RU52188U1 - Устройство для измерения удельного электрического сопротивления образцов грунтов - Google Patents
Устройство для измерения удельного электрического сопротивления образцов грунтов Download PDFInfo
- Publication number
- RU52188U1 RU52188U1 RU2005126510/22U RU2005126510U RU52188U1 RU 52188 U1 RU52188 U1 RU 52188U1 RU 2005126510/22 U RU2005126510/22 U RU 2005126510/22U RU 2005126510 U RU2005126510 U RU 2005126510U RU 52188 U1 RU52188 U1 RU 52188U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- sleeve
- soil
- measuring
- sample
- electrode
- Prior art date
Links
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
Abstract
Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для изучения физических свойств связных и несвязных грунтов при исследовании геологического строения и технологического состояния массива вокруг строящихся и эксплуатируемых горных выработок геофизическими методами, использующими взаимосвязи между удельным электросопротивлением грунтов и их физико-механическими свойствами. Его можно использовать также при изысканиях в строительстве зданий, сооружений, оснований автомобильных и железных дорог. Оно позволяет повысить точность, снизить трудоемкость измерений и обеспечить идентичность последующих физико-механических испытаний образцов грунтов. Устройство содержит стандартную грунтоотборную гильзу с внутренним диаметром d, в которую грунт помещен методом режущего кольца, подвижную втулку из диэлектрика, на которой установлены токосъемные контакты и измерительный электрод, выполненный в виде заостренной иглы диаметром 0,2-0,4 мм и длиной, равной высоте образца h. Роль второго электрода выполняет гильза. Игла-электрод внедрена в образец грунта по оси гильзы путем поступательного перемещения подвижной втулки. Электроды подключены к измерительной схеме, включающей генератор или мост переменного тока с частотой 0,1-10 кГц для измерения электросопротивления R образца. Удельное электросопротивление вычисляют по формуле
Для последующих сдвиговых или компрессионных испытаний образцов грунт из грунтоотборной гильзы выдавливают поршнем в рабочий цилиндр соответствующей стандартной установки.4 ил.
Description
Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для изучения физических свойств связных (глинистых) и несвязных (песчаных) грунтов при исследовании геологического строения и технологического состояния массива вокруг строящихся и эксплуатируемых горных выработок геофизическими методами. Изобретение можно также использовать при изучении физических свойств грунтов оснований сооружений, автомобильных и железных дорог, насыпей и выемок.
Известны устройства для измерений электрических свойств, в частности удельного электросопротивления горных пород, предусматривающие последующие или параллельные механические испытания образцов с определением их прочностных, деформационных, плотностных характеристик.
Например, известно устройство для измерения удельного электросопротивления твердых горных пород двухэлектродным методом (см. Кобранова В.Н. Физические свойства горных пород. - М: Гостоптехиздат, 1962. - С.210-211). Установка содержит две крышки с вмонтированными в них электродами, прижимаемые к торцам исследуемого образца и подсоединяемые к измерительному мосту. По измеряемому мостом электрическому сопротивлению R образца, его длине l и площади поперечного сечения S рассчитывают удельное электросопротивление горной породы
Недостатки данного устройства состоят в следующем.
Оно пригодно только для твердых горных пород, поскольку предполагает, что образец имеет правильную геометрическую форму (цилиндр или параллелепипед), не деформируется и не разрушается при прижатии электродов.
Связные и несвязные грунты имеют низкую прочность при сжатии (менее 1 МПа), поэтому образцы грунтов, как правило, отбирают специальными цилиндрическими металлическими гильзами с острыми краями. При извлечении (выдавливании) грунта из породоотборных гильз и приложении к нему минимальных нагрузок происходит деформирование и разрушение образца.
Кроме того, данное устройство не обеспечивает высокой точности измерений ρ, поскольку не предусматривает фиксированного расположения измерительных электродов (возможна их непараллельность), отстройки от влияния токов утечки по поверхности образца и падения напряжения в приэлектродных областях.
Повышение точности измерений обеспечивается применением дополнительных элементов.
В частности, применение специального охранного кольца позволяет заземлять поверхностные токи и устранять тем самым их влияние на измерение электросопротивления породы, а установка дополнительных электродов напряжения на боковых гранях образца - отстроиться от падения напряжения в зоне контакта с токовыми электродами (см. Пархоменко Э.И. Электрические свойства горных пород. - М.: Наука, 1956. - С.55-58). Следует отметить, что грунты (глины, суглинки, супеси и др.) в естественном состоянии имеют высокие значения пористости (m=0,1-0,4) и влагонасыщенности порового пространства (Кв=0,2-1), поэтому их удельное электросопротивление изменяется в диапазоне ρ=1-100 Ом·м. По этой причине влияние токов утечки пренебрежимо мало. При прижатии токовых электродов происходит выдавливание влаги из приэлектродных областей, что обеспечивает низкие значения переходных электросопротивлений в зоне токовых электродов.
Таким образом, принципиальными недостатками описанных аналогов, реализующих двухэлектродную схему измерений, являются следующие: невозможность последующих или параллельных механических испытаний
образцов грунтов; неточность установки измерительных электродов и нестабильность геометрических параметров образца.
Частично устраняет недостатки аналогов применение специальных ячеек из диэлектрического материала. Известны, например, разборные ячейки кубической формы с установленными на боковых гранях пластинчатыми электродами для исследования электрических свойств цементно-песчаных смесей при их увлажнении и твердении (см. Хямяляйнен В.А., Простов С.М., Сыркин П.С. Геоэлектрический контроль разрушения и инъекционного упрочнения горных пород. - М.: Недра, 1996 - С.30-31). Установка электродов на стенках ячейки, имеющей фиксированную форму, способствует повышению точности измерений. Применение данного устройства позволяет после электрофизических измерений произвести отбор образцов с помощью стандартных породоотборных гильз диаметром 40-60 мм и изучить их механические характеристики.
Недостаток известного устройства заключается в трудоемкости испытаний, поскольку для заполнения измерительной ячейки требуется большой объем грунта, а для последующих механических испытаний обязателен повторный отбор проб из ячейки.
Наиболее близким к заявленному техническому решению является устройство для испытаний образцов горных пород в виде кернов (см. патент РФ №2223400 "Устройство для изучения физических свойств образцов горных пород" МПК 7 Е 21 С 39/00; Заявл. 07.12.2002; Опубл. 02.10.2004). Устройство включает камеру из изолирующего материала, эластичную оболочку, гидравлическую систему нагружения боковой поверхности образца, подвижный торцевой электрод и неподвижную втулку, выполняющую роль второго токового электрода. Образец помещаем в камеру, имеющую внутренний диаметр, соответствующий диаметру керна, его поверхность изолирована эластичной оболочкой. Устройство обеспечивает возможность регулировать давление на боковую поверхность образца и его торцы, т.е. реализовать режим объемных механических испытаний. При этом торцевые
электроды, прижимаясь к образцу, реализуют двухэлектродную схему измерений и определение ρ по формуле (1).
Принимаем описанное устройство за прототип.
Недостатки прототипа состоят в следующем.
1. Поскольку подвижный и неподвижный электроды установлены на торцевых втулках и перемещаются вместе с ними в процессе испытаний, то происходит дополнительное изменение измеряемой величины и увеличение погрешности измерений.
2. Устройство предполагает перемещение исследуемого образца из грунтоотборной гильзы в камеру, что повышает трудоемкость измерений.
3. Основными механическими характеристиками грунтов являются прочностные (сцепление, коэффициент внутреннего трения) и деформационные (коэффициент сжимаемости, модуль общей деформации), определяемые по результатам сдвиговых и компрессионных испытаний на соответствующих стандартных установках. Устройство-прототип не обеспечивает режимов сдвиговых и компрессионных испытаний грунтов. Оно не позволяет также извлекать образец и помещать его в стандартные установки, так как грунт содержится в эластичной оболочке, при перемещении из которой, например поршнем произойдет неизбежное изменение формы и структуры образца. Таким образом, не обеспечивается идентичность условий электрических и последующих механических испытаний, что снижает точность измерений.
Задача изобретения - повышение точности измерения удельного электросопротивления связных и несвязных грунтов за счет фиксированного расположения измерительных электродов, обеспечение идентичности условий последующих сдвиговых и компрессионных испытаний, а так же снижение трудоемкости измерений за счет того, что образец грунта при измерениях остается помещенным в грунтоотборную гильзу.
Решение указанных задач достигается тем, что в известном устройстве, включающем камеру, два измерительных электрода и измерительную
схему, согласно изобретению, дополнительно установлена цилиндрическая подвижная втулка, изготовленная из диэлектрика и содержащая токосъемные контакты, в качестве камеры и первого измерительного электрода применена полая стальная цилиндрическая грунтоотборная гильза с внешним диаметром, равным внутреннему диаметру подвижной втулки, второй измерительный электрод выполнен в виде заостренной иглы диаметром 0,2-0,4 мм и длиной, равной высоте образца, жестко закрепленной на подвижной втулке по ее оси, причем втулка установлена на гильзу с содержащимся в ней грунтом, отобранным из массива методом режущего кольца, с возможностью поступательного перемещения до упора, с внедрением в грунт иглы-электрода по оси гильзы.
Сущность изобретения поясняется чертежами.
На фиг.1 приведена схема устройства, включающая грунтоотборную гильзу 1, грунт 2, подвижную втулку 3, прижимной груз 4; иглу-электрод 5; соединительные провода 6; токосъемные контакты 7, основание 8.
На фиг.2 и 3 показаны схемы подключения устройства У к измерительным элементам: генератору Г, амперметру РА, вольтметру PV, мосту переменного тока М.
На фиг.4 представлены графики тарировочных зависимостей для определения удельного электросопротивления грунта ρ по результатам измерений параметров I и ΔU при применении схемы на фиг.2.
Грунтоотборная гильза 1 с помещенным в ней грунтом 2, установленная на основание 8, образует емкость. Внутренняя поверхность гильзы 1, контактирующая с грунтом, образует цилиндрический токоподводящий электрод. Подвижная втулка 3 с токосъемными контактами 7 припаянным к ним соединительным проводом 6 обеспечивает подвод электрического тока к боковой грани образца 2. Закрепленная на подвижной втулке 3 игла-электрод 5 с припаянным к ней соединительным проводом 6 обеспечивает подвод электрического тока к центральной части образца. Провода 6 подключены к генератору Г, амперметру РА и вольтметру PV (фиг.2) или мосту
переменного тока М (фиг.3), реализуя 2-электродную схему измерений. Прижимной груз 4 фиксирует положение втулки 3 относительно гильзы 1.
Основой устройства является грунтоотборная гильза 1 (фиг.1), которая представляет собой стальное кольцо с острыми краями, оно имеет высоту h=25-50 мм и диаметр d=50-70 мм. Предполагается применение стандартных колец (гильз), например из комплекта полевой лаборатории ПЛЛ-2. Грунт отбирают методом режущего кольца (см. Ломтадзе В.Д. Физико-механические свойства горных пород. Методы лабораторных испытаний. - Л.: Недра, 1990 - С.111-112): кольцо погружают в грунт, срезая ножом излишки грунта, а затем срезают торцевые поверхности. Таким образом, структура и механические свойства образца, помещенного в гильзу, не отличаются от параметров массива. Гильзу 1 с грунтом 2 устанавливают на основание 8. Вторым основным элементом устройства является подвижная втулка 3, состоящая из круглой пластины из непроводящего материала, к которой жестко прикреплены цилиндрическая боковая пластина с токосъемными контактами 7 и игла-электрод 5. Электрод 5 представляет собой заостренную иглу с диаметром 0,2-0,4 мм, расположенную по оси втулки 3. К электроду 5 и токосъемному контакту 7 припаяны соединительные провода 6.
При диаметре иглы-электрода меньше 0,2 мм возможно ее деформирование. При диаметре, большем 0,4 мм, погрешность измерений для грунтов с размером зерна более 0,4 мм будет возрастать за счет излишнего воздействия на образец.
При подготовке к измерениям втулку 3 перемещают поступательно сверху вниз по направляющей внешней поверхности грунтоотборной гильзы 1. При упоре в поверхность образца 2 электрод 5 полностью пронизывает образец. На пластину втулки 3 устанавливают прижимной груз 4, обеспечивая строго фиксированное расположение электродов 1 и 5.
Измерения реализуют с помощью измерительной схемы, причем возможны два варианта.
Основной является схема с генератором Г, амперметром РА и вольтметром PV (схема "омметра") (фиг.2). Применяют генератор с рабочей частотой ƒ=0,1-10 кГц, измеряют ток I, пропускаемый через образец и падение напряжения ΔU. По другому варианту измерения производят мостом переменного тока П (фиг.3), определяя непосредственно электросопротивление R. Обе схемы за счет применения переменного тока позволяют устранить влияние поляризации электродов.
Поскольку сочетание кольцевого и стержневого электродов является принципиально новым, приводим вывод расчетной формулы устройства. Принимаем начало отсчета радиальной координаты r в точке О на оси симметрии устройства. Так как линии тока ориентированны по радиальным лучам, для элементарного кольца радиуса r, толщиной dr с высотой h элементарное значение электросопротивления dR составит
dR=2πrhpdr.
Полное электросопротивление образца
откуда
Для последующих сдвиговых или компрессионных испытаний образец грунта перемещением поршня выдавливают из грунтоотборного кольца в цилиндр стандартной установки для механических испытаний.
Преимущества заявленного устройства перед прототипом состоят в следующем.
1. Устройство обеспечивает более точную установку измерительных электродов, причем их расположение не зависит от нагрузки на образец. Это повышает точность измерений электросопротивления грунтов.
2. При электрофизических измерениях образец остается помещенным
в грунтоотборную гильзу (кольцо), являющуюся основным составным элементом устройства. Поскольку требуемый объем грунта минимален и его не следует перемещать в другие емкости, трудоемкость исследований снижается.
3. При электрофизических измерениях механические свойства основной части образца не изменяются. Осевое отверстие от внедрения иглы-электрода имеет незначительный диаметр. Наблюдения показывают, что при перемещении образца из гильзы поршнем за счет проявления пластических свойств связных и несвязных грунтов это отверстие полностью заполняется. Этим обеспечивается идентичность последующих сдвиговых или компрессионных испытаний образцов грунта на стандартных установках.
Таким образом, заявленное устройство обеспечивает повышение точности измерений, снижение их трудоемкости и идентичность условий последующих испытаний по сравнению с прототипом.
Claims (1)
- Устройство для измерения удельного электрического сопротивления образцов грунтов, включающее камеру, два измерительных электрода и измерительную схему, отличающееся тем, что оно дополнительно снабжено цилиндрической подвижной втулкой, изготовленной из диэлектрика и содержащей токосъемные контакты, в качестве камеры и первого измерительного электрода применена полая стальная цилиндрическая грунтоотборная гильза с внешним диаметром, равным внутреннему диаметру подвижной втулки, второй измерительный электрод выполнен в виде заостренной иглы диаметром 0,2-0,4 мм и длиной, равной высоте образца, жестко закрепленной на подвижной втулке по ее оси, причем втулка установлена на гильзу с содержащимся в ней грунтом, отобранным из массива методом режущего кольца, с возможностью поступательного перемещения до упора, с внедрением в грунт иглы-электрода по оси гильзы.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2005126510/22U RU52188U1 (ru) | 2005-08-22 | 2005-08-22 | Устройство для измерения удельного электрического сопротивления образцов грунтов |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2005126510/22U RU52188U1 (ru) | 2005-08-22 | 2005-08-22 | Устройство для измерения удельного электрического сопротивления образцов грунтов |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU52188U1 true RU52188U1 (ru) | 2006-03-10 |
Family
ID=36116662
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2005126510/22U RU52188U1 (ru) | 2005-08-22 | 2005-08-22 | Устройство для измерения удельного электрического сопротивления образцов грунтов |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU52188U1 (ru) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN114898638A (zh) * | 2021-12-15 | 2022-08-12 | 北京市科学技术研究院城市安全与环境科学研究所 | 接地电阻测量实训装置 |
CN116819631A (zh) * | 2023-08-28 | 2023-09-29 | 北京建工环境修复股份有限公司 | 一种针对坚硬岩石场地不锈钢电极安装设备及其使用方法 |
-
2005
- 2005-08-22 RU RU2005126510/22U patent/RU52188U1/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN114898638A (zh) * | 2021-12-15 | 2022-08-12 | 北京市科学技术研究院城市安全与环境科学研究所 | 接地电阻测量实训装置 |
CN114898638B (zh) * | 2021-12-15 | 2024-04-26 | 北京市科学技术研究院城市安全与环境科学研究所 | 接地电阻测量实训装置 |
CN116819631A (zh) * | 2023-08-28 | 2023-09-29 | 北京建工环境修复股份有限公司 | 一种针对坚硬岩石场地不锈钢电极安装设备及其使用方法 |
CN116819631B (zh) * | 2023-08-28 | 2023-12-01 | 北京建工环境修复股份有限公司 | 一种针对坚硬岩石场地不锈钢电极安装设备及其使用方法 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Cho et al. | Spatial variability in soils: high resolution assessment with electrical needle probe | |
Zimmermann et al. | A high-accuracy impedance spectrometer for measuring sediments with low polarizability | |
KR101649443B1 (ko) | 지반 함수비 평가를 위한 관입형 지반조사장치 | |
CN201635064U (zh) | 电阻率静力触探探头 | |
CN101799442A (zh) | 电阻率静力触探探头 | |
Bhatt et al. | Correlation between electrical resistivity and water content of sand–a statistical approach | |
US11099148B1 (en) | Systems and methods for contactless assessment of structures buried in soil | |
RU52188U1 (ru) | Устройство для измерения удельного электрического сопротивления образцов грунтов | |
CN103292680A (zh) | 一种新型电学无损检测锚杆长度的方法及检测装置 | |
CN113310868A (zh) | 一种电阻率法测定原位土石混合料孔隙率的装置及方法 | |
JP3416908B2 (ja) | 盛土土工部の検査方法 | |
KR100429285B1 (ko) | 비분극전극을 이용한 자연전위 측정 장치 및 그 방법 | |
KR20110014031A (ko) | 표면파 및 전기비저항 측정용 복합센서유니트 | |
CN114755269A (zh) | 基于无损时域反射技术的黄土湿陷性原位评价方法及系统 | |
RU49576U1 (ru) | Устройство для измерения удельного электросопротивления образцов грунтов | |
Heitor et al. | Assessment of the post-compaction characteristics of a silty sand | |
Li et al. | Needle probe application for high-resolution assessment of soil spatial variability in the centrifuge | |
Qiu et al. | Research on the Electrical Resistivity Characteristics of Statue Remolded Soil | |
Duan et al. | Comparison of different electrical resistivity measurement methods of soft marine clays | |
CN103472127B (zh) | 非饱和土土水特性快速定量检测传感器及其应用 | |
CN114415260B (zh) | 一种采空区上方水库突水事故的探测及评估方法 | |
CN108318403A (zh) | 一种水泥基材料渗透测试装置 | |
Kwan et al. | Electrical resistivity measurements in advanced triaxial tests | |
Yoon et al. | Electrical resistivity and cone tip resistance monitoring by using cone resistivity penetrometer | |
CN209280518U (zh) | 一种压力穿透测试仪 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM1K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20060823 |