RU114066U1

RU114066U1 - DEVICE FOR DYNAMIC SOUND PROBING

Info

Publication number: RU114066U1
Application number: RU2011139162/03U
Authority: RU
Inventors: Анатолий Филенович Ким
Original assignee: Анатолий Филенович Ким
Priority date: 2011-09-23
Filing date: 2011-09-23
Publication date: 2012-03-10

Abstract

Устройство для динамического зондирования грунта, содержащее штангу, зонд с конусным наконечником, ударное устройство, средства извлечения зонда из грунта, размещенную в наконечнике зонда измерительную систему, включающую датчики, усилители, АЦП (аналого-цифровой преобразователь), блок регистрации, выполненный с возможностью передачи данных во внешний блок обработки информации, снабженный программным обеспечением, отличающееся тем, что ударное устройство выполнено в виде гидроударной машины, средства извлечения зонда из грунта выполнены на основе гидроподъемников так, что они обеспечивают подъем гидроударной машины после внедрения штанги с зондом, а также извлечение штанги с зондом после внедрения зонда на заданную глубину, дополнительно для измерения перемещения зонда при ударе введен внешний датчик перемещения с автономным регистратором, блок регистрации приспособлен для непосредственного соединения с внешним блоком обработки данных (компьютером), внешний блок обработки данных снабжен программным обеспечением для определения характеристик грунта путем математического моделирования и решения обратной задачи на основе экспериментальных зависимостей перемещения зонда от времени, изменения лобового сопротивления от времени и других данных. A device for dynamic ground sensing, containing a rod, a probe with a conical tip, an impact device, means for extracting the probe from the ground, a measuring system located in the tip of the probe, including sensors, amplifiers, ADC (analog-to-digital converter), a recording unit made with the possibility of transmission data to an external data processing unit equipped with software, characterized in that the percussion device is made in the form of a hydropercussion machine, the means for extracting the probe from the ground are made on the basis of hydraulic jacks so that they provide lifting of the hydropercussion machine after the introduction of the rod with the probe, as well as the extraction of the rod with the probe after insertion of the probe to a predetermined depth, in addition to measuring the movement of the probe upon impact, an external displacement sensor with an autonomous recorder is introduced, the recording unit is adapted for direct connection with an external data processing unit (computer), an external data processing unit is supplied with n software for determining the characteristics of the soil by mathematical modeling and solving the inverse problem based on the experimental dependences of the probe displacement on time, the change in drag on time, and other data.

Description

Полезная модель относится к области строительства, а именно к исследованию физико-механических характеристик грунтов динамическим зондированием.The utility model relates to the field of construction, namely to the study of physical and mechanical characteristics of soils by dynamic sounding.

Известна установка УБП-15М (ВНИИ Транспортного строительства, Руководство по электроконтактному динамическому зондированию грунтов, Москва, 1983), в которой зонд с наконечником и штангой внедряется в грунт при помощи ударно-канатного механизма. Груз поднимается лебедкой, а затем сбрасывается. Показания снимаются визуально. Такой способ имеет низкую производительность и небольшую глубинность исследования. Реализующее способ устройство имеет большие массогабаритные показатели.The UBP-15M installation is known (All-Russian Research Institute of Transport Construction, Guidelines for Electrocontact Dynamic Sounding of Soils, Moscow, 1983), in which a probe with a tip and a rod is introduced into the ground using a shock-rope mechanism. The load is lifted by a winch and then dumped. Readings are taken visually. This method has low productivity and a small depth of research. The device that implements the method has large overall dimensions.

Известна также гидроударная машина согласно патентам №2229559 и №2252299, которая имеет достаточно высокую производительность и предназначена для внедрения в грунт зонда. Масса гидроударной машины около 75 кг, тогда как установка УБП-15М имеет массу 1100 кг. Однако данная машина не может реализовать способ, обеспечивающий высокую производительность и глубинность исследований.Also known hydropercussion machine according to patents No. 2229559 and No. 22252299, which has a fairly high performance and is intended for introduction into the soil of the probe. The weight of the hydraulic shock machine is about 75 kg, while the UBP-15M installation has a mass of 1100 kg. However, this machine cannot implement a method that provides high productivity and depth of research.

Из заявки на изобретение №2008125936 известен выбранный в качестве ближайшего аналога способ исследования грунтов динамическим зондированием, включающий погружение зонда в грунт посредством ударов и определение физико-механических характеристик грунта датчиками по параметрам воздействия грунта на датчики, отличающийся тем, что определение характеристик производят применением тарированной, снабженной датчиками мездозы измерительной электронной системы, приемом сигналов от датчиков, их усилением, преобразованием в цифровой код аналого-цифровыми преобразователями (АЦП), регистрации, обработки и передачи в блок информации-управления. Однако он также не обеспечивает высокой производительности и глубинности исследований. Устройство, реализующее способ и выбранное в качестве ближайшего аналога, содержит штангу, зонд с конусным наконечником, ударное устройство, средства извлечения зонда из грунта, размещенную в наконечнике зонда измерительную систему, включающую датчики, усилители, АЦП, блок регистрации, выполненный с возможностью передачи данных во внешний блок обработки информации, снабженный программным обеспечением. Устройство обладает теми же недостатками, что и реализованный в нем способ.From the application for invention No. 2008125936 there is known a method for investigating soils by dynamic sounding selected as the closest analogue, including immersing the probe in the soil by means of shocks and determining the physical and mechanical characteristics of the soil by sensors according to the parameters of the effect of the soil on the sensors, characterized in that the characteristics are determined using calibrated, equipped with mezzose sensors of the measuring electronic system, receiving signals from the sensors, their amplification, conversion to a digital analog code -digital converters (ADC), registration, processing and transmission to the control information block. However, it also does not provide high productivity and depth of research. A device that implements the method and is selected as the closest analogue contains a rod, a probe with a conical tip, a percussion device, means for extracting the probe from the soil, a measuring system located in the probe tip, including sensors, amplifiers, ADCs, a recording unit configured to transmit data to an external information processing unit equipped with software. The device has the same disadvantages as the method implemented therein.

Изобретение направлено на решение задачи повышения технологичности, производительности и глубинности исследований.The invention is aimed at solving the problem of improving manufacturability, productivity and depth of research.

Сущность полезной модели заключается в том, что в устройстве для динамического зондирования грунта, содержащем штангу, зонд с конусным наконечником, ударное устройство, средства извлечения зонда из грунта, размещенную в наконечнике зонда измерительную систему, включающую датчики, усилители, АЦП, блок регистрации, выполненный с возможностью передачи данных во внешний блок обработки информации, снабженный программным обеспечением, предлагается ударное устройство выполнить в виде гидроударной машины, средства извлечения зонда из грунта выполнить на основе гидроподъемников так, что они обеспечивают подъем гидроударной машины после внедрения штанги с зондом, а также извлечение штанги с зондом после внедрения зонда на заданную глубину, дополнительно для измерения перемещения зонда при ударе ввести внешний датчик перемещения с автономным регистратором, блок регистрации приспособить для непосредственного соединения с внешним блоком обработки данных (компьютером), внешний блок обработки данных снабдить программным обеспечением для определения характеристик грунта путем математического моделирования и решения обратной задачи на основе экспериментальных зависимостей перемещения зонда от времени, графиков изменения лобового сопротивления от времени и других данных.The essence of the utility model lies in the fact that in the device for dynamic sounding of the soil, containing a rod, a probe with a conical tip, a striking device, means for extracting the probe from the soil, a measuring system located in the tip of the probe, including sensors, amplifiers, ADC, registration unit, made with the ability to transfer data to an external information processing unit, equipped with software, it is proposed that the percussion device be made in the form of a hydraulic hammer machine, means for extracting the probe from the ground perform on the basis of hydraulic lifts so that they provide a hydraulic hammer lift after introducing the rod with the probe, as well as removing the rod with the probe after introducing the probe to a predetermined depth, in addition to measure the probe’s movement upon impact, introduce an external displacement sensor with an autonomous recorder, adapt the registration unit to direct connection with an external data processing unit (computer), provide the external data processing unit with software for determining the characteristics of the ground m of mathematical modeling and solving the inverse problem on the basis of experimental dependences of the probe displacement on time, graphs of changes in drag against time and other data.

Использование миниатюрного электронного блока регистрации для записи и хранения информации при зондировании, помещаемого в наконечник зонда, обеспечивает высокую производительность и технологичность исследований. Для более точного измерения перемещения зонда при ударе используется внешний датчик перемещения с автономным регистратором. Характеристики грунтов определяются не по таблицам, так как таблицы в СП 11-105-97 даны только для песчаных грунтов, а по данным динамического зондирования и математического моделирования.The use of a miniature electronic recording unit for recording and storing information during sounding, placed in the probe tip, provides high productivity and manufacturability of research. For a more accurate measurement of probe displacement during impact, an external displacement sensor with an autonomous recorder is used. Soil characteristics are determined not by tables, since the tables in SP 11-105-97 are given only for sandy soils, but according to dynamic sounding and mathematical modeling.

На фигуре 1 приведена блок схема устройства, реализующего способ динамического зондирования грунтов. На фигуре 2 приведена блок схема наконечника зонда. На фигуре 3 приведены графики изменения силы лобового сопротивления от одного удара в различных типах грунтов. На фигуре 4 приведены графики перемещения зонда от одного удара в различных типах грунтов.The figure 1 shows a block diagram of a device that implements a method of dynamic sounding of soils. The figure 2 shows the block diagram of the probe tip. The figure 3 shows graphs of changes in the force of drag from a single impact in various types of soils. The figure 4 shows the graphs of the movement of the probe from a single impact in various types of soils.

Устройство для динамического зондирования грунтов, приведенное на фигурах 1, 2 может быть установлено, например, на автомашине (на фигурах не показана). Оно содержит ударное устройство (устройство погружения зонда), выполненное на основе гидроударной машины. Наконечник 1 зонда включает в себя акселерометр 2 и тензодатчики 3, которые с помощью соответствующих связей 4, 5 соединены со входами быстродействующего блока регистрации - логгера 6. В наконечнике 1 зонда также имеется соединенный с логгером 6 связью 7 блок 8 питания. Гидроударная машина 10 установлена на штанге 11 и приводится в действие не показанной на фигурах масляной станцией с клапаном-регулятором 9. В начале погружения гидроударная машина 10 занимает верхнее исходное положение, затем в процессе погружения опускается в предельное нижнее положение. Перевод гидроударной машины 10 из нижнего положения в исходное верхнее положение производится при помощи гидроподъемников 13. Гидроподъемники 13 также используются для извлечения штанги 11 после окончания погружения. Датчик 12 перемещения используется для регистрации графика перемещения зонда.The device for dynamic sounding of soils shown in figures 1, 2 can be installed, for example, in a car (not shown in the figures). It contains a percussion device (probe immersion device), made on the basis of a water hammer machine. The tip 1 of the probe includes an accelerometer 2 and load cells 3, which are connected to the inputs of the high-speed registration unit - logger 6 using the appropriate connections 4, 5. The tip 1 of the probe also has a power supply unit 8 connected to the logger 6 by connection 7. The hydropercussion machine 10 is mounted on the rod 11 and is driven by an oil station not shown in the figures with a control valve 9. At the beginning of the dive, the hydropercussion machine 10 is in the upper initial position, then in the process of immersion it is lowered to its lowest position. The transfer of the hydraulic hammer 10 from the lower position to the initial upper position is carried out using hydraulic lifts 13. Hydraulic lifts 13 are also used to remove the rod 11 after the end of the dive. The displacement sensor 12 is used to record a probe's travel schedule.

При динамическом зондировании наконечник 1 зонда внедряется в грунт посредством ударов. При ударе возникают ускорения. Ускорения фиксируются при помощи акселерометра 2. Тензодатчики 3, установленные внутри полого цилиндра опирающегося на конусную часть наконечника зонда 1, фиксируют усилие лобового сопротивления конуса при его внедрении в грунт. На фиг.3 показаны графики изменения силы лобового сопротивления в различных типах грунтов. Логгер 6 предназначен для регистрации, записи и хранения данных, поступающих от акселерометра 2 и тензодатчиков 3. Для этого логгер 6 содержит не показанные на фигурах АЦП (аналого-цифровой преобразователь) и блок памяти. Проинтегрировав по времени ускорения, которые регистрируются акселерометром 2, можно определить скорость внедрения зонда. Далее, если вторично проинтегрировать ускорения, то есть теперь уже скорость, то в итоге узнаем перемещения зонда во времени. Графики перемещения зонда во времени в различных типах грунтов показаны на фиг.3.During dynamic sounding, the probe tip 1 is introduced into the ground by impacts. Upon impact, accelerations occur. Accelerations are recorded using the accelerometer 2. Strain gauges 3 installed inside the hollow cylinder resting on the conical part of the probe tip 1 record the cone drag force when it is introduced into the ground. Figure 3 shows graphs of changes in drag force in various types of soils. Logger 6 is designed to register, record and store data coming from the accelerometer 2 and strain gauges 3. For this, logger 6 contains an ADC (analog-to-digital converter) and a memory unit not shown in the figures. By integrating the accelerations recorded by the accelerometer 2 over time, it is possible to determine the penetration rate of the probe. Further, if we integrate the accelerations a second time, that is, now the speed is now, we will eventually find out the probe movements in time. Graphs of probe movement over time in various types of soils are shown in FIG. 3.

В предлагаемой технологии для определения строительных свойств грунтов применяется математическое моделирование взаимодействия зонда с грунтом на основе нелинейной механики грунтов и программного обеспечения. Моделирование напряженно-деформированного состояния грунтов, которое используется в нашей технологии, усложняется тем, что приходится решать обратную задачу. При решении обратной задачи в качестве исходной информации используются экспериментальные данные. Мы имеем экспериментальные графики перемещения зонда во времени, фиг.3, графики изменения лобового сопротивления во времени, фиг.2 и другие данные (частота колебаний зонда, сила удара, ускорение удара и др.). Путем математического моделирования мы строим аналогичные виртуальные графики. Далее путем оптимизационных расчетов мы приближаем виртуальные графики к экспериментальным до заданной степени точности. Когда это нам удается, то мы говорим, что грунт имеет такие же значения параметров строительных свойств, как в виртуальной модели. Пакет программ разработан так, что позволяет описывать движение наконечника зонда в грунтовой среде с получением графиков, аналогичных реальным графикам динамического зондирования, приведенным на фигурах 3, 4. Путем решения оптимизационной задачи можно добиться максимального приближения расчетных графиков к реальным. При их совпадении с допустимой точностью делают вывод о том, что параметры грунта совпадают со значениями в расчетной модели.In the proposed technology, to determine the construction properties of soils, mathematical modeling of the interaction of the probe with the soil is used on the basis of nonlinear soil mechanics and software. Modeling of the stress-strain state of soils, which is used in our technology, is complicated by the fact that it is necessary to solve the inverse problem. In solving the inverse problem, experimental data are used as initial information. We have experimental graphs of the probe moving in time, Fig. 3, graphs of changes in drag in time, Fig. 2 and other data (probe oscillation frequency, impact force, impact acceleration, etc.). Through mathematical modeling, we build similar virtual graphs. Further, by means of optimization calculations, we bring the virtual graphs closer to the experimental ones to a given degree of accuracy. When we succeed, we say that the soil has the same values of the parameters of the building properties as in the virtual model. The software package is designed so that it is possible to describe the movement of the probe tip in the soil environment with obtaining graphs similar to the actual dynamic sounding graphs shown in Figures 3, 4. By solving the optimization problem, it is possible to maximize the approximation of the calculated graphs to the real ones. If they coincide with acceptable accuracy, they conclude that the soil parameters coincide with the values in the calculation model.

Claims

A device for dynamic sounding of the soil, comprising a rod, a probe with a conical tip, a percussion device, means for extracting the probe from the soil, a measuring system located in the tip of the probe, including sensors, amplifiers, ADCs (analog-to-digital converter), recording unit configured to transmit data to an external information processing unit equipped with software, characterized in that the percussion device is made in the form of a water hammer machine, means for extracting the probe from the ground They are based on hydraulic lifts so that they provide a hydraulic hammer lift after introducing the rod with the probe, as well as removing the rod with the probe after introducing the probe to a predetermined depth, in addition to measuring the probe’s movement upon impact, an external displacement sensor with an autonomous recorder is introduced, the registration unit is adapted for direct connection to an external data processing unit (computer), the external data processing unit is equipped with software for determining soil characteristics by means of mate static modeling and solving the inverse problem based on the experimental time dependences of the probe displacement, the change in drag from time, and other data.