RU2005129C1 - Устройство вращательно-статического зондировани грунта - Google Patents

Abstract

Использование: область комплексных инженерно-геологических изысканий в цел х строительства методом вращательного среза и статического зондировани  Сущность изобретени : устройство содержит комбинированный рабочий наконечник-конус с втулкой и лопастный наконечник с хвостовиком. Наконечник через отключающее приспособление соединен с колонной составных штанг. Лопастный наконечник размещен ниже конуса на рассто нии не менее 1,5-2,0 диаметра основани  конуса. Углы при вершине конуса, скоса и заточки лопастного наконечника и хвостовика выполнены равными. Нагрузочное приспособление содержит узел замера параметров крут щего момента в виде кронштейна Кронштейн установлен в сквозной прорези корпуса с руко тками и стаканом. В полости стакана с возможностью продольного перемещени  установлена шпицева  втулка с уступом . Шлицева  втулка проходит через шлицевое отверстие в кронштейне и св зана с колонной штанг разъемной вилкой. Нагрузочное приспособление содержит узел замера осевых нагрузок в виде динамометрической пружины сжати , установленной в стакане между корпусом и уступом на шлицевой втулке. Измерительное приспособление выполнено в виде деформометров и линейной шкалы с нониусом, подвижно установленным в прорези . 2злф-лы,5иа

Description

ve

s

§

Изобретение относитс  к Ьбласти комплексных инженерно-геологических изысканий в цел х строительства и служит дл  исследовани  преимущественно слабых грунтов методом вращательного среза и статического зондировани ,

Известно устройство статического зондировани  грунта, включающее составную штангу с конусным наконечником и отключающим приспособлением дл  осуществле- ни  их относительного продольного перемещени , нагрузочное устройство в виде корпуса с руко тками, взаимодействующего через динамометрическую пружину сжати  с втулкой, закрепленной на штанге с возможностью продольного перемещени , и измерительное приспособление в виде деформометра динамометрической пружины 1.

Недостатком известного устройства  вл ютс  ограниченные функциональные возможности , св занные с определением в массиве только параметров статического зондировани  грунта и величины трени  по боковой поверхности колонны штанг.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому  вл етс  устройство дл  испытани  грунта вращательным срезом , включающее составную штангу с лопастным наконечником и отключающим приспособлением дл  осуществлени  их относительного вращени  и продольного перемещени , нагрузочное устройство в виде корпуса с руко тками, взаимодействующего через упор одной из них с плоской динамометрической пружиной,Закрепленной на кронштейне втулки, установленной в корпусе с возможностью вращени  вокруг своей оси и закрепленной на составной штанге с возможностью продольного перемещени , измерительное приспособление в виде деформометра прогиба динамометрической плоской пружины, причем штанга с крыль- чатым наконечником соединена шлицевым соединением, вход щим в зацепление в крайнем положении 2,

Недостатком известного устройства  вл ютс  ограниченные функциональные возможности , св занные с определением в массиве только параметров вращательного среза и невозможностью комплексного исследовани  свойств грунта в одной точке.

Ожидаемый технический результат - упрощение конструкции при расширении функциональных возможностей и повышение производительности при высокой точности комплексных исследований грунта в одной точке и на одном инженерно-геологическом

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

горизонте - в предлагаемом устройстве вра- щательно-статического зондировани  грунта , содержащем рабочий лопастный наконечник с хвостовиком, составную штангу , св занную с хвостовиком лопастного наконечника через отключающее приспособление в виде разьемного соединени  дл  их относительного вращени  и продольного перемещени , нагрузочное приспособление в виде корпуса с руко тками , закрепленного на штанге с возможностью продольного перемещени , узла замера параметров крут щего момента с плоской динамометрической пружиной, контактирующей с упором руко тки, и кронштейна , установленного в корпусе с возможностью вращени  вокруг оси штанги, и измерительное приспособление в виде деформометра прогиба плоской пружины, достигаетс  тем, что рабочий наконечник снабжен полым конусом с втулкой, подвижно установленной в полости отключающего приспособлени  с возможностью относительного вращени  и продольного перемещени , в полости конуса и erd втулки подвижно установлен хвостовик лопастного наконечника с возможностью относительного вращени  и продольного перемещени , лопастный наконечник размещен ниже конуса на рассто нии не менее 1,5d - 2d, где d - диаметр основани  конуса, а нагрузочное приспособление оснащено узлом замера осевых нагрузок на весь рабочий наконечник в виде шлицевой втулки с уступом , закрепленной на штанге посредством разъемного соединени  и соосно установленной в корпусе с возможностью относительного продольного перемещени  в шлицевом отверстии кронштейна, а также динамометрической пружины сжати , установленной между уступом шлицевой втулки и корпусом, причем корпус оснащен стаканом с линейной шкалой замера величины поджати  пружины сжати  и дополнительным деформометром ее сжати , а углы при вершине конуса, хвостовика и углы заточки лидирующих кромок и скоса лопастей рабочего наконечника выполнены равными.

Снабжение нагрузочного приспособлени  шлицевой втулкой, закрепленной на штанге и св занной с кронштейном через подвижное шлицевое соединение, установка между уступом шлицевой втулки и корпусом динамометрической пружины сжати , снабжение пружины сжати  деформометром , а корпуса стаканом с линГейной шкалой замера величины поджати  пружины сжати   вл етс  новым по отношению к прото

типу. Снабжение рабочего наконечника полым конусом с втулкой, подвижно установленной в полости отключающего приспособлени , установка хвостовика лопастного наконечника с возможностью про- дольного перемещени  и относительного вращени  в полости втулки конуса, размещение лопастного наконечника ниже конуса на рассто нии не менее чем 1,5d-2d. где d - диаметр основани  конуса, заточка под одним углом вершины конуса, лопастного наконечника и его хвостовика  вл ютс  отличием от прототипа.

При исследовании известных в науке и технике решений совмещение лопастного наконечника с конусом с одинаковым углом при вершинах дл  производства в одной точке массива на одном уровне вращательного среза и статического зондировани  грунта таким образом, чтобы они отсто ли друг от друга при лидирующем положении лоласхного наконечника на рассто нии 1,5 d - 2d от конуса с диаметром основани  d и минимально вли ли на показани  друг дру- га при минимальной нарушенности естественной структуры исследуемого грунта, не было обнаружено. Не обнаружены нагрузочное устройство и измерительные приспособлени  дл  передачи на грунт и замера в одной точке массива момента вращательного среза и осевой нагрузки с высокой точностью и разделением определ емых параметров грунта. В то же врем  известные совмещенные конусы с ло- пастными наконечниками оказывают вли ние на показани  друг друга, а именно, когда конус расположен перед, или конус находитс  на уровне лопастей наконечника, или конус расположен за лопастным нако- нечником на рассто нии менее 1,5d - 2,0 d. В этих случа х производ т переуплотнение грунта в зоне вращательного среза и получают неудовлетворительные результаты опытов.,

Был найден рабочий наконечник дл  совмещени  испытани  в одной точке массйв.а грунта методом динамического зондировани  и вращательного среза, в котором конусный наконечник также расположен частично за лидирующим лопастным наконечником 3.

Однако в известном техническом реше- нии конус и лопастный наконечник на 1/3 высоты конуса совмещены, что приводит в процессе динамического погружени  зонда к существенному переуплотнению грунта в зоне испытани  его вращательным срезом.

5

5 О

п 5 0 5 0 5

0

е

Было найдено и универсальное нагрузочное устройство дл  раздельного и совме- стного нагружени  грунта через комбинированный рабочий наконечник усилием статического вдавливани  конуса и моментом вращательного среза лопаст ми, выполненный в виде корпуса с руко тками, установленного на шлицевой втулке с возможностью продольного перемещени  и сжати  динамометрической пружины сжати , размещенной между ними, а также линейной шкалой замера величины сжати  пружины, служащей в качестве измерительного приспособлени  4.

Однако известное нагрузочное устройство не может работать в услови х сильно разн щейс  плотности грунта по глубине исследуемого массива, так как в нем отсутствует механизм предварительного поджа- ти  динамометрической пружины сжати  дл  замера параметров более плотных грунтов , а деформометр часового типа имеет ог- раниченный ход индикаторной ножки, рассчитанный у деформометра ИЧ-10 на 10 мм. Реечно-шестеренчатый механизм замера крут щего момента сложен по конструкции , имеет пары трени  и более сложен в тарировке. Изготовление устройства более сложное требует более высо.кой квалификации работников.

Это свидетельствует о том, что за вленное решение, содержащее всю приведенную совокупность признаков, отвечает критерию изобретательский уровень.

Технический результат-упрощение конструкции при расширении функциональных возможностей и повышение производительности при высокой точности комплексных исследований грунта в одной точке и на одном инженерно-геологическом горизонте грунтового массива - основываетс  на том, что, во-первых, рабочий наконечник выполнен комбинированным и составленным из стандартных лопастного наконечника и конуса , .совмещенных таким образом, что лидирующее расположение первого на рассто нии 1,5 d - 2,0 d от второго, где d - диаметр основани  конуса, не сказываетс  на результатах замеров параметров грунта с каждого из них. Этому способствует и то, что крыльчатый наконечник по диаметру почти вписываетс  в диаметр конуса, а углы заточки крылок и их скоса и угол заточки хвостовика крыльчатого наконечника равны углу при вершине конуса. Рассто ние 1,5d - 2,0 d выбрано из услови  отсутстви  вли ни  зоны уплотнени  грунта перед конусом на показани  крыльчатого наконечника дл 

диапазона плотностей от слабых до средней плотности грунтов, в которые может быть задавлен этот рабочий наконечник. Выполнение крыльчатого наконечника и конуса с исключением взаимного вли ни  на пере- Амещени  друг друга и с отключающим их поочередно устройством позвол ет повысить точность исследований за счет учета вли ни  трени  грунта о штанги на показани  вращательного среза и статического зондировани . Во-вторых, нагрузочное приспособление , содержащее в себе узлы замера параметров статического зондировани  и вращательного среза, выполнено до предела простым по конструкции и в эксплуатации при высокой точности замер емых величин. Это достигаетс  тем, что узел заме

ра крут щего момента и узел замера осеаых нагрузок установлены а корпусе на подвиж

ном шлицевом соединении одной втулки, закрепленной на штанге с возможностью относительного продольного перемещени , все это позвол ет в одной точке на одном инженерно-геологическом горизонте одно- временно производить замер параметров статического зондировани  и при повороте устройства вокруг своей оси замер моментов вращательного среза грунта комплексным рабочим наконечником с фиксированным разделением замер емых параметров грунта, при этом вдвое возрастает производительность исследований. Установив требуемую величину поджати  динамометрической пружины сжати  узла замера осевых нагрузок дл  исследуемого в процессе зондировани  данной плотности грунта, можно с высокой точностью исследовать более или менее плотные грунты в заданных диапазонах поджати  пружины. Дополнительный деформометр, установленный между корпусом и нижним концом втулки динамометрической пружины сжати , с высокой точностью позвол ет в заданном интервале передаваемой на штанги осевой нагрузки определ ть параметры статического зондировани  грунта, а линейна  шкала на стакане корпуса регистрирует величину предварительного поджати  пружины сжати  дл  определенного диапазона плотности исследуемого грунта.

На фиг.1 показан общий вид описываемого устройства, совмещенный с разрезом; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1; на фиг.З - разрез Б-Б на фиг.1; на фиг.4 - разрез В-В на фиг.1; на фиг.5 - разрез Г-Г на фиг.1.

Устройство вращательно-статического зондировани  грунта состоит из колонны составных штанг 1, св занной на нижнем

5 W

15

20

. «к зо 35 40 45 50

конце через отключающее приспособление 2 с комбинированным рабочим наконечником в виде конуса 3 и лопастного наконечника 4, хвостовик 5 которого с возможностью вращени  и продольного перемещени  подвижно установлен в сквозном отберстии б конуса 3. Лопастный наконечник 4 размещен ниже конуса 3 на рассто нии не менее 1,5d - 2,0 д, где d - диаметр основани  конуса 3, а угол а при вершине конуса 3, угол / при вершине хвостовика 5, углы у заточки лидирующих кромок и угол 0 скоса лопастей наконечника 4 выполнены равными. Отключающее приспособление 2 выполнено из полого переходника 7 с перемычкой 8 и уступом 9, совмещенного с втулкой 10 конуса 3. буртик 11 которой упираетс  в перемычку 8 и котора  установлена в полости 12 переходника 7 с возможностью продольного перемещени  и относительного вращени , Хвостовик 5 лопастного наконечника 4 свободно проходит через отверстие в перемычке 8 переходника 7, выполнен на верхнем торце с выступающим буртиком 13 и кулачками 14, взаимодействующими с ответными пазами и кулачками 15 в глухой полости 16 переходника 7, и установлен в полости 16с возмож- ностыо продольного перемещени  и относительного вращени .

На верхнем конце составной штанги 1 с возможностью продольного перемещени  закреплено посредством разъемного соединени  в виде вилки 17 нагрузочное приспособление , выполненное в виде полого корпуса 18 со стаканом 19 и руко тками 20, одна из которых снабжена упором 21, контактирующим со свободным концом плоской динамометрической пружины 22, консольно закрепленной на корпусе 18. Узел замера параметров крут щего момента состоит из кронштейна 23, установленного на шлицевой втулке 24 посредством подвижного шлицевого соединени  с возможностью свободного продольного перемещени  и в сквозном проеме 25 корпуса 18 между бронзовыми вкладышами 26 с возможностью свободного вращени . Кронштейн 23 посредством упора 27 взаимодейств ует через центр плоской динамометрической пружины 22 с индикаторной ножкой деформометра 28, закрепленного на руко тке 20 с упором 21 посредством фиксирующего винта 29. Узел замера осевых нагрузок нагрузочного приспособлени  выполнен в виде установленной на шлицевой втулке 24 между ее уступом 30 и дном стакана 19 корпуса 18 динамометрической

пружины сжати  31. Шлицева  втулка выполнена на верхнем конце с резьбовым участком , на котором с помощью двух резьбовых гаек 32 закреплен фиксатор 33 дл  креплени  деформометра 34 сжати  динамометрической пружины сжати  31, установленный на втулке 24 посредством шлицевого соединени  с возможностью продольного перемещени , и с помощью резьбовой гайки 35 зафиксирован корпус 36 разъемного соединени  посредством вилки 17 шлицевой втулки 24 со штангой 1. Стакан 19 корпуса 18 выполнен с линейной шкалой 37 вдоль прорези 38, в которой с возможностью продольного перемещени  установлен самотормоз щийс  подвижный нониус 39, упирающийс  в уступ 30 шлицевой втулки 24.

Устройство вращательно-статического зондировани  грунта работает следующим образом. Посредством руко ток 20 вручную задавливают в массив грунта комбинированный рабочий наконечник-конус 3 и лопастный наконечник 4 и производ т замер параметров статического зондировани  грунта - общее сопротивление Q грунта статическому зондированию, которое включает лобовое сопротивление Р грунта проникновению рабочего наконечника и сопротивление q грунта трению о боковую поверхность рабочего наконечника, отключающего приспособлени  2 и штанг 1, при этом усилие Q через штанги 1, замкнутые -посредством вилки 17 на шлицевой втулке 24, передаетс  на динамометрическую пружину сжати  31, сжимаемую корпусом 18 усилием руко ток 20. При сжатии пружины 31 уступ 30 шлицевой втулки перемещает нониус 39 по линейной шкале 37 стакана 19 корпуса 18 и производитс  грубый фиксированный отсчет деформации Ji пружины 31, в то же врем  точные замеры величины И производ тс  по деформометру 34, индикаторна  ножка которого опускаетс  при сжатии пружины 31 и перемещении корпуса 18 нагрузочного приспособлени  вдоль шлицевой втулки 24. Производ т статическое зондирование путем поинтервального погружени  рабочего наконечника и замера соответствующих величин Q. После сн ти  отсчета по деформометру 34 руко тками 20 через заданные интервалы глубины производ т вращательный срез грунта лопастным наконечником 4 и замер параметров общего крут щего момента М0 по показани м деформометра 28. При этом реакци  грунта на момент вращательного среза Мер и трени  грунта о штанги МТр передаетс .на лопаст0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

ный наконечник 4 и через его хвостовик 5 и кулачковое соединение 14, отключающего приспособлени  2 на штанги 1 и через вилку 17 на шлицевую втулку 24 нагрузочного приспособлени . Далее реактивный момент через шлицы втулки 24 передаетс  на шлицы кронштейна 23, упор 27 которого соответствующее окружное усилие передает на плоскую динамометрическую пружину 22, вызыва  ее прогиб г в средней части к перемещение индикаторной ножки дафор- мометра 28.

Далее производ т поддергивание посредством руко ток 20 колонны составных штанг 1 с переходником 7 отключающего приспособлени  при неподвижном рабочем наконечнике до момента выхода из зацеплени  кулачкового соединени  14, 15 лопастного наконечника 4 и полного выдвижени  из полости 12 переходника 7 втулки 10 конуса 3, вращают колонну составных штанг 1 с отключенным лопастным наконечником 4 и конусом 3 и замер ют по деформометру 28 момент МТр дл  преодолени  трени  грунта о штанги с отключающим приспособлением. После этого посредством руко ток 20 производ т осевое вдавливание колонны составных штанг 1 с отключающим приспособлением в грунт до момента включени  кулачкового соединени  14, 15 и входа втулки 10 конуса 3 в полость 12 переходника 7 и замер ют по деформометру 34 величину q трени  грунта о боковую поверхность штанг 1, рабочего наконечника и отключающего приспособлени . Величины Q, q. Mo и МТр определ ют по соответствующим тарировочным зависимост м из показаний соответствующих дефор- мометров 34 и 28 узлов замера осевых нагрузок и параметров крут щего момента нагрузочного приспособлени , а механические параметры грунта по известным зависимост м рассчитывают, определив- параметры МСр Мо-МТр и Р Q - q.

Далее производ т погружение рабочего наконечника в грунт на следующую глубину массива и цикл измерений повтор етс  до предельной глубины зондировани .

В процессе статического зондировани  как под конусом 3, так и под лопастным наконечником грунт отклон етс  от вертикальной оси в сторону под одним и тем же стандартным углом а / у 0 60°, при этом лидирующее расположение лопастного наконечника 4 перед конусом 3 ввиду малой толщины лопастей vf почти их равного диаметра с диаметром конуса не сказываетс  на результатах исследований из-за незначительной нарушенности естественной

11200512912

структуры грунта за крыльчатым наконечни-устройства при расширении его функциоком и учета этого вли ни  за счет сн ти нальных возможностей по сравнению с анапоказаний сопротивлени  грунта вдавлива-логами значительно упростилась за счет

нию самих лопастей рабочего наконечника.использовани  общей шлицевой втулки дл 

В процессе вращательного среза конус 5двух узлов нагрузочного приспособлени  и

3 за счет сил трени  остаетс  неподвижнымобщего отключающего приспособлени  дл 

в грунте, а вли ние нэрушенности грунтакомбинированного рабочего наконечника,

перед конусом в процессе статического зон-Изготовление устройства возможно на базе

дировани  не сказываетс  на показани  вра-любых механических мастерских vi не вызыщательного среза грунта, наход щегос  в вает производственных трудностей. Устройплоскости среза на рассто нии t,5 d - 2,0 dство удобно в эксплуатации. Тарировка

ниже конуса 3.прибЪра проста, а измерительные приспоТаким образом, предложенное устрой-соблени  легко поддаютс  метрологичество вращательно-статического зондирова-ским поверкам.

ни  при высокой точности замер емыхОпытные образцы предлагаемого уст- параметров грунта позвол ет производитьройства изготовлены и успешно прошли ис- в одной точке и на одном инженерно-геоло-пытани  в услови х заболоченной гическом горизонте комплексные исслёдо-,-местности, вани , повыша  их производительность „п вдвое за счет устранени  повторных операций по передавливанию раздельно рабочих (56) 1. Амар н Л.С. Прочность и деформиру- наконечииков - конуса и лопастей крыльчат-емость торф ных грунтов. М.: Недра, 1969, ки. Предложенное лидирующее расположе-с.89-90.

ние лопастей перед конусом рабочего 252. Авторское свидетельство СССР

наконечника на рассто нии 1,5 d - 2,0 d№218503, кл. G 01 N3/24, 1968 (прототип),

позвол ет впервые с высокой точностью3. Авторское свидетельство СССР

разделить параметры статического зонди-№ 909005, кл. Е 02 D 1/00. 1979.

ровани  и вращательного среза грунта не-4. Авторское свидетельство СССР

нарушенной структуры. Конструкци  30№ 1537751, к . Е 02 D 1/00, 1988.

Claims (2)

1. УСТРОЙСТВО ВРАЩАТЕЛЬНО-СТА-относительного вращени  и продольного

ТИЧЕСКОГО ЗОНДИРОВАНИЯ ГРУНТА,перемещени , лопастной наконечник разсодержащее лопастной наконечник с хво-мещен ниже конуса на рассто нии не местовиком , составную штангу, св занную снее (1,5 - 2,0)d, где d - диаметр основани 

хвостовиком через отключающее приспо-конуса, а нагрузочное приспособление оссобление в виде разъемного соединени нащено узлом замера осевых нагрузок в их относительного вращени  и продольно- 40 виде шлицевой втулки с уступом, закрепго Перемещени , нагрузочное приспособ-ленной на штанге посредством разьемного

ление в виде корпуса с руко тками,соединени  и соосно установленной в корзакрепленного на штанге с возможностьюпусе с возможностью относительного пропродольного перемещени , узла замерадольного перемещени , кронштейн св зан параметров крут щего момента с плоской 45 c втулкой посредством подвижного шлицединамометрической пружиной, контакти-вого соединени , а между уступом втулки и

рующей с упором одной из руко ток, икорпусом установлена динамометрическа 

кронштейна, установленного в корпусе спружина сжати .

возможностью вращени  вокруг оси штан-

2. Устройство по п.1, отличающеес  ги, и измерительное приспособление в ви- 50 T6Mi что лицева  втулка выполнена с де деформометра прогиба плоскойрезьбовой навивкой на шлицах и свинчена динамометрической пружины, отличающе-с двум  гайками, между которыми с внеш- ес  тем, что лопастной рабочий наконеч-ней стороны корпуса с возможностью проник снабжен полым конусом со втулкой,дольного относительного перемещени  на подвижно установленной в полости отклю- 55 шлицах установлен фиксатор с деформо- чающего приспособлени  с возможностьюметром динамометрической пружины ежа- относительного вращени  и продольноготи , причем корпус оснащен стаканом с перемещени , в полости конуса и его втул-продольной прорезью и линейной шкалой ки подвижно установлен хвостовик лопаст-замера величины поджати  динамометри- ного наконечника с возможностьюческой пружины сжати  и самотормоз щимс  нониусом, установленным в3. Устройство по п.1, отличающеес 

прорези стакана с возможностью продоль-тем, что углы при вершине конуса, хвостоного перемещени  и упирающимс  в уступвика и углы заточки и скоса лопастного нашлицевой втулки.5 конечника равны.

3531

го

///////

222р&2

2323SS323JL f

/г/ Ф&г

В-В

J7 1S , 7/ b 36

Г-/

Т /5 ДХ №J (Dto . W/