Датчик деформаций (варианты)

 

Использование: в области строительства для исследования напряженно-деформированного состояния грунтов. Сущность: датчик деформаций содержит сферическую эластичную оболочку и герметично соединенную с ней одним концом пьезометрическую трубку со шкалой, заполненные соответственно: сферическая эластичная оболочка - материалом, идентичным материалу исследуемой среды, поры которого заполнены рабочей жидкостью, пьезометрическая трубка - только рабочей жидкостью, причем датчик снабжен фильтром, непроницаемым для частиц материала и установленным в месте соединения трубки и оболочки. Согласно одному варианту выполнения датчика открытый конец пьезометрической трубки снабжен эластичной емкостью, свернутой в спираль. Согласно другому варианту выполнения датчика открытый конец пьезометрической трубки снабжен диафрагмой, на периферийном поле которой закреплен своим основанием индикатор часового типа с измерительной шкалой с возможностью контакта через полость основания его штока с поверхностью диафрагмы. Рабочее пространство между диафрагмой и уплотнительной шайбой, отделяющей диафрагму от торца верхнего конца пьезометрической трубки, сообщается с наружной средой с помощью штуцера с устройством для выпуска воздуха. 2 с. п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано для исследования напряженно-деформированного состояния грунтов в основаниях сооружений.

Известен датчик деформации, представляющий собой воздушную подушку, помещенную в предварительно отрытую в грунте узкую щель с дугообразным дном, оказывающую давление на стенки щели, которое снимается в результате деформации грунта [1] Недостатки известного датчика заключаются в необходимости нарезки щелей и подвода к помещенному датчику сжатого воздуха, т.е. требуется еще и насос, что увеличивает номенклатуру используемых приспособлений, а также в значительном искажении общей картины напряженно-деформированного состояния грунта в точке измерения за счет неадекватности сред в самом датчике и вокруг последнего.

Известен также датчик деформаций, содержащий сферическую эластичную оболочку и герметично соединенную с ней одним концом пьезометрическую трубку со шкалой, заполненные жидкостью, причем сама оболочка заполнена материалом, идентичным материалу исследуемой среды, поры которого заполнены рабочей жидкостью, инертной к материалу, а датчик снабжен фильтром, непроницаемым для частиц материала и установленным в месте соединения трубки и оболочки [2] Недостатком известного датчика является низкая точность измерений, обусловленная его несовершенством, а именно: влиянием атмосферного давления в трубке при установке сферической оболочки на глубину более 1-2 метров.

Задачей изобретения является повышение точности измерений с одновременным расширением технологических возможностей датчика.

Поставленная задача решается тем, что в датчике деформаций, содержащем сферическую эластичную оболочку, заполненную материалом, идентичным материалу исследуемой среды, поры которого заполнены рабочей жидкостью, пьезометрическую трубку со шкалой, заполненную рабочей жидкостью и соединенную со сферической эластичной оболочкой одним концом, и фильтр, непроницаемый для частиц материала, установленный в месте соединения пьезометрической трубки и сферической эластичной оболочки, согласно одному варианту выполнения пьезометрическая трубка снабжена эластичной емкостью, свернутой в спираль и надетой на открытый конец этой трубки, а в нижней части сферической оболочки выполнен прилив с каналом для ввода в нее жидкости.

Поставленная задача согласно другому варианту решается тем, что в известном датчике деформаций пьезометрическая трубка снабжена диафрагмой, установленной на ее открытом конце и отдаленной от ее верхнего торца уплотнительной шайбой, и индикатором часового типа, установленным с возможностью контакта нижним концом штока с поверхностью диафрагмы, а в нижней части сферической эластичной оболочки выполнен прилив с каналом для ввода в нее жидкости, при этом между диафрагмой и уплотнительной шайбой образована камера, которая для сообщения с наружной средой снабжена штуцером с устройством для выпуска воздуха.

На фиг.1 показан датчик деформации в разрезе; на фиг.2 и 3 фрагмент верхней части датчика согласно первому и второму вариантам выполнения датчика соответственно (узел I на фиг.1).

Датчик деформаций содержит сферическую эластичную оболочку 1, снабженную в нижней части приливом 2 с каналом 3 для ввода рабочей жидкости 4, причем полость сферической эластичной оболочки заполнена водонасыщенным грунтом 5, идентичным исследуемому, и герметично соединена верхней частью с нижним концом вертикально установленной пьезометрической трубки 6, полость которой отделена от полостей сферической эластичной оболочки 1 фильтром 7. Пьезометрическая трубка выполнена из прозрачного полимерного материала, снабжена шкалой 8 и защищена в продольном и поперечном направлениях кожухом 9 в виде металлической спирали, а в верхнюю часть пьезометрической трубки вставлена короткая меньшего диаметра трубка 10.

Согласно одному варианту выполнения датчика на открытый верхний конец трубки 10 надета эластичная емкость 11, свернутая в спираль.

Согласно другому варианту выполнения датчика верхний конец трубки 10 охвачен уплотнительной шайбой 12. При этом верхний торец трубки 10 подведен к гибкой диафрагме 13, наружная поверхность которой снабжена кольцевой шайбой 14, вступающей в контакт со штоком 15 индикатора часового типа со шкалой 16, причем сам индикатор закреплен своим полым основанием 17 на периферийной части диафрагмы 13. В уплотнительной шайбе закреплен штуцер с устройством для выпуска воздуха 18 из рабочего пространства между диафрагмой и уплотнительной шайбой.

Датчик деформаций работает следующим образом.

В исследуемую точку грунта помещают сферическую эластичную оболочку 1, предварительно заполненную водонасыщенным грунтом 5, причем рабочая жидкость 4 подается во внутрь сферической эластичной оболочки через канал 3 прилива 2, причем при деформации грунта при забивке в него свай появляется такая же деформация у сферической оболочки вместе с находящимся в ней грунтом, т.е. происходит изменение объема грунта, находящегося внутри и отделенного фильтром 7 от полости пьезометрической трубки 6, в полость которой и поступает выжимаемая из пор грунта рабочая жидкость, которая поднимается по пьезометрической трубке 6, заполняя пространство между диафрагмой 13 и уплотнительной шайбой 12 (второй вариант). Диафрагма, прогибаясь, действует через кольцевую шайбу 14 на шток 15 индикатора часового типа со шкалой 16, приводя в действие часовой механизм. Отсчеты снимаются по шкале индикатора, предварительно протарированной по величинам, соответствующим величинам уплотнения грунта, находящегося вне датчика. Рабочее пространство между диафрагмой и уплотнительной шайбой 12, закрывающей зазор между стенками трубки 10 и штока 15, сообщается с наружной средой с помощью штуцера с устройством для выпуска воздуха 18. Грубый отсчет ведут по шкале 8 пьезометрической трубки 6.

При исследовании напряженно-деформированного состояния грунтов в основаниях на глубине свыше 2 м на открытый сверху конец пьезометрической трубки 6 перед погружением датчика в грунт надевают эластичную оболочку 11 (первый вариант), предварительно выпустив из нее воздух. После помещения датчика деформаций в грунт избыток давления воздушного столба в трубке 6 раздувает эластичную емкость 11, способствуя нормальному функционированию датчика.

В процессе работы кожух 9 надежно защищает пьезометрическую трубку от повреждения.

Формула изобретения

1. Датчик деформаций, содержащий сферическую эластичную оболочку, заполненную материалом, идентичным материалу исследумой среды, поры которого заполнены рабочей жидкостью, пьезометрическую трубку со шкалой, заполненную рабочей жидкостью и соединенную со сферической эластичной оболочкой одним концом, и фильтр, не проницаемый для частиц материала, установленный в месте соединения пьезометрической трубки и сферической эластичной оболочки, отличающийся тем, что пьезометрическая трубка снабжена эластичной емкостью, свернутой в спираль и надетой на открытый конец этой трубки, а в нижней части сферической оболочки выполнен прилив с каналом для ввода в нее жидкости.

2. Датчик деформаций, содержащий сферическую эластичную оболочку, заполненную материалом, идентичным материалу исследуемой среды, поры которого заполнены рабочей жидкостью, пьезометрическую трубку со шкалой, заполненную рабочей жидкостью, соединенную со сфрической эластичной оболочкой одним концом, и фильтр, не проницаемый для частиц материала, установленный в месте соединения пьезометрической трубки и сферической эластичной оболочки, отличающийся тем, что пьезометрическая трубка снабжена диафрагмой, установленной на ее открытом конце и отделенной от ее верхнего торца уплотнительной шайбой, и индикатором часового типа, установленным с возможностью контакта нижним концом штока с поверхностью диафрагмы, а в нижней части сферической эластичной оболочки выполнен прилив с каналом для ввода в нее жидкости, при этом между диафрагмой и уплотнительной шайбой образована камера, которая для сообщения с наружной средой снабжена штуцером с устройством для выпуска воздуха.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3