PL225994B1

PL225994B1 - Attachment to the one-operator endometer for measurements of pressure in the pores of soil materials

Info

Publication number: PL225994B1
Application number: PL411879A
Authority: PL
Inventors: Piotr Srokosz; Jan Damicz; Andrzej Wróblewski; Andrzej Wroblewski
Original assignee: Univ Warmińsko Mazurski W Olsztynie
Priority date: 2015-04-03
Filing date: 2015-04-03
Publication date: 2017-06-30
Also published as: PL411879A1

Description

Przedmiotem wynalazku jest przystawka do pomiaru ciśnienia w porach materiałów gruntowych do edometru jednostanowiskowego. Urządzenie ma zastosowanie w budownictwie i inżynierii środowiska.The subject of the invention is an adapter for measuring the pressure in pores of soil materials for a single-position oedometer. The device is used in construction and environmental engineering.

Edometry służą do oznaczania parametrów ściśliwości, konsolidacji i filtracji gruntów spoistych i niespoistych. Są również przystosowane do badania materiałów rozdrobnionych pochodzenia antr opogenicznego, np. osadów ściekowych zmieszanych z substancjami wiążącymi, np. bentonitem.Edometers are used to determine the parameters of compressibility, consolidation and filtration of cohesive and cohesive soils. They are also suitable for testing ground materials of anthropogenic origin, e.g. sewage sludge mixed with binders, e.g. bentonite.

Znanym i stosowanym urządzeniem do badań odkształcenia objętościowego próbek gruntu jest klasyczny edometr, który umożliwia badanie konsolidacji przy etapowym obciążaniu próbki gruntu (IL - incremental loading), z rejestracją odkształcenia w funkcji czasu przy stałej wartości obciążenia. W warunkach polskich najczęściej spotykanymi typami edometrów są: edometr typu EL-1 produkowany w Zakładzie Aparatury Naukowej w Krakowie i edometr typu IBW-MI, czy też dostępny na rynku edometr włoskiej firmy Tecnotest. Są to edometry o dźwigniowo-ramowym systemie obciążenia. Są też edometry o automatycznym systemie obciążenia, np.: aparat VJ-Tech, umożliwiający badanie konsolidacji ze stałą prędkością odkształcenia (CRS - Constant Rate Strain). W przypadku edometru typu EL-1 i edometru firmy Tecnotest możliwe jest przystosowanie ich do pomiaru współczynnika filtracji. Edometry te nie posiadają jednak możliwości pomiaru ciśnienia wody w porach gruntu w czasie badania konsolidacji. Jest to istotny mankament z punktu widzenia możliwości interpretacji wyników badania konsolidacji. Funkcję pomiaru ciśnienia wody w porach gruntu w badaniu konsolidacji posiadają urządzenia wyższej klasy - konsolidometry, takie jak np.: komora Rowe'a czy aparat SCCA (CRS-10), których koszty zakupu są jednak wielokrotnie wyższe od edometru klasycznego.A well-known and used device for testing the volumetric deformation of soil samples is the classic oedometer, which enables the consolidation testing with incremental loading of the soil sample (IL - incremental loading), with the registration of deformation as a function of time at a constant load value. In Poland, the most common types of oedometers are: the EL-1 oedometer produced in the Department of Scientific Apparatus in Kraków and the IBW-MI oedometer, or the oedometer of the Italian company Tecnotest. These are edometers with a lever-frame load system. There are also edometers with an automatic loading system, e.g. the VJ-Tech apparatus, which enables the examination of consolidation with a constant rate of strain (CRS - Constant Rate Strain). In the case of the EL-1 oedometer and the Tecnotest oedometer, it is possible to adapt them to measure the filtration coefficient. However, these edometers do not have the ability to measure the water pressure in the soil pores during the consolidation test. This is a significant drawback from the point of view of the possibility of interpreting the results of the consolidation study. The function of measuring water pressure in the soil pores in the consolidation test is provided by higher class devices - consolidometers, such as the Rowe chamber or the SCCA apparatus (CRS-10), the purchase costs of which, however, are many times higher than the classic oedometer.

Znana z opisu patentu nr GB 1144158 komora Rowe'a to konsolidometr, czyli urządzenie do badania zjawiska konsolidacji i przepuszczalności próbek gruntów, które zasilane jest hydraulicznie, tzn. obciążenie badanego materiału realizowane jest za pomocą tłoka poruszanego ciśnieniem cieczy. Urządzenie składa się z podstawy i cylindra, które tworzą komorę zamykaną pokrywą i perforowanym tłokiem uszczelnionym od strony pokrywy nieprzepuszczalną dla płynów membraną. W pokrywie znajduje się zawór, przez który wtłacza się płyn poruszający tłokiem. Na tłoku pod membraną, który spoczywa na badanej próbce gruntu, opiera się wydrążony sworzeń, który przechodzi przez uszczelniony otwór w membranie i pokrywie. W podstawie znajduje się filtr ceramiczny połączony z zaworem i urządzeniem pomiarowym.The Rowe chamber, known from the patent specification No. GB 1144158, is a consolidometer, i.e. a device for testing the consolidation and permeability of soil samples, which is hydraulically powered, i.e. the load of the tested material is carried out by a piston moved by liquid pressure. The device consists of a base and a cylinder that form a chamber closed with a lid and a perforated piston sealed from the lid side by a fluid-impermeable membrane. The cover has a valve through which the fluid that moves the piston is pushed. A hollow pin rests on the piston under the membrane, which rests on the tested soil sample, which passes through a sealed hole in the membrane and cover. In the base there is a ceramic filter connected to a valve and a measuring device.

Z opisu patentu nr CN103245770 znany jest elektroosmotyczny konsolidometr próżniowy ch arakteryzujący się tym, że komora konsolidacyjna wyposażona jest w anodę umieszczoną na obwodzie, centralną katodę-dren, która jest perforowana i podłączona do pompy próżniowej zaopatrzonej w separator, czujniki ciśnienia oraz potencjału. Obciążenie badanej próbki realizowane jest za pomocą zamocowanego w ramie siłownika, którego tłok poruszany jest sprężonym gazem.The patent description no. CN103245770 describes an electroosmotic vacuum consolidometer, characterized in that the consolidation chamber is equipped with an anode placed on the periphery, a central cathode-drain, which is perforated and connected to a vacuum pump equipped with a separator, pressure and potential sensors. The test sample is loaded by an actuator mounted in the frame, the piston of which is moved by compressed gas.

Z opisu wzoru użytkowego nr CN203164062 znany jest wielostanowiskowy system konsolidometrów, których tłoki opierają się o nieruchome ramy, a komory z badanymi próbkami gruntów spoczywają na ruchomych podstawach unoszonych przez tłoki siłowników zasilanych ciśnieniem wtłaczanego do ich wnętrza płynu, który dostarczany jest ze zbiorników wyrównawczych połączonych przewodami hydraulicznymi zaopatrzonymi w zawory elektryczne z pompą elektryczną połączoną równolegle z pompą nożną.From the description of the utility model no. CN203164062, a multi-station system of consolidometers is known, the pistons of which rest on stationary frames, and the chambers with the tested soil samples rest on movable bases lifted by the pistons of actuators, supplied by the pressure of the fluid pumped inside them, which is supplied from expansion tanks connected by pipes hydraulics equipped with electric valves with an electric pump connected in parallel with the foot pump.

Znany jest z opisu wzoru użytkowego 066863 konsolidometr, który posiada dwuczęściową k omorę konsolidacyjną połączoną z układem zadawania ciśnienia oraz wyposażoną w czujnik przemieszczeń połączony z komorą za pomocą śruby zaciskowej oraz wyposażoną w tłok z blokadą i przewodem do zadawania ciśnienia na próbkę gruntu, znajdujący się w górnej części obudowy. W komorze konsolidacyjnej znajduje się komora próbki gruntu ograniczona od góry i od dołu porowatymi filtrami ceramicznymi przepuszczającymi wodę. Komora próbki gruntu ma pod dolnym filtrem porowatym podstawę, w której znajduje się przewód z otworami odprowadzającymi wodę z badanej próbki gruntu, a w obudowie znajdują się sondy pomiarowe. Górny filtr porowaty jest filtrem przepuszczającym powietrze, a dolny filtr porowaty jest filtrem nieprzepuszczającym powietrza, zaś w komorze próbki gruntu znajduje się sonda do pomiaru ciśnienia ssania gruntu oraz sonda do pomiaru wilgotności gruntu, przy czym te sondy są zamocowane w dolnej części obudowy.It is known from the description of the utility model 066863 a consolidometer, which has a two-part consolidation chamber connected to the pressure setting system and equipped with a displacement sensor connected to the chamber by means of a clamping screw and equipped with a piston with a lock and a conduit for applying pressure to the soil sample, located in top of the housing. In the consolidation chamber there is a soil sample chamber bounded at the top and bottom by porous ceramic filters that are permeable to water. The soil sample chamber has a base under the lower porous filter, in which there is a pipe with holes draining water from the tested soil sample, and in the housing there are measuring probes. The upper porous filter is an air permeable filter, and the lower porous filter is an airtight filter, and in the soil sample chamber there is a soil suction pressure probe and a soil moisture probe, these probes are mounted in the lower part of the housing.

Z patentu nr 207663 znany jest elektroedometr służący do badań laboratoryjnych gruntu dla potrzeb geotechnicznych. Elektroedometr, składający się z podstawy, na której osadzony jest pierścień dociskowy, wewnątrz którego znajduje się nadstawka z filtrem górnym, połączona sworzniem dociPL 225 994 B1 skowym z układem obciążeniowym, składającym się z ramki obciążającej z wieszakiem oraz czujnikiem pomiarowym, charakteryzuje się tym, że wewnątrz pierścienia dociskowego znajduje się pierścień wewnętrzny do umieszczenia próbki gruntu, a w gniazdach tego pierścienia zamocowane są cylindryczne elektrody, połączone poprzez przewody z zestawem zasilająco-pomiarowym.Patent No. 207663 describes an electroedometer used for laboratory tests of soil for geotechnical purposes. The electroedometer, consisting of a base on which a pressure ring is mounted, inside which there is an extension with an upper filter, connected with a clamping pin with a load system consisting of a load frame with a hanger and a measuring sensor, is characterized by the fact that inside the pressure ring there is an inner ring for placing the soil sample, and cylindrical electrodes are mounted in the sockets of this ring, connected by wires to the supply and measurement set.

Z opisu patentu nr 181509 znane jest urządzenie do badania przewodności hydraulicznej gruntów z kontrolowanym stanem odkształcenia. Urządzenie wyposażone jest w cylinder na próbkę gruntu oraz tłoki i przewód doprowadzający i odprowadzający płyn. Urządzenie charakteryzuje się tym, że w pokrywie zainstalowane są dwa cylindry pomiarowe i trzpień do pomiaru pionowych odkształceń gruntu, a w cylindrach pomiarowych znajdują się trzpienie do pomiaru zmian wysokości słupa cieczy z tłokami układu zadawania ciśnień, przy czym do trzpieni zamocowane są czujniki do pomiaru wysokości gruntu i czujnik do pomiaru jego objętości, a w dolnej płycie, w której zamocowany jest cylinder, znajduje się wlot układu napełniania komory wodą, wlot układu nasączania wodą i odpowietrzania ceramiki, wylot układu odprowadzenia wody i wlot układu wprowadzenia powietrza podczas odsączania wody z gruntu, natomiast w górnej płycie komory znajduje się wlot zadawania ciśnienia w komorze i wylot układu odpowietrzania oraz otwór do wprowadzenia końcówki sondy do pomiaru wilgotności gruntu lub końcówki tensometrycznej.From the patent description No. 181509 a device for testing the hydraulic conductivity of soils with a controlled state of deformation is known. The device is equipped with a soil sample cylinder, pistons and a fluid supply and drainage pipe. The device is characterized by the fact that in the cover there are two measuring cylinders and a pin for measuring vertical soil deformations, and in the measuring cylinders there are pins for measuring changes in the height of the liquid column with pistons of the pressure setting system, and sensors for measuring the height of the ground are attached to the pins. and a sensor for measuring its volume, and in the bottom plate, in which the cylinder is mounted, there is an inlet of the water filling system for the chamber, the inlet of the water soaking and venting system for ceramics, the outlet of the water drainage system and the inlet of the air injection system during drainage of water from the ground the upper plate of the chamber contains an inlet for setting the pressure in the chamber and an outlet for the deaeration system and a hole for inserting the tip of the probe for measuring soil moisture or the strain gauge tip.

Znane jest z opisu wzoru użytkowego nr 057872 urządzenie do pomiarów wartości potencjału wodno-gruntowego, które charakteryzuje się tym, że składa się z cylindra, w którym znajdują się porowate krążki oraz końcówka ceramiczna połączona z miernikiem. Cylinder znajduje się w obudowie. Nad płytą znajduje się wieszak, na którym zamontowany jest czujnik zegarowy.From the description of utility model No. 057872, a device for measuring the value of the soil-water potential is known, which is characterized by the fact that it consists of a cylinder with porous discs and a ceramic tip connected to a meter. The cylinder is located in the housing. Above the hob there is a hanger on which the dial gauge is mounted.

Według wynalazku przystawka do pomiaru ciśnienia w porach materiałów gruntowych do edometru jednostanowiskowego typu IL charakteryzuje się tym, że składa się z króćca podłączanego poprzez uszczelkę typu o-ring do komory badawczej edometru i który poprzez kaptur jest połączony z jednym końcem rurki, której drugi koniec jest połączony poprzez trójnik z jednej strony poprzez pierwszą złączkę, zawór odcinający ze zbiornikiem, a z drugiej strony poprzez drugą złączkę z czujnikiem ciśnienia.According to the invention, the adapter for measuring the pressure in the pores of soil materials for the IL type single-station oedometer is characterized by the fact that it consists of a connector connected through an o-ring to the oedometer test chamber and which through a hood is connected to one end of the tube, the other end of which is connected via a tee on the one hand via a first fitting, a shut-off valve to the reservoir and on the other hand via a second fitting to a pressure sensor.

Przystawka umożliwia automatyczną rejestrację i kontrolowanie zmian ciśnienia w porach badanego gruntu podczas badania ściśliwości i konsolidacji, co skutkuje znacznym skróceniem czasu trwania badania. W badaniu współczynnika filtracji urządzenie umożliwia automatyczną rejestrację i kontrolę objętości wody przepływającej przez badaną próbkę. Zastosowanie wynalazku pozwala na pomiar dodatkowego parametru fizycznego - ciśnienia, którego odczyt w dotychczasowych konstrukcjach znanych edometrów nie był możliwy. Dodatkową zaletą urządzenia jest jego prosta konstrukcja, która może być wykonywana w serwisach, a także w laboratoriach wykorzystujących edometry.The adapter enables automatic registration and control of pressure changes in the pores of the tested soil during the compressibility and consolidation tests, which results in a significant reduction of the test duration. In the filtration coefficient test, the device enables automatic registration and control of the volume of water flowing through the tested sample. The application of the invention allows for the measurement of an additional physical parameter - pressure, the reading of which was not possible in the existing constructions of known oedometers. An additional advantage of the device is its simple design, which can be performed in workshops as well as in laboratories using edometers.

Przedmiot wynalazku został pokazany na rysunkach, na których fig. 1 przedstawia przystawkę do mierzenia ciśnienia w schemacie ogólnym a fig. 2 pokazuje przystawkę w widoku, fig. 3 to przykład pomiaru ciśnienia podczas badania konsolidacji, fig. 4 pokazuje przykład pomiaru wysokości słupa wody podczas badania filtracji.The subject of the invention has been shown in the drawings, in which Fig. 1 shows a pressure adapter in the general diagram and Fig. 2 shows the adapter in a view, Fig. 3 is an example of pressure measurement during a consolidation test, Fig. 4 shows an example of measuring the height of the water column during the consolidation test. filtration tests.

Przystawka do pomiaru ciśnienia w porach materiałów gruntowych do edometru jednostanowiskowego charakteryzuje się tym, że jest podłączona do komory badawczej 1 edometru, z umieszczoną w niej próbką gruntu, poprzez uszczelkę typu o-ring 2, króciec 3, który poprzez kaptur 4 połączony jest z jednym końcem rurki 5. Drugi koniec rurki 5 połączony jest poprzez trójnik 6, z jednej strony poprzez pierwszą złączkę 7, zawór odcinający 8 ze zbiornikiem 9, zaś z drugiej strony poprzez drugą złączkę 10 z czujnikiem ciśnienia 11.The adapter for measuring the pressure in pores of soil materials for a single-station oedometer is characterized by the fact that it is connected to the test chamber 1 of the oedometer, with a soil sample placed in it, through an o-ring 2, stub 3, which is connected to one through the hood 4 the end of the tube 5. The other end of the tube 5 is connected via a T-piece 6, on the one hand via the first fitting 7, the shut-off valve 8 with the reservoir 9, and on the other side via the second fitting 10 with the pressure sensor 11.

Zbiornik 9, czujnik 11 i edometr 1 napełnia się wodą. Rejestracja ciśnienia w porach gruntu polega na odcięciu zbiornika 9 zaworem 8 i odczytywaniu ciśnienia z czujnika 11. Rejestracja objętości wody przepływającej przez próbkę polega na odczytach wysokości słupa wody z czujnika 11 przy otwartym zaworze 8.Reservoir 9, sensor 11 and oedometer 1 are filled with water. The registration of the pressure in the soil pores consists in cutting off the tank 9 with the valve 8 and reading the pressure from the sensor 11. The registration of the volume of water flowing through the sample consists in reading the height of the water column from the sensor 11 with the valve 8 open.

Przykładowe wyniki pomiarów ciśnienia i wysokości słupa wody za pomocą przystawki przedstawiono na wykresach fig. 3 i fig. 4. Na wykresie fig. 3 ciąg punktów 12 oznacza zarejestrowane w funkcji czasu (w godzinach) zmiany ciśnienia (w kilo-paskalach) pomierzone za pomocą przystawki w przestrzeniach porowych badanej próbki gruntu podczas trwania zjawiska konsolidacji w warunkach stałej wartości zadanego obciążenia. Na wykresie fig. 4 ciąg punktów 13 oznacza zarejestrowane w funkcji czasu w godzinach za pomocą przystawki zmiany wysokości w centymetrach słupa wody podczas badania filtracji przeprowadzanej w warunkach stałej wartości zadanego obciążenia próbki gruntu. Ciągi punktów 14 na rysunkach fig. 3 i fig. 4 oznaczają zarejestrowane wysokości próbki gruntu w czasie trwania badań.Exemplary results of the pressure and water column measurements with the aid of the adapter are shown in the graphs of Fig. 3 and Fig. 4. In the diagram of Fig. 3, the sequence of points 12 represents the pressure changes (in kilo-pascals) recorded as a function of time (in hours) measured by attachments in the pores of the tested soil sample during the consolidation phenomenon under the conditions of a constant set load value. In the graph of Fig. 4, the sequence of points 13 represents the changes in height in centimeters of the water column recorded as a function of time in hours during the filtration test carried out under the conditions of a constant set value of the soil sample load. The series of dots 14 in Figures 3 and 4 represent the recorded heights of the soil sample during the test.

Claims

Adapter for measuring the pressure in pores of soil materials for a single-station oedometer, characterized by the fact that it consists of a spigot (3) connected through an o-ring (2) to the test chamber (1) of the oedometer and which is connected through a hood (4) with with one end of the tube (5), the other end of which is connected through a tee (6) on one side through the first coupling (7), the cut-off valve (8) with the reservoir (9), and on the other side through the second coupling (10) with the pressure sensor (11).