Стенд для исследования напряженного состояния керна несвязных грунтов

 

Изобретение относится к горному делу и предназначено для исследования процессов при отборе проб несвязных грунтов. Цель изобретения - расширение технологических возможностей стенда за счет обеспечения моделирования восходящего фильтрационного потока. В колонковой трубе 1 с башмаком 2 и крышкой 3 установлена на башмаке 2 с возможностью осевого перемещения керноприемная труба 4. Труба 4 связана с силоизмерителем 8, выполненным в виде гидравлического динамометра 23, корпус которого соединен с трубой 4, а плунжер 24 посредством балки 25 и стержней 26 - с башмаком 2. Труба 1 соединена с гидравлическим приводом 15 перемещения и расположена над герметичной емкостью 9 с патрубком 12 для подачи жидкости под давлением. Труба 4 имеет два отверстия, соединенные с измерителем 17 градиента давления, и патрубок 7 слива. С емкостью 9 сообщен датчик 14, установленный на трубе 1 на уровне патрубка 7. Под действием привода 15 трубу 1 внедряют в размещенный в емкости 9 исследуемый грунт 10 и одновременно создают в емкости 9 избыточное давление жидкости. За счет разности давлений в емкости 9 и трубе 4 в керне грунта в полости трубы 4 создается восходящий фильтрационный поток жидкости, градиент давления которого регистрирует разность давлений на противоположных сторонах керна. Сила трения керна о внутреннюю поверхность трубки 4 измеряется динамометром 23 и является параметром для определения напряженного состояния керна. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

119) (111

А1 (51) 4 Е 21 В 49 00

>CECON3HAR

ilAТЕКТНС - Г1."и1ЕСИАЯ

Е.v "ÜËl!О ".-.- и.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А ВТОРСН0МУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4323398/23-03 (22) 02. 11. 87 (46) 07.07.89. Бюл. У 25 (71) Донецкий политехнический институт (72) И. В. Равилов (53) 622. 23. 05(088. 8) (56) Самойленко E. Н. Исследование и расчет параметров колонковых снарядов для ударного бурения рыхлых пород увеличенными рейсами, Дис. кан. техн. наук. - М.: 1981,с.81-85.

2 (54) СТЕНД ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ КЕРНА НЕСВЯЭК1К ГРУНТОВ (57) Изобретение относится к горному делу и предназначено для исследования процессов при отборе проб несвязных грунтов. Цель изобретения — расширение технологических возмокностей стенда за счет обеспечения моделирования восходящего фильтрационного потока. В колонковой трубе 1 с банмаком

2 и крынкой 3 установлена на башмаке:

1492041

30

2 с возможностьи осевого перемещения керноприемная труба 4. Труба 4 связана с силоиэмерителем 8, выполненным в виде гидравлического динамометра

23, корпус которого соединен с трубой 4, а плуккер 24 посредством балки 25 и стержней 26 — с башмаком 2.

Труба 1 соединена с гидраглическим приводом 15 перемещения и расположена над герметичной емкостью 9 с патрубком 12 для подачи жидкости под давлением. Труба 4 имеет два отверстия, соединенные с измерителем 17 градиента данления, и патрубок 7 слина. С емкостью 9 сообщен датчик

14, установленный на трубе 1 на уровИзобретение относится к горному делу, в частности к устройствам для исследования пpoцессон, происходящих в керновом материале при отборе проб 25

% несвязных грунтов морскими колонковыми пробоотборннками.

Цель изобретения — расширение технологических возможностей стенда за счет обеспечения моделирования восходяще го фильтрационного потока.

На фиг. 1 показан стенд для исследования напряженного состояния керна несвязных грунтов; на фиг. 2 — узел

I на фиг. l; на фиг. 3 — разрез А-А на фиг. l.

Стенд содержит колонковую трубу 1 с бапмаком 2 и крышкой 3, керноприемную трубу 4 с отверстиями 5 и 6 в стенке и сливным патрубком 7, уста- 40 новленную на башмаке 2 внутри трубы

1 с воэможностью осевого перемещения, силоизмеритель 8, связанный с трубой 4, герметичнуи емкость 9 для исследуемого грунта 10 с уплотнением 45

11 под диаметр колонковой трубы 1 и патрубком 12 с вентипем 13 для подачи жидкости под давлением от иагнетательной магистрали (не показана), датчик 14 давления, сообщенный с емкостью 9 и установленный на колонковой трубе 1 на уровне сливного патрубка 7 керноприемной трубы 4, гидравлический привод !5 переме!!!ения колонковой трубы 1 с насосной станцией

16 и измеритель 17 градиента давления °

Измеритель 17 выполнен в виде дифФеренциального манометра 18, соедине патрубка 7. Под действием привода

l5 трубу l внедряит в размещенный в емкости 9 исследуемый грунт 10 и одновременно создают в емкости 9 избыточное давление жидкости. За счет разности давлений в емкости 9 и трубе 4 в керне грунта в полости трубы

4 создается восходящий фильтрационный поток жидкости, градиент давления которого регистрирует разность давлений на противоположных сторонах керна. Сила трения керна о ннутреннии .поверхность трубки 4 измеряется динамометром 23 и является параметром дпя определения напряженного состояния керна. 1 з.п. ф-лы, 3 ил. ненного через разделители 19 и 20 сред и трубки 21 и 22 с отверстиями

5 и 6 и керноприемной трубе 4 °

Силоиэмеритель 8 выполнен в виде гидравлического динамометра 23, корпус которого соединен с керноприемной трубой 4, а плунжер 24 посредством балки 25 и стержней 26 — с башмаком 2 колонковой трубы 1.

Регистратор 27 служит для индикации и записи показаний манометра 18, датчика 14 давления и датчика 28 давления динамометра 23.

Стенд работает следующим образом.

Колонковую трубу 1 опускают через уплотнение 11 в емкость 9 с исследуемым грунтом 10 не доводя башмак 2 до уровня грунта 10, и через патрубок

12 заполняют жидкостьи емкость 9 и керноприемнуи трубу 4 до уровня сливного патрубка 7. Затем трубу 1 опускают до уровня грунта 10 и приводом

15 вдавливают башмак 2 в грунт 10.

Одновременно с помощьи вентиля 13 создают в емкости 9 давление жидкости, моделируищее гидростатическое давление морского дна, При этом за счет разности давлений в емкости 9 и полости керноприемной трубы 4 над керном грунта в трубе 4 ноэникает восходящий фильтрационный поток жидкости. Разность давлений у отверстий 5 и 6 керноприемной трубы 4, возникающая эа счет фильтрационного потока, измеряется ди*ференциальиым манометром !8, сое1 диненным через разделители 19 и 20, предотвращающие закупорку каналов ма5 14920 нометра 18 и трубки 21 и 22 с отверстиями 5 и 6. 1 радиент давления, характеризующий величину потока, определяют как отношение разности данле5 ний к расстоянию между отверстиями 5 и 6.

Разность между давлением жидкости в емкости 9 и давлением жидкости над керном грунта в трубе 4 регистрирует- !О ся датчиком 14, установка которого на колонковой трубе 1 на дровле патрубка 7 позволяет исключить влияние высоты уровня слива при перемещении трубы 1 на показания датчика 14. Пред-15 варительное заполнение керноприемной трубы 4 жидкостью до уровня слива дает возможность исключить зависимость показаний датчика 14 от фильтрационного притока жидкости в полость трубы 4 °

По мере внедрения трубы 1 в грунт

10 возникает и нарастает сила трения керна грунта о внутренюю поверхность керноприемной трубы 4. Благодаря под- 25 вижности соединения керноприемной трубы 4 с башмаком 2 сила трения при превышении ее величинь1 веса трубы 4 и динамометра 23 вызывает перемещение трубы 4 с корпусом динамометра 23, Повышающееся при этом давление жидкости в полости гидравлического динамометра 23 регистрируется датчиком 28.

Поскольку величина напряженного состояния керна определяется его весом и силой его трения о поверхность керноприемной трубы 4, то полученное датчиком 28 значение давления однозначно характеризует напряженное состояние керна. При этом благодаря 4р жесткой связи балки 25 с помощью стержней 26 с башмаком 2 исключается влияние на показания датчика давления

28 упругой деформации колонковой трубы 1, возникающей при приложении на- 45 груэки со стороны гидропривода 15 на трубу I при ее внедрении в грунт 10.

Благодаря расширению технологических воэможностей стенд может быть использован также с целью совершенство- 50 вания технологии пробоотбора донных грунтов с обратной промывкой, Для этого в процессе внедрения колонковой трубы 1 в емкость 9 с грунтом подбираются такие параметры обратной промывки (разность между гидростати" ческим давлением и давлением жидкости над пробой, градиент давления во41 сходящего фил трацнонного потока в колонке пробы, расход фильтрационного потока, измеренньп», например, объемным методом на сливе керноприемной трубы 4), которые обеспечивалн бы минимальное значение силы трения колонки керна о поверхность керноприемной трубы 4, исключая при этом вынос частиц грунта восходящим потоком жидкости или пульпообразование иэ кернового материала °

Таким образом, предлагаемый стенд позволяет исследовать напряженное состояние керна несвяэных грунтов>в при наличии восходящего фнльтрационного потока жидкости в колонке пробы, параметры которого могут варьироваться и регистрироваться, исследовать и отработать технологию пробоотбора данных несвязньж грунтов с обратной промывкой.

Форм улаиэобретения

I. Стенд для исследования напря- женного состояния керна несвязных: грунтов, содержащий колонковую трубу с башмаком и крышкой, гидравлический привод перемещения колонковой трубы и емкость для исследуемого грунта, расположенную под колонковой трубой, отличающийся тем, что, с целью расширения технологических возможностей стенда за счет обеспечения моделирования восходящего фильтрационного потока, он снабжен керноприемной трубой с двумя отверстиями в стенке и сливным патрубком, установленной на башмаке внутри колонковой трубы с воэможностью осевого перемещения силоизмерителем, связанным с керноприемной трубой, датчиком давления, сообщенным с емкостью и установленным на колонковой трубе на уровне сливного патрубка керноприемной трубы, и измерителем градиента давления, сообщенным с отверстиями керноприемной трубы, при этом емкость выполнена герметичной с патрубком дпя подачи жидкости под давлением.

2. Стенд по и. 1, о т л н ч аю шийся тем, что сипоизмеритель выполнен в виде гидравлического дннамометра, корпус которого соединен с керноприемной трубой, а плунжер посредством балки и стержней — с башмаком колонковой трубы.

1492041

Составитель В. Тальвойи

Редактор В. Бугренкова Техред A.Кравчук Корректор М. Шароши

Закаэ 3847/35 Тираж 514 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по иэобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

11 11

Производственно-издательский комбинат Патент, r. Ужгород, ул. 1 агарнна, !01