DE112011101504T5

DE112011101504T5 - Verfahren und Vorrichtung zur Messung der Bodenmechanischen Eigenschaften

Info

Publication number: DE112011101504T5
Application number: DE112011101504T
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-04-30
Filing date: 2011-04-29
Publication date: 2013-11-28
Also published as: BE1019322A3; EP2563974A1; CA2792313A1; CA2792313C; CN103201434A; WO2011134028A1; CN103201434B; GB201215550D0; EP2563974B1; WO2011134028A8

Abstract

Verfahren und Vorrichtung, darin bestehend, dass eine Membranzelle (7) in ein Bohrloch eingeführt oder in den Boden gedrückt wird. Gas oder Flüssigkeit unter Druck speist die Zelle und die Volumensteigerung der Zelle (7) wird dann gemessen, abhängig vom ausgeübten Druck. Ein senkrechtes Rohr (10) genau oberhalb der Zelle (7) ist versehen mit einer geneigten Pistole (8), ihre Kugel ist eine hypodermische Nadel (5) mit Fühler, die in den Boden geschossen wird bis zur Mittelebene (6) der maximalen Verformungen der Membranzelle (7) und ihrer Umgebung, zur Messung des interstitiellen Drucks; abhängig vom ausgeübten Druck und vom Volumen der Membranzelle (7).

Description

Technisches Einsatzgebiet:
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Messung der mechanischen Bodenmerkmale. Die Vorrichtung ist vom Typ Membranzelle, verbunden mit einem Piezometer, bestehend aus einer mit einem Fühler versehenen hypodermischen Nadel.
Kontext der Kunst:
Es werden verschiedene Membranzelleapparate eingesetzt zur Untersuchung der mechanischen Bodenmerkmale, z. B.: Druckmessungsversuch, Ausdehnungsversuch, konischer Druckmessungsversuch, und das Membranapparat mit geneigtem Piezometer.
Das Verfahren zur Messung der mechanischen Bodenmerkmale mittels der vorgenannten Apparate beruht auf einer einzigen Grundlage, unbeachtet der Einsatzweise der Geräte- Die Einsatzweisen sind, entweder, ein Gerät mit vorangehender Bohrung, oder ein in den Boden zu drückendes oder selbstbohrendes Gerät. Das Verfahren wird vorgenommen mit Speisung der Membranzelle durch eine Flüssigkeit oder ein Gas unter Druck. Die Steigerung des Flüssigkeits- oder Gasdrucks erhöht das Volumen der Membranzelle. Die zulässigen Kräfte und Verformungen, sowie sonstige relative Daten, werden aus dem Verhältnis zwischen dem ausgeübten Druck und der Volumenänderung der Membranzelle abgeleitet.
Die üblichen Auslegungsverfahren der mittels der vorgenannten Apparate erhaltenen Messungen beruhen auf der Voraussetzung, dass Bodenverformungen homogen sind. Die Bodenverformungen rund um das Loch und die Membranzelle sind jedoch heterogen (Ladanyi, B 1977. Discussion an undrained stress-strain time behaviour of clay, Journal of Soil mechanics and foundation division ASCE; 103 (8): 933–934), und demzufolge vertritt die Ausdehnung der Höhle nicht unbedingt die der Umgebung. Übrigens bestätigen verschiedene Autoren (Thevanayagam S, Chameau, J. L and G. Alschaeffl; 1994. Some aspects of pressuremeter test-interpretation in clay geotechnique: 319–355) das Auftreten von Radialrissen im engen Ring um das Loch herum. Dies bedeutet die Entwicklung van negativen Kräften durch diesen Ring, obwohl die Lage der Bodenkräfte unter Fundierungen immer positiv sein muss.
Um diese Nachteile zu vermeiden, muss das Verhalten eines Bodenpartikels weit entfernt vom gerissenen Ring ausgelegt werden. Die Vorrichtung des Membranapparates mit geneigtem Piezometer ( EP 0 705 941 ) erlaubt, einen Piezometer in den Boden zu drücken in der Nähe und bis zur halben Ebene der Membranzelle, mittels eines geneigten Förderkolbens. Man braucht aber eine sehr starke Belastung, um den hohen Bodenwiderstand zu überwinden der sich gegen die bequeme Einführung des Kolbenbedienungsrohres richtet und eine Gefahr der Beschädigung anderer Systemrohre innehält.
Erklärende Einzelheiten zum Zeichnungsgegenstand der vorliegenden Erfindung:
Die einzige Zeichnung in Anlage erklärt die Erfindung:
Bild 1 zeigt die Vorrichtung der Erfindung, bestehend aus:

(1): Einem Träger, auf dem das Rohr (10) wahrend der Erfassung der Messversuche ruht.
(2): Einem mit Gummi abgedeckten Loch, der die Penetration beim Schiessen und den Rückzug der hypodermischen Nadel (5) ermöglicht.
(3): Dem Rohr (10), versehen mit einer Führung (3), um die Lage der Spitze der hypodermischen Nadel (5) hinsichtlich des Mittelpunkts des Lochs zu sichern (2).
(4): Einem Knoten auf Kabel (17) auf einer Entfernung von der hypodermischen Nadel (5) gleich dem Abstand der Ausgangslage der hypodermischen Nadel (5) in der Pistole (8) bis zur Messebene (6) auf halber Höhe der Membranzelle (7) und ihrer Umgebung. Der Knoten (4) dient dazu, die hypodermische Nadel (5) während der Erfassung der Messwerte der interstitiellen Drucks auf der Messungsebene (6) festzuhalten.
(5): Der hypodermischen Nadel (5), die den Kugel der Pistole (8) bildet, versehen mit einem Fühler zur Messung des interstitiellen Drucks auf der Ebene (6) der Messungen in der Nähe der Membranzelle (7).
(6): Der Messebene (6) auf halber Höhe der Membranzelle (7), der zentralen Ebene der maximalen Verformung.
(7): Der Membranzelle des Apparats, gespeist durch eine Flüssigkeit oder ein Gas unter Druck.
(8): Der Pistole (8) die hinsichtlich der Achse des senkrechten Rohres (9) geneigt ist. Das senkrechte Rohr (10) mit kleinerem Durchmesser als dem des Rohres (9), behält die geneigte Pistole (8). Die Kugel der Pistole (8) ist die hypodermische Nadel (5).
(9): Dem senkrechten Rohr, der die Verbindung zwischen der Membranzelle (7) und der Bodenoberfläche sichert und das Rohr (10) umfasst, das die geneigte Pistole (8) enthält. Alle Kabel und Leitungen laufen durch dieses Rohr (9).
(10): Einem Rohr mit kleineren Durchmesser als dem des Rohrs (9), versehen mit einer Führung (3), um die Lage der Spitze der hypodermischen Nadel (5) hinsichtlich des Mittelpunkts des Lochs (2) zu sichern. Das Rohr (10) enthält die geneigte Pistole (8).
(11): Einem Kabel, um Rohr (10) in Rohr (9) einzuführen, und es mechanisch oder manuell bis an die Bodenoberfläche zurückzuziehen.
(12): Dem Hahn der geneigten Pistole (8).
(14): Einem Kabel, das den Hahn (12) der Pistole (8) mit der Bodenoberfläche verbindet Das Abschießen der hypodermischen Nadel (5) zur Messebene (6) wird durch Ziehen des Kabels (14) durchgeführt.
(15): Rechner an der Bodenoberfläche.
(16): Einem Kabel, das den Fühler der hypodermischen Nadel (5) mit einem Rechner (15) an der Bodenoberfläche verbindet, um die auf Messebene (6) durchgeführten Messungen zu erfassen
(17): Einem zweiten Kabel, das die hypodermische Nadel (5) mit (der Bodenoberfläche verbindet. Dieses Kabel (17) ist dazu vorgesehen, die hypodermische Nadel (5) auf der Messebene (6) zurückzuhalten, wenn die Nadel (5) abgeschossen wird, mittels eines Knoten (4) auf Kabel (17). Kabel (17) dient auch dazu, die hypodermische Nadel (5) in ihre Ausgangslage in Pistole (8) durch mechanischen oder manuellen Rückzug des Kabels (17) zurückzuführen.

Mit Hinweis auf diese Zeichnung erlaubt das Verfahren gemäß der Erfindung, die Nachteile zu verhelfen und die gewünschten Messungen des interstitiellen Drucks vorzunehmen. Das Verfahren besteht darin, durch Eindrücken oder Bohrung, eine Membranzelle (7) in den Boden einzuführen, in die man eine Flüssigkeit oder ein Gas unter Druck einspeist, die Volumensteigerung der Membranzelle (7) zu messen, abhängig vom ausgeübten Druck. Das Verfahren gemäß der Erfindung besteht darin, durch eine Pistole (8), in geneigter Richtung, genau oberhalb der Membranzelle (7), eine mit einem Fühler versehene hypodermische Nadel (5) in den Boden zu schießen bis zur Zentralebene (6) der maximalen Verformungen auf halber Höhe der Membranzelle (7) und die Änderung des Messwertes des interstitiellen Drucks auf der Zentralebene (6) sowie in der Umgebung der Membranzelle (7) zu messen, abhängig vom Druck in der Membranzelle (7).
Die Vorrichtung zum Einsatz des Verfahrens ist vom Typ eines senkrechten Rohres (9) mit Membranzelle (7), und besteht darin, in Rohr (9) ein senkrechtes Rohr (10) mit kleinerem Durchmesser einzuführen, ruhend auf einem Träger (1) und versehen mit einer Führung (3), die Lage der Spitze der hypodermischen Nadel (5) hinsichtlich des Mittelpunktes des mit Gummi abgedeckten Lochs (2) zu sichern. Rohr (10) enthält eine Pistole (8) die hinsichtlich der Achse des senkrechten Rohrs (9) geneigt ist und dient als Verbindungsstück zwischen der Membranzelle (7) und der Bodenoberfläche. Da Abschießen der hypodermischen Nadel (5) geschieht durch Ziehen eines Kabels (14), das den Hahn (12) der Pistole (8) mit der Boedenoberfläche verbindet.
In einer Ausführungsart wird der Fühler der hypodermischen Nadel (5) durch ein Kabel (16) verbunden mit einem Rechner (15), der zur Erfassung der Messwerte dient, und ist die Nadel (5) ebenfalls durch ein anderes Kabel (17) verbunden, das dazu dient, die hypodermische Nadel (5) in der gewünschten Lage festzuhalten, wenn sie abgeschossen wird, dank sei eines Knotens (4) auf Kabel (17), auf einem Abstand der hypodermischen Nadel (5), gleich der Entfernung von ihrer Ausgangslage bis zur Messebene (6). Kabel (17) dient auch dazu, die hypodermische Nadel (5) in ihre Ausgangslage in der Pistole (8) zurückzuführen, durch mechanischen oder manuellen Rückzug durch Kabel (17).
Die Spitze der Nadel (5) ist versehen mit einer Kapsel, die während des Rückzugs der hypodermischen Nadel (5) durch Kabel (17) im Boden kleben bleibt, um zu vermeiden, dass die hypodermische Nadel (5) im Boden kleben bleibt. Der Rückzug des Rohres (10) geschieht durch Ziehen des Kabels (11).
Das Messverfahren wird Meter um Meter bis zur gewünschten Bodentiefe wiederholt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 0705941 [0005]

Claims

Verfahren zur Messung der mechanischen Bodenmerkmale von Typ, darin bestehend, durch Eindrücken in den Boden oder durch Bohrung, eine Membranzelle (7) einzuführen, in die man eine Flüssigkeit oder ein Gas unter Druck einspeist, die Steigerung des Volumens der Membranzelle zu messen, abhängig vom ausgeübten Druck, dadurch gekennzeichnet, dass es darin besteht, mittels einer Pistole (8), gemäß einer geneigten Richtung, genau oberhalb der Membranzelle (7), eine mit einem Fühler versehene hypodermische Nadel (5) abzuschießen bis zur Zentralebene (6) der maximalen Verformungen der Membranzelle (7) und die Änderung des auf Ebene (6) sowie in der Umgebung der Membranzelle (7), abhängig vom Druck in der Membranzelle (7) entwickelten interstitiellen Druckwertes zu messen.
Vorrichtung zur Messung der mechanischen Bodenmerkmale, zur Durchführung des Verfahrens gemäß Patentanspruch 1, vom Typ, der ein senkrechtes Rohr (9) mit einer Membranzelle (7) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass sie darin besteht, in Rohr (9), ein senkrechtes Rohr (10) mit kleinerem Durchmesser einzuführen, das auf einem Träger (1) ruht und versehen ist mit einer Führung (3), die Lage der Spitze einer hypodermischen Nadel (5) hinsichtlich des Mittelpunkts des mit Gummi bedeckten Lochs (2) zu sichern, das senkrechte Rohr (10) enthält eine gegen die Achse des senkrechten Rohrs (9) geneigte Pistole (8), das dient als Verbindungsstück zwischen der Membranzelle (7) und der Bodenoberfläche, und dadurch, dass das Abschießen der hypodermischen Nadel (5) geschieht durch Ziehen eines Kabels (14), das den Hahn (12) der Pistole (8) mit der Boedenoberfläche verbindet.
Vorrichtung gemäß Patenanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Fühler der hypodermischen Nadel (5) durch ein Kabel (16) verbunden ist mit einem Rechner (15), der zur Erfassung der Messwerte dient, und auch, dass die hypodermische Nadel (5) verbunden ist durch ein anderes Kabel (17), das dazu dient, die hypodermische Nadel (5) in ihrer gewünschten Lage zu behalten, wenn sie abgeschossen wird, dank sei eines Knoten (4) auf Kabel (17) in einer Entfernung von der hypodermischen Nadel (5) gleich der Länge des Abstands von ihrer Ausgangslage bis zur Messebene (6). Kabel (17) dient auch dazu, die hypodermische Nadel (5) in ihre Ausgangslage in der Pistole (8) zurückzuführen durch mechanischen oder manuellen Rückzug des Kabels (17).
Vorrichtung gemäß einem etwaigen der Patentansprüche 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Spitze der hypodermischen Nadel (5) versehen ist mit einer Kapsel, die im Boden kleben bleibt, wenn die hypodermische Nadel (5) mittels Kabels (17) zurückgezogen wird, um zu vermeiden, dass die hypodermische Nadel (5) im Boden kleben bleibt. Das Rohr (10) wird durch Ziehen des Kabels (11) zur Bodenoberfläche zurückgeholt.