RU2333314C1 - Устройство для комплексного зондирования грунтов - Google Patents

Устройство для комплексного зондирования грунтов Download PDF

Info

Publication number
RU2333314C1
RU2333314C1 RU2006142747/03A RU2006142747A RU2333314C1 RU 2333314 C1 RU2333314 C1 RU 2333314C1 RU 2006142747/03 A RU2006142747/03 A RU 2006142747/03A RU 2006142747 A RU2006142747 A RU 2006142747A RU 2333314 C1 RU2333314 C1 RU 2333314C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
strings
torque
transducer
resilient member
housing
Prior art date
Application number
RU2006142747/03A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2006142747A (ru
Inventor
Роман Константинович Зиновьев
Павел Константинович Кузьмин
Николай Романович Зиновьев
Original Assignee
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Российский университет дружбы народов" (РУДН)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Российский университет дружбы народов" (РУДН) filed Critical Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Российский университет дружбы народов" (РУДН)
Priority to RU2006142747/03A priority Critical patent/RU2333314C1/ru
Publication of RU2006142747A publication Critical patent/RU2006142747A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2333314C1 publication Critical patent/RU2333314C1/ru

Links

Images

Landscapes

  • Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)
  • Investigation Of Foundation Soil And Reinforcement Of Foundation Soil By Compacting Or Drainage (AREA)
  • Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)
  • Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

Изобретение относится к области строительства, а именно к устройствам для определения физико-механических свойств нескальных грунтов при проведении инженерно-геологических изысканий. Устройство для комплексного зондирования грунтов содержит корпус с конусным наконечником и продольными лопастями, датчик порового давления, установленный в герметичной полости корпуса, и преобразователь осевого усилия и крутящего момента, выполненный в виде двух струнных преобразователей, струны которых связаны с встроенным в корпус упругим элементом, а их электромагнитные головки посредством кабеля соединены с регистратором преобразователя. Струны преобразователей расположены в пересекающихся плоскостях, наклонных к продольной оси устройства под углами α и - α, а точки их закрепления в верхнем и нижнем горизонтальных сечениях упругого элемента симметричны относительно центров сечений упругого элемента. Технический результат состоит в повышении точности измерения крутящего момента. 2 ил.

Description

Изобретение относится к области строительства, а именно к устройствам для определения физико-механических свойств нескальных грунтов при проведении инженерно-геологических изысканий.
Известно устройство для комплексного зондирования водонасыщенных грунтов, содержащее корпус с герметичной полостью, размещенные на нем конусный наконечник и продольные лопасти, датчик порового давления, установленный в герметичной полости, и приемные фильтры. При этом приемные фильтры расположены на лопастях и удалены от корпуса на расстояние не менее половины его диаметра и посредством каналов сообщены с герметической полостью, а герметичная полость, каналы и приемные фильтры заполнены вязкой несжимаемой жидкостью (SU 1649035 А1, МПК7 Е02D 1/00, 14.12.89).
Указанное устройство содержит струнный преобразователь для измерения порового давления в водонасыщенном грунте, показания которого регистрируют периодомером, который находится на дневной поверхности. Преобразователь связан с периодомером кабелем связи, расположенным в полостях буровых штанг. Крутящий момент при вращательном срезе грунта лопастной крыльчаткой и осевое усилие задавливания конусного наконечника задают нагрузочным приспособлением и измеряют механическими приборами, расположенными на дневной поверхности. Устройство позволяет с помощью одного зондирования (на одной скважине и каждом измерительном горизонте) измерять значения осевого усилия задавливания конусного наконечника, порового давления и крутящего момента и по известным методикам на основании данных этих измерений определять сопротивление пенетрации, сопротивление сдвигу, структурную прочность, модуль деформации и степень уплотнения.
Недостаток данного устройства - невысокая точность измерений осевого усилия задавливания и крутящего момента, поскольку в результатах измерений содержится существенная погрешность, обусловленная наличием сил трения грунта на буровой став. Эта погрешность носит неопределенный характер, зависящий от случайных факторов, например от перекоса штанг, вызывающих их изгиб. Кроме того, при измерении крутящего момента погрешность вносит вес бурового става.
Наиболее близким к заявляемому устройству по технической сущности и достигаемому результату является устройство для комплексного зондирования грунтов, содержащее корпус с конусным наконечником и продольными лопастями, датчик порового давления, установленный в герметичной полости корпуса, и преобразователь осевого усилия и крутящего момента, выполненный в виде двух струн, связанных с встроенным в корпус упругим элементом и расположенных в плоскости, наклонной к продольной оси устройства, параллельно друг другу и симметрично относительно проекции этой оси на указанную плоскость, при этом струны посредством кабеля соединены с регистратором преобразователя (RU 2025559 С1, МПК7 Е02D 1/00, 20.07.93).
Данное устройство позволяет перенести место измерения осевого усилия и крутящего момента с дневной поверхности непосредственно на измерительный горизонт, что частично устраняет указанные недостатки его предшественника. Устройство путем задавливания погружают в массив грунта на заданный измерительный горизонт. На этом горизонте с помощью двух струнных преобразователей измеряют усилие задавливания и усредняют их показания, что, с одной стороны, позволяет исключить погрешность, обусловленную сопутствующим изгибом зонда (поскольку струны преобразователей расположены диаметрально противоположно и соответственно фиксируют деформации разных знаков). С другой стороны, усреднение снижает погрешность результата измерения (по сравнению с измерением одним преобразователем) в 1,4 раза. Далее на дневной поверхности к буровому ставу прикладывают крутящий момент для осуществления вращательного среза грунта лопастной крыльчаткой. Струнные преобразователи при этом измеряют только ту часть приложенного к буровому ставу крутящего момента, которая непосредственно связана с сопротивлением вращению лопастей в грунте. Расположение струнных преобразователей на упругом (трубчатом) элементе устройства приводит к тому, что при измерении крутящего момента они фиксируют деформации разных знаков. Соответственно усреднение их показаний предполагается по модулю. В заключение измеряют поровое давление в грунте.
Данное устройство, выбранное в качестве прототипа, имеет существенный недостаток: невысокую точность измерений крутящего момента, связанную с наличием сопутствующих изгибных деформаций в процессе измерения крутящего момента, заключающийся в принципиально неправильном расположении струн преобразователей на упругом элементе устройства. Величины изгибных деформаций струн соизмеримы (а в некоторых случаях даже превышают) их деформации от измеряемого крутящего момента, а величина и направление момента, изгибающего зонд, к тому же изменяются в процессе осуществления вращательного среза. Это объясняется тем, что упругий измерительный элемент - часть корпуса, выполненная в виде тонкостенной трубы, фактически является участком с наименьшей изгибной жесткостью по высоте зонда. Учитывая, что практически диаметрально расположенные на упругом элементе струны преобразователя как при изгибе, так и при кручении упругого элемента зонда фиксируют деформации разных знаков, определить величину крутящего момента при неизвестном изгибающем моменте в общем случае можно только с существенной погрешностью.
Техническим результатом, на достижение которого направлено заявленное изобретение, является повышение точности измерения крутящего момента с помощью устройства для комплексного зондирования грунтов.
Технический результат достигается тем, что в известном устройстве для комплексного зондирования грунтов, содержащим корпус с конусным наконечником и продольными лопастями, датчик порового давления, установленный в герметичной полости корпуса, и преобразователь осевого усилия и крутящего момента, выполненный в виде двух струнных преобразователей, струны которых связаны с встроенным в корпус упругим элементом, а их электромагнитные головки посредством кабеля соединены с регистратором преобразователя, струны преобразователей расположены в пересекающихся плоскостях, наклонных к продольной оси устройства под углами α и - α(0°<α<90°), а точки их закрепления в верхнем и нижнем горизонтальных сечениях упругого элемента симметричны относительно центров сечений упругого элемента.
Заявленное изобретение представлено на фиг.1, 2, где фиг.1 - общий вид устройства в продольном разрезе, фиг.2 - схема упругого измерительного элемента в изометрической проекции в виде отрезка (патрубка) тонкостенной цилиндрической трубы длиной h и внешним R1 и внутренним R2 радиусами с встроенными в нем струнами.
Устройство состоит из корпуса с конусным наконечником 1, продольными лопастями 2 и внутренней полостью корпуса для установки в ее нижней части преобразователя порового давления 3, а в верхней части, где корпус выполнен в виде упругого элемента 4, - двухфункционального преобразователя осевого усилия и крутящего момента, состоящего из двух струнных преобразователей, которые, в свою очередь, включают струны 5 и 6 и электромагнитные головки 7 и 8. Струны 5 и 6 жестко связаны с упругим элементом 4 и расположены в двух пересекающихся плоскостях, наклонных к продольной оси устройства под углами α и - α(0°<α<90°), а точки их закрепления в верхнем и нижнем горизонтальных сечениях упругого элемента - симметрично относительно центров этих сечений. Электромагнитные головки преобразователя порового давления 3 (отдельной позицией не показан) и преобразователя осевого усилия и крутящего момента 7 и 8 подключены с помощью кабелей связи 9 с регистратором, находящимся на дневной поверхности (не показан). Приемные фильтры поровой воды 10 выполнены в виде заполненных пористым камнем прямоугольных выточек в лопастях 2, которые каналами 11 гидравлически связаны с чувствительным элементом (мембраной) преобразователя порового давления 3. Приемные фильтры 10 и каналы 11 заполнены вязкой несжимаемой жидкостью, например техническим вазелином. Устройство, соединенное с буровым ставом, кинематически связано с нагрузочным приспособлением, расположенным на дневной поверхности и служащим для задания осевого усилия и крутящего момента (буровой став и нагрузочное приспособление на фиг.1 не показаны).
Фиг.2 наглядно демонстрирует предложенное расположение струн на упругом элементе и достижение технического результата благодаря такому расположению.
Для простоты условно считаем нижний торец упругого элемента защемленным. К верхнему торцу приложена нагрузка: либо продольная сила Рz либо крутящий момент Mz, действующий против часовой стрелки. Точки закрепления струны 5 А и С и струны 6 В и D расположены соответственно в нижнем и верхнем горизонтальных сечениях на окружностях радиуса r. Справа от вертикальной оси Z в сечении плоскости abcd, наклонной к оси Z под углом а, расположена струна 5 (АС), а слева от оси Z в сечении плоскости efgk, наклонной к оси Z под углом - α, расположена струна 6 (BD). Под действием осевой силы Pz упругий элемент сжимается на величину Δh, точки А и В своего начального положения не меняют, струны 5 (АС) и 6 (BD) сжимаются, переходя в положения АС′′ и BD′′. Под действием крутящего момента Мz поперечное сечение свободного торца упругого элемента скручивается относительно защемленного торца на угол β, точки А и В своего начального положения не меняют, струны 5 (АС) и 6 (BD) сжимаются, переходя в положения АС′ и BD′.
Устройство для комплексного зондирования грунтов работает следующим образом. Устройство путем задавливания нагрузочным приспособлением погружают в заданную точку грунтового массива. В процессе задавливания двумя струнными преобразователями двухфункционального преобразователя (5, 6, 7, 8) измеряют возникшие в них деформации, которые в общем случае являются суммами деформаций сжатия от действия измеряемой осевой силы Рz и равными по модулю сжимающими и растягивающими деформациями от действия сопутствующего изгибающего момента. При одинаковой чувствительности струнных преобразователей к деформациям растяжения-сжатия (настраиваются в процессе изготовления устройства) усреднение их показаний позволяет исключить погрешности результата измерения Рz, обусловленные сопутствующим изгибом зонда. Затем с помощью нагрузочного приспособления к буровому ставу на дневной поверхности прикладывают крутящий момент и со скоростью поворота устройства порядка 0,01 радиана в секунду производят вращательный срез, в процессе которого одновременно двумя струнными преобразователями двухфункционального преобразователя (5, 6, 7, 8) неоднократно последовательно измеряют возникающие в них суммарные деформации, которые в общем случае являются суммами деформаций сжатия от действия измеряемого крутящего момента Мz, сопутствующих деформаций сжатия от веса бурового става и сопутствующими равными по модулю сжимающими и растягивающими деформациями от действия сопутствующего изгибающего момента. Усреднение показаний двух струнных преобразователей позволяет исключить погрешности результата измерения Mz, обусловленные сопутствующим изгибом зонда. Усредненный результат уменьшают на величину ранее определенных сжимающих деформаций от веса бурового става (т.е. деформаций при отсутствии приложения к устройству крутящего момента Мz и осевой силы Рz). В заключение измеряют поровое давление в грунте преобразователем порового давления 3.

Claims (1)

  1. Устройство для комплексного зондирования грунтов, содержащее корпус с конусным наконечником и продольными лопастями, датчик порового давления, установленный в герметичной полости корпуса, и преобразователь осевого усилия и крутящего момента, выполненный в виде двух струнных преобразователей, струны которых связаны с встроенным в корпус упругим элементом, а их электромагнитные головки посредством кабеля соединены с регистратором преобразователя, отличающееся тем, что струны преобразователей расположены в пересекающихся плоскостях, наклонных к продольной оси устройства под углами α и - α, а точки их закрепления в верхнем и нижнем горизонтальных сечениях упругого элемента симметричны относительно центров сечений упругого элемента.
RU2006142747/03A 2006-12-04 2006-12-04 Устройство для комплексного зондирования грунтов RU2333314C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2006142747/03A RU2333314C1 (ru) 2006-12-04 2006-12-04 Устройство для комплексного зондирования грунтов

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2006142747/03A RU2333314C1 (ru) 2006-12-04 2006-12-04 Устройство для комплексного зондирования грунтов

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2006142747A RU2006142747A (ru) 2008-06-10
RU2333314C1 true RU2333314C1 (ru) 2008-09-10

Family

ID=39581155

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2006142747/03A RU2333314C1 (ru) 2006-12-04 2006-12-04 Устройство для комплексного зондирования грунтов

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2333314C1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2631445C2 (ru) * 2016-02-25 2017-09-22 Общество с ограниченной ответственностью "НПП "Геотек" Способ определения количества выработок при проведении инженерно-геологических изысканий

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
БИРЮКОВ Н.С. и др. Методическое пособие по определению физико-механических свойств грунтов. - М.: Недра, 1975, с.156-163. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2631445C2 (ru) * 2016-02-25 2017-09-22 Общество с ограниченной ответственностью "НПП "Геотек" Способ определения количества выработок при проведении инженерно-геологических изысканий

Also Published As

Publication number Publication date
RU2006142747A (ru) 2008-06-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20170370767A1 (en) Detecting broadside acoustic signals with a fiber optical distributed acoustic sensing (das) assembly
TWI262289B (en) Optical-fiber raster double-bearing type inclination sensor for sensing stratum displacement
US7810381B2 (en) Hydrostatically compensated deep sea probe with shear strain gauges
Cuccovillo et al. The measurement of local axial strains in triaxial tests using LVDTs
CN107727483B (zh) 一种基于光纤光栅用于地基原位测试的贯入剪切装置及方法
US9091589B2 (en) Fiber optic cable with increased directional sensitivity
WO2019093966A1 (en) Soil displacement measurement device
CA2015184C (en) Method of instrumenting an already erected concrete structure and the so instrumented structure
KR101487773B1 (ko) 균일 단면 동적 콘 관입 시험기
JPH05240601A (ja) 変位量、好ましくは、土、岩、基礎土の変位量、或いは、建造物の変位量を決定するための測定器
US11512589B2 (en) Downhole strain sensor
CN108917998A (zh) 一种利用超声波回波监测围岩应力状态的监测方法及系统
Kania et al. A static pile load test on a bored pile instrumented with distributed fibre optic sensors
RU2333314C1 (ru) Устройство для комплексного зондирования грунтов
JPS58173405A (ja) 伸び計
CN104897321A (zh) 一种预制开口混凝土管桩桩身内壁剪应力测试装置及方法
CN210268626U (zh) 一种基于光纤光栅全方位监测桩身的高精度测斜杆
CN110424362B (zh) 一种光纤式温度自补偿静力触探传感器
CN211013323U (zh) 一种光纤式岩石应力传感器
RU2025559C1 (ru) Устройство для комплексного зондирования грунтов
RU2815345C1 (ru) Способ контроля прочности бетона
SU877005A1 (ru) Способ определени напр женно-деформированного состо ни в массиве горных пород
Tchamaleu et al. LOAD TRANSFER CURVES FROM PILE MONITORING WITH DISTRIBUTED FIBRE OPTIC SENSORS
Fellenius et al. New pile force gauge for accurate measurements of pile behavior during and following driving: research note
SU332339A1 (ru) Устройство для определения послойной осадки скального основания

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20111205