PL45565B1 - - Google Patents

Description

z Opublikowano dnia 12 maja 1962 r. £ & POLSKIEJ RZECZYPOSPOLITEJ LUDOWEJ OPIS PATENTOWY Nr 45565 KI. 42 1, 3/51 Akademia Górniczo-Hutnicza*) Kraków, Polska Sonda do pomiaru ciezaru objetosciowego gruntów sypkich Patent trwa od dnia 5 sierpnia 1960 r.Dokladne okreslanie wlasnosci fizycznych gruntów sypkich (piasków) w zlozu dla celów budownictwa stanowi do tej pory problem na¬ streczajacy duze trudnosci. Pobieranie prób z duzych glebokosci bez naruszenia ich struk¬ tury mozliwe jest tylko w przypadku skal lub gruntów spoistych. W przypadku luznych pias¬ ków zalegajacych ponizej zwierciadla wód grun¬ towych pobranie takich prób bez naruszenia ich struktury stanowi dotad problem otwarty.W zwiazku z tym stosuje sie obecnie metody geofizyczne, które umozliwiaja badanie wlas¬ nosci fizycznych gruntów w warunkach ich na¬ turalnego zalegania (in situ) bez koniecznosci pobierania prób.*) Wlasciciel patentu oswiadczyl, ze wspól¬ twórcami wynalazku sa mgr inz. Bohdan Dziu- nikowski i mgr inz. Jerzy Niewodniczanski.Zagadnienie to posiada szczególne znaczenie w budownictwie wodnym, gdyz w aluwialnych utworach rzecznych piaski z reguly sa w pelni nasycone woda i czesto znajduja sie w stanie bardzo luznym. W takich warunkach pod wply¬ wem przypadkowych wstrzasów, na przyklad wbijania pali, moze powstac zjawisko samo- zageszczenia gruntu, co moze pociagnac za soba grozne skutki dla budowy zarówno w czasie wykonawstwa robót jak i w czasie eksploatacji gotowych juz obiektów.Drugim przykladem swiadczacym o koniecz¬ nosci dokladnej kontroli stanu fizycznego grun¬ tów moze sluzyc zagadnienie filtracji wody gruntowej. Jest to sprawa zasadniczej wagi przy budowie sztucznych zbiorników wodnych z uwa¬ gi na mozliwosc ucieczki wód pod zapora.Stosowana dotad klasyczna metoda badania stopnia zageszczenia gruntu w zlozu (in situ)za pomoca ta kzwanej sondy stozkowej, nie daje wymaganej dokladnosci a jedynie wyniki przy¬ blizone, poniewaz opór mechaniczny badanego osrodka zalezy nie tylko od jego stopnia za¬ geszczenia, ale takze od innych czynników ta¬ kich jak wilgotnosc, rodzaj uziarnienia, sklad chemiczny itp.Znana w geofizyce kopalnianej radiometrycz¬ na metoda okreslania ciezaru objetosciowego skal za pomoca rozproszonego promieniowania gamma poza rurami zabezpieczajacymi otwór, umozliwia okreslanie wzglednego ciezaru obje¬ tosciowego warstw geologicznych w profilu od¬ wiertu. Pomiar bezwzglednej wartosci ciezaru objetosciowego gruntów sypkich ta metoda jest obarczony duzym bledem, spowodowanym wply¬ wem zmian grubosci rur zabezpieczajacych otwór oraz naruszeniem w czasie wiercenia struktury gruntu poza rurami. Metoda taka wy¬ maga wiec stosowania specjalnych rur oraz spe¬ cjalnej techniki wiercen.Wspomniane zródla bledów pomiarowych zo¬ staja wyeliminowane przy pomiarze ciezaru objetosciowego gruntów sonda wedlug wyna¬ lazku.Sonda wedlug wynalazku umozliwia doko¬ nanie bezwzglednego pomiaru ciezaru objetos¬ ciowego gruntów sypkich zalegajacych ponizej dna otworu wiertniczego, bez pobierania prób tego gruntu.Zasada fizyczna tego pomiaru polega na wy¬ korzystaniu zaleznosci pomiedzy natezeniem roz¬ proszonego promieniowania gamma a liczba elektronów w jednostce objetosci badanego osrodka. Zaleznosc taka istnieje jako pewna funkcja w przypadku osrodków zlozonych z pier¬ wiastków lekkich, których liczba atomowa Z nie przekracza 30. Z kolei liczba elektronów w jed¬ nostce objetosci jest proporcjonalna do gestosci osrodka, a w przypadku srodowiska niejedno-' rodnego do jego ciezaru objetosciowego. Dzieki temu pomiar natezenia promieniowania gamma rozproszonego na elektronach orbitalnych ato¬ mów umozliwia oznaczenie ciezaru objetoscio¬ wego gruntu.Znajac ciezar objetosciowy osrodka oraz cie¬ zar wlasciwy szkieletu gruntowego mozna ta droga, w przypadkach pelnego nasycenia grun¬ tu woda, okreslic równiez jego porowatosc.Na rysunku fig. 1 przedstawia sonde do po¬ miaru ciezaru objetosciowego gruntów sypkich wedlug wynalazku w przekroju wzdluz osi po¬ dluznej, fig. 2 — szczegól sondy w przekroju jak na fig. Iw powiekszeniu, a fig. 3 ogólny schemat zestawu urzadzen pomiarowych.Sonda pomiarowa sklada sie z dwóch meta¬ lowych najlepiej stalowych rur oslonnych o od¬ powiednio dobranych lecz róznych dlugosciach i róznych srednicach zewnetrznych, które sta¬ nowia zarazem oslony dla urzadzen w nich umieszczonych. Górna rura 2 o srednicy Zew¬ netrznej na przyklad 35 mm i dlugos&i 35tt mm jest polaczona centrycznie odpowiednio uksztal¬ towanym pierscieniem 2 z dolna rura 3, której srednica zewnetrzna wynosi na przyklad 18 mm, dlugosc zas 600 mm. Rura 3 jest zlaczona za pomoca gwintu z grotem stalowym 4, w którym jest umieszczone zródlo 13 promieniowania.Rura 2 jest zamknieta od góry glowica uszczel¬ niajaca, umozliwiajaca wodoszczelne wyprowa¬ dzenie kabla i polaczenie sondy pomiarowej ze znanym przewodem wiertniczym. Glowica uszczelniajaca stanowi korpus stalowy 5, w któ¬ rym znajduje sie wyciecie 6 na boczne lub cen- tryczne wyprowadzenie kabla 9.Korpus 5 jest przykrecony do rury 2 i uszczel¬ niony z nia za pomoca odpowiednich pierscieni stalowych 7, pomiedzy którymi jest umieszczony pierscien gumowy 8.W rurze 2 jest umieszczony znany uklad elek¬ tronowy 10, polaczony w rurze 3 z chlorowco¬ wym licznikiem 22 Geigera-Mullera. W dolnej czesci rury 3 umieszczony jest ekran olowiany 12, który oslania licznik 22 przed promieniowa¬ niem gamma, biegnacym wzdluz osi sondy ze zródla 13 promieniowania.Konstrukcje grota 4 przedstawia szczegól A.Wewnatrz grota 4 jest umieszczone zródlo 13 promieni gamma zamkniete od góry nagwinto¬ wanym trzpieniem 14. Jako zródlo promienio¬ wania moze byc uzyty na przyklad izotop cezu Cs137 o aktywnosci okolo 10 mC.W czasie, gdy nie przeprowadza sie pomiarów, grot 4 odkreca sie od rury 3 i przechowuje w osobnym pojemniku olowianym. Po zmonto¬ waniu sondy to znaczy po nakreceniu grota 4 na rure 3, tak zwana dlugosc sondy czyli od¬ leglosc miedzy srodkiem geometrycznym zródla 13 promieniowania a srodkiem dlugosci czyn¬ nej chlorowcowego licznika 22 wynosi okolo 250 mm. Natomiast dlugosc calej sondy to jest od glowicy do grota wlacznie nie przekracza 1 m.Czesc elektronowa 10 sondy zawiera uklad, przesylajacy impulsy z chlorowcowego licznika 22 kablem 9 do rejestratora. Rejestratorem jest znany elektronowy lub tranzystorowy prze¬ licznik impulsów, sieciowy lub bateryjny, wraz I —z zasilaczem stabilizowanym wysokiego napie¬ cia dla chlorowcowego licznika 11 w sondzie.Dlugosc kabla 9, laczacego sonde pomiarowa z rejestratorem, moze wynosic, zaleznie od po¬ trzeby, od kilkunastu do kilkudziesieciu metrów.Rodazj zródla promieniowania, na przyklad izotop Cs1*7, jego aktywnosc oraz tak zwana dlugosc sondy sa dobrane optymalnie w oparciu o szczególowe badania teoretyczne i doswiad¬ czalne. Taki dobór parametrów umozliwia uzys¬ kanie duzej czulosci sondy, rzedu ± 0,02 G/cm3.W celu przeprowadzenia pomiarów ilosciowych sonda pomiarowa musi byc odpowiednio wyce- chowana. Cechowanie przeprowadza sie w zlo¬ zu modelowym, które wypelnia sie na przyklad piaskiem lub zwirkiem filtracyjnym o róznych lecz dokladnie znanych ciezarach objetoscio¬ wych. Do zloza modelowego wprowadza sie son¬ de pomiarowa i obserwuje sie jej wskazania to znaczy liczbe impulsów w jednostce czasu. Sze¬ reg tak przeprowadzonych pomiarów umozliwia ustalenie szukanej zaleznosci pomiedzy czestos¬ cia zliczen sondy a ciezarem objetosciowym ota¬ czajacego (badanego) osrodka, w wyniku czego otrzymuje sie tak zwana krzywa cechowania.Ten sposób cechowania sondy pomiarowej eli¬ minuje bledy pomiaru, wynikajace z narusze¬ nia struktury badanego gruntu na skutek wcis¬ kania sondy.Pomiar ciezaru objetosciowego gruntu sonda wedlug wynalazku przeprowadza sie w dnie otworu wiertniczego, lub innych wyrobisk na przyklad w szurfach, w dnach zbiorników wod¬ nych lub tez w warstwach przypowierzchnio¬ wych.Zestaw urzadzen (fig. 3) dla pomiaru prze¬ prowadzonego w dnie otworu wiertniczego skla¬ da sie z rur wiertniczych 16 zabezpieczajacych otwór, przewodu wiertniczego 17, do którego przykreca sie sonde pomiarowa 19 wedlug wy¬ nalazku, polaczona za pomoca kabla 18 (9) z rejestratorem impulsów wraz z zasilaczem 25.Sonde pomiarowa wedlug wynalazku przykreca sie do przewodu wiertniczego 17 na przyklad do zerdzi, opuszcza sie w dól i wprowadza w ba¬ dany grunt. Wprowadzenie sondy w grunt na¬ stepuje przez wcisniecie jej malodymensyjnego odcinka dolnego, to znaczy grotu 4 i rury 3 az po pierscien 2, laczacy obie rury oslonne.Po wcisnieciu sondy w grunt przeprowadza sie za pomoca rejestratora 25 pomiar czestosci zli¬ czen, to znaczy ilosc impulsów dochodzacych z sondy w jednostce czasu, co jest wielkoscia proporcjonalna do natezenia promieniowania.Liczba zarejestrowanych impulsów nie powinna byc mniejsza od 10* z czego wynika czas po¬ miaru, wynoszacy okolo 10 min. Otrzymana czestosc zliczen interpretuje sie na ciezar objetosciowy za pomoca krzywej cechowania.W celu wyeliminowania bledów wynikajacych z ewentualnych zmian parametrów urzadzenia, jak na przyklad zmian wartosci ukladu elek¬ tronowego, przeprowadza sie przed i po kazdym pomiarze gruntu pomiar kontrolny sondy zwa¬ ny standaryzacja. Standaryzacje przeprowadza sie za pomoca osobnego zródelka promieniowa¬ nia gamma, umieszczonego w stalej geometrii w stosunku do chlorowcowego licznika 21, znaj¬ dujacego sie w rurze 3. Zródelko kontrolne sporzadzone z tego samego izotopu, co zródlo umieszczone w grocie sondy eliminuje dzieki standaryzacji blad wynikajacy ze spadku aktyw¬ nosci zródla na skutek jego rozpadu promienio¬ twórczego.Ostatecznym wynikiem pomiaru sonda we¬ dlug wynalazku jest sredni ciezar objetosciowy gruntu w pewnej strefie pomiarowej 20, otacza¬ jacej sonde pomiarowa. Promien strefy wynosi okolo 15 cm, przy czym strefa ta zalega na glebokosci 20—50 cm ponizej dna otworu.Pomiar ciezaru objetosciowego gruntów syp¬ kich sonda wedlug wynalazku przeprowadza sie szybko w ciagu zaledwie kilku minut, pomiar daje dokladne wyniki a urzadzenie, które jest latwe w obsludze i moze byc obslugiwane przez jedna osobe. PL

Claims (1)

Zastrzezenia patentowe

1. Sonda do pomiaru ciezaru objetosciowego gruntów sypkich, zaopatrzona w uklad elek¬ tronowy, chlorowcowy licznik Geigera-Miil- lera oraz zródlo promieniowania gamma, znamienna tym, ze sklada sie z dwóch, naj¬ lepiej stalowych rur (1 i 3) o odpowiednio dobranych lecz róznych dlugosciach i róz¬ nych srednicach zewnetrznych, polaczonych ze soba centrycznie pierscieniem (2), z któ¬ rych rura (3) jest zakonczona nakrecanym na nia stalowym grotem (4), rura zas (1) jest zakonczona uszczelniajaca glowica zaopatrzo¬ na w gwint do nakrecania jej na przewód wiertniczy, przy czym glowice stanowi sta¬ lowy korpus (5) nakrecany na rure (1) i uszczelniony z nia pierscieniami (7 i 8), korpus (5) zas jest zaopatrzony w wyciecie (6) na wyprowadzenie boczne lub centryczne kabla (9). — J —Sonda wedlug zastrz. 1, znamienna tym, ze chlorowcowy licznik (11) Geigera-Mullera jest wmontowany w rure (3) i polaczony ze znanym ukladem elektronowym (10), umiesz¬ czonym w rurze (1). Sonda wedlug zastrz. 1 i 2, znamienna tym, ze zródlo (13) promieniowania gamma sta¬ nowi izotop, najlepiej cezu Cs137 o aktywnos¬ ci okolo 10 mC, umieszczony w grocie (4) i zamkniety od góry nagwintowanym trzpie¬ niem (14); przy czym zródlo (13) promienio¬ wania gamma jest przechowywane wraz z grotem (4) w osobnym pojemniku, a sonda jest wciskana w grunt ponizej dna otworu wiertniczego lub innego wyrobiska swa malo- dymensyjna czescia (3 i 4). Akademia Górniczo-Hutnicza Zastepca: inz. metalurg — mgr praw Mieczyslaw Slomski rzecznik patentowy -'/«] Ft $. i fetej ru^^.::.:; !«*4 ZG „Ruch" W-wa zam. 1589-61 B5 — 100 egz. PL