Винтовой штамп для испытания рыхлого грунта

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 Е 02 О 1/00

К ПАТЕНТУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4752008/33 (22) 24.10.89 (46) 07.09.92. Бюл. М 33 (75) Е.В.Лебедев, В.B.Øåëèõîâ и Е.Л.Пылаев (56) Авторское свидетельство СССР

N. 467363, кл. G 01 N 3/24, ГОСТ 20276-85 "Грунты. Методы полевого определения характеристик деформируемости", с. 3. 20. (54) ВИНТОВОЙ ШТАМП ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ

РЫХЛОГО ГРУНТА (57) Изобретение относится к области инженерно-геологических изысканий в ходе строительства. Целью изобретения является повышение точности и надежности испытаний. Винтовой штамп для испытания рыхлого грунта содержит остроконечный ствол с винтовой лопастью, снабженной датчиком для измерения давления грунта, приспособление для создания вращения ствола, приспособление для создания на ствол регулируемых усилий с приводом, которое соединено электрической связью с датчиком для измерения давления грунта.

Изобретение относится к области инженерио-геологических изысканий в ходе строительства, в частности, к устройствам для испытания рыхлого грунта.

Целью изобретения является повыше-. ние точности и надежности испытаний.

На фиг.1 изображена принципиальная схема винтового штампа для испытания рыхлого грунта; на фиг.2 изображен общий вид винтового штампа для испытания рыхлого грунта; на фиг.3 изображено приспо5U 1760988 АЗ

Электрическая связь выполнена в виде блока сравнения текущего значения давления грунта с заданным и задатчиком значения давления грунта, электрически соединенными между собой, при этом выход блока сравнения текущего значения давления грунта с заданным электрически связан через усилитель с приводом приспособления для создания на ствол регулируемых осевых усилий. Приспособление для создания на ствол регулируемых осевых усилий выполнено в виде коаксиально размещенных друг в друге и соединенных между собой посредством резьбы внешней, средней и внутренней кольцевых втулок, при этом внешняя втулка кинематически соединена с приводом приспособления для создания н ствол регулируемых осевых усилий, средняя и внутренняя втулки соединены между собой посредством разрезного кольца, средняя втулка коаксиально установлена на нижнем резьбовом участке остроконечного ствола, а внутренняя — на верхнем резьбовом участке ствола, который имеет шаг резьбы, равный шагу винтовой лопасти, 2 з.п. ф-лы, 4 ил. собление для создания регулируемых осевых усилий- общий вид; на фиг.4 изображен винтовой штамп для испытания рыхлого грунта, в работе.

Винтовой штамп для испытания рыхлого грунта содержит ствол 1 остроконечный, на конце которого закреплена винтовая лопасть 2. Винтовая лопасть 2 выполнена одновитковой, на ее обращенной к испытуемому слою грунта поверхности установлен датчик 3 для измерения давления грунта на

1760988 нижнюю поверхность лопасти 2. Датчик 3 для измерения давления грунта связан с одним из входов 4 блока 5 сравнения текущего значения давления грунта с заданным.

Другой вход 6 блока 5 сравнения текущего значения давления грунта с заданным соединен с выходом 7 эадатчика 8 значения давления грунта..Выход9 блока 5 сравнения соединен с входом 10 усилителя 11, выход

12 котооого соединен с приводом 13, состоящим из электромагнитного исполнительного механизма 14 и редуктора 15, выходной вал 1С которого кинематически соединен с приспособлением 17 для созда. ния на ствол 1 регулируемых осевых усилий при достижении лопастью 2 глубины L грунта, которая меньше глубины Lz залегания испытуемого слоя 2 на величину 1э, превышающую шэг t винтовой лопасти 2. Другой конец ствола 1 кинематически соединен с приспособлением для его вращения 18, состоящим иэ электромагнитного исполнительного механизма 19 и редуктора 20.

Винтовой штамп для испытания рыхлого грунта установлен в раме, состоящей.из стоек 21 (фиг.2), перемычек 22, 23 и платформы 24. Платформу 24 устанавливают на грунте посредством шнеков 25. Ствол 1 имеет осевой канал 26, в котором размещен кабель, соединяющий датчик 3 для измерения давления грунта на нижнюю поверхность лопасти 2 с входом 4 блока 5 сравнения текущего значения давления грунта с заданным. Кинематически связанный с устройством для создания регулируемых осевых усилий 17 привод 13 установлен на перемычке 22 рамы. Выходной вал 27 (фиг.3) редуктора 15 находится в зубчатом зацеплений с внешней втулкой 28, установленной во внутренних кольцах подшипников 29, наружные. кольца которых закреплены в перемычке 22. На внутренней поверхности внешней втулки 28 выполнена резьба, находящаяся в зацеплении с резьбой, выполненной на наружной поверхности средней втулки 30, установленной с зазором относительно ствола 1, Средняя втулка 30 соединена посредством разрезного кольца 31 с внутренней втулкой 32.,Внутренняя втулка 32 находится в зацеплении с верхним реэьбовым участком 33 ствола 1, выполненным с шагом резьбы, равным шагу винтовой лопасти 2.

Средняя втулка 30 находится s зацеплении с нижним резьбовым участком 34 ствола 1.

Внутреннюю втулку 32 соединяют со средней втулкой 30 разрезным кольцом 31 при достижении винтовой лопастью 2 глубины

Lt грунта, которая меньше глубины Lz залегания испытуемого слоя грунта на величину

1э, превышающую шаг t винтовой лопасти 2.

На перемычке 23 рамы установлен привод

35 приспособления для создания вращения ствола, выходной вал 36 которого находится

5 в зубчатом зацеплении с втулкой-шестерней 37. На втулке-шестерне 37 установлены роликовые обоймы 38, каждая из которых имеет три ролика 39, находящихся в углублениях шлицев 40, выполненных на нэруж10 ной поверхности ствола 1.

Винтовой штамп для испытания рыхлоro грунта работает следующим образом.

Испытуемый грунт представляет собой, например глину. На этом грунте строят соо15 ружение, имеющее ширину фундамента

20 м. Как правило, глубину Lz залегания испытуемого слоя грунта принимают приблизительно равной ширине фундамента строящегося сооружения. то есть Lz = 20 м.

20 Для проведения испытания применяют ствол 1 с винтовой лопастью 2, Ствол 1 имеет следующие характеристики; длина ствола

1 равна 23 м, его диаметр б1 равен 11,4 см.

Лопасть 2 имеет следующие характеристи25 ки: диаметр D< лопасти 2 равен 27,7 см, ее шаг t равен 8 см.

Давление столба Р1 (фиг.4) грунта нэд лопастью 2 в недеформируемом состоянии на глубине Lzравно 0,,4 МПа (эту величину

30 определяют расчетным путем).

Ствол устанавливают вертикально на поверхности грунта лопастью 2 вниз. Далее снимают разрезное кольцо 31 и внутреннюю втулку 32 перемещают по резьбе на стволе 1

35 в верхнее крайнее положение. Тем самым отключают приспособление 17 для создания на ствол 1 регулируемых осевых усилий. Подвергая деформации слой грунта, лежащий выше его испытуемого слоя, погружают путем

40 ввинчивания в этот грунт ствол 1. Ввинчивание осуществляют путем прикладывания к стволу 1 крутящего момента М1, величина которого равна 0,5 тм, и осевого направленного вниз усилия Pz, величина

45 которого равна 1 т, Крутящий момент М1 создают с помощью приспособления для создания вращения, которое через привод

35, его выходной вал 36 втулку-шестерню

37, роликовые обоймы 38, их ролики 39, 50 шлицы 40 передают вращение стволу 1.

Осевое усилие Pz создают устройством для создания осевых переменных нагрузок (на чертеже не показано). Осевое усилие Р2 снимают после начального внедрения ствола

55 1 в грунт и дальнейшее погружение ствола 1 в грунт осуществляют эа счет взаимодействия винтовой лопасти 2 с грунтом, На глубине Lg (фиг.4) грунта, которая меньше глубины Lz залегания испытуемого слоя грунта на величину La, превышающую

1760988

20.30

50 шаг лопасти 2, внутреннюю втулку 32 перемещают по резьбе на стволе 1 вниз и соединяют ее со средней втулкой 30 посредством разрезного кольца 31. Тем самым включают приспособление 17 для создания на ствол 1 регулируемых осевых усилий, Далее измеряют давление Рз грунта на нижнюю поверхность лопасти 2. Измерение производят установленным на поверхности винтовой лопасти 2 датчиком 3 для измерения давления грунта. Датчик 3 вырабатывает сигнал, характеризующий eãftè÷èíó давления Рз на нижнюю поверхность лопасти 2. Сигнал с датчика 3 поступает на вход 4 блока 5 сравнения текущего значения давления грунта с заданным, где сравнивается с сигналом с задатчика 8 значения давления грунта, выход 7 которого подсоединен ко второму входу б блока 5 сравнения. Сигналы с задатчика 8 и датчика 3 сравниваются и сигнал, характеризующий разность этих сигналов, подается с выхода 9 блока 5 сравнения на вход 10 усилителя 11, где этот сигнал усиливается и подается с выхода 12 усилителя 11 на привод 13 приспособления 17 для создания действующих на ствол 1 регулируемых осевых усилий, Электромагнитный исполнительный механизм

14 создает крутящий момент, величина которого зависит от величин поступающего с усилителя 11 сигнала и направление которого зависит от знака этого сигнала. Крутящий момент от электромагнитного исполнительного механизма 14 по кинематической цепи: редуктор 15, его выходной вал 16, внешняя втулка 28, средняя втулка 30, передается на внутреннюю втулку 32 и далее в кинематической паре втулка 32 — ствол 1 крутящий момент преобразуется в осевое усилие Р, обеспечивающее равенство давлений Р1 и Рз. Так как глубина L2 = 20 м и шаг = 8 см, то измерение давления Рз начинают на глубине L>, равной, например, 18,5 м. Давление Рз грунта на нижнюю поверхность лопасти 2 оказалось равным

0,48 МПа, Так как давление Рз грунта на нижнюю поверхность лопасти 2 больше давления Pi столба грунта над лопастью 2 в недеформированном его состоянии, то к лопасти 2 через ствол 1 прикладывают направленное вверх осевое усилие Р4, уменьшающее давление Рз грунта на нижнюю поверхность лопасти 2 с 0,48 МПа до 0,4

МПа. Поддерживая равенство давления Pi и Рз, ствол 1 с лопастью 2 погружают до момента достижения лопастью 2 глубины L2 залегания испытуемого слоя грунта. При достижении лопастью 2 (фиг,4) глубины 2 залегания испытуемого слоя грунта ввинчивание прекращают и ствол 1 подвергают воздействию осевых направленных вниз испытательных переменных нагрузок, в данном варианте воздействию четырех нагрузок Р5, Ро, Р7, Рв, величина каждой последующей из которых превышает предыдущую, и измеряют вызва ные эгими нагрузками Рз, Ра, Р7, Рв перемещения L5, Lg, L7, La ствола 1. Перемещения 1;, Le. L7, La на чертежах не показаны. Под нагрузкой Р5

=0,1 МПа ствол 1 переместился на расстояние

Ls = 1,8 мм. Под нагрузкой Ps = 0,2 МПа ствол

1 переместился на расстояние Lo =2,1 мм, Под нагрузкой Р7 = 0,3 МПа ствол 1 переместился йа расстояние L7 = 2,0 мм. Под нагрузкой Рв = 0,4 МПа ствол 1 переместился на расстояние з = 2,4 мм. По полученным результатам определяют модуль деформации грунта.

Формула изобретения

1. Винтовой штамп для испытания рыхлого грунта, содержащий остроконечный ствол, на одном конце которого закреплена винтовая попасть, а на другом — приспособление для создания вращения ствола, и измерительные приспособления, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения точности и надежности испытаний, он снабжен приспособлением для создания на ствол регулируемых осевых усилий с приводом, а винтовая лопасть снабжена датчиком для измерения давления грунта, размещенным на поверхности винтовой лопасти. обращенной к испытываемому слою грунта, при этом датчик для измерения давления грунта электрической связью подключен к приспособлению для создания на ствол регулируемых осевых усилий.

2. Штамп по п.1, отличающийся тем, что электрическая связь выполнена в виде блока сравнения текущего значения давления грунта с заданным и задатчика значения давления грунта. электрически соединенными между собой, при этом выход блока сравнения текущего значения давления грунта с заданным электрически связан через усилитель с приводом приспособления для создания на ствол регулируемых осевых нагрузок.

3. Штамп поп.1,отличающийся тем, что приспособление для создания на ствол регулируемых осевых усилий выполнено в виде коаксиально размещенных друг в друге и соединенных между собой посредством резьбы, внешней, средней и внутренней кольцевых втулок, при этом внешняя втулка кинематически соединена с привором приспособления для создания на ствол регулируемых осевых усилий, средняя и внутренняя втулки соединены между собой

3760988 посредством разрезного кольца, средняя втулка коаксиально установлена на нижнем резьбовом участке остроконечного ствола, а внутренняя — на верхнем резьбовом участке ствола, который имеет шаг резьбы, равный шагу винтовой лопасти.

1760988

1760988

Составитель fl. Тронйна

Техред M.Mîðãåèòàë

KGPP8KToP Н. Гунько

Редактор

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. ужгород. ул,Гагарина, 101

Заказ 3195 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета ло изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Рауиккая наб., 4/5