим о5г разом.

Навинченный на штангу 26 грунтонос в закрытом состоянии опускается на дно скважины. Закрытым состоянием является такое, когда направляющие 22 находятся в крайнем нижнем положении, ножи-затворы 24 плотно закрьшают грун- тосборник 1. В надпоршневую часть кa- меры 3 подается давление, что приводит к перемещению вниз грунтосборника 1, при этом ножи-затворы 24 вниз не перемещаются и, по мере перемещения вниз направляющих 22, перемещаясь в пазах 23, раскрываются, распрямляясь, и прижимаются к грунтосборни- ку 1, не позволяя грунту с наружной

5U

структурой попасть в грунтосборник 1 Тросле , подачи давления в надпоршневую Часть камеры 2 грунтосборник 1 движет- фя вниз, врезаясь в массив грунта с ikeHapymeHHou структурой. Крайнее нижнее положение поршня 19 в камере 2 соответствует моменту полного напол- ения грунтосборника 1 грунтом и каса- |1ия поршнем 11 верхней поверхности рунта. При этом в массив ненарзппен- йой структуры внедрилась также и (трехступенчатая месдоза 16 нормаль- -iiK напряжений 5 с помощью которой :гроизводят измерения горизонтальных напряжений в массиве в точке отбора |грунта для трех толщин месдозьь, .На снове этих дан1№1х аналитически вы-- исляют действительные напряжения в ассиве, т.е. напряжения при нулевой толщине месдозы, что повышает достоверность определения напряжений в грунте. Одновременно производят измерение сдвиговых характеристик грунта и перового давления с помощью крыльчатки 12 и датчика 13 порового давления в нескольких точках по глубине т.е. получают данные, необходимые для сопоставления истинного и полученно го в приборе для испытания физического состояния rpyHTHs степени его разуплотнения. Контроль за напряженным состоянием керна грунта в грунтосбор- нике осуществляется с помощью рабочих колец 4 с тензометрическими кольцами (не показаны) и датчиков порового давления,

-Отделение керна грунта от массива: производится путем проведения следую щих операций сбрасьшается давление в камере 2 и к штанге 26 прикладьша- ется вертикальное усилие9 в результате чего, верхняя камера 3 с направляю™ ярми 25 и нозш затвора перемещаются вниз, внедряясь в грунт, при этом грунтосборник 1 остается на месте После сброса давления в камере 3 последняя с направляющими 25 и ножами-затворами 24 перемещается вниз при этом нож 1-затворы 24 подрезают грунт вокруг ножей-резаков .155 смыкаются и переводят грунтонос в закрытое состояние

Для, транспортировки грунта к месту испытания от грунтосборника отсоединяют камеры 2 и 3 с направляющими и штоками. Подготовку образца грунта к испытанию производя ч следатадей последовательности: к. грунта осво006

бождают от гильзы грунтосборника 1, при этом не происходит изменения напряженного состояния грунта, так как керн сбоку ограничен жесткой системой рабочих колец 4 и прокладок 7, соединенных между собой элементами крепления, снизу керн грунта ограничен ножами-затворами 24, сверху жестко прикреплен к верхнему рабочему кольцу 4

поршнем 11. Разрезку керна на образцы производят устройством для. разрезки образцов, для чего снимают полупро- - кладку 7 и по второй полупрокладке 7

с помощью ВИНТОВ за приливы 33 крепят устройство д)1Я разрезки, причем так, чтобы 30 попали в пазы 6 на рабочих полукольцах 4. Разрезку производят путем протягивания за полупрокладку 7 устройства для разрезки через керн грунта. После разрезки образец грунта оказывается заключен- ным меяоду двумя жестко скрепленными друг с другом рабочими полукольцами

4 и жестко прикрепленным к рабочим кольцам 4 сверху посредством элементов 10 крепления, испытательного порщ- ня 1 1 и подведённой снизу частью верх ней пластины 27 устройства для разрезiKH .с отверстиями 35 для фильтрации влаги. Все последующие образцы грунта ограничены аналогичным образцом, но только вместо поршня 11 сверху будет подведен порщень 37 устройства для разрезки.

Таким образом5,образец грунта не

имеет возможности разуплотняться за счет снятия напряжений, а разуплотнение идет только за счет трения грунта

о стенки при отборе и разрезке на образць. В дальнейщем снимают крепления 31 между пластинами 27 и 28 устройства для разрезки и верхнюю пластину 27 с образцом 40 грунта помещают

в станину 38 устройства для испыта- ; НИИ. К порщню 11 (37) и рабочим полукольцам 4 црикладьгаают с помощью нагрузочных устройств напряжения, эквивалентные природным С измерение с помощью месдозы 16), затем извлекают элементы 5 крепления из разреза рабочих полуколец 4 и освобождают от элементов 10(36) крепления поршень 11(37), после чего напряжения передаются на образец грунта и производят

их корректировку, степень которой определяют по показаниям приборов 39 контроля. Дальнейшие испытания проводят, как на компрессионном приборе, с

боковым обжатием в зависимости от цели исследования. Для определения степени идентичности свойств образца и массива грунта производят сдвиговые испытания и измерение порового давления. Кольца 4 снабжены датчиками разуплотнения (не показаны), т.е. при проведении, например, стабштометри- ческих испытаний можно определить сте пень разуплотнения грунта при предоставлении ему такой возможности. Испытание остальных образцов из отобранного керна производится аналогично.

Формула изобретения

при этом на наружной поверхности верхней и нижней частей рабочих колец вы

5 о

5

полнены кольцевые проточки и на внутренней поверхности верхней, и нижней частей прокладок выполнены кольцевые шлицы под проточки рабочих колец, причем на верхнем рабочем кольце установлен поршень с крыльчаткой, снабженный датчиком порового давления, а на корпусе грунтосборника установлена трехступенчатая месдоза нормальных напряжений.

п

27

Фиг. I

23 W

X

N IS S

77j

т:

55

36 Ж

36

i// 7j

ZZd

: X

25

58

29

Фиг.5