Штамп для исследования грунтов в скважине

 

1. ШТАМП ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ГРУНТОВ В СКВАЖИНЕ, содержащий полый цилиндрический корпус, охваченный эластичной оболочкой, верхний и нижний фланцы, образующие рабочую камеру, тяговый трос и боковые цилиндры, о тличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей , он снабжен мембраной, инерционным элементом, платформой с тягами, ограждающим кольцом, выполйенным заодно с платформой, верхней и нижней возвратными пружинами, кольцевым ог .раничителем, прижимной втулкой, виброизолятором и гидропульсационным приспособлением, при этом нижний фланец выполнен с центральным отверстием , перекрытым мембраной, по обе стороны которой симметрично установлены инерционный элемент и нижняя и верхняя возвратные пружины, причем верхняя возвратная пружина и кольцевой ограничитель размещены в рабочей камере , нижняя возвратная пружина - в ограждающем кольце и прижимной втулке , телескопически соединенных между собой, а виброизолятор - на верхнем фланце, при этом верхняя возвратная пружина установлена с возможностью упора одним концам в кольцевой ограничитель , а другим в инерционный элемент, нижняя возвратная пружина О ) одним концом в инерцирнный элемент, а другим в платформу, тяги и прижимная втулка соединены с корпусом, виброизолятор - с тяговым тросом, а § рабочая камера гидравлически сообщена с гидропульсационным приспособлением . 2. Штамп по п. 1, отличаю щийся тем, что инерционный элеvl мент выполнен составным из отдельных Од плит, причем внешние плиты снабжены со центрирующими кольцами.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

ОСЮИ

РЕСПУБЛИК др Е 02 D 1/02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

Н ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3594180/29-33 (22) 24.05.83 (46) 23.09. 84. Бюл. У 35 (72) lO.Ì.Красный, В.Ю.Иванов и В.Л.Шулев (71) Уральский ордена Трудового Красного Знамени политехнический институт им. С.М. Кирова (53) 624.023.943;088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Ф 924238, кл. В 02 С 1/00, 1982.

2. Авторское свидетельство СССР

9 935570, кл. Е 02 D 5/80, 1982 (прототип). (54)(57) 1. ШТАМП ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ

ГРУНТОВ В СКВАЖИНЕ, содержащий полый цилиндрический корпус, охваченный эластичной оболочкой, верхний и нижний фланцы, образующие рабочую камеру, тяговый трос и боковые цилиндры, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, он снабжен мембраной, инерционным элементом, платформой с тягами, ограждающим кольцом, выполненным заодно с платформой, верхней и нижней возвратными пружинами, кольцевым ог,раничителем, прижимной втулкой, виброиэолятором и гидропульсационным,. SU„„3 14739 A приспособлением, при этом нижний фланец выполнен с центральным отверстием, перекрытым мембраной, по обе стороны которой симметрично установлены инерционный элемент и нижняя и верхняя возвратные пружины, причем верхняя возвратная пружина и кольцевой ограничитель размещены в рабочей камере, нижняя возвратная пружина — в ограждающем кольце и прижимной втулке, телескопически соединенных между собой, а вибронзолятор — на верхнем фланце, при этом верхняя возвратная пружина установлена с воэможностью упора одним концбм в кольцевой ограничитель, а другим в инерционный элемент, Нижняя возвратная пружина одним концом в инерционный элемент, а другим в платформу, тяги и прижимная втулка соединены с корпусом, виброизолятор — с тяговым тросом, а рабочая камера гидравлически сообщена с гидропульсационным приспособлением.

2. Штамп по п. 1, отличаюшийся тем, что инерционный эле" мент выполнен составным из отдельных плит, причем внешние плиты снабжены центрирующими кольцами.

1 1114

Изобретение относится к строительству и предназначено для определения в полевых условиях динамических характеристик грунтовых оснований, необходимых для проектирования и расчета фундаментов машин с динамическими нагрузками.

Известен вибропрессиометр, содержащий корпус с полым стаканом, упругую оболочку, гибкую мембрану с плоским штампом, электромагнит с сердечником, связанным с плоским штампом, и цилиндрический штамп из раздвижных сегментов (11 .

Недостатком данного вибропрессио15 метра является вазможность определения динами ч ес ких хара ктерис тик грунта только в направлении, перпендикулярном действию будущих нагрузок, чта усложняет использование полученных

20 характеристик, так как требует дополнительной корректировки на геометрическую аниэотропию.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является штамп

25 для исследования грунтов в скважине, содержащий полый цилиндрический корпус, охваченный эластичной оболочкой, верхний и нижний фланцы, образующие рабочую камеру, тяговый трос и боковые цилиндры (21 °

ЗО

Недостатком известного устройства является отсутствие регулируемого иста;ника возбужцающей динамической силы.

Целью изобретения является расши- З5 рение функциональных возможностей.

Цель достигается тем, что штамп для исследования грунтов в скважине, содержащий палый цилиндрический корпус, охваченный эластичной оболочкой,40 верхний и нижний фланцы, образующие рабочую камеру, тяговый трос и боковые цилиндры, снабжен мембраной, инерционным элементом, платформой с тягами, ограждающим кольцом, выполненным заодно с глатформой, верхней и нижней возвратными пружинами, кольцевым ограничителем, прижимной втулкой, виброизоляторам и гидрапульсационным приспособлением, при этом M нижний фланец выполнен с центральным отверстием, перекрытым мембраной, по обе стороны которой симметрично установлены инерционный элемент и нижняя и верхняя возвратные пружины, 55 причем верхняя возвратная пружина и кольцевой ограничитель размещены в рабочей камере, нижняя возвратная пружина — в ограждающем кольце и прижимной втулке, телескапически соединенных между собой, а виброизоля тор — на верхнем фланце, при этом верхняя возвратная пружина установлена с возможностью упора одним концом в кольцевой ограничитель, а другим в инерционный элемент, нижняя возвратная пружина, — одним концом в инерционный элемент, а другим в платформу, тяги и прижимная втулка соединены с корпусом, виброизалятор — с тяговым тросом, а рабочая камера гидравлически сообщена с гидропульсационным приспособлением.

При этом инерционный элемент выполнен составным из отдельных плит, причем внешние плиты снабжены центрирующими кольцами.

На фиг. 1 - изображен предлагаемый штамп в исходном положении, общий вид; на фиг. 2 — то же, рабочее положение.

Штамп для исследования грунтов в скважине включает полый цилиндрический корпус 1 с верхним 2 и нижним 3 фланцами и боковыми цилиндрами 4 и 5.

Полый цилиндрический корпус 1 имеет отверстия 6 и охвачен эластичной оболочкой 7. Оболочка 7 прижата к корпусу 1.верхним фланцем 2 с помощью болтов, снизу эластичная оболочка 7 прижата с помощью кольца 8, навинченного на полый цилиндрический корпус 1, к которому с помощью резьбы крепится нижний фланец 3, выполненный с центральным отверстием перекрытым мембраной 9. Последняя соединена с нижним фланцем 3 посредством прижимной втулки 10 с помощью болтов.

Верхний и нижние фланцы 2 и 3, корпус 1, эластичная оболочка 7 и мембрана 9 образуют рабочую камеру 11. Инерционный элемент состоит из отдельных инерционных внешних 12 и внутренних 13 плит, закрепленных сим— метрично на мембране 9, например, с помощью болтов. Па обе стороны мембраны 9 саосно расположены верхняя 14 и нижняя 15 возвратные пружины. Верхняя возвратная пружина 14 расположена внутри рабочей камеры 11 н упирается верхней частью в кольцевой ограничитель 1б, закрепленный внутри рабочей камеры 11 с возможностью перемещения, а нижней частью — во внешнюю плиту 12. Нижняя возвратная пружина 15 упирается нижней частью в платформу 17, которая прикреплена к з 1114 нижнему фланцу 3 с помощью тяг 18, а верхней частью — во внешнюю инерционную плиту 12. Наружные инерционные плиты 12, кольцевой ограничитель

16 и платформа 17 снабжены центри5 рующими кольцами 19 для возвратных пружин 14 и 15.

Внутри боковых цилиндров 4 и 5 расположены по вертикали в двух уровнях лопасти верхнего 20 и нижнего

21 рядов, имеющие форму неправильного многоугольника, .в которые монтиро;ваны месдоэы 22 с проводами 23. По горизонтали верхний ряд лопастей 20 смещен по отношению к нижнему ряду

1 лопастей 21 по дуге окружности на половину ширины лопасти. Каждая из лопастей жестко связана, например, с помощью сварки с наружной пластиной

24 по одному из торцов. Наружная пластина 24 гибко связана, например, е помощью накладки 25 из стеклотка-. ни с внутренней пластиной 26.

Наружные пластины 24 имеют цилинд— рическую форму с радиусом кривизны

25 по наружной поверхности, равным внутреннему радиусу боковых цилиндров

4 и 5. Кроме этого, на соприкасающихся поверхностях боковых цилиндров

4 и 5 и наружных пластин 24 выполнены конические переходы 27. В фланцах

2 и 3, лопастях 20 и 21 выполнены направляющие канавки 28. В гнездах, устроенных по свободным торцам боковых цилиндров 4 и 5 и наружных плас- 35 тин 24, установлены шарики 29. В на— ружных пластинах 24 выполнены пазы, в которых установлены плоские пружины 30. К верхнему фланцу 2 с помощью болтов прикреплены натяжной гибкии 40 элемент 31 и сейсмодатчик 32 с электрическими проводами 33, а также виброизолятор, выполненный составным из наружного 34 и внутреннего 35 полях штоков с фланцами, между которым 45 расположена пружина 36 с опиранием по фланцам. Наружный шток 34 с помощью болтов связан с верхним торцовым фланцем 2, а в полости внутреннего штока 35 размещен трубопровод 37, SO который гидравлически связывает с помощью штуцера 38 рабочую камеру

1 1 с гидропульсационным приспособле.нием, выполненным., например, в виде пульсационной камеры 39 и кулачково- 55 го механизма 40. Внутренний шток выйолнен с петлей, к которой прикреплен трос 41. На верхнем и нижнем

739 4 фланцах 2 и 3 навинчены фигурные цилиндры 42, которые служат направляющими и предотвращают разрушение стенок скважины при опускании устройства. Для исключения попадания инородных тел между витками нижней возвратной прижины 15, прижимная втулка 10 и ограждающее кольцо 43, выполненное заодно с платформой 17, установлены телескопически.

Штамп для исследования грунтов в скважине работает следующим образом.

Подготовленное к работе устройство, находящееся в исходном положении, ойускают в заранее пробуренную сква-, .жину, диаметр которой на 10 мм больше габаритного диаметра устройства, и удерживают на заранее заданной глубине с помощью троса, (устройство для удержания троса не показано) . Затем .через трубопровод 37 и штуцер 38 в рабочую камеру 11 нагнетают под давлением рабочую жидкость. Давление жидкости внутри рабочей камеры 1! через отверстия 6 в стенках полого цилиндрического корпуса 1 передается на эластичную оболочку 7.,Последняя, деФормируясь, передает давление в начальной стадии только на внутренние пластины 26, а в последующем по мере раздвижения и на наружные пластины 24, которые вместе с лопастями

20 и 21 перемещаются и врезаются в стороны в стенки скважины. Направление перемещения лопастей 20 и 21 и их взаимоположение при этом ориентировано направляющими канавками 28 и шариками 29. Вэаимоположение наружных 24 и внутренних 26 пластин по мере их перемещения изменяется, что возможно благодаря гибкой связью между ними, выполненной, например, в виде приклеенной накладки 25 из стеклоткани, и необходимо для равномерного по периметру врезания лопастей 20 и 21 и предохранения эластичной оболочки 7 от повреждения. Сила, под действием которой происходит врезание лопастей 10 и 11 в стенки скважины, может регулироваться давлением жидкости и конструктивным изменением высоты раздвижных пластинок.

Врезание лопастей 20 и 21 в стенки скважины продолжается до тех пор, пока наружные элементы 24 не упрутся в боковые цилиндры 4 и 5, а коничес- кие переходы на их соприкасающихся

1114739

5 поверхностях совпадут. Устройство будет находиться в рабочем положении.

Дальнейшая работа устройства зависит от поставленной задачи.

Если устройство испдльзуется для определения динамических характеристик грунтовых оснований, то приводят во вращательное движение кулачковый механизм 40 с необходимой для исслеоваиий частотой f. Он, обегая шток 10 пульсационной камеры 41, заставляет поршень колебаться и создает тем самым и гидропульсаторе избыточное динамическое давление. Это давление через трубопровод 37 и штуцер 38 пере- 1S дается в рабочую камеру 11, где, действуя на податливый элемент, состоящий из мембраны 9 и инерционных плит

12 и 13, преобразуется в их вертикальные колебания. Колебания инерци- 20 онных плит 12 и 13 через нижнюю 14 и верхнюю 15 возвратные пружины, кольцевой ограничитель 16 и платформу 17 с тягами 18 передается на все устройство. При этом силы инерции, действующие на устройство при колебаниях, передаются через лопасти 20 и 21 на стенки скважины.

Величина возмущающей силы с помощью месдоэ 22, установленных в лопас-30 тях 20 и 21, преобразуется в электрическую величину и через провод 23 подается на контрольно-измерительные приборы (не показаны). На эти же при" боры подается по проводу 33 электры- З5 ческая величина преобразованной датчиком 32 амплитуды колебания устройства. Зная данные тарировки сейсмодатчика 32 и месдоз 22, можно пересчетом определить коэффициент динамической жесткости грунта в вертикальном направлении, и характеристики, необходимой для проектирования фундаментов под машины с динамическими нагрузками, Для изменения уровня статического нагружения грунта на трос подают растягивающее усилие, которое через виброизолятор передается на лопасти 20 и 21, а через них непосредственно на грунт.

Если устройство используют для измерения колебаний слоев грунта от динамических и сейсмических воздействий, действующих на поверхности, то гидропульсационное устройство отключают.

Если же штамп используется для измерения перемещений слоев грунта в скважине, то натяжной гибкий элемент

31 соединяют на поверхности со специальным приспособлением, которое позволяет измерять эти перемещения.

Устройство можно использовать также и в качестве анкера, в этом случае выдерживающее усилие передается на него непосредственно через трос и виброизолятор.

Использование предлагаемого штампа для исследования скважин позволяет определять динамические характеристики грунта, а также существенно снизит трудозатраты на проведение испытаний.

1114739

1 ) 14739 .Составитель Л.Тронина

Редактор А.Шандор Техред Ж.Кастелевич Корректор N.Øàðoøè

Заказ 6742/20 . Тираж 643 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

313035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г.Ужгород, ул.Проектная, 4