NL1007070C2

NL1007070C2 - Probe for in situ assessment of deformability of earth layers

Info

Publication number: NL1007070C2
Application number: NL1007070A
Authority: NL
Inventors: Hendrik Josef Luger
Original assignee: Stichting Grondmechanica Delft
Priority date: 1997-09-18
Filing date: 1997-09-18
Publication date: 1999-03-22

Abstract

The earth deformation is registered along a surface (10) running vertically to the central longitudinal line of the probe (1). At least one detection unit registers tensions occurring as the result of the deformation. The deformation devices (2) bring about a temporary deformation of the earth which spreads through the elastic deformation area of the soil. Both the deformation devices and the detection unit can be effective without interrupting the introduction movement of the probe in the ground.

Description

VO 9143 Titel: SondeVO 9143 Title: Probe

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een sonde voor het in situ opnemen van de vervormbaarheid van aardlagen, voorzien van een buisvormig lichaam met aan het vooreinde een inbrengpunt en met vervormingsmiddelen voor 5 het tot stand brengen van een vervorming van de grond in een in hoofdzaak loodrecht op de langshartlijn van de sonde verlopend vlak en van ten minste één detectieorgaan voor het opnemen van de als gevolg van de vervorming optredende spanningen.The present invention relates to a probe for in situ measuring the deformability of earth layers, provided with a tubular body with an insertion point at the front end and with deforming means for effecting a deformation of the ground in a substantially perpendicular plane extending on the longitudinal axis of the probe and of at least one detector for recording the stresses occurring as a result of the deformation.

10 Een dergelijke sonde is bekend uit het Nederlands octrooischrift 182160, De vervormingsmiddelen worden hier gevormd door membranen waarbij in een door de membranen afgesloten kamer een fluïdum wordt toegevoerd die tegen de gronddruk aan de buitenzijde van de membranen in tegen de 15 membranen drukt. Voorts zijn normaal tegen de membranen rustende elektrische schakelmiddelen aanwezig, die bij het bereiken van een gelijkheid van de druk aan weerszijden van de membranen, als gevolg van het feit dat de membranen dan op het punt staan naar buiten te bewegen, van de 20 desbetreffende membranen loskomen en een elektrisch signaal afgeven. De druk PI in de grond op het moment dat de membranen naar buiten bewegen is dan bekend. Bij verdere toevoer van het fluïdum bewegen de membranen uit elkaar, waarbij na een gedefinieerde verplaatsing een fluïdumafvoer 25 wordt vrijgegeven. Er ontstaat dan een evenwicht tussen de inwendige druk P2 en de weerstand van de grond. Deze extra druk in de kamer wordt vervolgens gemeten. Uit het drukverschil tussen PI en P2 en de gedefinieerde waarde van de verplaatsing kan de vervormingsmodulus van de grond 30 worden bepaald.Such a probe is known from Dutch patent specification 182160. The deforming means are here formed by membranes, in which a fluid is supplied into a chamber closed by the membranes, which presses against the ground pressure on the outside of the membranes against the membranes. Furthermore, electrical switching means normally resting against the membranes are present, which, on reaching equal pressure on either side of the membranes, as a result of the membranes then being about to move outwards, of the membranes concerned and release an electrical signal. The pressure PI in the soil when the membranes move outward is then known. With further supply of the fluid, the membranes move apart, whereby a fluid discharge 25 is released after a defined displacement. A balance then arises between the internal pressure P2 and the resistance of the soil. This extra pressure in the chamber is then measured. The deformation modulus of the soil 30 can be determined from the pressure difference between PI and P2 and the defined value of the displacement.

Het nadeel van deze bekende sonde is dat deze relatief traag werkt; de sonde moet op een zekere diepte in de grond worden gebracht, waarna stapsgewijze de drukken Pl en P2 moeten worden gemeten, waarna de sonde op een andere 35 diepte kan worden gebracht voor een daar uit te voeren 1007070 2 meting. Het meten van de vervorming van de grond tijdens het in de grond brengen van de sonde is dan ook niet mogelijk. De bekende sonde heeft bovendien het nadeel dat, wil de gedefinieerde verplaatsing voldoende klein zijn, het 5 oppervlak van de membranen relatief groot dient te zijn om toch een meetbare in- en uitstroom van het fluïdum te verkrijgen.The drawback of this known probe is that it operates relatively slowly; the probe must be placed at a certain depth in the ground, after which the pressures P1 and P2 must be measured in steps, after which the probe can be brought to another depth for a measurement to be carried out there. It is therefore not possible to measure the deformation of the soil during the insertion of the probe. The known probe also has the drawback that for the defined displacement to be sufficiently small, the surface area of the membranes must be relatively large in order nevertheless to obtain a measurable inflow and outflow of the fluid.

De uitvinding heeft ten doel een sonde te verschaffen die in het bijzonder ten opzichte van de hier genoemde 10 nadelen een aanzienlijke verbetering met zich meebrengt.The object of the invention is to provide a probe which, in particular with regard to the drawbacks mentioned here, entails a considerable improvement.

Overeenkomstig de uitvinding heeft de sonde, zoals deze in de aanhef is omschreven, daartoe het kenmerk, dat de vervormingsmiddelen zijn ingericht voor het teweegbrengen van een tijdelijke vervorming van de grond, 15 waarbij de tijdelijke vervorming het elastische vervormingsgebied van de desbetreffende grond doorloopt, terwijl zowel de vervormingsmiddelen als het detectieorgaan zonder de inbrengbeweging van de sonde in de grond te onderbreken werkzaam kunnen zijn.According to the invention, the probe, as described in the preamble, is to that end characterized in that the deformation means are adapted to cause a temporary deformation of the soil, wherein the temporary deformation extends through the elastic deformation area of the soil concerned, while both the deformation means and the detection means can be effective without interrupting the insertion movement of the probe into the ground.

20 Het meten in een elastisch vervormingsgebied is essentieel om een betrouwbare voorspelling van de deformatie van de grond als functie van de gemeten spanning te verkrijgen, met name in de omgeving van aan te leggen bouwwerken en grondconstructies.Measuring in an elastic deformation area is essential to obtain a reliable prediction of the deformation of the soil as a function of the measured tension, in particular in the vicinity of constructions to be built and ground structures.

25 Met een sonde overeenkomstig de uitvinding kunnen bij allerlei soorten grond nauwkeurige meetresultaten worden verkregen. Bovendien kunnen zowel continue metingen, dat wil zeggen metingen tijdens het in de grond drukken, als stationaire metingen tijdens stilstand van de sonde worden 30 uitgevoerd. Voorts biedt de sonde overeenkomstig de uitvinding het voordeel dat schuifkrachten die optreden bij het inbrengen van de sonde in de grond geen of nagenoeg geen invloed uitoefenen op de met behulp van de vervormingsmiddelen uitgeoefende normaalkrachten.With a probe according to the invention accurate measuring results can be obtained for all kinds of soil. In addition, both continuous measurements, that is, measurements while pressing into the ground, as well as stationary measurements while the probe is stopped. Furthermore, the probe according to the invention offers the advantage that shear forces which occur when the probe is introduced into the ground have little or no influence on the normal forces exerted by means of the deforming means.

35 In het bijzonder kan de hier genoemde tijdelijke vervorming tot stand worden gebracht doordat de 1007070 3 vervormingsmiddelen pulserend werkzaam zijn in het genoemde loodrecht op de langshartlijn van de sonde verlopende vlak. Het is daarbij in het bijzonder gunstig wanneer tijdens het inbrengen van de sonde in de grond de vervormingsmiddelen 5 pulserend werkzaam zijn en het detectieorgaan over de afstand waarover de sonde in de grond wordt gebracht tijdens een aantal opeenvolgende pulsatieslagen de als gevolg van de vervorming optredende spanningen kan opnemen.In particular, the temporary deformation mentioned here can be brought about by the fact that the 1007070 3 deforming means are pulsating in said plane extending perpendicular to the longitudinal axis of the probe. It is particularly advantageous here that during the introduction of the probe into the ground, the deforming means 5 are pulsating and the detector over the distance over which the probe is introduced into the ground during a number of successive pulsation strokes the stresses occurring as a result of the deformation can record.

In een eerste uitvoeringsvorm omvatten de 10 vervormingsmiddelen een pulserende plunjer, die in een richting loodrecht op de langshartlijn beweegbaar is gelagerd en met een aandrijfmiddel is verbonden, waarbij het detectieorgaan op de plunjer is aangebracht. Het aandrijfmiddel kan hierbij zijn gevormd door een of meer 15 achter elkaar gekoppelde piëzo-elektrische kristallen die zich door middel van elektrische spanning verlengen of verkorten, hetgeen een pulserende beweging van de plunjer en daarmee van het detectieorgaan veroorzaakt. Het aandrijfmiddel kan echter ook zijn gevormd door een 20 elektromotor die een asymmetrisch excentriek aandrijft waarmee de plunjer dynamisch is gekoppeld, waarbij de plunjer door middel van een veerorgaan in de richting van het excentriek is voorgespannen. Deze uitvoeringsvorm van het aandrijfmiddel biedt tevens de mogelijkheid, dat wordt 25 voorzien in een tweede plunjer die diametraal tegenover de eerste plunjer is aangebracht, een en ander zodanig dat de twee plunjers hetzelfde bewegingspatroon in dezelfde richting doorlopen. Door het excentriek symmetrisch uit te voeren, kunnen de twee plunjers hetzelfde bewegingspatroon 30 in tegengestelde richting doorlopen. Een dergelijke uitvoering heeft het voordeel dat de belasting van de sonde telkens symmetrisch is. Eenzelfde effect kan overigens ook worden bereikt door twee asymmetrische, onder elkaar en diametraal ten opzichte van elkaar geplaatste excentrieken, 35 waarbij elke excentriek een van de plunjers aandrijft. Wanneer meer dan twee plunjers zouden worden gebruikt, 1007070 4 bijvoorbeeld drie plunjers die onder een een hoek van 120° in een vlak loodrecht op de hartlijn van de sonde zijn aangebracht, dan kan het voordeel van de symmetrische belasting worden verkregen door bijvoorbeeld toepassing van 5 drie onder elkaar aangebrachte excentrieken, voor elk van de plunjers één, of door toepassing van één excenter met drie gelijke uitstulpingen die op onderlinge gelijke afstanden aan het omtrekoppervlak zijn aangebracht.In a first embodiment, the deforming means comprise a pulsating plunger, which is mounted in a direction perpendicular to the longitudinal axis and is connected to a drive means, the detection element being arranged on the plunger. The drive means can be formed by one or more piezoelectric crystals coupled one behind the other, which lengthen or shorten by means of electric voltage, which causes a pulsating movement of the plunger and thus of the detection member. However, the driving means may also be an electric motor driving an asymmetric eccentric with which the plunger is dynamically coupled, the plunger being biased towards the eccentric by means of a spring member. This embodiment of the drive means also offers the possibility of providing a second plunger which is arranged diametrically opposite the first plunger, such that the two plungers continue in the same movement pattern in the same direction. By performing the eccentric symmetrically, the two plungers can traverse the same movement pattern 30 in the opposite direction. Such an embodiment has the advantage that the load on the probe is always symmetrical. Incidentally, the same effect can also be achieved by two asymmetric eccentrics placed one below the other and diametrically relative to each other, each eccentric driving one of the plungers. If more than two plungers were used, for example three 707070 4 plungers arranged at an angle of 120 ° in a plane perpendicular to the axis of the probe, the advantage of the symmetrical load can be obtained, for example, by using 5 three eccentrics arranged one below the other, one for each of the plungers, or by using one eccentric with three equal protuberances spaced at equal distances from the circumferential surface.

In een tweede uitvoeringsvorm omvatten de 10 vervormingsmiddelen een uit dun plaatmateriaal vervaardigde, cilindrische vervormingsmantel, die loodrecht ten opzichte van de langshartlijn van de sonde pulserend vervormbaar is. Deze uitvoeringsvorm biedt het voordeel dat de sonde een relatief kleine diameter kan bezitten, hetgeen 15 bij het direct inbrengen in de grond, dat wil zeggen zonder het voorafgaand aanbrengen van een cilindrische boring, tot een geringe inbrengkracht leidt.In a second embodiment, the deformation means comprise a cylindrical deformation jacket made of thin sheet material, which can be pulsed deformable perpendicular to the longitudinal axis of the probe. This embodiment offers the advantage that the probe can have a relatively small diameter, which leads to a low insertion force during direct insertion into the ground, that is to say, without prior provision of a cylindrical bore.

De sonde is dan bij voorkeur voorzien van fluïdumtoevoer en -afvoermiddelen voor het toe- en afvoeren 20 van fluïdum, met behulp van welk fluïdum de cilindrische mantel wordt vervormd in een richting loodrecht op de langshartlijn van de sonde. De mantel is bij voorkeur vervaardigd uit titanium. Een detectieorgaan kan op eenvoudige wijze zijn aangebracht in de mantel. Ook is het 25 mogelijk aan de hand van de druk in het fluïdum en de mate van vervorming van de mantel verschillende grondgegevens af te leiden. Voor een continue meting, waarbij een aantal meetgegevens van een bepaald gedeelte van de grond in verschillende vervormingsstadia beoogd wordt vast te 30 leggen, is het voordelig wanneer de mantel is voorzien van een aantal in lengterichting onder elkaar gelegen detectieorganen.The probe is then preferably provided with fluid supply and discharge means for supplying and discharging fluid, with the aid of which fluid the cylindrical jacket is deformed in a direction perpendicular to the longitudinal axis of the probe. The jacket is preferably made of titanium. A detection member can be provided in the jacket in a simple manner. It is also possible to derive different ground data on the basis of the pressure in the fluid and the degree of deformation of the jacket. For a continuous measurement, in which a number of measurement data of a certain part of the soil is intended to be recorded in different deformation stages, it is advantageous if the jacket is provided with a number of detecting members lying longitudinally one below the other.

Het ten minste ene detectieorgaan kan in de beide uitvoeringsvormen worden gevormd door een drukopnemer.The at least one detection member can be formed in both embodiments by a pressure sensor.

35 Doordat de drukopnemer is gevormd door een in een rubbercompound of dergelijk materiaal ingegoten sensor met 1007070 5 een daarop aangebracht plaatelement in het geval van een gronddrukopnemer of met een op afstand daarvan gelegen zeef in het geval van een waterdrukmeter, wordt op eenvoudige wijze een opnemer verkregen die een nauwkeurige meting van 5 de optredende normaalkrachten verschaft en daarbij zowel als gronddrukopnemer als waterdrukmeter te gebruiken is.Because the pressure sensor is formed by a sensor cast in a rubber compound or the like material with a plate element mounted thereon in the case of a ground pressure sensor or with a screen situated at a distance therefrom in the case of a water pressure gauge, a sensor is easily which provides an accurate measurement of the occurring normal forces and can be used both as a soil pressure sensor and a water pressure gauge.

Het rubbercompound dient hierbij enerzijds als afdichtmiddel en anderzijds als een relatief flexibel bevestigingsmiddel voor de sensor teneinde bij een continue 10 meting de optredende wrijvingskrachten te reduceren.The rubber compound serves here on the one hand as a sealant and on the other hand as a relatively flexible fastening means for the sensor in order to reduce the frictional forces occurring during a continuous measurement.

Wanneer de middelen voor het tot stand brengen van een vervorming bestaan uit een vervormbare mantel, kunnen de detectieorganen ook zijn uitgevoerd als rekstrookjes die op de binnenzijde van het mantelgedeelte zijn aangebracht 15 en de vervorming daarvan opnemen.If the deformation means consist of a deformable jacket, the detecting members may also be constructed as strain gauges applied to the inside of the jacket portion and receive the deformation thereof.

In het geval dat de sonde, afhankelijk van de vorm daarvan, wordt voorzien van meerdere meetinrichtingen, zoals wrijvingsdetectoren, hellingmeters en verdere drukopnemers, enz., dan is het gunstig wanneer voor het 20 verwerken van de signalen afkomstig van het detectieorgaan of de detectieorganen en voor het sturen van de vervormingsmiddelen de sonde is voorzien van een microprocessor en verdere elektronica, welke elektronische middelen dan tevens geschikt zijn om de genoemde signalen 25 met die van de verdere meetinrichtingen op time-sharing basis door te kunnen geven aan of uit te wisselen met een buiten de sonde aanwezige computer.In the event that the probe, depending on its shape, is provided with several measuring devices, such as friction detectors, tilt gauges and further pressure sensors, etc., it is advantageous if, for processing the signals coming from the detector or detectors and for controlling the deformation means the probe is provided with a microprocessor and further electronics, which electronic means are then also suitable for being able to pass on or exchange the said signals with those of the further measuring devices on a time-sharing basis with a computer outside the probe.

De uitvinding en haar voordelen zullen nu nader worden toegelicht aan de hand van de bijgaande tekening.The invention and its advantages will now be further elucidated with reference to the annexed drawing.

30 Hierin toont:30 Herein shows:

Fig. 1 (A) en (B) een tweetal diagrammen waarin het elastisch gedrag van de grond is aangegeven bij verschillende grondsoorten en onder verschillende oms t andigheden; 35 Fig. 2 en 3 een tweetal 90° ten opzichte van elkaar gedraaide lengtedoorsneden van een eerste 1007070 6 uitvoeringsvoorbeeld van de vervormingsmiddelen met detectieorganen overeenkomstig de uitvinding;Fig. 1 (A) and (B) two diagrams in which the elastic behavior of the soil is indicated for different soil types and under different circumstances; FIG. 2 and 3 show two cross-sections rotated 90 ° relative to each other of a first exemplary embodiment of the deformation means with detection members according to the invention;

Fig. 4A, 4B en 4C een drietal uitvoeringsvoorbeelden voor een excentriek voor het aandrijven van de in de sonde 5 aanwezige plunjer(s); enFig. 4A, 4B and 4C are three embodiments for an eccentric for driving the plunger (s) present in the probe 5; and

Fig. 5 een lengtedoorsnede van een tweede uitvoeringsvorm van de vervormingsmiddelen met detectieorganen overeenkomstig de uitvinding.Fig. 5 is a longitudinal section of a second embodiment of the deforming means with detection members according to the invention.

In fig. IA is een aantal krommen weergegeven waarin 10 het vervormingsgedrag van grond, zoals zandgrond (ononderbroken lijnen) en kleigrond (onderbroken lijnen), is weergegeven als functie van de door de plunjers in de sonde overeenkomstig de uitvinding met een zekere frequentie uitgeoefende druk. De slag die door de plunjers 15 wordt gemaakt is aangegeven door het traject AB. Wanneer de plunjer vanaf het punt A in een vlak loodrecht op de hartlijn van de sonde naar buiten wordt bewogen, dat wil zeggen bij een eerste belasting van de grond, treedt eerst een elastische vervorming op, gevolgd door een plastische 20 vervorming en worden in fig. IA voor de onderscheiden grondsoorten de krommen KI en K2 doorlopen. Wordt de plunjer weer teruggetrokken in de sonde, dan treedt ontlasting van de grond op en worden de krommen LI, respectievelijk L2 doorlopen en wel over het 25 vervormingstrajeet CD, respectievelijk CD'; immers, wanneer de door de plunjer uitgeoefende druk de waarde nul heeft aangenomen (in de punten D, D') kan geen plastische vervorming van de grond meer optreden omdat een negatieve belasting door het verder terug trekken van de plunjer over 30 de afstand DA, respectievelijk D'A nu eenmaal niet door de grond kan worden opgenomen. Afhankelijk van de stijfheid van de grond ligt het punt D, D' dichter of verder van het punt A af. Bij herhaald belasten en ontlasten van de grond door het heen en weer bewegen van de plunjer over de 35 afstand AB, zullen dan ook steeds de krommen LI, Ml, respectievelijk L2, M2 worden doorlopen. Het onderste 1007070 7 gedeelte van de krommen Ml en M2 vertoont daarbij een elastisch karakter, terwijl het bovenste gedeelte van deze krommen een plastisch karakter vertoont. Evenzo vertoont het bovenste gedeelte van de krommen LI en L2 een elastisch 5 karakter en het onderste gedeelte van deze krommen een plastisch karakter. Voor een lineair elastisch gedrag van de grond zouden de lijnen P en Q bepalend zijn voor de elasticiteit van de grond. In de praktijk echter is er sprake van een niet-lineair elastisch gedrag, hetgeen door 10 de detectieorganen overigens ook wordt vastgesteld. De elasticiteit van de grond wordt in dat geval bepaald door de helling van de in hoofdzaak elastische gedeelten van de krommen LI, Ml, respectievelijk L2, M2. Het elastisch gedeelte van deze krommen beslaat een gebied van ongeveer 15 10 μΐϋ tot ongeveer 200 pm.Fig. 1A shows a number of curves in which the deformation behavior of soil, such as sandy soil (solid lines) and clay soil (broken lines), is shown as a function of the pressure exerted by the plungers in the probe according to the invention with a certain frequency . The stroke made by the plungers 15 is indicated by the trajectory AB. When the plunger is moved outward from the point A in a plane perpendicular to the axis of the probe, that is to say upon an initial loading of the ground, an elastic deformation occurs first, followed by a plastic deformation and are shown in FIG. IA run through curves KI and K2 for the different soil types. When the plunger is retracted back into the probe, the soil is relieved and the curves L1, L2, respectively, are traversed over the deformation path CD, CD ', respectively; after all, when the pressure exerted by the plunger has reached zero (in points D, D '), plastic deformation of the ground can no longer occur because a negative load due to the plunger retreating further over distance DA, and D'A cannot be absorbed by the soil. Depending on the stiffness of the ground, point D, D 'is closer or further from point A. With repeated loading and unloading of the soil by moving the plunger back and forth over the distance AB, the curves L1, M1 and L2, M2 will therefore always be traversed. The lower part of the curves M1 and M2 has an elastic character, while the upper part of these curves has a plastic character. Likewise, the upper part of the curves L1 and L2 has an elastic character and the lower part of these curves a plastic character. For a linear elastic behavior of the soil, lines P and Q would determine the elasticity of the soil. In practice, however, there is a non-linear elastic behavior, which is incidentally also determined by the detection members. The elasticity of the soil in that case is determined by the slope of the substantially elastic parts of the curves L1, M1 and L2, M2 respectively. The elastic portion of these curves covers an area from about 15 µm to about 200 µm.

Wordt de sonde in de grond geduwd door verschillende grondlagen heen, bijvoorbeeld door achtereenvolgens zand en klei, dan worden met behulp van de detectieorganen ook achtereenvolgens krommen van het type LI, Ml en L2, M2 20 waargenomen. Wordt in de onderscheiden lagen stationair gemeten, dat wil zeggen bij stilstand van de sonde, dan doet zich in het bijzonder bij zand het verschijnsel voor dat bij het doorlopen van de krommen LI, Ml de zandgrond zich enigszins in de tijd verdicht; dat wil zeggen dat er 25 steeds minder druk voor nodig is om een bepaalde radiale grondverplaatsing teweeg te brengen. Deze situatie is weergegeven in fig. 1B.When the probe is pushed into the ground through different layers of soil, for example through successively sand and clay, curves of the type L1, M1 and L2, M2 20 are also successively detected with the aid of the detection members. If stationary measurements are taken in the different layers, that is to say when the probe is stationary, the phenomenon occurs that, in particular with sand, the sandy soil compacts slightly over time as the curves L1, M1 are passed; that is, it requires less and less pressure to effect a given radial displacement. This situation is shown in Fig. 1B.

Met behulp van de vervormingsmiddelen overeenkomstig de uitvinding wordt een gedefinieerde radiale verplaatsing 30 (tot in een bereik van ongeveer 200 μτη) van de grond in een in hoofdzaak horizontale richting bewerkstelligt, terwijl met behulp van de detectieorganen permanent de op de grond uitgeoefende druk wordt bepaald. In een dergelijke situatie kan gesproken worden van een vervormingsgestuurde sonde; 35 dit in tegenstelling tot andere, zogenaamde belastinggestuurde sondes, waarbij de op de grond uit te 1007070 8 oefenen druk vast gedefinieerd is en de bij deze druk optredende grondverplaatsing wordt gemeten.Using the deforming means according to the invention, a defined radial displacement (up to a range of approximately 200 μτη) of the ground in a substantially horizontal direction is achieved, while the detection means permanently determine the pressure exerted on the ground . In such a situation one can speak of a deformation controlled probe; This is in contrast to other, so-called load-controlled probes, in which the pressure to be applied to the ground is fixedly defined and the ground displacement occurring at this pressure is measured.

Fig. 2 en 3 tonen een gedeelte van de sonde en met name dat gedeelte dat van belang is voor de onderhavige 5 uitvinding. De sonde omvat een buisvormig lichaam 1 met aan het vooreinde, dat wil zeggen het einde waarmee de sonde in de grond wordt geduwd, een conusvormige inbrengpunt. Alhoewel het mogelijk is over de lengte van het buisvormig lichaam 1 allerlei op zich bekende meetinstrumenten aan te 10 brengen, zoals gronddrukopnemers, waterdrukmeters, wrijvingsdetectoren, een hellingsmeter, enz., afhankelijk van allerlei specifieke toepassingen van de sonde, wordt het wel of niet aanwezig zijn van dergelijke instrumenten buiten beschouwing gelaten en is alleen dat gedeelte van 15 het buisvormige lichaam 1 afgebeeld waarin de vervormingsmiddelen 2 met het detectieorgaan of de detectieorganen overeenkomstig de uitvinding zijn aangebracht.Fig. 2 and 3 show a part of the probe and in particular that part which is important for the present invention. The probe comprises a tubular body 1 with a conical insertion point at the front end, i.e. the end with which the probe is pushed into the ground. Although it is possible to apply all kinds of measuring instruments known per se over the length of the tubular body 1, such as soil pressure sensors, water pressure gauges, friction detectors, an inclination meter, etc. depending on all kinds of specific applications of the probe, it may or may not be present. Such instruments have been disregarded and only that portion of the tubular body 1 is shown in which the deforming means 2 with the detector or detectors according to the invention are arranged.

In een eerste, in fig. 2 weergegeven uitvoeringsvorm 20 van de vervormingsmiddelen 2 wordt gebruik gemaakt van een tweetal pulserende plunjers 3 en 4. De plunjers 3 en 4 worden aangedreven met behulp van een elektromotor, die tezamen met de gebruikte overbrengingsmiddelen met het verwijzingscijfer 5 is aangegeven. De door de motor 25 uitgeoefende kracht wordt door middel van een verdere, excentrische overbrenging 6 omgezet in een horizontale beweging van de plunjers 3 en 4 in de grootte-orde van minimaal 20 pm, waarbij met een plunjerdiameter van 6 mm een zijdelingse kracht door een plunjer kan worden 30 uitgeoefend van ongeveer 50 N, hetgeen overeenkomt met een druk van ongeveer 20 MN/m2. De plunjers zijn daarbij met behulp van veren 7 in de richting van de excentrische overbrenging voorgespannen en worden met een frequentie van bij voorkeur 15 a 20 Hz. heen en weer verplaatst, terwijl 35 de sonde daarbij bij voorkeur met een snelheid van 20 mm per seconde in de grond wordt gebracht. Dit betekent dat de 1007070 9 plunjers zich bij elke slag 0,75 a 1 mm in vertikale richting verplaatsen en, doordat de plunjers een diameter van 6 mm hebben, in vrijwel het voorgaande gat een meting verricht, hetgeen een stationaire meting in vergaande mate 5 benadert. Door bijvoorbeeld telkenmale de meetresultaten van 10 opeenvolgende metingen samen te voegen, blijkt een goede en betrouwbare waarde voor de elasticiteit van de grond te kunnen worden verkregen, alsmede een nauwkeurig beeld van veranderende grondsamenstellingen.In a first embodiment 20 of the deforming means 2 shown in Fig. 2, use is made of two pulsating plungers 3 and 4. The plungers 3 and 4 are driven by means of an electric motor, which, together with the transmission means used, are referenced 5 is indicated. The force exerted by the motor 25 is converted, by means of a further eccentric transmission 6, into a horizontal movement of the plungers 3 and 4 in the order of magnitude of at least 20 µm, with a plunger diameter of 6 mm producing a lateral force by means of a plunger can be applied at about 50 N, which corresponds to a pressure of about 20 MN / m2. The plungers are biased in the direction of the eccentric transmission by means of springs 7 and are made with a frequency of preferably 15 to 20 Hz. moved back and forth, while the probe is preferably introduced into the ground at a speed of 20 mm per second. This means that with every stroke, the 1007070 9 plungers move 0.75 to 1 mm in the vertical direction and, because the plungers have a diameter of 6 mm, perform a measurement in almost the previous hole, which is largely a stationary measurement. approaches. For example, by combining the measurement results of 10 consecutive measurements each time, it appears that a good and reliable value for the elasticity of the soil can be obtained, as well as an accurate picture of changing soil compositions.

10 In het onderhavige uitvoeringsvoorbeeld is op de plunjer 3 een gronddrukopnemer 8 aangebracht en op de plunjer 4 een waterdrukmeter 9. Met behulp van deze constructie kan met een bepaalde frequentie de verplaatsing van de vervormingsmiddelen worden vastgesteld, alsmede de 15 door deze opgenomen drukken, nodig voor het verkrijgen van de vereiste grondgegevens.In the present exemplary embodiment, an earth pressure transducer 8 is arranged on the plunger 3 and a water pressure gauge 9 on the plunger 4. With the aid of this construction, the displacement of the deformation means can be determined with a determined frequency, as well as the pressures recorded by these, necessary to obtain the required ground data.

In de fig. 4A, 4B en 4C is een drietal excentrische overbrengingsorganen afgebeeld. Fig. 4A toont een asymmetrische excentriek met behulp waarvan de beide 20 plunjers 3 en 4, mits diametraal tegenover elkaar geplaatst, steeds hetzelfde bewegingspatroon in dezelfde richting doorlopen. Fig. 4B toont een symmetrische excentriek, in de vorm van een elliptische excentriek, met behulp waarvan de beide plunjers 3 en 4, eveneens wanneer 25 deze diametraal tegenover elkaar zijn geplaatst, hetzelfde bewegingspatroon doch in tegengestelde richting doorlopen. In fig. 3 is de excentrische overbrenging 6 afgebeeld in de stand zoals in fig. 4B is aangegeven door de met ononderbroken lijnen weergegeven ellips, dit is de stand 30 waarin de plunjers in de sonde zijn getrokken. Fig. 4C toont een derde excentrische overbrenging die is samengesteld uit twee asymmetrische excentrieken, zoals aangegeven in fig. 4A. Voor elk van de beide plunjers 3 en 4 is een dergelijke asymmetrische excentriek aanwezig. Door 35 hun opstelling met tegenovergestelde excentrische werking als aangegeven in fig. 4C wordt hetzelfde effect van 1007070 10 symmetrische belasting van de sonde verkregen, doordat ook in dit geval de beide plunjers hetzelfde bewegingspatroon in tegengestelde richting doorlopen. Uiteraard dienen ook hier dan weer de plunjers diametraal tegenover elkaar te 5 zijn geplaatst.Figures 4A, 4B and 4C show three eccentric transmission members. Fig. 4A shows an asymmetric eccentric with the aid of which the two 20 plungers 3 and 4, provided diametrically opposed, pass through the same movement pattern in the same direction. Fig. 4B shows a symmetrical eccentric, in the form of an elliptical eccentric, with the aid of which the two plungers 3 and 4, also when these are placed diametrically opposite each other, follow the same pattern of movement but in the opposite direction. In Fig. 3, the eccentric transmission 6 is shown in the position as indicated in Fig. 4B by the ellipse shown in solid lines, this is the position in which the plungers are drawn into the probe. Fig. 4C shows a third eccentric transmission composed of two asymmetric eccentrics as shown in FIG. 4A. An asymmetric eccentric is present for each of the two plungers 3 and 4. Due to their arrangement with opposite eccentric action as shown in Fig. 4C, the same effect of symmetrical loading of the probe is obtained, because in this case too the two plungers continue in the same movement pattern in opposite direction. The plungers must of course also be placed diametrically opposite each other here.

Fig. 5 toont een alternatieve uitvoeringsvorm voor de vervormingsmiddelen 2. Deze middelen omvatten hier een uit dun plaatmateriaal vervaardigde, cilindrische vervormingsmantel 10, die loodrecht ten opzichte van de 10 langshartlijn van de sonde vervormbaar is. Onder de vervormingsmantel is een ruimte 11 aanwezig, waarin op pulserende wijze een fluïdum kan worden ingebracht, waarbij de druk hiervan in de ruimte 11 kan zorgdragen voor een zijdelingse verplaatsing in dezelfde grootte-orde als bij 15 de hiervoor beschreven uitvoeringsvorm met de pulserende plunjers. Deze zijdelingse verplaatsing wordt gemeten met behulp van een meetelement 12 met een bladveer, die enerzijde is vastgezet aan het de binnenzijde van de ruimte 11 vormende lichaam 13 en die anderzijds in het punt 14 20 tegen de vervormingsmantel 10 drukt en op deze bladveer aangebrachte rekstrookjes. Het fluïdum wordt via de opening 15 in de genoemde ruimte 11 gebracht en via de doorboring 16 en de holle ruimte 17 afgevoerd.Fig. 5 shows an alternative embodiment for the deformation means 2. These means here comprise a cylindrical deformation jacket 10 made of thin sheet material, which is deformable perpendicular to the longitudinal axis of the probe. Underneath the deformation jacket there is a space 11 into which a fluid can be introduced in a pulsating manner, the pressure of which in the space 11 can cause lateral displacement in the same order of magnitude as in the above-described embodiment with the pulsating plungers. This lateral displacement is measured by means of a measuring element 12 with a leaf spring, which is fastened on the one hand to the body 13 forming the inside of the space 11 and which, on the other hand, presses the deformation jacket 10 and strain strips arranged on this leaf spring. The fluid is introduced through the opening 15 into said space 11 and is discharged through the bore 16 and the hollow space 17.

Wanneer over de gehele lengte van de sonde 25 meetinstrumenten zijn aangebracht en de voor deze instrumenten bestemde, alsmede de hiervan afkomstige elektrische signalen door de sonde heen naar achteren (wanneer de meetinrichting in de grond is gebracht naar boven) dienen te worden geleid, kan om een te grote 30 bekabeling in de sonde te voorkomen een aantal printplaten zijn aangebracht met microprocessoren en verdere elektronica voor elektrische voeding en versterken, omzetten en verzamelen, enz. van de signalen van de verschillende instrumenten. Het transport van informatie 35 geschiedt dan op basis van tijdscharen (time-sharing basis). Via dergelijke (niet weergegeven) printplaten en 1 CO ’0 70 11 deze met elkaar in verbinding brengende (niet weergegeven) bedrading door verder in de sonde aanwezige holle ruimten heen staat de sonde in contact met een, de desbetreffende signalen verwerkende inrichting voor verwerking en weergave 5 van de meetresultaten. In het geval dat de in figuur 5 weergegeven vervormingsmiddelen worden toegepast, kan de bedrading, uiteraard in voldoende mate geïsoleerd, door de fluïdumtoevoer en -afvoer worden geleid.If 25 measuring instruments are arranged along the entire length of the probe and the electrical signals intended for these instruments, as well as the electrical signals from them, must be conducted through the probe backwards (when the measuring device is placed in the ground upwards), to prevent excessive cabling in the probe a number of printed circuit boards are provided with microprocessors and further electronics for electrical supply and amplification, conversion and collection, etc. of the signals from the various instruments. The transport of information 35 then takes place on the basis of time shares (time-sharing basis). Via such printed circuit boards (not shown) and 1 CO '0 70 11 this interconnecting wiring (not shown) through cavities further present in the probe, the probe is in contact with a processing device for processing the relevant signals and display 5 of the measurement results. In the event that the deforming means shown in Figure 5 are used, the wiring, of course insulated to a sufficient degree, can be passed through the fluid supply and discharge.

10070701007070

Claims

1. Probe for in situ measuring the deformability of earth layers, provided with a tubular body with an insertion point at the front end and with deforming means for effecting a deformation of the ground 5 in a substantially perpendicular to the longitudinal axis of the probe extending plane and of at least one detecting means for recording the stresses occurring as a result of the deformation, characterized in that the deformation means are adapted to produce a temporary deformation of the ground, the temporary deformation being the elastic deformation area of the soil in question, while both the deforming means and the detecting member can operate without interrupting the insertion movement of the probe into the soil.

Probe according to claim 1, characterized in that the deforming means act in a pulsating manner in said plane extending perpendicular to the longitudinal axis of the probe.

3. Probe according to claim 2, characterized in that during the introduction of the probe into the ground, the deforming means are pulsating and the detection means over the distance over which the probe is introduced into the ground during a number of successive pulsation strokes as a result of absorb the distortions occurring.

Probe according to any one of the preceding claims, characterized in that the deformation means comprise a pulsating plunger, which is mounted in a direction perpendicular to the longitudinal axis and is connected to a drive means, the detection element being arranged on the plunger. 1007070

Probe according to claim 4, characterized in that the driving means is formed by one or more piezoelectric crystals coupled one behind the other.

6. Probe according to claim 4, characterized in that the driving means is formed by an electric motor driving an eccentric with which the plunger is dynamically coupled, the plunger being biased in the direction of the eccentric by means of a spring member.

Probe according to claim 6, characterized in that a second plunger is provided, which is arranged diametrically opposite the first plunger, the eccentric being symmetrically, all this in such a way that the two plungers continue in the same movement pattern in opposite direction.

Probe according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the deformation means comprise a cylindrical deformation jacket made of thin sheet material, which can be pulsed deformable perpendicular to the longitudinal axis of the probe.

9. Probe according to claim 8, characterized in that fluid supply and discharge means are present for supplying and discharging fluid, with the aid of which fluid the cylindrical jacket is deformed in a direction perpendicular to the longitudinal axis of the probe.

Probe according to claim 8 or 9, characterized in that the jacket is made of titanium.

11. Probe according to any one of claims 8-10, characterized in that the at least one detection member is arranged in the jacket.

Probe according to claim 11, characterized in that the jacket is provided with a number of detection members located one below the other in the longitudinal direction of the probe.

Probe according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one detection element is formed by a pressure sensor. 1007070

14. Probe according to claim 13, characterized in that the pressure sensor is formed by a sensor cast in a rubber compound or the like material with a plate element mounted thereon in the case of a ground pressure sensor or with a screen located at a distance therefrom in the case of a water pressure gauge.

Probe according to one of Claims 8-10, characterized in that the detection members are designed as strain gauges.

16. Probe according to one of the preceding claims, characterized in that the probe is provided with a microprocessor and further electronics for processing the signals from the detector or detectors and for controlling the distortion means. 1007070