Способ испытания мерзлого грунта и устройство для его осуществления

 

(72) Авторы изобретения

В. В. Лушников, Е. В. Лебедев и.И. А. Маренинов

Уральский ордена Трудового Красного Знамени политехнический институт им. С. М. Кирова (71) Заявитель (54) СПОСОБ ИСПЫТАНИЯ МЕРЗЛОГО ГРУНТА

И УСТРОЛСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Изобретение относится к строительству и может быть использовано при инженерногеологических исследованиях при испытании оттаивающих грунтов на просадочность и сжимаемость в полевых условиях.

Известен способ испытания мерзлого грунта, включающий бурение скважин, одновременное оттаивание грунта в забое скважины и приложение нагрузки на оттаивающий грунт, измерение температуры и деформации грунта под штампом и определение физико-механических свойств мерзлых и оттаявших грунтов (1).

Недостатком этого способа является ограниченный диапазон исследований.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является способ испытания мерзлого грунта, включающий одновременное оттаивание мерзлого грунта вокруг стенки скважины и приложение нагрузки на грунт, измерение его перемещения и размеров зоны талого массива грунта и определение физико-механических свойств грунта (2) .

Недостатком этого способа является то, что требуется предварительное определение теплофизических характеристик исследуе2 мых грунтов, что связано с отбором образцов и испытанием их в лабораторных условиях.

Известно также устройство для испытания мерзлого грунта при его оттаивании на сжимаемость, включающее полый корпус с наружной эластичной оболочкой и фланцы на его торцах, нагреватели и измерительные приспособления (3).

Недостатком этого устройства является

1О то, что в процессе оттаивания невозможно фиксировать глубины оттаивания грунта и зоны талого массива грунта вокруг скважины.

Цель изобретения — повышение производительности труда путем уточнения положения границы зоны оттаивания при различных ступенях давления, повышение точности измерений.

Поставленная цель достигается тем, что в способе испытания мерзлого грунта, включающем одновременное оттаивание мерзлого грунта вокруг стенки скважины и приложение нагрузки на грунт, измерение его перемещения и размеров зоны талого массива грунта и определение физико-механических свойств грунта одновременно с от9338

55 таиванием грунта вокруг стенки скважины, равномерно оттаивают грунт ниже забоя скважины с возможностью получения талых зон массива грунта вокруг скважины в форме эллипсоида, а измерение размеров зон талого массива грунта производят ниже забоя скважины вдоль ее оси.

Кроме того, устройство для испытания мерзлого грунта, включающее полый корпус с наружной эластичной оболочкой и фланцы на его торцах, нагреватели и измерительное приспособление, снабжено установленной внутри полого корпуса трубой, а измерительное приспособление выполнено в виде щупа со шкалой, размещенного в трубе с возможностью вертикального перемещения, при этом нагреватели установлены в зазоре между трубой и корпусом.

На чертеже показана конструкция устройства и размеры зоны оттаивания в различные моменты времени.

Устройство содержит корпус 1 с эластичной оболочкой 2, верхним 3 и нижним 4 фланцами. Внутри корпуса размещены нагреватели 5, датчики 6 линейных перемещений и датчик 7 температуры. Верхний фланец 3 имеет штуцер 8, на котором крепится шланг 9. Нагреватели 5 и датчики 6 и 7 соединены с наземными устройствами источником тока, измерителем перемещений и температуры (на чертеже не показаны) соединительными проводами, размещенными внутри шланга 9. Корпус 1 снабжен трубой 10, через которую пропущен щуп 11 с наконечником 12 из теплоизоляционного материала, например эбонита. На верхнюю часть щупа

11 нанесена шкала 13.

Положение границы зоны оттаивания в различные моменты времени t>, t u t показано позициями соответственно 14, 15 и 16.

Способ реализуется следующим образом.

Производят бурение скважины и установку устройства в забое скважины. В эластичную оболочку 2 через шланг 9 подают сжатый воздух, а нагреватели 5 подключают к источнику питания. Причем нагреватели обеспечивают одновременное оттаивание грунта вокруг стенок и забоя скважины с возможностью получения талых зон массива грунта в форме эллипсоида. Измеряют радиальные перемещения талых зон массива грунта диаметром D, Р, D и т. д, находящихся под давлением эластичной оболочки 5 и одновременно фиксируют глубину (h>, hz h> и т. д.) погружения наконечника 12 в оттаявшем слое грунта ниже забоя скважины посредством шкалы 13 щупа 11.

После испытания на сжимаемость оттаявшей зоны талого массива грунта устройство извлекают из скважины и производят дополнительное измерение диаметра талого массива грунта вокруг скважины горизонтальным щупом. По конечному значению диаметра D талого массива грунта и

2О

Зо

74

4 глубины оттаивания Ь„определяют коээфициент их соотношения К = Рк/h, который вводят к ранее полученным значениям глубины h, Ь2,...h для определения значений зон талого массива грунта Р1, Dz".. Рк соответствующих заданному времени испытания.

Использование предлагаемых способа и устройства позволяет повысить производительность труда и точность определения характеристик грунта за счет уточнения параметров расчетной схемы, в данном случае изменяющегося в процессе опыта размера сжимаемого оттаявшего слоя, а также дает возможность простого перехода от глубины проникания щупа в грунт в вертикальном направлении в величине зоны оттаивания вокруг камеры устройства в горизонтальном направлении, что в конечном итоге ведет к повышению достоверности определения деформационных характеристик.

Формула изобретения

l. Способ испытания мерзлого грунта, включающий одновременное оттаивание мерзлого грунта вокруг стенки скважины и приложение нагрузки на грунт, измерение его перемещения и размеров зоны талого массива грунта и определение физикомеханических свойств грунта, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности труда путем уточнения положения границы зоны оттаивания при различных ступенях давления, одновременно с отта иванием грунта вокруг стенки скважины равномерно оттаивают грунт ниже забоя скважины с возможностью получения талых зон массива грунта вокруг скважины в форме эллипсоида, а измерение размеров зон талого массива грунта производят ниже забоя скважины вдоль ее оси.

2. Устройство для испытания мерзлого грунта, включающее полый корпус с наружной эластичной оболочкой и фланцы на его торцах, нагреватели и измерительное приспособление, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения оно снабжено установленной внутри полого корпуса трубой, а измерительное приспособление выполнено в виде щупа со шкалой, размещенного в трубе с возможностью вертикального перемещения, при этом нагреватели установлены в зазоре между трубой и корпусом.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Руководство по определению физических, теплотехнических и механических характеристик мерзлых грунтов. М., стройиздат, 1973, с. 111.

2. Авторское свидетельство СССР № 775221, кл. Е 02 D 1/00, 1979 (прототип по способу).

3. Авторское свидетельство СССР № 286308, кл. G 01 N 3/10, (прототип по устройству).

933874

f1

1g

Я

1К

Составитель P. Погосян

Редактор И. Касарда Техред А. Бойкас Корректор И.Муска

Заказ 3772/15 Тираж 709 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4