Устройство для испытания грунта Советский патент 1982 года по МПК E02D1/00 

Изобретение относится к строительству, а именно к технике для определения деформационных и прочностных характеристик грунтов и может быть использовано при инженерноСтроительных, изысканиях.

Известен прессиометр, включающий рабочую камеру : эластичной оболочкой и устройства для создания давления и контроля радиальных перемещений, образующихся при передаче на стенки скважины ступенчато-воз- растающего давления 11Наиболее близким к предлагаемому является зонд для испытания грунтов (наконечник для пенетрации грунтов), включающий штангу, связанную с полым секционным зондом, имеющим наконечник и датчики усилий, причем диаметр секций уменьшается сверху вниз. В процессе испытания производится погружение зонда в массив на заданную отметку и измерение нормального. давления грунта на соответствующих участках боковой поверхности ствола. Для определения характеристик грунтов используют результаты измерений величин изменения напряженного состояния в окружающем зонд массиве грунта под воздействием расширения продавливаемой скважины расширяющимися от острия секциями ствола зонда Г2.

В данном устройстве.имеется существенный недостаток, вытекающий из особенности напряженного состояния грунтовой среды при внедрении в нее зонда, без предварительно подготовленной скважины так назы10ваемого состояния безраз/1ичного равновесия, выраженного малой зависимостью удельного нормального давления грунта на внедряемое тело от размеров этого тела. Это явление имеет

15 место во всех случаях, если внедряемый в грунт зонд деформирует грунт на величину, большую некоторого относительного значения, свойственно-го данному грунту и геометрическим

20 размерам зонда. Отсюда малая разрешающая способность установки и,- соответственно, низкая точность измерений, производигФ1Х при ее использовании. Цель изобретения - повышение точ25 . ности измерений.

Поставленная цель достигается тем, что устройство для испытания грунта, включающее штангу связанную с полым секционным зондом имеющим наконечник

30 и датчики усилий, причем диаметр

секций уменьшается .сверху вниз, зойд снабжен эластичными прокладками а также гильзой,-размещенной в полости зонда, каждая секция зонда.- имеет продольные и разделяющие секции поперечные прорези, в которых установлены эластичные прокладки, причем наконечник выполнен в виде кольца с7 режущей кромкой.

На фиг.1 изображена предлагаемая установка, общий вид; на фиг.2 - сечение А-А на фйг.1; на фиг.3 - приме обработки результатов опыта.

Установка имеет наконечник 1, выполненный в виде кольца радиусом ri, с режущей кромкой, секционный зонд 2 с конической наружной поверхностью и грунтоприемной полостью 3 изнутри, в которой размещена гильза 4 для приема в полость поступающего керна грута. Каждая секция зонда имеет прорез

5вдоль образузйщей и тензорезисторы. разме1ценные на внутренней и наружной поверхностях зонда 2, Тензорезисторы

6защищены эпоксидным компаундогл 7.; Соединительные провода от тензорезисторов 6 к наземномуприбору (не показан) размещены в канале 8. Установка закреплена на трубчатой штанге 9, Прорези 10, разделяющие секции ствола, заполнены резиновыми прокладками И, а между грунтоприемной гильзой 3 и внутренней поверхностью секций зонда 2 выполнен зазор 12, обеспечивающий деформацию ствола,

Устройство работает следующим образом.

Погружают установку в грунт с .помощью трубчатой штанги 9 с забоя скважйны, закрепленной обсадной трубой. При вдавливании установки в грунте образуется скважина радиусом г за счет поступления керна в грунтоприемную полость 3 и одновременно - нагружение образовавшейся скважины за счет внедрения в нее зонда 2. После выдержки установки в грунте заданное время,с помощью тензорезисторов 6 на основании предварительной тарировки определяют величину образовавшегося на зонде 2 нормального давления Р, P(j, Р соответственно в пределах каждой секции. Далее установку извлекают из скважины, заменяют наконечник 1 на другой, имеющий меньший или больший начальный радиус режущей кромки . . (Г0)г, вновь погружают в исследуемый грунт и повторяют измерения с целью получения значений нормального давления Р, Р, Р. Результаты испытаний выражают в виде.зависимости между относительным -увеличением радиуса скважины )/Гп (г..радиус зонда 2 в пределах i-Sfi секl ии) и образующимся нормальяым давлением Р,- , которая эквивалентна соответствующей зависимости, получаемой в результате прессиометрического испытаниягрунта. По этой зависимости вычисляют деформационные и прочностные-характеристики грунта. Таким образом, предлагаемая установка превращает испытательный з.онд в прибор для прессиометрического нагружения стенок скважины, что существенно расширяет возможности метода зондирования. В то же время с применением установки устраняются негативные факторы, сопутствующие обычному прессиометр1ическому опыту: возможность обрушения скважины, зависимость результатов от качества обработки стенок скважины, большая продолжительность прессиометрического испытания, вызванная поочередным нагружением грунта ступенями давления. В установке достигается одновременное нагружение грунта различными ступенями давления в пределах каждой секции зонда 2.

Экономический эффект от внедрения предлагаемой устан овки вытекает из сопоставления стоимости испытания зондированием (стоимость единичного испытания согласно сборнику цен fl составляет 40-80 р.) и прессиометром (стоимость 150-300 р) при практически равноценной информации, получаемой в результате опытов. Кроме того, при испытании грунта установкой можно получить дополнительную информацию о свойствах грунта после лабораторного испытания керна, поступающего в гйльз у 4 грунтоприемной полости 3, т.е. установка может быть использована также в качестве пробоотборника.

Пример . Испытания элювиального суглинка на глубине 3 м .пооводят установкой, имеющей трехсекдионный ствол, радиус каждой из секций которого составляет , , rj 36 мм. Выполняют два опыта, включанзщие погружение установки в грунт вдавливанием со скростью 0,1 м/мин и измерение нормального давления грунта на поверхность каждой секции после выдержки установки на заданной глубине в течение 24 ч. В первом опыте используют наконечник радиусом (Г0);,30 мм, во втором - (г)25 мм. В результате испытаний получают значения нормального давления, соответствующие расширению скважины в пределах каждой из секций г, Гп, rj от начального радиуса скважины (гд). (первый опыт) и от ( (второй опыт) , выраженные в перемещениях (относительных).

В таблице показаны результаты измерений. . Обработку результатов, испытания (фиг.З) проводят -В соответствии с положениями ГОСТа 20276-74 l и Инструкции ВИ-19-76 2 при.значениях коэффициента Пуассона i 0, 3, корректирующего коэффициента , коэффициента физическЬй анизотропи 37, горизонтального природного давления ,05 МПа. Модуль деформации Е определяют пределах от (,0,05 до ,218 МПа F-K г к -1 0 218-0.05 , ,- о: -КЗиГ 0,067 7,6МПа Для определения удельного сцеплени с и угла внутреннего трения вычи ны значения радиусов кругов Мора H по формуле 2 RICP (Pui -PI- /гп и« ) I а значения наибольшего б и наимен шего Сэ( главных напряжений соответ венно по формулам 6V(i+-i +PI )/2; . 3Q 3i-2R Cp По вычисленным значениям строят круги напряжений Мора (фиг.З), по торым с применением метода наименьших квсщратов получают с 0,034 МПа; Ч 22° Формула изобретения Установка для испытания грунта, включающая штангу, связанную с полым секционным зондом, ,имеющим наконечник и датчики условий,причем диаметр секций уменьшается сверху вниз, отличающаяся тем, что. с целью повышения точности измерений, зонд снабжен эластичными прокладками, а также гильзой, размещенной в полости зонда, каждая секция зонда имеет продольные и разделяющие секции поперечные прорези, в которых установлены эластичные прокладки, причем наконечник выполнен в виде кольца с режущей кромкой. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Грунты. Метод полевого определения модуля деформации прессмонометрами. ГОСТ 20276-74, М., Изд-во стандартов,1975. 2.Авторское свидетельство СССР №568700, кл. Е 02 D 1/00, 1977.