Способ уплотнения массива грунта Советский патент 1991 года по МПК E02D3/10 

/////////////////// ///////// ///////////

Фиг1

Изобретение относится к горному делу и строительству, в частности к уплотнению прссадочных или рыхлых грунтов, и может использоваться для укрепления бортов карьеров, отвалов, берегов.

Цель изобретения - повышение эффективности за счет интенсификации уплотнения.

На фиг.1 изображена схема осуществ ления способа; на фиг.2 -узел I на фиг.1.

Способ осуществляют следующим образом.

В массиве грунта бурят скважины 1 и устанавливают в них перфорированные обсадные трубы 2, Устья скважин герметизируют с возможностью закачивания в них воды и одновременно в нескольких изолированных друг от друга зонах каждой предварительно заполненной водой скважины воздействуют на грунт низкочастотными акустическими колебаниями, создаваемыми излучателем 3. Фазу колебаний периоди- чески изменяют от синфазной до противофазной, что увеличивает интенсивность низкочастотного акустического воздействия на грунт, повышая его уплотненность. Суммарную высоту зон скважины принимают равной 0,25 - 1,0 глубины скважины 1 для увеличения размеров зоны уплотнения. Вода, заполняющая скважины, служит рабочим телом, передающим энергию низкочастотных акустических колебаний частотой 4 - 200 Гц равномерно вдоль всей поверхности зон скважин. Вода, проникая через отверстия в обсадной трубе 2, при гармоническом характере возбуждаемых колебаний трансформируется в избыточное давление на грунт, уплотняющее последний.

Устройство для уплотнения массива грунта включает перфорированный трубчатый элемент 2, в котором перфорации выполнены в виде цилиндроконических отверстий или в виде вертикальных суживающихся от внутреннего к внешнему диаметру трубы 2 щелевых отверстий 4, расположенных в шахматном порядке. Внутри трубчатого элемента 2 находится излучатель 3 низкочастотных акустических колебаний, выполненный в виде гирлянды последовательно соединенных друг с другом гибкой связью 5 преобразователей 6, между которыми установлены герметизирующие приспособления 7. Каждый преобразователь включает цилиндрическую резинокордную мембрану 8, статор 9 и ротор 10. Статор 9 и ротор 10 имеют сквозные отверстия 11. Полость ротора 10 соединена посредством трубопровода 12с источником

энергии, например источником 13 сжатого воздуха, размещенным на поверхности.

Ротор 10 приводится во вращение приводом 14, выполненным, например, электрическим, Для отвода воздуха предусмотрен трубопровод 15, соединенный вакуумным насосом 16. Питание каждого преобразователя сжатым воздухом и электроэнергией выполнено раздельным,

т.е. регулировка давления, расхода сжатого воздуха и скорости вращения роторов производится для каждого преобразователя независимо от других.

Устройство работает следующим образом.

Излучатель 3 низкочастотных акустических колебаний погружают в заполненную оодой скважину 1 путем надувания герметизирующих приспособлений 7 перекрывают скважину и изолируют каждый из преобразовав елей б, разделяя их зоны обработки. Затем приводят во вращение привод 14 каждого преобразователя 6 и подают от источника 13 питания по трубопроводу 12

внутрь ротора 10 сжатый воздух. При вращении отверстия 11 ротора 10 и статора 9 периодически совпадают. При совпадении отверстий сжатый воздух поступает под мембрану 8 и своим давлением выгибает ее.

В следующий период времени, когда отверстия 11 не совпадают, производится отвод сжатого воздуха из-под мембраны 8 по.трубопроводу 15 вакуумным насосом 16. Для отвода сжатого воздуха предусмотрена клапанная система (не показана). При отводе воздуха из-под мембраны 8 происходит ее движение в обратную сторону. Периодический подвод к мембране 8 и отвод от нее сжатого воздуха позволяет трансформировать в каждом преобразователе 6 энергию сжатого воздуха в энергию колебаний мембраны 8.

Колебательное движение мембраны 8 передается через воду и отверстия 4 обсадных труб 2 окружающему грунту и, воздействуя на структурные связи, разрушает их, уплотняя грунт. Находясь в ближнем поле преобразователя, вода совершает антифазные с мембраной колебания. При этом колебания воды направлены по нормали к поверхности мембраны и совпадают с осью цилиндроконических отверстий 4 трубчатого элемента 2,

Цилиндроконические отверстия 4 (или

суживающиеся от внутреннего диаметра трубы к внешнему щелевые отверстия) обладают анизотропией сопротивления движению воды в разных направлениях. При этом сопротивление движению воды в сторону

сужения меньше сопротивления движению воды в обратном направлении.

При гармоническом характере возбуждаемых колебаний возникает направленное в сторону сужения отверстий движение воды, которое в условиях скважины трансформируется в избыточное давление на грунт, вызываемое колебаниями. Такое давление в условиях интенсивных колебаний препятствует выдавливанию размокшей массы грунта через отверстия 4 внутрь скважины 1.

Изменение частоты колебаний мембран 8 осуществляют путем изменения скорости вращения ротора 10. Частота колебаний определяется по формуле n z

f

60

где n -скорость вращения ротора, об/мин;

z - число рядов отверстий в роторе и статоре.

Частоту колебаний мембран 8 смежных преобразователей 6 f i и f2 устанавливают из следующего соотношения:

/f 1 - f2/

«fi

/f 1 - f2/

«f2

2 2

Смещение частот колебаний мембран смежных преобразователей позволяет получать колебания от синфазных до противофазных.

При совпадении фаз движения мембран при впуске сжатого воздуха развивается максимальная амплитуда давления в цилиндрической волне, а при совпадении фаз дви- жсиия мембран при выпуске воздуха развивается минимальная амплитуда давления. Частота биений между двумя смежными преобразователями равна

f - /f - f2/

Тб2

Использование гирлянды преобразователей обеспечивает большую дальность уп- лотнения грунта одной скважиной и большую эффективность его уплотнения.

Ф о р м у л а и з о б р е те н и я

Способ уплотнения массива грунта, включающий образование скважин, подачу в Kvix соды, герметизацию скважин и воздействие на грунт по расположенным вдоль

скважины зонам низкочастотными колебаниями, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности за счет интенсификации уплотнения, воздействие на грунт вдоль скважины ведут одновременно в нескольких зонах с периодически изменяющейся фазой колебаний от синфазных до противофазных, причем суммарную высоту зон принимают равной 0,25 -1,0 глубины скважины.

Изобретение относится к горному делу и строительству, в частности к уплотнению просадочных или рыхлых грунтов, и может использоваться для укрепления бортов карьеров, отвалов, берегов. Изобретение направлено на повышение эффективности за счет интенсификации уплотнения. Достигается это путем образования скважин 1 с перфорированными обсадными трубами 2, подачи в них воды, герметизации скважин и воздействия на грунт по расположенным вдоль скважин 1 зонам низкочастотными акустическими колебаниями от излучателя 3, приводимого в действие источником сжатого воздуха 13, эффект работы которого усиливается вакуумным насосом 16. При этом воздействие на грунт вдоль скважины 1 ведут одновременно в нескольких зонах с периодически изменяющейся фазой колебаний от синфазных до противофазных, суммарную высоту зон принимают равной 0,25 - 1,0 глубины скважины. 2 ил.