Способ определения деформационных характеристик грунтов

 

Изобретение относится к области исследования грунтовых оснований и может быть использовано для определения деформационных характеристик всех категорий грунтов в полевых условиях. Техническим результатом изобретения является повышение точности и достоверности измерения деформационных характеристик грунтов. Указанный технический результат достигается тем, что в способе определения деформационных характеристик грунтов, включающем образование скважин, размещение корпуса прессиометра в скважине, нагружение стенок скважины радиальным давлением с помощью полого цилиндра с винтовым штоком и поршнем, измерение радиального давления и радиальной деформации, радиальную деформацию грунта с учетом криволинейного напряжения поля определяют по формуле: где δ - радиальная деформация стенки скважины в середине прессуемой базы прессиометра, см; r - радиус полого цилиндра, см; Δl - приращение перемещения поршня в полом цилиндре, см; R - радиус скважины, см; Н - длина прессуемой зоны прессиометра, см; а корпус полого цилиндра выполняют из прозрачного материала, например из оргстекла. 1 з.п. ф-лы, 1 табл., 2 ил.

Изобретение относится к области исследования грунтовых оснований и может быть использовано для определения деформационных характеристик всех категорий грунтов в полевых условиях. Известен способ определения деформационных характеристик грунтов, включающий размещение прессиометра в скважине, нагружение стенок скважины радиальным давлением, измерение радиального давления и приращения объема жидкости в камере прессиометра [1].

Недостатком данного способа является низкая точность измерения, обусловленная тем, что измеряемое давление на насосе не соответствует истинному значению давления жидкости в камере преоссиометра из-за его перепада в трубках небольших диаметров и что при перемещении прессиометра по скважине ниже уровня грунтовых вод возникает эффект поршня, который затрудняет опускание и подъем его на заданную отметку, а в изливающихся скважинах гравитационная вода заполняет пространство между прессиометром и забоем скважины, создает давление, которое выталкивает прессиометр из заданной глубины.

Известен также способ определения деформационных характеристик грунтов, включающий размещение корпуса прессиометра в скважине, нагружение стенок скважины радиальным давлением с помощью полого цилиндра с винтовым штоком и поршнем, измерение радиального давления и приращение объема жидкости в камере прессиометра [2].

Недостатком данного способа является низкая точность измерения, обусловленная тем, что шарнирное соединение винтового штока с поршнем имеет люфт, и при вращении штурвала у винтового штока образуется холостой ход в полом цилиндре, а также при движении поршня остается невидимым уровень жидкости в сечении полого цилиндра между штоком и трубопроводом. Эти обстоятельства вносят искажения при снятии нулевых показаний со шкалы штурвала. Кроме того, прессиометр создает в прессуемой зоне скважины криволинейное поле напряжений, однако при расчете радиальной деформации грунта вместо сложного криволинейного поля принимается цилиндрическое поле напряжений, что весьма существенно искажает результаты измерений.

Техническим результатом изобретения является повышение точности и достоверности измерения деформационных характеристик грунтов. Указанный технический результат достигается тем, что в способе определения деформационных характеристик грунтов, включающем образование скважины, размещение корпуса прессиометра в скважине, нагружение стенок скважины радиальным давлением с помощью полого цилиндра с винтовым штоком и поршнем, измерение радиального давления и радиальной деформации, радиальную деформацию грунта с учетом криволинейного напряжения поля определяют по формуле , где δ - радиальная деформация стенки скважины в середине прессуемой базы прессиометра, см; r - радиус полого цилиндра, см; Δl - приращение перемещения поршня в полом цилиндре, см; R - радиус скважины, см; H - длина прессуемой зоны прессиометра, см; а корпус полого цилиндра выполняют из прозрачного материала, например из оргстекла.

При исследовании технического уровня изобретения не было найдено решение, обладающее признаками, сходными с признаками предлагаемого, на основании чего можно считать, что предлагаемое техническое решение соответствует критерию "технический уровень".

На фиг. 1 дана схема осуществления способа определения деформационных характеристик грунтов; на фиг. 2 - схема для вывода формулы определения радиальной деформации.

Предлагаемый способ определения деформационных характеристик грунтов осуществляют следующим образом.

Образование скважины в мягких грунтах производят путем задавливания в грунт трубы 1 на полную ее высоту. Затем с помощью шнека извлекают грунт из трубы 1, корпус прессиометра 2 соединяют с трубой 1 и через штангу 3 задавливают в грунт на всю высоту корпуса прессиометра 2. Далее трубу 4 соединяют с корпусом прессиометра 2 и через штангу 3 задавливают в грунт на глубину, не превышающую разность между высотой трубы 1 и высотой корпуса прессиометра 2. Емкость 5 заполняют жидкостью, а в грунтах средней крепости бурят скважину буровым станком, а затем в эту скважину опускают корпус прессиометра 2 с помощью штанги 3 до заданной глубины. Затем открывают вентили 6 и 7 и закрывают вентиль 8, вращают штурвал 9 против часовой стрелки для заполнения полого прозрачного цилиндра 10 жидкостью. Далее закрывают вентиль 6 и открывают вентиль 8, штурвал 9 вращают по часовой стрелке, нагнетая через трубку 11 жидкость в пространство между корпусом прессиометра 2 и резиновой оболочкой 12, вращение штурвала 9 прекращают после того, как только из вентиля 7 потечет жидкость, затем закрывают вентили 7 и 8, открывают вентиль 6. Штурвал 9 вращают против часовой стрелки, набирая жидкость из емкости 5 в полый прозрачный цилиндр 10, после чего закрывают вентиль 6 и открывают вентиль 8, записывают показания датчика давления 13 через омметр 14, манометр 15, положение поршня 16 на винтовом штоке 17 по шкале 18, далее вращают штурвал 9 по часовой стрелке, повышают давление интервалами через 0,1 - 0,5 кгс/см², контролируя это по манометру 15 и показанию датчика давления 13 через омметр 14, на каждом интервале давления, записывают показания шкалы 18 положение поршня 16 на прозрачном полом цилиндре 10. На каждом интервале испытания давление выдерживают до полной стабилизации результатов показаний датчика давления 13 и манометра 15.

После достижения давления на манометре 15 своего допустимого максимального значения для данной категории грунта производят сброс давления путем вращения штурвала 9 против часовой стрелки также интервалами и записывают показания датчика давления 13 через омметр 14, манометр 15 и положение поршня 16 по шкале 18 на прозрачном полом цилиндре 10.

Радиальную деформацию определяют с учетом криволинейного поля напряжений по формуле: , где
r - радиус полого цилиндра,
Δl - приращение положения поршня,
R - радиус скважины,
H - длина прессуемой зоны в скважине.

Вывод формы (1). Прессуемая цилиндрическая поверхность скважины с радиусом R и высотой H под равномерно распределенным в поперечном направлении и неравномерно по высоте прессуемой зоны давлением образует в грунтовом массиве криволинейное поле напряжений (фиг. 2) и . Заменив криволинейные образующие на прямолинейные B'A, AB, CD и DC', получим два геометрически одинаковых усеченных конуса ABCD и ADB'C' с общим основанием AD и высотой 1/2H.

Обозначим радиальную деформацию в середине прессуемой зоны скважины через δ .

Очевидно, что AD = 2(R+δ);
Объем усеченного конуса равен:
.

Подставим значение AD в формулу (б), раскрыв скобки и приравняв бесконечно малое второго порядка δ²= 0 , получим:
.

Помножив (в) на 2, получим:
V = π·(R²+Rδ)·H (г) .

Отняв из (г) объем скважины в пределах прессуемой зоны V_BCBʹC= πR²H , получим:
ΔV = πRδH (д) ,
или
.

Если обозначить приращение перемещения поршня 16 на винтовом штоке 17 по шкале 18 на прозрачном полом цилиндре 10 через Δl , то приращение объема жидкости ΔV соответствующему приращению давления ΔP будет выражаться формулой:
ΔV = πr²Δl (ж) .

Подставив (ж) в (е), получим:
.

Пример. Способ определения деформационных характеристик мягких грунтов выполняется следующим образом. Труба 1 с наружным диаметром 8,1 см, внутренним 7,6 см и длиной 500 см задавливается в мягкий грунт на полную высоту, затем с помощью шнека извлекают грунт из трубы 1, корпус прессиометра 2 с наружным диаметром 7,6 см и высотой 70 см соединяется с трубой 1 и через штангу 3 задавливается в грунт на глубину 70 см, труба 4 соединяется с корпусом прессиометра 2 и через штангу 3 задавливается на глубину 300 см, емкость 5 заполняется водой. Затем открываются вентили 6 и 7 и закрывается вентиль 8, вращается штурвал 9 против часовой стрелки, полый прозрачный цилиндр 10 заполняется водой, закрывается вентиль 6 и открывается вентиль 8, вращается штурвал 9 по часовой стрелке. Вода нагнетается через трубку 11 в пространство между корпусом прессиометра 2 и резиновой оболочкой 12. Вращение штурвала 9 прекращается сразу же после того, как только из вентиля 7 потечет вода. Затем вентили 7 и 8 закрываются и открывается вентиль 6, штурвал 9 вращается против часовой стрелки, набирая воду из емкости 5 в полый прозрачный цилиндр 10, после чего закрывается вентиль 6 и открывается вентиль 8, записываются показания датчика давления 13 через омметр 14, манометр 15 и положение поршня 16 по шкале 18 на полом прозрачном цилиндре 10. Далее вращается штурвал 9 по часовой стрелке и повышается давление на 0,5 кгс/см² на манометре 15, записываются показания датчика давления 13 через омметр 14, положение поршня 16 по шкале 18 после стабилизации давления на манометре 15, положение поршня l = 5 см. Далее также с интервалом через 0,5 кгс/см² повторяется весь процесс до достижения давления на манометре 15 своего максимального значения 3,5 кгс/см²; после чего штурвал 9 вращается против часовой стрелки, и давление на манометре сбрасывается до 3 кгс/см², после стабилизации давления на манометре 15, датчике давления 13 через омметр 14 записывается положение поршня 16 по шкале 18.

Процесс сброса давления с интервалом через 0,5 кгс/см² продолжается до достижения первоначального нулевого значения давления 0,3 кгс/см². В таблице приведены результаты прессиометрических наблюдений для данного примера, реальная деформация вычислена по формуле (1).

Далее стоят графики P = (δi). . Графоаналитическим методом определяются модуль деформации, угол внутреннего трения и удельное сцепление.

Предлагаемый способ определения деформации характеристик грунтов позволит повысить достоверность и точность измерения деформации грунтов и упростить технологию испытания, т.к. исключаются работы, связанные с установкой обсадных труб в мягких грунтах.

Формула изобретения

1. Способ определения деформационных характеристик грунтов, включающий образование скважины, размещение прессиометра в скважине, нагружение стенок скважины радиальным давлением с помощью полого цилиндра с винтовым штоком и поршнем, измерение радиального давления и радиальной деформации грунта, отличающийся тем, что радиальную деформацию грунта с учетом криволинейного напряженного поля δ определяют по формуле

где r - радиус полого цилиндра;
Δl - приращение положения поршня;
R - радиус скважины;
Н - длина прессуемой зоны в скважине.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что корпус полого цилиндра выполняют из прозрачного материала, например из оргстекла.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3