Устройство для измерения деформаций грунта при сезонном промерзании-оттаивании



Устройство для измерения деформаций грунта при сезонном промерзании-оттаивании
Устройство для измерения деформаций грунта при сезонном промерзании-оттаивании

 


Владельцы патента RU 2548749:

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Северный (Арктический) федеральный университет имени М.В. Ломоносова" (САФУ) (RU)

Изобретение относится к области строительства и предназначено для измерения деформаций грунта при сезонном промерзании-оттаивании. Устройство представляет собой гофрированную обсадную трубу, внутри которой установлен шток, соединенный с вертикальным анкерным стержнем при помощи упругой связи, например пружины, на штоке размещены датчики перемещения, а на стенках обсадной трубы размещены магнитные марки. Устройство позволяет измерять как вертикальные, так и горизонтальные деформации грунта при сезонном промерзании-оттаивании, а также повышает достоверность и надежность получаемых данных, 2 ил.

 

Известен прибор для наблюдения за промерзанием и оттаиванием грунтов, включающий вертикальный стержень, защемленный в грунте ниже глубины промерзания, диски, нанизанные на стержень, и механизм для измерения перемещения дисков (а.с. 125396 СССР, МКИ G01B 7/06, G01W 1/00, 1959 - аналог). Прибор отличается сложностью конструкции из-за большого количества подвижных деталей и как следствие невысокой надежностью работы в грунтовом массиве при отрицательной температуре.

Известно устройство для измерения пучения грунта, включающее пластмассовую обсадную трубу и металлические пластины или кольца, внедренные в грунт на различной глубине с внешней стороны трубы (Голли А.В. Методика измерения напряжений и деформаций в грунтах: Конспект лекций, Л. 1977; Smith M.W., Paterson D.E. Detailed observation on the nature of frost heaving at a field scale. 1989 - прототип). Положение пластин или колец определяется с помощью периодически опускаемого в скважину зонда, работающего по принципу металлоискателя. Недостатком устройства является влияние на результаты измерений смерзания грунта со стенками трубы, а также искажение температурного поля вокруг трубы, а значит, и глубины промерзания, за счет конвекции воздуха в ее внутренней полости.

Общим недостатком двух устройств является невозможность измерения горизонтальных перемещений при промерзании-оттаивании грунта.

Известно, что вектор пучения направлен по нормали к фронту промерзания (Далматов Б.И. Механика грунтов, основания и фундаменты (включая специальный курс инженерной геологии). Л., 1988). Поэтому при расположении устройства на склоне или откосе при пучении наблюдается перемещение грунта не только вверх, но и в горизонтальном направлении.

При оттаивании грунт может медленно смещаться по склону или откосу вниз. Это явление называют солифлюкцией (Жигарев Л.А. Причины и механизм развития солифлюкции, М., 1967).

Горизонтальные перемещения грунта имеют место и при промерзании пучинистого грунта за задней гранью подпорных стен (Невзоров А.Л. Фундаменты на сезоннопромерзающих грунтах. Учебное пособие, М., 2000).

Задачей изобретения является повышение достоверности и надежности получаемых данных и обеспечение возможности измерения горизонтальных перемещений грунтов.

Это достигается за счет того, что внутри трубы установлен шток, соединенный с анкерным стержнем с помощью упругой связи, например пружины, обсадная труба выполнена гофрированной, датчики перемещения закреплены на штоке, а магнитные марки размещены на стенках обсадной трубы.

Изобретение иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 показано его исходное состояние, а на фиг.2 - положение, достигнутое в результате развития вертикальных и горизонтальных деформаций морозного пучения.

Устройство включает в себя вертикальный анкерный стержень 1 с лопастью 2, погруженный в грунт заведомо ниже глубины сезонного промерзания, на котором жестко закреплен диск 3, служащий заглушкой для гофрированной пластмассовой обсадной трубы 4 с кольцами 11, препятствующими сжатию гофр; внутри трубы 4 размещен шток 5, соединенный с анкерным стержнем с помощью упругой связи, например пружины 6; на штоке 5 закреплены датчики магнитного поля 7, служащие для определения положения магнитных марок 8, размещенных на внутренней или наружной поверхности обсадной трубы; датчик крена 9, закрепленный на штоке, служит для определения его отклонения от вертикали в двух плоскостях; внутренняя полость обсадной трубы 4 заполняется теплоизолирующим материалом 10, например гранулами пенополистирола, минеральной ватой и т.д.

Работает устройство следующим образом: при сезонном промерзании пучинистый грунт увеличивается в объеме и вовлекает в движение гофрированную обсадную трубу 4. Гофры трубы растягиваются. Положение в пространстве марок, закрепленных на трубе, определяется датчиками магнитного поля 7. При оттаивании наблюдается обратный процесс осадки грунта, что влечет за собой сжатие гофр трубы и, соответственно, перемещение магнитных марок 8, которое измеряется датчиками 7.

Горизонтальные движения грунта приводят к смещению обсадной трубы, которая за счет растяжения-сжатия гофр является гибкой и не препятствует движению грунта, а также не разрушается в результате этого движения. Шток 5, размещенный внутри трубы и соединенный с анкерным стержнем 1 с помощью упругой связи 6, может отклоняться от вертикали. Наклон штока измеряется с помощью датчика крена 9.

Определив положение магнитных марок 8 относительно датчиков 7 и, зная отклонение штока 5 от вертикали в двух плоскостях, вычисляют величину вертикальных и горизонтальных перемещений грунта.

Предлагаемое устройство благодаря применению гофрированной обсадной трубы и штока, имеющего упругую связь с анкером, растягивается и изгибается при появлении как горизонтальных, так и вертикальных перемещений грунта при сезонном промерзании-оттаивании. Труба не препятствует движению грунта, тем самым не внося погрешности в данные наблюдений. За счет заполнения трубы теплоизоляционным материалом конвекция воздуха внутри нее исключается и температурное поле вокруг устройства не искажается.

Устройство для измерения деформаций грунта при сезонном промерзании-оттаивании, включающее анкерный стержень, обсадную трубу и датчики перемещения, отличающееся тем, что внутри трубы установлен шток, соединенный с анкерным стержнем с помощью упругой связи, например пружины, обсадная труба выполнена гофрированной, датчики перемещения закреплены на штоке, а магнитные марки размещены на стенках обсадной трубы.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области испытаний при инженерных расчетах в сельском хозяйстве, строительстве и машиностроении, в частности к способам определения физико-механических характеристик слоя почвогрунта при воздействии на него вибрационной нагрузкой.

Группа изобретений относится к экологии и санитарии. Способ оценки антропогенного и орнитогенного загрязнения окружающей среды Антарктиды с использованием биологических индикаторов, по состоянию изменений в которых делают вывод о загрязнении окружающей среды, характеризуется тем, что в качестве биологических индикаторов применяют цианобактериальные маты.
Изобретение относится к области сельского хозяйства и почвоведения. Способ включает нарезку канавки вдоль площадки для определения влагоемкости почвы длиной 0,5-0,7 м, шириной 0,25-0,30 м на глубину расчетного слоя почвы.

Изобретение относится к области сельскохозяйственного машиностроения, в частности к устройствам для изучения водной эрозии, и может быть использовано в почвоведении, мелиорации и гидрологии.
Изобретение относится к области мелиорации, в частности к орошаемому земледелию. В способе сроки проведения очередных вегетационных поливов в условиях Северного Кавказа определяют с использованием датчика.

Изобретение относится к области сельского хозяйства, лесоводству и экологии. Способ включает определение индекса ветвления как отношения числа особей с отклонениями к числу всех особей в выборке мха.
Способ относится к области исследований параметров грунтов, а конкретней к способам определения коэффициента фильтрации плывунного грунта в зоне распространения черноземных почв.

Изобретение относится к области сельского хозяйства, строительства и машиностроения, а именно - к устройствам для исследования физико-механических характеристик слоя почвогрунта небольшой толщины, преимущественно средней и низкой плотности.

Изобретение относится к устройствам контроля грунта, использующим для оценки состояния грунта измерения распределения деформации волоконно-оптического чувствительного элемента, связанного с грунтом.

Группа изобретений относится к области сельского хозяйства, в частности к полевому растениеводству. Способ предусматривает оценку состава почвы возделываемого угодья и ее продукционного потенциала по пробам почвы, контроль состояния развития сельскохозяйственных культур по видеоизображениям сельскохозяйственных культур, полученным с помощью модуля визуального контроля, и техногенные воздействия на технологические процессы.
Изобретение относится к области исследований параметров грунтов. Представлен способ определения коэффициента фильтрации плывунного грунта, по которому через образец грунта пропускают поток воды, на поверхности образца грунта размещают грузик, фиксируют начало погружения грузика, измеряют параметры образца и потока воды, рассчитывают по измеренным показателям коэффициент фильтрации грунта. Новым является то, что фиксируют величину концентрации полиакриламида в потоке воды, прошедшем через образец грунта, и при снижении величины концентрации больше 8% от начального значения вводят в поток воды, направляемый в образец грунта, раствор полиакриламида, восстанавливая величину концентрации полиакриламида в потоке воды, прошедшем через образец грунта, до начального значения. Достигается расширение функциональных возможностей. 1 пр., 1 табл.
Изобретение относится к области экологии и сельского хозяйства, в частности к рекультивации земель. Способ включает использование фитоиндикаторов, их морфологические и физиологические признаки в начальные периоды роста. При этом в качестве индикатора используют зерновые культуры, у которых в раннем онтогенезе определяют загрязненность почв по величине корней и надземных побегов у проростков. По изменению соотношения 1:1 их морфометрических параметров делают вывод о токсичности почв. Способ позволяет упростить техническое решение без дополнительных затрат на химические анализы и повысить эффективность. 1 табл., 3 пр.

Изобретение относится к области сельского хозяйства, а именно может быть использовано в комплексной мелиорации агроландшафтов при осушении почвогрунтов, строительстве дренажных систем и использовании осушаемых земель. Для этого проводят описание генетических горизонтов почвенного профиля с установлением степени их оглеения, отбор образцов почвогрунта естественного сложения по генетическим горизонтам почвенного профиля режущим цилиндром малого объема. Способ отличается тем, что на образцах проводят определение плотности сложения сухой массы почвогрунтов, а после завершения этой работы и разрушения образцов - отбор смешанной пробы почвогрунта и определение его гранулометрического состава, по соотношению содержания в мелкоземе частиц крупнее пыли - размером больше 0,05 мм к плотности сложения почвогрунта на предварительно построенном калибровочном графике судят о величине среднегеометрического значения коэффициента фильтрации р%-ной вероятности занижения по генетическим горизонтам почвенного профиля с учетом степени их оглеения. Изобретение обеспечивает снижение затрат на проектно-изыскательские работы, более рациональное использование средств на мелиорацию земель, эксплуатацию мелиоративных систем и использование мелиорируемых земель. 1 табл., 1 ил.

Изобретение относится к спектрохимическим способам анализа образцов горных пород, а именно к способам определения нефтепродуктов при геологоразведке углеводородного сырья, основанным на молекулярной люминесценции пород. Способ заключается в том, что образцы горных пород измельчают, измельченную породу обрабатывают бензо-спиртовым растворителем (4:1), выдерживают 18-20 часов при температуре 60°C, отстаивают и фильтруют. Полученную вытяжку облучают УФ светом с резонансными линиями ртути 184,9 и 253,6 нм, регистрируют люминесценцию фотометром с набором абсорбционных светофильтров, определяют легкие и тяжелые фракции углеводородных соединений, устраняют помехи люминесценции горных пород сдвигом измеряемой полосы люминесценции в более коротковолновую область. Изобретение позволяет повысить точность определения насыщенности нефтяными веществами горных пород за счет повышения точности анализа в вытяжке по калибровочным графикам. 3 ил.

Изобретение относится к приборам для измерения деформаций морозного пучения грунта в лабораторных условиях. Прибор содержит гильзы для образцов исследуемого грунта, которые составлены из колец, поддон с водой, штампы, теплоизоляцию и датчики температуры. При этом гильзы размещены на телескопических стаканах различной высоты, установленных на поддоне. Прибор позволяет повысить достоверность определения деформации морозного пучения. 3 ил.

Изобретение относится к строительству, в частности к устройствам для определения деформационно-прочностных свойств органических и органо-минеральных грунтов. Прибор содержит гильзу для образца грунта, перфорированное днище, поршень, механизм нагружения поршня, штамп и механизм нагружения штампа. При этом штамп размещен в цилиндрической выемке на нижней поверхности поршня и имеет диаметр меньше диаметра поршня. Прибор позволяет расширить возможности приборов для определения деформационно-прочностных свойств грунтов. 6 ил.

Изобретение относится к области сельского хозяйства и предназначено для оценки пригодности почвы для возделывания культур. Способ включает отбор испытуемых образцов почвы, проращивание семян в испытуемой почве, помещенной в вегетационные сосуды или кювет. Отбор образцов почвы осуществляют с разных полей предполагаемого посева весной в закрытые пакеты за 10-15 дней до посева с глубиной забора почвы от 5 до 25 см. Разделяют образцы испытуемой почвы на две доли, в первую долю добавляют воду и полученную суспензию. Кипятят в течение 12 ч для уничтожения микрофлоры и расщепления соединений аммиака и нитратов. Дают остыть до температуры окружающей среды. Вторую долю оставляют в естественном виде, далее производят пробный посев нескольких сортов культур с учетом оптимальной площади питания корневой системы культуры, для каждого сорта культуры по крайней мере в шести пробах, таких как на предварительно прокипяченной почве без внесения минеральных удобрений и микрофлоры, на предварительно прокипяченной почве с внесением минеральных удобрений, на предварительно прокипяченной почве с внесением микрофлоры, на естественной почве без внесения минеральных удобрений и микрофлоры, на естественной почве с внесением только минеральных удобрений, на естественной почве с внесением только микрофлоры. После этого устанавливают наблюдение за всхожестью семян. На основании наблюдений за всхожестью семян, динамикой роста культуры и изменения агрохимического состояния грунта путем сравнения проб выносят заключение о пригодности почвы для возделывания тех или иных сортов культур на выбранной почве. Заявленный способ позволяет эффективно оценить почву на пригодность для возделывания тех или иных культур. 3 з.п. ф-лы, 2 табл., 1 пр.

Изобретение относится к «Физике материального взаимодействия» при контакте твердого жесткого плоского тела штампа с полупространством деформируемой материальной среды в начале фазы ее предельно критического (провального разрушающего) по прочности и устойчивости состояния. Сущность: на заданной отметке материального полупространства на глубине h под плоским жестким штампом по результатам испытаний определяют физические характеристики сжимаемого материала с ненарушенной структурой: удельный вес - γстр, удельное сцепление с=сстр, угол φ=φстр внутреннего трения, гравитационное (бытовое) давление рб, принимают величину атмосферного давления ратм=1,033 кГ/см2, для приближенного определения минимального разрушающего давления в среде под краем нагруженного штампа используют схему Н.П. Пузыревского и условие предельного равновесия среды, а для установления величины разрушающего давления под центром подошвы штампа рассматривают схему Л. Прандтля - Г. Рейснера. Минимальное разрушающее давление сжатия среды под краем подошвы штампа по схеме Н.П. Пузыревского приближенно определяют по зависимости . Технический результат: возможность определить границы фазового предельно критического (разрушающего) напряженно-деформированного состояния массива связной материальной среды под давлением от плоского жесткого штампа средних размеров в момент начала развития поверхностного трещинообразования. 3 ил.

Изобретение относится к области экологии и может быть использовано для отбора проб воздуха из грунта в местах подземных переходов магистральных газопроводов под водными и иными преградами, в местах расположения подземных газовых хранилищ, емкостей и т.д. Техническим результатом является создание простой универсальной конструкции наблюдательный геоэкологической скважины. Предложена конструкция наблюдательной геоэкологической скважины для отбора проб воздуха, включающая перфорированную обсадную колонну с фланцем. При этом перфорированная обсадная колонна с фланцем обернута геотканью и имеет перфорированную трубку малого сечения. Кроме того, конструкция скважины содержит герметичную крышку с установленным на ней шаровым краном, проходное сечение которого соответствует диаметру мерного хоботка пробоотборника. 2 ил.

Изобретение относится к области «Физики контактного взаимодействия материальной среды», конкретно к способу определения несущей способности и устойчивости дисперсной среды под нагрузкой от плоского жесткого штампа. Сущность: определяют физические характеристики структурированной материальной среды: угол φ=φстр внутреннего трения, удельное сцепление - c=cстр, удельный вес - γ=γстр. При испытании среды методом статических нагрузок рассчитывают величину среднего прикладываемого к среде плоским жестким штампом шириной В внешнего давления, соответствующего среднему начальному (первому) по прочности критическому давлению , массив материальной среды рассматривают как линейно деформируемое полупространство, принимают среднюю величину атмосферного давления равной pатм=1,033 (кГ/см2). При доступе атмосферного давления минимальную величину начального (первого) критического давления сжатия среды под краями штампа принимают равной , где pб=(γстрh-cстр)ctgφстр - гравитационное (бытовое) давление на глубине h массива среды, а среднее начальное (первое) критическое по прочности давление среды (на сжатие под подошвой и на растяжение за его краями) определяют по зависимости. Технический результат: возможность определения истинной величины среднего начального (первого) критического давления для любой сжимаемой как сильнодеформируемой (грунт, торф), так и малодеформируемой (металл, бетон) материальной среды через определяющие физические параметры - угол ее внутреннего трения и удельное сцепление. 3 ил.
Наверх