Способ прессиометрических испытаний грунта в скважине и прессиометр для его осуществления

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (I I) (si)s Е 02 D 1/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИ4ЕТЕЛЬСТВУ (21) 4769140/33 (22) 20.11.89 (46) 30.06.92. Бюл.N.24 (71) Научно-производственное объединение

"Союзморинжгеология" (72) Н.Г.Теряев, Д.Г.Корнещук и С.И.Авдеев (53) 624,131.38 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹697634,,кл. Е 02 D 1/00, 1978.

Авторское свидетельство СССР

¹ 1086066, кл. Е 02 D 1/00, G 01 N 3/10, 1982.

Авторское свидетельство СССР

N 1564263, кл. Е 02 D 1/00, 1990. (54) СПОСОБ ПРЕССИОМЕТРИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЙ ГРУНТА В СКВАЖИНЕ И ПРЕССИОМЕТР ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Изобретение относится к инженерной геологии, в частности к исследованию физико-механических свойств грунтов при инженерно-геологических изысканиях для строительства, Известен способ прессиометрических испытаний грунта в скважине, включающий нагружение стенок скважины ступенями давления, регистрацию изменения давления и определение деформационных характеристик.

Недостатком способа является низкая точность определения параметров грунта вследствие того, что координаты графика

h, Ð = S(A R) определяются двумя разными системами, что ведет к разбросу точек графика, по которым строится прессиометрическая кривая, Известен способ прессиометрических испытаний грунта в скважине, включающий нагружение стенок скважины ступенями (57) Использование: инженерная геология, исследование физико-механических свойств. Сущность изобретения: в способе прессиометрических испытаний производят нагружение стенок скважины ступенями возрастающего давления и одновременную и непрерывную регистрацию давления и температуры в емкости известного объема и в камере зонда. Прессиометр содержит зонд, соединенный трубопроводом с впускным клапаном низкого давления, емкости известного объема, преобразователи давления в электрический сигнал, параллельно которым установлены датчики температуры и блок программного управления. 1 ил. возрастающего давления путем нагружения камеры зонда заданным объемом воздуха из емкости известного объема, регистрацию изменения давления, расчет приращения объема зонда и его радиуса и определение по ним деформационных характеристик.

Недостатком указанного способа испытаний является низкая точность определения параметров грунта, обусловленная тем, что при испытаниях по данному способу не учитывают температурный фактор.

Известен прессиометр, включающий зонд с корпусом и эластичной оболочкой, источник высокого давления, емкость известного объема, распределительные устройства, магистраль и измерительные приспособления.

Недостатком указанного прессиометра является низкая точность оценки свойств испытываемых грунтов, обусловленная визуальным снятием показаний приборов, а

1744195 также ручным управлением процесса испытаний и отсутствием автоматизированных устройств по изменению и регистрации параметров, анализу и обработке результатов испытаний.

Наиболее близким к предлагаемому является прессиометр, содержащий зонд, соединенный трубопроводом с впускным клапаном низкого давления, емкости известного объема, преобразователи давления в электрический сигнал, блок программного управления, выходы которого соединены с входами периферийных устройств и с входом и выходом интерфейса впускного клапана низкого давления, аналого-цифровой преобразователь, входы которого соединены с выходами преобразователя давления в электрический сигнал, а выходы — с выходами блока программного управления.

Недостатком указанного прессиометра также является низкая точность оценки свойств испытываемого грунта, обусловленная нестабильностью измерений как в условиях создаваемой пульсирующей нагрузки при термодинамической неустойчивости процессов, так и при приложении постоянной нагрузки.

Цель изобретения — повышение точности испытаний грунта.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу прессиометрических испытаний грунта, включающему нагружение стенок скважины ступенями возрастающего давления путем нагружения камеры зонда заданным объемом воздуха из емкости известного объема, регистрацию изменения давления, расчет приращения объема зонда и его радиуса и определение по ним деформационных и прочностных характеристик грунта, на каждой из ступеней нагружен ия производят одновременную и непрерывную регистрацию давления и температуры в емкости известного объема и камере зонда, а приращение объема зонда и его радиуса определяют по формулам: (Р и — — PnI) I/пn-1 д Т., и

РПI ! и

gЮ, (1 + )1Ь.

Рп =(— — — )

Рй Рп

Тн Тк Ч t где P — начальное давление в зонIII де на и-й ступени, кгс/см, при условии

DVn=0; 1=0;

t — момент времени начала ступени на5 гружения, с; д Vn — приращение объема зонда íà и-й ступени, см ;

Pn, Pn KOн к нечное давление в емкости известного объ10 ема на и-й ступени нагружения, кгс/см;

Tn, Tn — абсолютная начальная и кон к нечная температура в емкости известного объема на п-й ступени нагружения, К;

Тп — абсолютная температура в зонде

15 i-го измерения на п-й ступени, К;

Тп-1 — абсолютная температура в зонде в конце (n-1)-й ступени, К;

Рп; — абсолютное давление в зонде измерения на и-й ступени, кгс/см;

20 R3 — радиус зонда в начальном состоянии, см;

V> — объем емкости известного объема, см; и-1

Vn-1 = Vo+ дЧ. — объем магистрали и приращение объема зонда на (и-1)-й ступени, см;

14 — объем магистрали, см; з. д Ч вЂ” приращение объема зонда i-го измерения на ступени нагружения, см; и 1

VB VI — сумма приращений объема зонда на ступенях нагружения с 1-й по п-ю, см; з.

35 h — длина (высота) оболочки зонда. см.

Прессиометр.содержащий зонд, соединенный трубопроводом с впускным клапаном низкого давления, емкости известного объема, преобразователи давления в электриче40 ский сигнал, блок программного управления, выходы которого соединены с входами периферийных устройств и входом и выходом интерфейса впускного клапана низкого давления и аналого-цифровой преобразова45 тель, входы которого соединены с выходами преобразователя давления в электрический сигнал, а выходы — с входами блока программного управления, снабжен датчиками температуры, установленными параллельно с

50 преобразователями давления в электрический сигнал, а выходы датчиков температуры посредством формирователей соединены с входами аналого-цифрового преобразователя.

На чертеже представлена схема пресси55 ометра.

Прессиометр содержит зонд 1, соединенный трубопроводом 2 с впускным клапаном 3 низкого давления, емкости 4 и 5 известного объема с манометрами 6 и 7, которые соединены посредством трубопро1744195

=(— — — ) Ш Pn Pn

Т. нТ".

"Т

III Тп!

@/ Тп -

Pni

g Oval

R. (R 3 + )1А

50

55 водов с вентилями через редукционный клапан 8 с емкостью 9 высокого давления. Емкости 4 и 5 известного объема посредством трубопроводов с вентилями соединены с преобразователем 20 давления в электрический сигнал, параллельно которым установлены датчики 11 температуры.

Преобразователи 10 давления и датчики 11 температуры с формирователями соединены с модулем аналогового ввода ЭВМ

12, с периферийными устройствами (не показаны). Впускной клапан 3 соединен с устройством управления микро-3ВМ. Модуль аналогового ввода предназначен для преобразования аналоговой информации, поступающей с преобразователей 10 давления и датчиков 11 температуры, в цифровой код и ввода результатов преобразования в канал микро-Э ВМ.

Пример, Прессиометрические испытания в скважине.

Испытания проводят с зондом диаметром 110 мм в морской скважине диаметром

112 мм на глубине 15 м по грунту и 14,5 м по воде в суглинке, сером, иловатом, текучепластичном. Объем емкостей 4 и 5 известного объема Vð = 4200 см, объем магистрали к зонду 1 3150 см, Результаты испытания приведены втабл.1 и 2; в табл.1 — данные по определению радиуса зонда, определенные без учета влияния температуры (по прототипу), в табл.2 — данные с учетом поправки на влияниетемпературы, причем температура наружного воздуха принята

296 К (+23 C) = Т," = Tn" и температура в зонде (на грунте) 288 К(15 С) = Tn-).

Прессиометр работает следующим образом, Перед началом работы одну из емкостей 4 или 5 заряжают сжатым воздухом от емкостей высокого давления через редукционный клапан 8. Емкости 4 и 5 заряжают до величины давления, достаточной для проведения нескольких или всех ступеней нагружения, одного или нескольких испытаний грунта, Опускают зонд 1 на горизонт испытаний.

Производят перепуск давления в зонд 1 из емкостей 4 или 5 известного объема

В автоматическом режиме нагружение осуществляют через впускной клапан низкого давления с управлением по программе от микро-Э ВМ. В режиме поддержания дэвления нагружения на ступенях давления перепуск воздуха может осуществляться посредством редукционного клапана 8, служащего задатчиком величины ступени.

На каждой из ступеней.нагружения после перепуска воздуха и определения пере5

40 пада давления в емкости 4 производят расчет начального давления в зонде для времени t = 0 и д V =0(условного) по формуле. где Рл", Рп" — абсолютное начальное и конечное давление в емкости известного объема на и-й ступени, кгс/см-;

Тр"., Тп — абсолютная начальная и конечная температура воздуха в емкости известного объема на i-й ступени, К;

VI — объем емкости известного объема, см;

-4

V>-1 = J>+ д Vi — объем магистрали и приращений объема зонда на (и-1)-й ступени, см, определяют приращения объема зонда и его радиуса по формулам: где Тп — абсолютная температура в зонде i ãî измерения íà и-й ступени, К;

T>-I — абсолютная температура в зонде в конце (n-1)-й ступени, К;

I ni — абсолютное давление в зонде -го измерения на и-й ступени, кгс/см;

R< — радиус зонда в начальном состоянии, см; п

;>, д М; — приращение объема зонда на

1 ступенях нагружения с .1-й по п-ю, см;

h — длина (высота) оболочки зонда, см.

При проведении испытаний преобразователи 10 давления, датчика температуры

11 обеспечивают преобразование значений измеряемых параметров давления и температуры в унифицированный токовый выходной сигнал дистанционной передачи.

Микро-ЭВМ получает измеряемые параметры давления и температуры и по их изменению в условиях заданного объема воздушной среды определяет перемещения стенок скважины в процессе проведения опыта в диалоговом режиме через дисплей.

Формула изобретения

1. Способ прессиометрических испытаний грунта в скважине„включающий нагру1744195 (P n Pni) Vn

ill Tni

Тп-:.

Pni и Р й) р

Р п

Vn-r

n n

Таблица 1 жение стенок скважины ступенями возрастающего давления путем нагружения камеры зонда заданным объемом воздуха из емкости известного объема, регистрацию изменения давления, расчет приращения объема зонда и его радиуса и определение по ним деформационных характеристик грунта, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности испытаний грунта на каждой из ступеней нагружения производят одновременную и непрерывную регистрацию давления и температуры в емкости известного объема и камере зонда, а приращение объема зонда и его радиуса определяют по формулам где Рп — начальное давление в зонде

ill на и-й ступени при условии д Vn =О, T=-0, кгс/см2, с — момент времени начала ступени нагружения, с; д Vn — приращение объема зонда на и-й ступени, см; з.

Pn" Pn" — абсолютное начальное и конечное давление в емкости известного объема на и-й ступени нагружения, кгс/см;

2, Tn, Tn абсолютная начальная и конечная температура в емкости известного объема на и-й ступени нагружения, К;

Тпч — абсолютная температура в зонде

i-го измерения на и-й ступени, К;

Тп-1 — абсолютная температура в зонде в конце (n-1)-й ступени, К;

5 Pni — абсолютное давление в зонде I-co измерения на п-й ступени, кгс/см;

R — радиус зонда в начальном состоянии, см;

V, объем емкости известного объема, 10 см; и

Vn-1 = Vo+ Vl — объем магистРали и приращение объема зонда на (n-1)-й ступени, см; з.

Vn — объем магистрали, см; з. д Vj — приращение объема зонда I ãо измерения на ступени нагружения, см; и д Vi — сумма приращений объема

20 зонда на ступенях нагружения с первого по п-й, см;

h — длина {высота) оболочки зонда, 2. Прессиометр для испытаний грунта в

25 скважине, содержащий зонд, соединенный трубопроводом с впускным клапаном низкого давления, емкости известного объема, преобразователи давления в электрический сигнал, блок программного управления, выg0 ходы которого соединены с входами периферийных устройств и входом и выходом интерфейса впускного клапана низкого давления, и аналого-цифровой преобразователь, входы которого соединены с выходами преобразователя давления в электрический сигнал, а выходы — с входами блока программного управления, отличающийся тем, что он снабжен датчиками температуры, установленными параллельно с преобразова40 телями давления в электрический сигнал, а выходы датчиков температуры посредством формирователей соединены с входами аналого-цифрового преобразователя.

1744195

Таблица 2

Составитель Л,Тронина

Редактор Л.Веселовская Техред М.Моргентал Корректор М.Шароши

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 2173 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5