Устройство для определения динамических характеристик грунта в скважине Советский патент 1980 года по МПК E21C39/00 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДИНАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ГРУНТА В СКВАЖИНЕ

1

Изобретение относится к инженерно-строительным изысканиям и используется для определения динамических характеристик грунтов, коэффициентов жесткости и демпфирования в полевых условиях.

Известны устройства, предназначенные

для определения коэффициентов жесткости и демпфирования под подошвой штампа, состояшие из штампа, установленного на поверхности грунта, вибратора инерционного действия и виброизмерительной аппара- Ю туры 1. Определение коэффициентов жесткости и демпф ирования производится по результатам обработки резонансной кривой системы штамп-грунтовое основание, полученной в результате исследований вынужденных колебаний такой системы. Кроме того, коэффициент жесткости грунта может быть получен независимо и в результате испытаний статической нагрузкой.

Недостатком этого устройства является то, что оно имеет большой вес, не позво- 20 ляет определять динамические характеристики грунта на глубине от отметки расположения подошвы фундамента без разрушения грунтового основания.

Известно устройство для определения динамических характеристик грунта в скважине, включающее цилиндрический штамп с раздвижными сегментами и рычажной системой, винтовой домкрат и систему измерения деформаций 2.

Недостатком этой установки является то, что она не позволяет определить коэффициент демпфирования грунта. V

Цель изобретения - обеспечение одновременного определения коэффициентов жесткости и демпфирования грунта путем учета различной частоты его колебаний.

Цель достигается тем, что шток винтового домкрата выполнен полым и имеет вал с регулируемым дебалансом, размешенный внутри него, а рычажная система имеет стопор для фиксации положения штока домкрата.

При этом раздвижные сег.менты имеют округленные наружные поверхности.

На фиг. 1 показано устройство, общий вид; на фиг. 2 - то же, поперечный разрез.

Устройство состоит из трех основных узлов: цилиндрического штампа (А); винтового домкрата с полым штоком, внутри которого установлен вал с дебалансами (Б),

двигателя с регулируемой скоростью вращения (на фигурах не показан).

Цилиндрический штамп (А) включает раздвижные сегменты 1, расположенные вокруг корпуса 2 и охваченные эластичной оболочкой 3, рычажную систему, состоящую из рычагов 4, 5, 6, щарнирно соединенных с упорными фланцами 7, 8, 9. К фланцу 7 прикреплена жесткая труба 10, в стенке верхней части которой имеется резьбовое отверстие для стопорного винта 11. Внутри трубы 10 находится щток 12. На трубе 10 закреплен дискфиксатор 13 глубины.

Винтовой домкрат (Б) состоит из полого щтока 12 с винтовой упорной резьбой в верхней части, на котором жестко закреплены фланцы 8, 9 и установлен подвижный фланец 7, и муфты 14 с внутренней трубой и рычагами 15.

Домкрат снабжен динамометром 16, стабилизатором давления 17, выполненным в виде пружины, и прогибомером 18 (устройством для измерения линейных перемещений) .

Внутри полого штока 12 на подшипниках 19 установлен продольный вал 20, на котором имеются подвижный 21 и неподвижные 22 дебалансы. Продольный вал 20 с дебалансами 21, 22 посредством гибкого вала 23 соединен с двигателем (на фигурах не показан). Для регистрации параметров колебаний в верхней и нижней частях цилиндрического штампа (А) установлены вибродатчики 24, на продольном валу 20 укреплен якорь 25, а на внутренней стенке полого штока 12 - датчик 26 амплитуды динамической силы. Вибродатчики 24 и датчик 26 амплитуды динамической силы соединены с виброизмерительной аппаратурой (на чертеже не показана) кабелем 27.

Устройство работает следующим образом.

Поворотом подвижного дебаланса 21 вокруг оси продольного вала 20 устанавливается требуемая величина эксцентричного момента.

Цилиндрический штамп (А) опускается в заранее пробуренную скважину и устанавливается на заданной глубине с помощью диска-фиксатора 13. Вращением муфты 14 с помощью рычагов 15 шток 12 перемещается вверх относительно трубы 10, при этом под действием рычажной системы, состоящей из рычагов 4, 5, 6 и упорных фланцев 7, 8, 9, сегменты 1 раздвигаются, перемещаясь в радиальном направлении, создают нормальное статическое давление к поверхности ствола скважины, поддерживающееся постоянным под действием сжимающего усилия пружины стабилизатора 17, величина которого контролируется динамометром 16. При заданной по программе испытаний ступени статического давления полый шток 12 винтового домкрата (Б) закрепляется неподвижно относительно трубы 10 с помощью винтов-фиксаторов 11.

Затем включается двигатель, вращение которого с помощью гибкого вала 23 передается валу 20 с закрепленными на нем дебалансами 21, 22.

Регулированием скорости вращения двигателя производят динамические испытания грунта в исследуемом диапазоне частот колебаний. Параметры колебаний регистрируется с помощью виброизмерительной аппаратуры. По результатам опыта строятся амплитудно-частотная и фазочастотная характеристики системы цилиндрический штамп - грунт, по которым, используя рассчитанные на основе экспериментальных данных передаточные функции динамической системы, вычисляются коэффициенты жесткости и демпфирования грунта как функции частоты колебаний.

Устройство необходимо тарировать для получения графика зависимости показаний динамометра 16 от давления, передаваемого раздвижными сегментами 1 на стенку скважины, и графика зависимости показаний прогибомера 18 от радиальных перемещений раздвижных сегментов 1.

Использование полого штока с расположенным в нем валом с дебалансами позволяет проводить динамические испытания грунтов в скважинах с одновременным определением коэффициентов жесткости и демпфирования, что невозможно в известной установке для испытания грунтов давлением в скважинах. Возможность динамических испытаний на различных глубинах без разрушения грунтового основания позволяет достовернее определять динамические свойства грунтов, а значит и точнее прогнозировать поведение фундаментов и подземных сооружений при динамических и сейсмических нагрузк Формула изобретения

1.Устройство для определения динамических характеристик грунта в скважине, включающее цилиндрический штамп с раздвижными сегментами и рычажной системой, винтовой домкрат и систему измерения деформаций, отличающееся тем, что, с целью одновременного определения коэффициентов жесткости и демпфирования грунта путем учета различной частоты его колебаний, шток винтового домкрата выполнен полым и имеет вал с регулируемым дебалансом, размещенный внутри него, а рычажная система имеет стопор для фиксации положения штока домкрата.

2.Устройство по п. 1, отличающееся тем, что .раздвижные сегменты имеют округленные наружные поверхности.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Ильичев В. А. и Таранов В. Г. Экспериментальное изучение взаимодействия вертикально колеблющегося фундамента и его основания, - «Основания, фундаменты и механика грунтов, № 2, 1976, с. 15-19.

2.Авторское свидетельство СССР

№ 534670, кл. G 01 N 3/10, 1976 (прототип).

11

У