Прибор для выемки проб грунта с ненарушенной структурой Советский патент 1936 года по МПК G01N1/04 

Получение образцов с ненарушенной структурой при разведочных работах, связанных с разного рода изысканиями, имеют чрезвычайно важное значение. Для твердых пород колонковое бурение дает образцы (керн), вполне характеризующие породу, что же касается рыхлых пород, в особенности мало связанных, как-то: супесков, легких суглинков, то получение для них образцов с ненарушенной структурой при обыкновенном бурении чрезвычайно затруднительно, а для песков почти совершенно невозможно. Между тем изучение рыхлых пород в условиях их естественного залегания приобретает за последнее время особо важное значение.

При инженерно-геологических исследованиях, как показывают последние работы в области механики грунтов, лабораторные определения важнейших строительных свойств грунтов, как-то: пористости, сжимаемости (компрессионные кривые), трения и сцепления и т. д., дают надежные результаты только в том случае, если они производятся над образцами с ненарушенной структурой.

При гидрогеологических исследованиях для лабораторного опреде 1ения фильтрационных свойств грунтов необходимо знать их пористость в условиях естественного залегания и наконец при разведке полезных ископаемых, например, песков и глин, получение ненарушенных образцов имеет большое значение, так как дает возможность послойно изучить весь пласт, который обыкновенно не представляет собой однородную массу.

В открытых выработках-шурфах, канавках и т. д. образцы с ненарушенной структурой берутся путем задавливания в грунт металлического цилиндра с режушими краями. Если порода рыхлая и есть опасение, что при подъеме цилиндра проба может выпасть, то рядом с цилиндром выкапывается яма, куда помещается днище, на которое и надвигаете цилиндр с грунтом.

Для получения образцов с ненарушенной структурой из буровых скважин употребляется особый тип напоров, называемых грунтоносами. Для связанных грунтов грунтонос представляет собою цилиндр, в который вставляется разъемная гильза, для сыпучих пород грунтонос снабжен стальными лентами, находящимися в стенке прибора, которые, выдвигаясь, закрывают его снизу. Для получения образца грунтоносы задавливаются в грунт иногда с вращением.

При этом способе взятия образцов как в щурфах, так и в скважинах совершенно не освещен вопрос, насколько сохраняется их естественная структура. Без сомнения, происходит уплотнение

.образца, так как без этого он не держался бы в цилиндре, который снизу не прикрыт.

Особенно сильно должен уплотняться образец при взятии его из скважины, так как грунтонос имеет сравнительно толстые стенки. Проникновение грунтоноса в породу идет, главным образом, за счет уплотнения ее в цилиндре.

Значительно лучшие результаты дает следующий способ, описанный проф. Каменским,

х В шурфе, откуда намечено взять образец, на дне его оставляется конус грунта. На вершину этого конуса надевается режущий цилиндр, который при небольшом давлении сверху срезывает на некоторую глубину грунт, который при этом свободно входит в цилиндр. Затем под нижним краем цилиндра грунт несколько срезают лопаткой или ножом, .но лишь настолько, чтобы диаметр ко.нуса грунта был немного больше диаметра цилиндра. Надавив на цилиндр, снова срезают часть грунта.

Повторяя эту операцию, заполняют весь цилиндр грунтом, который в данном случае совершенно не будет уплотнен.

Также известны приборы для выемки проб грунта с ненарушенной структурой, состоящие из двух вложенных один в другой цилиндров, которые получают движение независимо друг от друга и из которых внутренний, снабженный режущей кромкой, цилиндр служит для надвигания на почвенный монолит, вырезанный наружным вращающимся ци.линдром, имеющим на нижнем конце режущую кромку и снабженным для подрезания монолита и удержания его внутри прибора ножами, насаженными на пропущенную внутри цилиндра по.воротную штангу.

Предлагаемый прибор по своей конструкции относится к последнему типу приборов и предназначен главным об разом для выемки монолитов рыхлых пород и потому имеет ту особенность, что наружный цилиндр выполнен двустенным, с полостью между его стенками служащей для приема разрыхленного коронкой цилиндра грунта, поступающего в полость через односторонний открывающийся клапан.

На чертеже фиг. 1 изображает продольный разрез прибора; фиг. 2-разрез по EF на фиг. 1; фиг. 3 - разрез по GD на фиг. 1.

Прибор состоит из внутреннего цилиндра /, который служит для взятия проб и кольцевого пустотелого цилиндра 2. Внутренний цилиндр в нижней части имеет режущий край. В верхней части его завинчивается муфта, состоящая из двух частей 3 тл 4, соединенных между собою шарикоподшипником. Муфта вместе с цилиндром / ввинчивается в нижнюю часть широкой вилки 5, которая в свою очередь соединяется с рабочей штангой 6. Внешний кольцевой цилиндр в нижней своей части имеет кольцевой башмак 7 с одним отверстием (фиг. 2) и клапаном 10. Нижняя часть башмака снабжена зубьями, служащими для разрыхления породы. При вращении прибора в,сторону движения часовой стрелки разрыхленный грунт через отверстие башмака будет поступать в кольцевой цилиндр и задерживаться там клапаном. Благодаря этому весь прибор будет погружаться в грунт.

В образующийся столбик породы врежется внутренняя труба /, которая благодаря наличию в муфте шарикоподшипника не будет вращаться и деформировать образец. В верхней части цилиндра 2 имеется днище //, наглухо прикрепленное к стенкам цилиндра. Днище является частично сплошным, частично же имеет центральное кольцевое отверстие. Оно служит опорой для вилки 5, которая закрепляется при помощи кольца 12, ввинчивающегося в наружную стенку цилиндра 2, Кольцо 12 завинчивается не вплотную, чтобы не мещать вращению вилки по отношению к цилиндру 2. Вращение вилки ограничивается двумя упорами 13 и 14 (фиг. 3). Благодаря пружинке 15 вилка 5 всегда прижимается к упору 13 и таким образом при нормальном вращении штанг в сторону движения часовой стрелки будет увлекать за собою цилиндр 2 и весь прибор будет углубляться в грунт.

Чтобы не получалось уплотнения образца, величина углубки не должна превышать высоты -цилиндра /, Для контроля правильности углубки в муфте 3 может быть устроено сигнальное приспособление, состоящее в следующем.

нижней части муфты 3 в центре ее имеется небольшое углубление, заполненное изоляционным веществом 76, в которое заложены два проводника /7, не соединенные друг с другом. Оба проводника несколько выходят наружу. В толще самой муфты в двух углублениях помещается электрический звонок J8 и сухой элемент /Я Звонок и элемент соединены с одной стороны с массой муфты, а с другой стороны изолированными проводами с проводниками /7. К муфте при помощи пружинок подвешивается металличес1у1Й диск 20. При бурении столбик породы заполнит цилиндр 7, поднимает диск 20, который соединит проводник /7, в результате чего молоточек электрического звонка будет стучать по стенке муфты и даст сигнал об окончании угяубки.

Следующая операция заключается в подрезании снизу столбика породы, вошедшей в цилиндр 7, и в подъеме всего прибора так, чтобы полученный образец «е вываливался и не перемещался.

Для этой цели существует следующее приспособление. В конце, противоположном входу грунта при бурении в цилиндр 4 через всю высоту его проходит шток 27, имеющий в верхнем онце шестерню 22. Нижний квадратный его конец входит в головку стержня 23, связанного с башмаком 7. К нижнему концу стержня 23 к кольцевой прорези башмака прикрепляются три тонких стальных ножа 24, 25, 26, имеющих кольцеобразную форму. Верхний нож имеет на одном своем конце квадратное отверстие и наглухо прикрепляется к стержню 23, два другие могут вращаться вокруг стержня 23. Все ножи, имеющие разную длину, при помощи гайки 27 сильно прижимаются друг к другу. При вращении стержня 23 в сторону, обратную движению часовой стрелки, ножи, следуя вдоль прорези башмака, подрезают столбик породы и, упираясь своими концами в стенку бащмака, благодаря разной длине, развернутся веером наподобие диафрагмы и закроют снизу цилиндр 7, как это показано на фиг, 2.

Для того, чтобы ножи полностью закрыли снизу цилиндр 7, диаметр его должен быть в два раза меньше внешнего диаметра цилиндра 2.

Вращение стержня 23 производится при помощи щтока 27 с шестерней 22 поворотом вилки 5 в сторону, обратную движению часовой стрелки. Для этого в одной части вилки 5 имеется кольцевой вырез 28, во внутренней стороне которого находится кремальерка 29, соприкасающаяся с шестерней 22. Для того, чтобы вилка не могла вернуться в обратное положение и раскрыть цилиндр 7, с внешней стороны выреза вилки имеется зубчатка с пальцем 30,

Для предохранения как междутрубного пространства между цилиндрами 7 и 2, так и щели башмака от попадания породы, внизу цилиндра 7 прикрепляется пружинки 10 с кожаной обшивкой. При действии ножей пружинки подвертываются под цилиндр 7 и способствуют лучшему удержанию в нем породы. Благодаря пружинкам даже мелкозернистый песок может быть извлечен полностью.

При подрезании образца кольцевой цилиндр 2 должен быть неподвижным, что достигается с помощью двух пальцев 31 (фиг. 3), диаметрально расположенных в верхней части цилиндра. На чертеже показан только один палец. Благодаря пружинке 32 пальцы всегда прижаты к обсадной трубе 33 и при нормальном вращении скользят по внутренней ее поверхности.

При обратном движении пальцы своими концами упираются в трубу и удерживают на месте кольцевой цилиндр 2. Штанги во избежание развертывания при обратном движении должны быть очень крепко завинчены. Если же при испытании окажется, что штанги развертываются, то необходимо снабдить их специальными муфтами, имеющими контргайки с обратной резьбой, или применить какие-либо другие- приспособления.

Когда бурение закончено и столбик породы подрезан, весь прибор вынимается из скважины, после чего отвинчивается кольцо 72, разъединяется двойная муфта 5 и - и вилка 5 снимается. Затем прибор осторожно перевертывается и устанавливается на специальной подставке, после чего цилиндр 2 может быть снят и о.чищен от породы.

Внутренний цилиндр 7, в зависимости