CH635675A5 - Extensometer for rock and soil mechanics - Google Patents

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CH635675A5
CH635675A5 CH223479A CH223479A CH635675A5 CH 635675 A5 CH635675 A5 CH 635675A5 CH 223479 A CH223479 A CH 223479A CH 223479 A CH223479 A CH 223479A CH 635675 A5 CH635675 A5 CH 635675A5
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measuring
cylinder
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Rainer Gloetzl
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Gloetzl Baumesstech
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Description

Die Erfindung betrifft ein Extensometer zur Messung und 55 der Ablaufleitung frei, so dass das Fluid aus dem Messkreislauf The invention relates to an extensometer for measuring and 55 the drain line freely, so that the fluid from the measuring circuit

Überwachung von vertikalen Bewegungen in der Fels- und Bo- überströmen und ablaufen kann. Der in diesem Augenblick er- Monitoring of vertical movements in which rocks and overflows can flow and run. Who is currently

denmechanik, bestehend aus wenigstens zwei an unterschiedli- reichte Druck im Messkreislauf kann in herkömmlicher Weise chen Positionen im Boden verankerten Stahlstangen und einer durch Manometer od. dgl. festgestellt werden und gibt somit ein deren Relativbewegung am Stangenkopf abgreifenden Messein- Mass für die Stellung des Kolbens im Zylinder bzw. den Weg richtung. 60 der Stahlstange. Diese bevorzugte Ausführungsform bringt den The mechanical system, consisting of at least two different pressure in the measuring circuit, can be determined in a conventional manner, steel rods anchored in the ground in positions and one by means of a manometer or the like, and thus gives a measuring measure of the relative movement of the piston head for the position of the piston in the cylinder or the direction of travel. 60 of the steel rod. This preferred embodiment brings the

In Gesteins- und Bodenschichten spielt die Messung der weiteren Vorteil mit sich, dass die Kompensationsmesseinrich- In rock and soil layers, the measurement has the additional advantage that the compensation measuring device

vertikalen (axialen) und horizontalen (radialen) Verschiebun- tung auch für andere in der Fels- und Bodenmechanik bekannte gen und Verlagerungen eine grosse Rolle. Hierbei kommt es Messgeräte, z.B. für die Spannungsmessung (Gebirgsdruck) vertical (axial) and horizontal (radial) displacement also play a major role for other genes and displacements known in rock and soil mechanics. This involves measuring devices, e.g. for voltage measurement (rock pressure)

aber in aller Regel nicht auf die Messung von Absolutwerten, Setzungsmessung, Ankerkraftmessungen etc. eingesetzt werden sondern auf die Relativwerte von Verschiebungsbewegungen 65 kann, da bei diesen Geräten vielfach die Belastung in einen an. Zur Feststellung dieser Bewegung bedient man sich mehre- Fluiddruck umgewandelt und dieser durch eine Kompensations- However, as a rule, they cannot be used for measuring absolute values, settlement measurement, anchor force measurements, etc., but rather for the relative values of displacement movements 65, since in these devices the load is often divided into one. To determine this movement, use multiple fluid pressure converted and this by a compensation

rer in die Gesteins- oder Bodenschichten eingelassener Stahl- messung festgestellt wird. Es kann also für Messwerte unter- steel measurement embedded in the rock or soil layers is determined. It can therefore be used for

stangen oder Spanndrähte, die durch Bentoninjektionen an un- schiedlicher Art eine einzige Messeinrichtung, beispielsweise rods or tension wires, which, by means of benton injections in different ways, form a single measuring device, for example

635 675 635 675

unter Zwischenschaltung eines Messstellenverteilers Verwendung finden. with the interposition of a measuring point distributor.

Mit Vorteil besteht die Kolben-Zylindereinheit aus einem am Kopf der Stahlstange befestigten Kolben und einem mit diesem über einen elastischen Balg verbundenen Zylinder, dessen Kopf eine Bohrung aufweist, die den Zylinderraum mit der einen Seite der Membran verbindet. Dadurch ist es möglich, den diesseits der Membran liegenden Raum klein zu halten, so dass der Liefergrad des Zylinders nicht so hoch sein muss. Advantageously, the piston-cylinder unit consists of a piston attached to the head of the steel rod and a cylinder connected to it via an elastic bellows, the head of which has a bore which connects the cylinder space to one side of the membrane. This makes it possible to keep the space on this side of the membrane small, so that the degree of delivery of the cylinder does not have to be as high.

Mit Vorteil ist weiterhin vorgesehen, dass die Druckleitung und die Ablauf leitung der Messeinrichtung in einem Messkopf parallel zueinander angeordnet sind, die Druckleitung direkt, die Ablaufleitung hingegen in einem offenen Ringkanal an einer Stirnseite des Messkopfs ausmünden, und dass zwischen dieser Stirnseite des Messkopfs und der Membran eine Ventilscheibe angeordnet ist, die eine mit der Ausmündung der Druckleitung fluchtende Bohrung und wenigstens zwei weitere den Ringkanal mit der Membran verbindende Bohrungen aufweist. It is also advantageously provided that the pressure line and the discharge line of the measuring device are arranged parallel to one another in a measuring head, the pressure line directly, the discharge line, on the other hand, open into an open annular channel on one end of the measuring head, and that between this end of the measuring head and the Membrane a valve disc is arranged, which has a bore aligned with the mouth of the pressure line and at least two further bores connecting the annular channel to the membrane.

Mit dieser Ausbildung wird der Vorteil erreicht, dass auch bei nicht absolut symmetrischer Auswölbung der Membran stets sichergestellt ist, dass das zur Kompensationsmessung verwendete Fluid, wenn es die Membran nur angehoben hat, durch eine der Bohrungen zur Ablaufleitung gelangt. Dabei mündet vorzugsweise die Druckleitung im Zentrum des Ringkanals aus. With this design, the advantage is achieved that even if the membrane does not bulge absolutely symmetrically, it is always ensured that the fluid used for the compensation measurement, if it has only raised the membrane, reaches the drain line through one of the bores. The pressure line preferably opens out in the center of the ring channel.

Eine besonders günstige Bauform ergibt sich dann, wenn der Zylinder mit seinem Kopf, das Membranventil, der Ventilkörper und der Messkopf zu einer starren Einheit zusammengefügt sind, während der Zylinder über den elastischen Balg mit dem Kolben und der Messkopf über Kunststoffleitungen mit einer Druckmittelquelle und einem Druckmessgerät verbunden sind. Eine solche Einheit lässt sich auf dem Kopf der Extenso-meter-Stahlstange leicht montieren und an die Messeinrichtung anschliessen. A particularly favorable design results when the cylinder with its head, the diaphragm valve, the valve body and the measuring head are joined together to form a rigid unit, while the cylinder via the elastic bellows with the piston and the measuring head via plastic lines with a pressure medium source and one Pressure gauge are connected. Such a unit can be easily mounted on the head of the extensometer steel rod and connected to the measuring device.

Nachstehend ist die Erfindung anhand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels beschrieben. Das Extensometer weist zwei oder mehr im Boden an unterschiedlichen Positionen verankerte Stahlstangen auf, die - da bekannt - nicht dargestellt sind. Die zu messende Realtivbewe-gung der Stangen ist mit dem Doppelpfeil 15 angedeutet. Ferner weist das Extensometer eine Abgriffeinrichtung 1, die den mittels Doppelpfeil 15 angedeuteten Weg einer Extensometer-Stahlstange in einen hydrostatischen Druck umformt, und eine Messeinrichtung 2 auf, mittels welcher der von der Abgriffein-richtung 1 erzeugte Druck kompensiert und gemessen wird. The invention is described below on the basis of an exemplary embodiment shown schematically in the drawing. The extensometer has two or more steel rods anchored in the floor at different positions, which - as is known - are not shown. The real movement of the rods to be measured is indicated by the double arrow 15. Furthermore, the extensometer has a tapping device 1, which converts the path of an extensometer steel rod indicated by double arrow 15 into a hydrostatic pressure, and a measuring device 2, by means of which the pressure generated by the tapping device 1 is compensated and measured.

Die Messeinrichtung 2 weist vor Ort einen Messkopf 3 auf, The measuring device 2 has a measuring head 3 on site,

in welchem eine Druckleitung 11 und - parallel hierzu - eine Ablaufleitung 12 für ein Druckmittel angeordnet sind. Die Druckleitung 11 ist über einen Kunststoffschlauch oder dgl. mit einer fern von der Messstelle angeordneten Druckluftquelle 19 5 unter Zwischenschaltung eines Druckminderers 18 und eines Mengenreglers 17 verbunden. Ferner sitzt in der Druckleitung ein Manometer 16 zum Ablesen des in dem Fluidkreislauf herrschenden Drucks. Die Ablaufleitung 12 kann in die freie Atmosphäre münden, sofern es sich bei dem Messfluid beispielsweise io um Druckluft handelt. in which a pressure line 11 and - parallel to this - an outlet line 12 for a pressure medium are arranged. The pressure line 11 is connected via a plastic hose or the like to a compressed air source 19 5 arranged far from the measuring point, with the interposition of a pressure reducer 18 and a volume regulator 17. Furthermore, a pressure gauge 16 is located in the pressure line for reading the pressure prevailing in the fluid circuit. The drain line 12 can open into the free atmosphere, provided that the measuring fluid is, for example, compressed air.

Die Druckleitung 11 mündet unmittelbar an der planen Stirnseite des Messkopfs 3 aus, während die Ablaufleitung 12 an dieser Stirnseite eine Eintrittsöffnung in Form eines Ringkanals 5 besitzt. The pressure line 11 opens out directly on the flat end face of the measuring head 3, while the discharge line 12 has an inlet opening in the form of an annular channel 5 on this end face.

15 Die Abgriffeinrichtung 1 besteht aus einem den axialen Weg 15 der Extensometerstange aufnehmenden Kolben 14, der über einen elastischen Balg 13 mit einem Zylinder 10 verbunden ist und in diesen eintaucht. Der Zylinder 10 weist einen Kopf 20 mit einer zentralen Bohrung 9 auf, die an der Stirnseite des 20 Zylinderkopfs 20 frei ausmündet. Zwischen dem Zylinderkopf 20 und dem Messkopf 3 ist ein Membranventil angeordnet, das aus einer Membran 8 und einem Ventilkörper 7 besteht. Der Ventilkörper 7 weist eine zentrale Bohrung 21, die mit der Druckleitung 11 fluchtet, und wenigstens zwei weitere Bohrun-25 gen 22, die mit dem Ringkanal 5 in Verbindung stehen, auf. Die Membran 8 verschliesst üblicherweise die ihr zugeordneten Öffnungen der Bohrungen 21,22. Der Ventilkörper 7 ist mit dem Messkopf 3 über eine äussere Ringdichtung 4 und eine weitere -zwischen der Druckleitung 11 und der ihr zugeordneten Boh-30 rung 21 angeordneten Dichtung 6 dicht verbunden. Im übrigen ist der Messkopf 3 zusammen mit dem Membranventil und dem Zylinder 10 bzw. dem Zylinderkopf 20 zu einer baulichen Einheit zusammengefügt. 15 The tapping device 1 consists of a piston 14 receiving the axial path 15 of the extensometer rod, which is connected to a cylinder 10 via an elastic bellows 13 and is immersed in the latter. The cylinder 10 has a head 20 with a central bore 9, which opens out freely at the end of the 20 cylinder head 20. A diaphragm valve is arranged between the cylinder head 20 and the measuring head 3 and consists of a diaphragm 8 and a valve body 7. The valve body 7 has a central bore 21, which is aligned with the pressure line 11, and at least two further bores 25, 22, which are connected to the annular channel 5. The membrane 8 usually closes the openings of the bores 21, 22 assigned to it. The valve body 7 is tightly connected to the measuring head 3 via an outer ring seal 4 and a further seal 6 arranged between the pressure line 11 and the bore 21 associated with it. In addition, the measuring head 3 is assembled together with the diaphragm valve and the cylinder 10 or the cylinder head 20 to form a structural unit.

Die Membran, die, wie gesagt, die Austrittsöffnungen der 35 Bohrungen 21,22 üblicherweise verschliesst, wird dann, wenn der am Manometer abzulesende Kompensationsdruck 16 den Druck im Zylinder 10 geringfügig überschreitet, von den Austrittsöffnungen der Bohrungen 21,22 abgehoben, so dass das über die Druckleitung 11 und die Bohrung 21 zuströmende 40 Druckmittel über die Bohrungen 22, den Ringkanal 5 und die Ablaufleitung 12 abströmen kann. The membrane, which, as I said, usually closes the outlet openings of the 35 bores 21, 22, is then lifted off the outlet openings of the bores 21, 22 when the compensation pressure 16 to be read on the pressure gauge slightly exceeds the pressure in the cylinder 10, so that the 40 pressure medium flowing in via the pressure line 11 and the bore 21 can flow out via the bores 22, the annular channel 5 and the drain line 12.

Der Kolben 10 und der Balg 13 können auch durch einen Federbalg ersetzt sein, der durch geeignete Mittel gegen Ausknicken gestützt ist und dessen Stirnseite mit dem Extensome-45 terkopf zusammenwirkt. The piston 10 and the bellows 13 can also be replaced by a bellows, which is supported by suitable means against buckling and the end face of which cooperates with the extensome 45 head.

C C.

1 Blatt Zeichnungen 1 sheet of drawings

Claims (6)

635 675 2 PATENTANSPRÜCHE terschiedlichen Positionen im Boden verankert sind und der635 675 2 PATENT CLAIMS are anchored in the ground and the 1. Extensometer zur Messung und Überwachung von verti- Schichtbewegung folgen. Die Relativbewegungen bzw. Relativ-kalen Bewegungen in der Fels- und Bodenmechanik, bestehend wege werden durch die Stahlstangen zum Extensionsmeterkopf aus wenigstens zwei an unterschiedlichen Positionen im Boden übertragen und können dort mit einer Messuhr mechanisch abverankerten Stahlstangen und einer deren Relativbewegung am 5 getastet und abgelesen werden. Befindet sich der Extensometer-Stangenkopf abgreifenden Messeinrichtung, gekennzeichnet köpf an unzugänglicher Stelle, z.B. am Felshang oder gar unter durch eine dem Kopf jeder Stahlstange zugeordnete, deren Weg Wasser, so ist eine Fernmessung notwendig, die nur mit elektri-(15) in einen hydrostatischen Druck umformende Abgriffein- sehen Messgeräten möglich ist. In diesem Fall muss auch die richtung (1) und eine diesen Druck durch den Kompensations- Messwertübertragung auf elektrischem Weg erfolgen. Diese druck eines Fluids feststellende Messeinrichtung (2). io Geräte sind empfindlich und teuer, insbesondere wenn Unter- 1. Follow extensometer to measure and monitor verti-layer movement. The relative movements or relative-calf movements in rock and soil mechanics, consisting of paths, are transmitted through the steel rods to the extension meter head from at least two at different positions in the ground and can there be mechanically anchored steel rods and a relative movement of which are sensed and read on 5 will. If the extensometer rod head is located, marked head in an inaccessible place, e.g. on the rocky slope or even under water, the path of which is assigned to the head of each steel rod, requires remote measurement, which is only possible with electrical (15) measuring devices that transform into hydrostatic pressure. In this case, direction (1) and this pressure must also occur electrically by means of the compensation measurement value transmission. This measuring device (2) which detects a fluid. io devices are sensitive and expensive, especially when 2. Extensometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, Wassermessungen vorzunehmen sind. 2. Extensometer according to claim 1, characterized in that water measurements are to be carried out. dass die Abgriffeinrichtung (1) eine mit dem Kopf der Stahl- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Extensome- that the tapping device (1) is one with the head of the steel. stange verbundene Kolben-Zylindereinheit (14,10) und die ter der eingangs genannten Art, insbesondere für die Fernmes- rod-connected piston-cylinder unit (14, 10) and the ter of the type mentioned, in particular for remote measurement Messeinrichtung (2) einen Fluidkreislauf (16-19) mit einer frei sung, so auszubilden, dass keine elektrischen Bauteile notwen- Measuring device (2) to design a fluid circuit (16-19) with a solution so that no electrical components are required. ausmündenden Druckleitung (11) und einer dazu parallelen is dig sind. emitting pressure line (11) and a parallel is dig. Ablaufleitung (12) aufweist, und dass zwischen der Kolben-Zy- Die erfindungsgemässe Lösung zeichnet sich aus durch eine lindereinheit einerseits und der Ausmündung der Druckleitung dem Kopf jeder Stahlstange zugeordnete, deren Weg in einen bzw. der Ablaufleitung andererseits ein Membranventil (7,8) hydrostatischen Druck umformende Abgriffeinrichtung und ei- The solution according to the invention is characterized by a linder unit on the one hand and the mouth of the pressure line assigned to the head of each steel rod, the path of which into a or the drain line on the other hand is a diaphragm valve (7, 8 ) hydrostatic pressure tapping device and a angeordnet ist, dessen Membran (8) auf der einen Seite von ne diesen Druck durch den Kompensationsdruck eines Fluids dem Druck des Zylinders (10) beaufschlagt ist, während sie mit 20 feststellende Messeinrichtung. is arranged, the membrane (8) on one side of this pressure is acted upon by the compensation pressure of a fluid, the pressure of the cylinder (10), while it is equipped with a measuring device. der anderen Seite zugleich die Ausmündung der Druckleitung Mit der Erfindung werden axiale Wege der Stahlstangen in the other side at the same time the mouth of the pressure line With the invention axial paths of the steel rods in (11) und die Eintrittsöffnung der Ablaufleitung (12) ver- einen hydrostatischen Druck umgeformt und dieser Druck schliesst. durch eine Kompensationsmessung festgestellt. Die Messein- (11) and the inlet opening of the drain line (12) deform a hydrostatic pressure and this pressure closes. determined by a compensation measurement. The trade fair 3. Extensometer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, richtung arbeitet also auf hydromechanischem Weg und kann dass die Kolben-Zylindereinheit (14,10) aus einem am Kopf 25 sich infolgedessen einfachster mechanischer Bauteile bedienen, der Stahlstange befestigten Kolben (14) und einem mit diesem die zudem - selbst bei Unterwasserbetrieb - unempfindlich über einen elastischen Balg (13) verbundenen Zylinder (10) sind. Auch die Fernübertragung der Messwerte bereitet dabei besteht, dessen Kopf (20) eine Bohrung (9) aufweist, die den keine Probleme. Zur Messwertübertragung können Kunststoff-Zylinderraum mit der einen Seite der Membran (8) verbindet. leitungen eingesetzt werden, die gegenüber elektrischen Kabeln 3. Extensometer according to claim 2, characterized in that the direction works in a hydromechanical way and that the piston-cylinder unit (14, 10) can operate from a consequently simplest mechanical components on the head 25, the steel rod attached piston (14) and one These are also insensitive to cylinders (10) connected via an elastic bellows (13), even underwater operation. There is also the remote transmission of the measured values, the head (20) of which has a bore (9) which does not pose any problems. For the transmission of measured values, plastic cylinder space can be connected to one side of the membrane (8). cables are used, compared to electrical cables 4. Extensometer nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekenn- 3" höhere Zug- und Scherfestigkeit und eine höhere Bruchdeh-zeichnet, dass die Druckleitung (11) und die Ablaufleitung (12) nung besitzen, so dass es auch bei schwierigen Geländeverhält-der Messeinrichtung (2) in einem Messkopf (3) parallel zuein- nissen und Beanspruchungen der Leitungen nicht zu Störungen ander angeordnet sind, die Druckleitung (11) direkt, die Ab- , kommen kann. 4. Extensometer according to claim 2 or 3, characterized in 3 "higher tensile and shear strength and a higher elongation at break that the pressure line (11) and the drain line (12) have voltage, so that it behaves even in difficult terrain Measuring device (2) in a measuring head (3) parallel to one another and stresses on the lines are not arranged to cause disturbances in other areas, the pressure line (11) can come off directly. laufleitung (12) hingegen in einem offenen Ringkanal (5) an Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung einer Stirnseite des Messkopfs (3) ausmünden und dass zwi- 35 ist vorgesehen, dass die Abgriffeinrichtung eine mit dem Kopf sehen dieser Stirnseite des Messkopfs (3) und der Membran (8) der Stahlstange verbundene Kolben-Zylindereinheit und die eine Ventilscheibe (7) angeordnet ist, die eine mit der Ausmün- Messeinrichtung einen Fluidkreislauf mit einer frei ausmünden- The running line (12), on the other hand, opens into an open ring channel (5). According to a preferred embodiment of the invention, one end face of the measuring head (3) opens out, and it is provided that the tapping device sees the front face of the measuring head (3) and the membrane (8) of the steel rod connected piston-cylinder unit and a valve disc (7) is arranged which one with the Ausmün measuring device a fluid circuit with a freely open dung der Druckleitung fluchtende Bohrung (21) und wenigstens den Druckleitung und einer dazu parallelen Ablaufleitung auf- the bore (21) aligned with the pressure line and at least the pressure line and a drain line parallel to it. zwei weitere den Ringkanal (5) mit der Membran verbindende weist, und dass zwischen der Kolben-Zylindereinheit einerseits has two more connecting the annular channel (5) with the membrane, and that between the piston-cylinder unit on the one hand Bohrungen (22) aufweist. 40 und der Ausmündung von Druck- und Ablaufleitung anderer- Has bores (22). 40 and the mouth of the pressure and drain line other- 5. Extensometer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, seits ein Membranventil angeordnet ist, dessen Membran auf dass die Druckleitung (11) im Zentrum des Ringkanals (5) aus- der einen Seite von dem Druck des Zylinders beaufschlagt ist, mündet. während sie mit der anderen Seite zugleich die Ausmündung der 5. Extensometer according to claim 4, characterized in that a diaphragm valve is arranged, the diaphragm of which opens onto the pressure line (11) in the center of the ring channel (5) from one side by the pressure of the cylinder. while at the same time the mouth of the 6. Extensometer nach einem der Ansprüche 4 oder 5, Druckleitung und die Eintrittsöffnung der Ablaufleitung ver-dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinder (10) mit seinem 45 schliesst. 6. Extensometer according to one of claims 4 or 5, pressure line and the inlet opening of the drain line ver-characterized in that the cylinder (10) closes with its 45. Kopf (20), das Membranvetil (8), die Ventilscheibe (7) und der Das Membranventil arbeitet also nach Art eines Überström- Head (20), the diaphragm valve (8), the valve disc (7) and the diaphragm valve works in the manner of an overflow Messkopf (3) zu einer starren Einheit zusammengefügt sind, ventils, indem die Membran normalerweise die Ausmündung und dass der Zylinder (10) über den elastischen Balg (13) mit der Druckleitung und die Eintrittsöffnung der Ablaufleitung dem Kolben (14) und der Messkopf (3) über Kunststoffleitun- aufgrund des auf ihrer anderen Seite anstehenden Drucks der gen mit einer Druckmittelquelle (19) und einem Druckmessge- 50 Kolben-Zylindereinheit verschlossen hält. Wird nun über die rät (16) verbunden sind. Druckleitung der Kompensationsdruck aufgegeben, so hebt sich in dem Augenblick, wo der Kompensationsdruck den Bela- stungsdruck schwach übersteigt, die Membran von der Ausmündung der Druckleitung ab und gibt sogleich die Eintrittsöffnung Measuring head (3) are joined together to form a rigid unit, the valve by the membrane normally the mouth and that the cylinder (10) via the elastic bellows (13) with the pressure line and the inlet opening of the discharge line to the piston (14) and the measuring head ( 3) via plastic lines due to the pressure on the other side of the gene with a pressure medium source (19) and a pressure measuring 50 piston-cylinder unit. Is now connected via the counters (16). If the compensation pressure is released from the pressure line, the membrane rises from the mouth of the pressure line at the moment when the compensation pressure slightly exceeds the loading pressure and immediately gives the inlet opening
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