Устройство для измерения деформаций грунтов

Изобретение относится к устройству диагностики и прогноза состояния грунтовых технических систем на слабых грунтах и оползневых склонах. Техническим результатом изобретения является повышение чувствительности устройства при однократном воздействии вибродинамической нагрузки с сохранением высокой точности измерения. Устройство для измерения деформаций грунтов содержит полую стойку, чувствительный элемент, предназначенный для восприятия сдвигающих усилий при смещении грунта, и регистрирующее устройство, включающее измерительную часть, предназначенную для измерения изменения положения чувствительного элемента под действием сдвигающих усилий при смещении грунта, и соединенную с ней регистрирующую аппаратуру, предназначенную для преобразования изменения положения чувствительного элемента под действием сдвигающих усилий в величину смещения грунтов. При этом чувствительный элемент выполнен в виде стержня с коническим наконечником и установлен в полой стойке, и снабжен фиксатором, предназначенным для удержания стержня в вертикальном положении после погружения стойки с чувствительным элементом в скважине и установленным на стержне с возможностью перемещения его вдоль стержня и с возможностью обеспечения свободного отклонения стержня от первоначального положения под действием сдвигающих усилий грунта. Измерительная часть регистрирующего устройства представляет собой горизонтальную пластину с установленными на ней измерительными датчиками для измерения углов наклона стержня относительно оси скважины, при этом горизонтальная пластина регистрирующего устройства укреплена на стержне чувствительного элемента над фиксатором чувствительного элемента. 3 з.п. ф-лы, 4 пр., 1 табл., 1 ил.

 

Изобретение относится к области диагностики и прогноза состояния грунтовых технических систем (ГТС), в частности грунтов оснований дорожного полотна, расположенного на оползневых склонах, слабых и набухающих грунтах при воздействии неблагоприятных факторов: вибродинамических, собственных колебаний, природно-климатических, техногенных статических, сейсмических и т.д., вызывающих упругие и остаточные знакопеременные деформации ГТС.

Общеизвестно, что от нагрузки слабые грунты деформируются. Процесс деформирования представляет собой такую совокупность перемещений частиц грунта, которая ведет к смещению одного слоя грунта относительно другого или выдавливание грунта на границе контакта (поверхности скольжения) из-под сооружения, что создает угрозу безопасности движения поездов и стабильности самих инженерных сооружений. Перемещение грунтов, вызванное упругими и остаточными деформациями, происходит в прямом и обратном направлениях: горизонтальных, по касательной к поверхности смещения грунтов, перпендикулярном оси ГТС, параллельном оси ГТС и промежуточных.

Для установления степени несущей способности грунтов ГТС и стабильности ГТС выполняют диагностику состояния слабых грунтов их оснований и откосов грунтовых технических сооружений.

Проблема известных устройств для диагностики несущей способности грунтов технических систем заключается в достоверности измеряемых величин и направлений деформаций грунтов. Известные устройства диагностики позволяют установить степень деформирования грунтов только по величине горизонтального или вертикального смещения грунтов от сдвигающих усилий, что снижает точность и чувствительность устройств для диагностики.

Известно устройство для измерения деформаций грунтов, основанное на измерении горизонтальных смещений грунта [А.С. №1135839, МПК E02D 1/00. Устройство для измерения горизонтальных смещений грунта. / Ю.Д. Габричидзе, А.А. Гелуташвили; Тбилисское отделение ВНИИ "ГИДРОПРОЕКТ. - №3666649; Заявл. 29.11.1983; Опубл. 23.01.1985, Бюл. №3].

Устройство для измерения горизонтальных деформаций грунтов содержит чувствительные элементы, предназначенные для контакта с грунтом в процессе работы и установленные вертикально один на другом с образованием стойки, а также регистрирующее устройство.

Каждый чувствительный элемент представляет собой полый трубчатый элемент и выполнен в нижней части с держателем и в верхней части - с колодкой.

Регистрирующее устройство содержит постоянные магниты и герконы, расположенные в чувствительных элементах, и регистрирующую аппаратуру. Герконы, длина которых не превышает 1 мм, соединены проводами с регистрирующей аппаратурой. Постоянные магниты регистрирующего устройства установлены на держателях каждого чувствительного элемента с возможностью перемещения в держателе, герконы - на колодках в верхней части чувствительного элемента с возможностью взаимодействия с постоянными магнитами.

Устройство для измерения горизонтальных деформаций грунтов работает следующим образом.

Устройство устанавливается в скважине, расположенной, например, в подошвенной зоне насыпи. При этом чувствительные элементы стойки контактируют с грунтом. Под действием внешней нагрузки, например вибродинамической, слабые грунты основания смещаются под действием разнонаправленных сдвигающих усилий. При этом деформации грунтов в скважине вызывают перемещение каждого чувствительного трубчатого элемента стойки в горизонтальном направлении, изменяя положение стойки относительно вертикали. Различная величина воздействий на каждый чувствительный элемент приводит к различным их перемещениям в горизонтальном направлении. Вследствие этого, магнит одного чувствительного элемента перемещается относительно герконов нижележащего чувствительного элемента, замыкая контакт с герконом. Величина горизонтальных перемещений чувствительных элементов фиксируется герконом нижестоящего элемента относительно магнита вышестоящего элемента. Перемещение чувствительных элементов при однократном воздействии сдвигающих усилий значительно меньше длины геркона, т.е. меньше 1 мм. Регистрирующее устройство не реагирует на такое перемещение чувствительных трубчатых элементов, так как его разрешающая способность сопоставима с размерами геркона, и начинает реагировать (регистрировать) на суммарные перемещения чувствительных элементов при многократных воздействиях сдвигающих усилий.

При этом момент контакта соответствующего магнита с соответствующим герконом фиксируется регистрирующим устройством при смещении чувствительных элементов точно, если они перемещаются строго в горизонтальном положении.

По величине горизонтальных смещений чувствительных трубчатых элементов и грунта в горизонтальном направлении судят о степени несущей способности грунтов ГТС. Отсутствие горизонтальных смещений грунтов за период измерений говорит об удовлетворительной несущей способности ГТС, наличие горизонтальных смещений грунтов, не превышающих 0,1 м, - о потере несущей способности, наличие значительных горизонтальных смещений грунтов, превышающих 0,1 м, свидетельствует об аварийном состоянии грунтов ГТС.

Достоинством известного устройства для измерения горизонтальных деформаций грунтов ГТС является высокая точность определения степени несущей способности грунтов ГТС при горизонтальном смещении грунта, перпендикулярном ГТС.

Недостаток известного устройства заключается в низкой точности определения степени несущей способности грунтов ГТС при смещении грунтов в направлениях, отличных от горизонтального движения, обусловленной значительной погрешностью измерения смещения грунтов, превышающей разрешающую способность измерительного устройства вследствие снижения его работоспособности из-за нарушения контактов постоянных магнитов с герконами под действием боковых или наклонных смещений грунтов.

Другой недостаток известного устройства заключается в его низкой чувствительности, что обусловлено отсутствием реакции устройства на незначительные перемещения трубчатых элементов при однократном воздействии сдвигающих усилий при смещении грунта.

Наиболее близким к заявляемому решению по совокупности существенных признаков и достигаемому результату является устройство для измерения деформаций грунтов, основанное на измерении смещений грунта в различных направлениях [Патент на изобретение РФ №1791529, МКИ E02D 1/00. Устройство для измерения деформаций грунтов / Жданова С.М., Никифоров А.Н.; ХабИИЖТ. - №4825204/33; Заявл. 14.05.90, Опубл. 20.08.1993, Бюл. №4.].

Известное устройство для измерения деформаций грунтов предназначено для измерения горизонтальных и наклонных смещений грунтов от сдвигающих усилий и содержит полую стойку, установленные на ней чувствительные элементы, предназначенные для восприятия сдвигающих усилий грунта, и регистрирующее устройство. Чувствительные элементы представляют собой пластины, установленные в вертикальном положении одна над другой параллельно стойке.

Регистрирующее устройство представляет собой измерительный блок и датчики, связанные с каждым чувствительным элементом. Каждый датчик выполнен в виде двух измерительных лент, одна из которых подсоединена к верхнему краю пластины, другая - к нижнему, при этом другие концы измерительных лент соединены с измерительным блоком. Измерительные ленты расположены в полой стойке с возможностью свободного перемещения чувствительных элементов.

Устройство работает следующим образом.

Устройство для измерения деформаций грунтов от сдвигающих усилий при смещении грунтов устанавливается в скважину перпендикулярно оси ГТС в выбранном сечении, например, в подошвенной зоне насыпи.

При этом чувствительные элементы всегда контактируют с грунтом. При воздействии внешней нагрузки, например вибродинамической, слабые грунты основания смещаются под влиянием сдвигающих усилий, направление, величина и глубина которых различны.

Однократное воздействие поездной нагрузки приводит к незначительному смещению грунтов от сдвигающих усилий, при этом чувствительные элементы в силу своей большой площади и инертности остаются практически неподвижными. В этом случае изменение длины измерительных лент близко к нулю, которое не фиксируется измерительным блоком регистрирующего устройства.

При каждом повторном воздействии поездной нагрузки происходит увеличение смещения грунтов от сдвигающих усилий, и чувствительный элемент воспринимает суммарное значение сдвигающих усилий, под действием которого изменяет свое положение.

При смещении грунтов в горизонтальном направлении в полевую сторону, в направлении, перпендикулярном оси ГТС, чувствительные элементы перемещаются, сохраняя свое вертикальное положение. В этом случае перемещение чувствительных элементов приводит к равному изменению длины измерительных лент, которая фиксируется измерительным блоком регистрирующего устройства.

При смещении грунтов в направлении, отличном от горизонтального направления, чувствительные элементы перемещаются, отклоняясь от вертикального положения. В этом случае перемещение чувствительных элементов приводит к неравному изменению длины измерительных лент. Измерительный блок регистрирующего устройства фиксирует среднее значение изменения длины измерительных лент.

По величине изменения длины лент Δl судят о степени несущей способности грунтов ГТС. При Δl, равной нулю за период измерений, говорят об отсутствии смещений грунтов ГТС и обеспечении удовлетворительной несущей способности грунтов ГТС, при Δl, отличных от нуля, - о наличии смещений грунтов ГТС и о потере их несущей способности грунтов ГТС, при Δl, значительно отличных от нуля, - об аварийном состоянии ГТС.

При для регистрации смещений грунтов регистрирующим устройством требуется многократное воздействие нагрузки, которое обеспечивается за длительный промежуток времени.

Достоинство известного устройства заключается в повышении точности определения несущей способности грунтов ГТС при смещении грунтов в направлениях, отличных от горизонтального движения, с сохранением высокой точности определения степени несущей способности грунтов ГТС при горизонтальном смещении грунтов. Это обусловлено обеспечением работоспособности устройства при любом направлении смещения грунтов.

Однако чувствительность устройства для измерения деформаций грунтов при определении несущей способности грунтов ГТС остается недостаточной для измерения смещения грунтов при воздействии на них однократной нагрузки, что является недостатком известного устройства. Это обусловлено тем, что при однократном воздействии сдвигающих усилий перемещение чувствительных элементов близко к нулю вследствие большой площади и инерционности чувствительных элементов, а при повторных воздействиях их перемещение отстает от фактического перемещения грунтов.

Задача, решаемая изобретением, заключается в разработке устройства для измерения деформаций грунтов, обладающего высокой чувствительностью при однократном воздействии на чувствительные элементы сдвигающих усилий при смещении грунта в любых направлениях с сохранением высокой точности измерения за счет уменьшения инерционности чувствительных элементов и площади их контакта со смещающимися грунтами.

Для решения поставленной задачи в устройстве для измерения деформаций грунтов, содержащем полую стойку, чувствительный элемент, предназначенный для восприятия сдвигающих усилий при смещении грунта, и регистрирующее устройство, включающее измерительную часть, предназначенную для измерения изменения положения чувствительного элемента под действием сдвигающих усилий при смещении грунта, и соединенную с ней регистрирующую аппаратуру, предназначенную для преобразования изменения положения чувствительного элемента под действием сдвигающих усилий в величину смещения грунтов, чувствительный элемент выполнен в виде стержня с коническим наконечником и установлен в полой стойке, при этом чувствительный элемент снабжен фиксатором, предназначенным для удержания стержня в вертикальном положении после погружения стойки с чувствительным элементом в скважине и установленным на стержне с возможностью перемещения его вдоль стержня и с возможностью обеспечения свободного отклонения стержня от первоначального положения под действием сдвигающих усилий грунта, измерительная часть регистрирующего устройства представляет собой горизонтальную пластину с установленными на ней измерительными датчиками для измерения углов наклона стержня относительно оси скважины, при этом горизонтальная пластина регистрирующего устройства укреплена на стержне чувствительного элемента над фиксатором чувствительного элемента.

Кроме того, фиксатор чувствительного элемента устройства выполнен с центральным отверстием для установки его на стержень чувствительного элемента и боковыми отверстиями для жесткого его закрепления на поверхности земли после установки полой стойки со стержнем чувствительного элемента в скважине, диаметр стержня чувствительного элемента сопоставим с диаметром центрального отверстия фиксатора чувствительного элемента, а горизонтальная пластина регистрирующего устройства расположена на стержне на высоте, превышающей глубину смещения слабого грунта.

Заявляемое решение отличается от прототипа совокупностью существенных отличительных признаков, а именно: чувствительный элемент выполнен в виде стержня с коническим наконечником и установлен в полой стойке, при этом чувствительный элемент снабжен фиксатором, предназначенным для удержания стержня в вертикальном положении после погружения стойки с чувствительным элементом в скважине и установленным на стержне с возможностью перемещения его вдоль стержня и с возможностью обеспечения свободного отклонения стержня от первоначального положения под действием сдвигающих усилий грунта, измерительная часть регистрирующего устройства представляет собой горизонтальную пластину с установленными на ней измерительными датчиками для измерения углов наклона стержня относительно оси скважины, при этом горизонтальная пластина регистрирующего устройства укреплена на стержне чувствительного элемента над фиксатором чувствительного элемента.

Наличие существенных отличительных признаков свидетельствует о соответствии заявляемого решения критерию патентоспособности изобретения «новизна».

Выполнение чувствительного элемента в виде стержня с коническим наконечником и установка его в полой стойке, наличие у чувствительного элемента фиксатора, предназначенного для удержания стержня в вертикальном положении после погружения стойки с чувствительным элементом в скважине и установленного на стержне с возможностью перемещения его вдоль стержня и с возможностью обеспечения свободного отклонения стержня от первоначального положения под действием сдвигающих усилий грунта, выполнение измерительной части регистрирующего устройства в виде горизонтальной пластины с установленными на ней измерительными датчиками для измерения углов наклона стержня относительно оси скважины и установка его на стержне чувствительного элемента над фиксатором чувствительного элемента приводит к высокой чувствительности устройства для измерения деформаций грунтов при однократном воздействии сдвигающих усилий при смещении грунта в любых направлениях на его чувствительный элемент при сохранении высокой точности измерения. Это обусловлено снижением инертности чувствительного элемента благодаря уменьшению площади контакта чувствительного элемента со смещающимися грунтами и обеспечением возможности изменения положения чувствительного элемента при однократном воздействии сдвигающих усилий при смещении грунта на его чувствительный элемент. В свою очередь, повышение реакции чувствительного элемента при однократном воздействии на него сдвигающих усилий при смещении грунта повышает чувствительность устройства при сохранении высокой точности измерения при смещении грунтов в любых направлениях.

Причинно-следственная связь «Выполнение чувствительного элемента в виде стержня с коническим наконечником и установка его в полой стойке, наличие у чувствительного элемента фиксатора, предназначенного для удержания стержня в вертикальном положении после погружения стойки с чувствительным элементом в скважине и установленного на стержне с возможностью перемещения его вдоль стержня и с возможностью обеспечения свободного отклонения стержня от первоначального положения под действием сдвигающих усилий грунта, выполнение измерительной части регистрирующего устройства в виде горизонтальной пластины с установленными на ней измерительными датчиками для измерения углов наклона стержня относительно оси скважины и установка его на стержне чувствительного элемента над фиксатором чувствительного элемента приводит к повышению чувствительности устройства для измерения деформаций грунтов при однократном воздействии сдвигающих усилий при смещении грунта в любых направлениях на его чувствительный элемент при сохранении высокой точности измерения» не обнаружена в уровне техники и явным образом не следует из него. Новизна вышеупомянутой причинно-следственной связи свидетельствует о соответствии заявляемого решения критерию патентоспособности изобретения «изобретательский уровень».

На чертеже представлено поперечное сечение ГТС с устройством для измерения деформаций грунтов.

Устройство для измерения деформаций грунтов содержит полую стойку 1, чувствительный элемент 2, предназначенный для восприятия сдвигающих усилий грунта, и регистрирующее устройство 3, предназначенное для преобразования углового отклонения чувствительного элемента 2 под действием сдвигающих усилий в величину смещения грунтов.

Чувствительный элемент 2 представляет собой стержень 4 с коническим наконечником 5, который установлен в полой стойке 1.

Стержень 4 снабжен фиксатором 6, который представляет собой планку 7, установленную на стержне 4 с возможностью ее перемещения вдоль стержня 4 и с возможностью обеспечения свободного отклонения стержня 4 от вертикального положения.

Планка 7 фиксатора 6 выполнена с центральным отверстием 8 для ее установки на стержень 4 и с боковыми отверстиями 9 для жесткого закрепления ее на поверхности земли после установки стержня 4 с чувствительным элементом 2 в грунт. При этом диаметр центрального отверстия 7 планки 7 фиксатора 6 чувствительного элемента 2 соответствует диаметру стержня 4 чувствительного элемента 2, что делает это отверстие 7 «узлом» вращения стержня 4 при его повороте. Толщина кромки центрального отверстия 8 планки 7 выполнена минимальной в пределах 0,15-0,20 мм для обеспечения минимального линейного контакта фиксатора 6 со стержнем 4 при соприкосновении стержня 4 с планкой 7 фиксатором 6.

Регистрирующее устройство 3 включает измерительную часть 10, предназначенную для измерения изменения положения чувствительного элемента под действием сдвигающих усилий при смещении грунта и регистрирующую аппаратуру 11, предназначенную для преобразования изменения положения чувствительного элемента под действием сдвигающих усилий в величину смещения грунтов, которые соединены между собой.

Измерительная часть 10 регистрирующего устройства 3 представляет собой горизонтальную пластину 12 с установленными на ней измерительнымм датчиками 13 и 14 для измерения углов наклона стержня относительно оси скважины, которые связаны с регистрирующей аппаратурой 11, например, персональным компьютером. Один датчик, например 13, установлен с возможностью измерения смещения грунтов в направлении, параллельном оси ГТС, а датчик 14 - с возможностью измерения смещения грунтов в направлении, перпендикулярном оси ГТС. Горизонтальная пластина 12 жестко укреплена на стержне 4 над фиксатором 6.

Устройство для измерения деформаций грунтов работает следующим образом.

Для регистрации смещения грунтов полая стойка 1 с чувствительным элементом 2 устройства для измерения деформаций грунтов устанавливается в заранее пробуренную скважину 15, которая выполняется в приподошвенной зоне насыпи 16 на глубину смещения слабого грунта основания h1 в выбранном сечении насыпи 16, например, перпендикулярном оси ГТС. При этом наконечник 5 стержня 4 вдавливается в грунт ниже дна скважины 15.

Стержень 4 центрируется в скважине 15 по ее оси и не контактирует со стенками скважины 15. Фиксатор 6 на стержне 4 устанавливается на поверхности земли и закрепляется в ней через боковые отверстия 9 с помощью, например, шпилек. В результате установки стержня 4 в скважину 15 горизонтальная пластина 12 регистрирующего устройства 3 с датчиками 13 и 14 оказывается над поверхностью земли на высоте h2.

Под воздействием одноразовой внешней нагрузки, например вибродинамической, слабые грунты основания насыпи 16 смещаются и воздействуют на наконечник 5 стержня 4, вовлекая его в свое движение вместе с перемещающимися грунтами. Наконечник 5 даже под воздействием одноразовой внешней нагрузки приходит в движение вследствие своей незначительной инерционности, обусловленной малой площадью контакта наконечника 5 со смещающимися грунтами.

Под действием сдвигающих усилий наконечник 5 со стержнем 4 отклоняется от первоначальной оси в направлении смещения слабых грунтов относительно «узла» вращения в отверстии 9 планки 7 фиксатора 6. При этом линейный контакт фиксатора 6 со стержнем 4 обеспечивает свободное вращение стержня 4 даже при минимальном перемещении грунтов и воздействии их на наконечник 5. Стержень 4 отклоняется от оси скважины 15 на угол, соответствующий смещениям грунта. Вместе со стержнем 4 от первоначального положения отклоняется горизонтальная пластина 12 с датчиками 13 и 14. Углы отклонения стержня 4 от первоначального положения фиксируются датчиками 13 и 14 по взаимно перпендикулярным осям.

Регистрирующая аппаратура 11, получая в режиме «он-лайн» информацию об углах отклонения стержня 4 от первоначального положения, преобразует эти данные в величину смещений грунта известным способом:

Δ l = ( Δ l г 2 ) + ( Δ n 2 ) ,

где Δl - результирующая величина смещения грунта;

Δlг=h·tfαmax - смещение грунта в продольном направлении при максимальном угле отклонения αmax пластины 12 сдатчиком 13;

Δℓn=h·tgβmax - смещение грунта в поперечном направлении при максимальном угле отклонения βmax пластины 12 сдатчиком 14;

h - длина стержня от наконечника 5 до пластины 12.

Величина смещения грунта характеризует степень несущей способности ГТС в данный момент времени.

В соответствии с Указаниями по техническим решениям и технологии усиления и стабилизации насыпей на болотах [М.: ВНИИЖТ, 1993. - 79 с.] отсутствие смещений грунта при приложении одноразовой нагрузки, например при прохождении поезда, говорит об удовлетворительной несущей способности ГТС, при их наличии до 15·10-3 мм - о малой потере несущей способности, более 15·10-3 мм, но менее 100·10-3 мм - о значительной потере несущей способности и при значительных величинах смещений более 100·10-3 мм - об аварийном состоянии ГТС.

Опытные испытания заявляемого устройства проведены на участках железнодорожного полотна с различными типами деформаций грунтов: на участке осадки насыпи и на участке сползания откоса выемки.

Пример 1. На КМ 8525 ДВЖД в приподошвенной зоне осадочной насыпи с горизонтальными пластическими деформациями, перпендикулярными оси ГТС, устанавливались в пробуренные скважины 15 заявляемое устройство и устройство-прототип. Обоими устройствами проводись измерения смещения грунтов.

После однократного приложения вибродинамической нагрузки (поезда) угол отклонения стержня 4 от первоначального положения по оси Х составил 7', что соответствовало смещению грунтов ΔХ=33,936-10-3 мм, по оси Y-3', что соответствовало смещению грунтов ΔY=14,544·10-3 мм. Таким образом, результирующее смещение грунтов составило 36,922-10-3 мм, что свидетельствовало о значительной потере несущей способности грунтов ГТС. После 8-12-кратного приложения нагрузки смещение грунтов составляло 1152,347·10-3 мм.

Устройство-прототип на однократное приложение вибродинамической нагрузки не реагировало, и первые смещения грунтов в 1-2 мм были зафиксированы после 8-12-кратного приложения нагрузки, что свидетельствовало о потере несущей способности грунтов ГТС.

Пример 2. На КМ 8519 ДВЖД в оползневом откосе выемки с деформациями кручения в боковом направлении и направлении, параллельном оси ГТС, проводились измерения смещения грунтов, как описано в примере 1.

Заявляемое устройство фиксировало смещения грунтов менее чем однократного приложения вибродинамической нагрузки (поезда), устройство-прототип - после 5-8-кратного приложения нагрузки.

Пример 3. На КМ 1 ПК 4 Кузнецово-Хмыловский ДВЖД на участке осадки насыпи с деформациями по касательной к поверхности скольжения слабого грунта, перпендикулярными оси ГТС, проводились измерения смещения грунтов, как описано в примере 1. Заявляемое устройство фиксировало смещения грунтов после однократного приложения вибродинамической нагрузки (поезда), устройство-прототип - после 10-15-кратного приложения нагрузки.

Пример 4. На КМ 1 ПК 13+50 Кузнецово-Хмыловский ДВЖД на участке насыпи, ранее укрепленной в основании геоматами, выполненными из синтетического нетканого материала с местными грунтами, с деформациями по касательной к поверхности скольжения слабого грунта проводились измерения смещения грунтов, как описано в примере 1. Заявляемое устройство фиксировало смещения грунтов в период однократного приложения вибродинамической нагрузки (поезда) и после его прохода; устройство-прототип - только после 10-15-кратного приложения нагрузки.

Результаты измерений смещения слабых грунтов приведены в таблице.

Таким образом, заявляемое устройство для измерения деформаций грунтов позволяет осуществить измерение смещения грунтов в любых направлениях при однократном воздействии вибродинамической нагрузки на ГТС.

Устройство для измерения деформаций грунтов, содержащее полую стойку, чувствительный элемент, предназначенный для восприятия сдвигающих усилий при смещении грунта, и регистрирующее устройство, включающее измерительную часть, предназначенную для измерения изменения положения чувствительного элемента под действием сдвигающих усилий при смещении грунта, и соединенную с ней регистрирующую аппаратуру, предназначенную для преобразования изменения положения чувствительного элемента под действием сдвигающих усилий в величину смещения грунтов, отличающийся тем, что чувствительный элемент выполнен в виде стержня с коническим наконечником и установлен в полой стойке, при этом чувствительный элемент снабжен фиксатором, предназначенным для удержания стержня в вертикальном положении после погружения стойки с чувствительным элементом в скважине и установленным на стержне с возможностью перемещения его вдоль стержня и с возможностью обеспечения свободного отклонения стержня от первоначального положения под действием сдвигающих усилий грунта, измерительная часть регистрирующего устройства представляет собой горизонтальную пластину с установленными на ней измерительными датчиками для измерения углов наклона стержня относительно оси скважины, при этом горизонтальная пластина регистрирующего устройства укреплена на стержне чувствительного элемента над фиксатором чувствительного элемента.

2. Устройство для измерения деформаций грунтов по п.1, отличающееся тем, что фиксатор чувствительного элемента устройства выполнен с центральным отверстием для установки его на стержень чувствительного элемента и боковыми отверстиями для жесткого его закрепления на поверхности земли после установки полой стойки со стержнем чувствительного элемента в скважине.

3. Устройство для измерения деформаций грунтов по п.2, отличающееся тем, что диаметр стержня чувствительного элемента сопоставим с диаметром центрального отверстия фиксатора чувствительного элемента.

4. Устройство для измерения деформаций грунтов по пп.1, 2, отличающееся тем, что горизонтальная пластина регистрирующего устройства расположена на стержне на высоте, превышающей глубину смещения слабого грунта.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к устройствам для отбора почв с нарушенной структурой и может быть использовано при извлечении различного типа почвенно-грунтовых образцов в полевых условиях для комплексного анализа земли сельскохозяйственного назначения.

Изобретение относится к промышленному или гражданскому строительству, в частности к определению устойчивости мерзлых грунтов, и может быть использовано при строительстве нефте- и газопроводов для установления степени устойчивости грунтов к термоэрозионному размыву.

Изобретение относится к строительству, а именно к определению механических свойств грунтов в полевых условиях при проведении инженерно-геологических изысканий и обследовании грунтов в основании существующих фундаментов.

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при разработке месторождений полезных ископаемых и строительстве подземных сооружений открытым способом.

Изобретение относится к области строительства, а именно к исследованию физико-механических характеристик грунтов динамическим зондированием. Способ динамического зондирования грунтов, при котором погружают штангу с зондом в грунт посредством периодических ударов и во время каждого удара определяют параметры воздействия грунта на датчики измерительной системы, обеспечивая усиление сигналов от датчиков, их аналого-цифровое преобразование, регистрацию и передачу данных, включая зависимость перемещения зонда от времени и зависимость изменения лобового сопротивления от времени, во внешний блок обработки данных с помощью соответствующего программного обеспечения, в результате чего определяют физико-механические характеристики грунта.

Изобретение относится к сельскому хозяйству и мелиорации земель и может быть использовано при отборе вертикального монолита-образца почвогрунтов ненарушенного (природного) сложения с целью определения их водно-физических и фильтрационных свойств.

Изобретение относится к области строительства, в частности к оценке деформационных свойств смесей глинистых грунтов с крупнообломочными включениями при возведении противофильтрационных устройств, тела дамб, плотин, дорог и др., а также оснований сооружений.

Изобретение относится к транспорту углеводородов в нефтяной и газовой промышленности и может быть использовано при эксплуатации трубопроводов, расположенных в местах с возможными оползневыми явлениями, для принятия своевременных мер по их защите от разрушения при перемещениях грунтовых масс, вызванных нарушением весового баланса в результате сезонного оттаивания, насыщения грунта или иными причинами.

Изобретение относится к строительному производству и предназначено для определения морозного пучения грунта при промерзании сезоннопротаивающего слоя. Способ определения морозного пучения грунта при промерзании сезоннопротаивающего слоя включает бурение скважины перед началом его промерзания, отбор образцов грунта, измерение глубины сезонного протаивания ξ, определение на образцах плотности сухого грунта ρd,th.

Изобретение относится к устройствам измерения распределения деформации, использующим в качестве чувствительного элемента оптическое волокно. .

Изобретение относится к устройству для измерения скорости и направления движения грунта относительно подземного трубопровода, расположенного в местах с возможными оползневыми явлениями. Техническим результатом изобретения является повышение точности измерения перемещения грунта. Устройство для измерения скорости и направления движения грунта относительно подземного трубопровода состоит из измерительного телескопического двухзвенного рычага с датчиком удлинения, шарнира, узла отсчета перемещений с блоком акселерометров. Причем устройство дополнительно содержит два измерительных телескопических двухзвенных рычага с датчиками, один из которых шарнирно закреплен на трубопроводе и установлен узлом отсчета перемещений вниз, а второй своим якорем установлен в грунт, не подверженный оползневым явлениям, и соединен шарниром с трубопроводом. 1 ил.

Изобретение относится к области физики материального (контактного) взаимодействия, а именно к способу определения угла φн внутреннего трения и удельного сцепления - сн материальной связной среды нарушенной структуры, воспринимающей давление свыше гравитационного. Способ определения физических параметров прочности нарушенной структуры материальной среды заключается в определении при лабораторном сдвиге образцов среды ненарушенной структуры в условиях компрессии угла φ=φстр внутреннего трения и удельного сцепления с=сстр среды ненарушенной структуры при построении графика Кулона-Мора τi=pi·tgφстр+сстр предельного состояния среды под давлением pi, где τi - напряжение сдвига среды под давлением сжатия pi. Для определения угла внутреннего трения среды с нарушенной структурой, образующейся при достижении под штампом давления, равного бытовому давлению рстр.б=рб=(γ·h-сстр)ctgφстр на отметке h массива ее естественного сложения, определяют угол θ=φстр+φн=arcsin[2sinφстр/(1+sin2φстр)]. Определяют угол внутреннего трения среды с нарушенной структурой по выражению φн=θ-φстр, а удельное сцепление материальной среды с нарушенной структурой определяют по зависимости с н = с с т р [ 2 − t g φ н t g φ с т р ] . Технический результат - получение связи физических параметров прочности φн и сн нагруженной материальной среды сверх природного гравитационного (бытового) давления с параметрами структурной прочности среды φстр и сстр.2 ил.

Изобретение относится к строительству и может быть использовано при испытаниях сваи, свайных фундаментов, зданий и др. сооружений. Способ испытания несущей способности сваи заключается в создании ступенчато-возрастающей нагрузки на грунт через сваю и штамп до наступления условной стабилизации, при которой скорость осадки не превышает установленного значения, за время, заданное в зависимости от вида грунта, в одновременной регистрации осадки с точностью контроля равной 0,01 мм, а для каждой ступени нагружения - в построении графиков изменения осадки во времени, имеющих вид экспоненты с изогнутым участком, характеризующим скорость осадки до начала условной стабилизации, и с пологим участком. Регистрацию осадки на каждой ступени нагружения выполняют за равные интервалы времени, которые задают в пределах 3-5 мин. График изменения осадки во времени (экспоненту) строят по значениям осадки, равномерно зарегистрированным в каждом интервале времени. На изогнутом участке экспоненты определяют интервал с зарегистрированной скоростью осадки, равной 0,05 мм/мин, по которой устанавливают новый критерий условной стабилизации. Время до начала условной стабилизации определяют по числу интервалов на изогнутом участке до указанного интервала времени. Время наблюдения за скоростью осадки, не превышающей 0,05 мм/мин, определяют по числу интервалов времени на оставшемся отрезке изогнутого участка экспоненты до начала пологого участка. Для грунтов разного вида указанное число интервалов наблюдения за скоростью осадки выдерживают в соотношении L1:L2=1/T1:2/Т2, где T1, L1 - соответственно время интервала и число интервалов за время наблюдения за скоростью осадки при испытании сваи на песчаном и глинистом грунте от твердой до тугопластичной консистенции; Т2, L2 - соответственно время интервала и число интервалов за время наблюдении за скоростью осадки при испытании сваи на глинистом грунте от твердой до тугопластичной консистенции. Технический результат состоит в сокращении времени и снижении стоимости испытаний за счет приближения результатов регистрации осадки сваи к действительному состоянию грунта соответствующего вида. 1 з.п. ф-лы, 2 пр., 5 ил.

Изобретение относится к области строительства и предназначено для использования при проведении инженерно-геологических изысканий с целью расчленения грунтовой толщи в процессе вращательного бурения и определения механических свойств грунтов в полевых условиях. Установка для бурового зондирования, содержащая транспортное средство, на платформе которого размещены мачта с вращателем, гидравлическая система, обеспечивающая работу бурильно-кранового оборудования, отличающаяся тем, что с целью расширения функциональных возможностей и повышения точности измерений установка снабжена измерительным устройством, устройством осевого нагружения и лазерным дальномером, измерительное устройство, один конец которого соединен с валом вращателя, другой через устройство осевого нагружения с хвостовиком буровой колонны, содержит два датчика силы, измерение вертикального перемещения бурового инструмента выполняется с использованием беспроводного лазерного дальномера и отражателя, закрепленных на мачте, измерение веса буровой колонны и грунта на ее боковой поверхности выполняется с использованием датчика силы, скорость вращения бурового инструмента определяется путем анализа радиосигналов, записанных при вращении измерительного устройства. Технический результат состоит в расширении функциональных возможностей, повышении точности измерений. 11 ил.

Изобретение относится к области физики материального взаимодействия, конкретно к способу определения гравитационного (бытового) давления в массиве связной материальной среды. Величину гравитационного давления определяют по зависимости pб=(γ·h-cстр)ctgφстр, где γ - удельный вес материальной среды, h - глубина определения давления в массиве среды, cстр - структурное удельное сцепление среды, φстр - угол внутреннего трения структурированной среды в естественном залегании. Технический результат - повышение точности определения величины бытового давления. 1 ил.

Изобретение относится к области инженерных изысканий и предназначено, в частности, для определения распределения реактивных нормальных напряжений грунтовых оснований по площади приложения нагрузки, необходимых для расчета внутренних усилий в теле фундаментов, и может быть использовано для определения деформационных характеристик грунтов. Устройство содержит нагрузочный штамп, блок приложения нагрузки, упорную систему и измерительную систему. Штамп выполнен в виде жесткой конструкции квадратной формы. Под штампом размещена упругая пластина с размерами штампа в плане, толщиной 0,05-0,1 размера сторон штампа и модулем упругости 30-50 МПа. На боковых сторонах упругой пластины нанесена координатная прямоугольная сетка. В измерительную систему введены регистратор приложенной нагрузки и регистратор осадки штампа. На штампе с боковых сторон по осям его симметрии с помощью кронштейнов жестко закреплены видеорегистраторы деформации упругой пластины с возможностью полного обзора боковых сторон упругой пластины. Технический результат: упрощение и удешевление определения распределения реактивного напряжения грунтового основания в любых произвольных точках по подошве штампа и повышение достоверности результатов при одном испытании. 2 ил.

Изобретение относится к области «Физики материального контактного взаимодействия» и служит для определения гравитационного (бытового) давления в массиве материальной среды определенной плотности. Способ определения гравитационного давления материальной среды в массиве и ее природной плотности, заключатся в том, что на заданной глубине h (см) массива материальной среды полевыми методами инженерных изысканий определяют угол φстр внутреннего трения и удельное сцепление cстр среды ненарушенной структуры в условиях гравитационного (бытового) давления pб. При этом величину гравитационного давления в массиве упругосвязнопластичной грунтовой среды определяют по зависимости , а плотность грунтовой среды рассчитывают как при удельном весе , где g - ускорение свободного падения тела в условиях гравитации (см/с2). Затем величину гравитационного давления в массиве упрутоэластичной анизотропной торфяной среды определяют по зависимости , а плотность торфяной среды рассчитывают как при удельном весе . Техническим результатом является возможность определения значения гравитационного (бытового) давления в массиве материальной среды по данным ее прочностных параметров φстр и cстр в ненарушенном состоянии, а также значение удельного веса γстр и плотности ρстр среды в условиях гравитационного притяжения поверхности Земли. 2 ил.

Изобретение относится к гидротехническому, мелиоративному, дорожному и другим видам строительства, где необходимо оценить качество насыпей и искусственных оснований. При реализации способа предварительно проводят статическое, динамическое или вибрационное зондирование в выбранных точках на глубину от 1 м относительно верха насыпи. Одновременно отбирают образцы уплотненного грунта ненарушенной структуры для определения влажности и плотности скелета указанного грунта из нескольких пробуренных скважин в точках на расстоянии не более 1 метра в плане от точек зондирования. На отобранных образцах грунтов из тела уплотненной насыпи проводят лабораторные исследования стандартного уплотнения с определением коэффициента уплотнения в зависимости от плотности скелета грунта. Выполняют построение корреляционной зависимости между указанными значениями коэффициента уплотнения и значениями сопротивления проникновению стандартного конуса в грунт при зондировании с учетом ранее выполненных в лаборатории определений с последующей оценкой качества уплотнения выполненной земляной насыпи. Технический результат состоит в повышении точности определения и выявлении зон недоуплотненного грунта для его последующего локального доуплотнения. 2 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к физике материального контактного взаимодействия, конкретно к способу установления предельного состояния деформируемой сжимающей и растягивающей нагрузкой материальной среды. Сущность: по данным сдвига нагруженной ступенями нормального давления pi материальной среды на глубине h тангенциальной нагрузкой τi строят график зависимости τi=ƒ(pi). График линеаризируют прямой до пересечения с осью τi и осью pi, на оси τi устанавливают величину удельного сцепления структурированной среды с=сстр, на оси pi устанавливают величину противодавления связности среды -ре= -сстр·ctgφстр и определяют угол φ=φстр внутреннего трения структурированной среды. Закон Ш. Кулона τстр=pi·tgφстр+сстр устанавливают в интервале нормального давления -(ре)≤pi≤(+рб), где рб=(γстр·h-сстр)ctgφстр - гравитационное (бытовое) давление для структурированной среды с удельным весом γстр, при давлении pi>рб. Предельное состояние материальной среды рассматривают с нарушенной структурой и описывают зависимостью τн=рн·tgφн+сн, а предельное состояние материальной среды в общем виде описывают системой уравнений. Технический результат: возможность определения границ предельного состояния материальной связной среды с нарушенной структурной прочностью и установления закономерности предельного состояния связной среды за пределами ее структурной прочности и закона Ш. Кулона при давлениях pi свыше гравитационного (бытового) рб, т.е. pi>рб. 3 ил.,1 табл.

Изобретение относится к области «Физики материального контактного взаимодействия» жесткого плоского тела с пористой материальной средой и предназначено для определения ее параметров деформируемости и прочности. Сущность: материальную среду нагружают жестким плоским перфорированным штампом ступенчато возрастающей нагрузкой до момента потери несущей способности среды и устойчивости на ней штампа. Во времени контролируют параметры давления pi и деформации Si среды при нагружении и строят график испытания, по которому определяют параметры прочности и деформируемости среды. Каждую ступень деформации среды поддерживают постоянной во времени до ее условной стабилизации. Перед заданием последующих ступеней деформации среды упругий динамометрический элемент фиксируют стопорным винтом нагрузочного устройства. Устройство состоит из корпуса с рабочей камерой, неподвижно установленного на дне камеры нижнего жесткого плоского перфорированного штампа, рабочего кольца с образцом материальной среды, установленного в верхней части рабочего кольца на образце среды верхнего жесткого плоского подвижного перфорированного штампа и нагрузочного устройства. Нагрузочное устройство состоит из жесткой рамки с верхней и нижней перекладинами и двух направляющих стоек, толкателя и упругого динамометрического элемента. Технический результат: повышение производительности испытаний среды на сжимаемость и прочность. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к устройству диагностики и прогноза состояния грунтовых технических систем на слабых грунтах и оползневых склонах. Техническим результатом изобретения является повышение чувствительности устройства при однократном воздействии вибродинамической нагрузки с сохранением высокой точности измерения. Устройство для измерения деформаций грунтов содержит полую стойку, чувствительный элемент, предназначенный для восприятия сдвигающих усилий при смещении грунта, и регистрирующее устройство, включающее измерительную часть, предназначенную для измерения изменения положения чувствительного элемента под действием сдвигающих усилий при смещении грунта, и соединенную с ней регистрирующую аппаратуру, предназначенную для преобразования изменения положения чувствительного элемента под действием сдвигающих усилий в величину смещения грунтов. При этом чувствительный элемент выполнен в виде стержня с коническим наконечником и установлен в полой стойке, и снабжен фиксатором, предназначенным для удержания стержня в вертикальном положении после погружения стойки с чувствительным элементом в скважине и установленным на стержне с возможностью перемещения его вдоль стержня и с возможностью обеспечения свободного отклонения стержня от первоначального положения под действием сдвигающих усилий грунта. Измерительная часть регистрирующего устройства представляет собой горизонтальную пластину с установленными на ней измерительными датчиками для измерения углов наклона стержня относительно оси скважины, при этом горизонтальная пластина регистрирующего устройства укреплена на стержне чувствительного элемента над фиксатором чувствительного элемента. 3 з.п. ф-лы, 4 пр., 1 табл., 1 ил.

Наверх