SE411645B - Anordning for bestemning av porvattentrycket i en jordart - Google Patents

Description

-g7sosa1s-3 i r ' " 10 15 20 "25 sp _ 35 40 trycksspetsen ändras. Detta innebär att man måste vänta en viss tid innan ett stabiliserat mätvärde för portrycket kan registreras.

Om jorden utgörs av lera måste man vid användandet av mätsystemet enligt nämnda patent normalt vänta ca 15 till 30 minuter för att erhålla ett stabiliserat mätvärde. ' Föreliggande uppfinning har till ändamål att åstadkomma en förbättring av det existerande mätsystemet främst med hänsyn till att den möjliggör en avsevärd förkortning av den erforderliga väntetiden för erhållande av ett stabiliserat mätvärde. Ändamålet med uppfinningen löses genom en anordning som erhållit de i efter- följande patentkraven angivna kännetecknen.

Nedan_kommer ett utföringsexempel på den nya uppfinningen att beskrivas med hänvisning till ritningarna där fig. 1 visar en ut- föringsform av anordningen enligt uppfinningen; fig. 2 visar i större skala ett snitt genom en utföringsform av portrycksspetsen och mätdonet sammankopplade; fig. 3 visar i större skala ett snitt genom en utföringsform av portrycksspetsen och mätdonet frikopplade från varandra. I fig. 4 visas en alternativ utformning av portrycks- spetsen att användas í anslutning till anordningen enligt fig. l.

Fig. 5 visar en alternativ utformning av anordníngen enligt uppfin- ningen; fig¿_§ visar i större skala ett snitt genom en utföringsform av portrycksspetsen att användas i samband med anordningen enligt fig. 5. I fig¿_Z slutligen visas en alternativ utformning av nippeln 4 att användas vid samtliga visade utföringsformer av portrycksspet- Sârlla - Den principiella uppbyggnaden av den i fig. l visade anordningen motsvarar den enligt det svenska patentet 7506203-4. Sålunda är ett vätskefyllt rör l nedfört i jorden. Vid rörets l nedre ände är an- bringad en_portrycksspets 2, av vilken några utföringsexempel mer i detalj kommer att beskrivas i anslutning till fig. Z,3,4,6 och 7.

Den i fig. l visade anordningen innefattar dessutom ett i röret l nedsänkt mätdon 3, som via en tät anslutning sammankopplas med en nippel 4_ anbringad på portrycksspetsen 2. Mätdonet 3 är förbundet med en elektronisk registreringsanordning 5 via en kabel 6.

Den i fig. 2 och 3 i detalj visade utföringsformen innefattar en portrycksspets Z, vilken uppvisar ett filter 7, företrädesvis av keramiskt material, vilken delvis omsluter en sondspets 8, företrä- desvis av termoplast. Vid sondspetscns 8 nedre ände är påförd en skyddshylsa 9, vilken är pressad fast, Filtret 7 anligger vid sina ändytor mot o-ringar 10 i sondspetsen 8. 10 15 zo' 25 30 35 40 _ sammas generatris är helt fyllda med vütshh 7805815-3 I sondspctsen 8 förlöper en från filtret 7 utgående kanal 11,' vilken mynnar i botten av ett gängat urtng 12 i sondspetsens 8 övre del. anlígger I urtaget 12 är nippeln 4 igängad, vilken tätandc mot en o-ring 14 i urtagets 12 botten. Nippeln 4 uppvisar likaså en kanal 15, vilken bildar en fortsättning på kanalen ll och mynnar i en kammare 16 i nippeln 4 . I kammaren 16 är anbringad en hylsa 17, som har funktionen av en dämpningsanordníng. Till detta åter- kommes längre fram i beskrivningen. ' _ Nippeln 4 innefattar även två spännhylsor 18a och 18b, vilka fasthâller en gummikork 19 i nippeln 4.

Mätdonet 3 enligt fig. 2 och 3 uppvisar vid sin nedre ände en kanyl 20 som medelst en skruvnippel 21 är tätt ansluten till en kolvnippel 22. På kolvnippeln 22 är även anbringad en centrerings- hylsa 22a, vilken underlättar påförandet av mätdonet 3 på nippeln 4 . Kolvnippeln 22 är medelst en gänga förskjutbart förbunden med en cylinder 23. En i kolvnippeln 22 försänkt o-ring 24 tätar för- bindningen mellan kolvnippeln 22 och cylindern 23. Via en kanal 25 i kolvnippeln 22 står kflflylefl 20 i förbindelse med en tryckgivare 26, vilken är monterad i ett givarhus 27 som upptill har en tätning i form av en gummipackning 28 och en spännmutter 29. Packningen 28 fyller också funktionen att avlasta kabeln 6. Ovanpà spännmuttern 29 vilar en vikt 30 som erfordras för att kanylen 20 skall kunna penetrera gummikorken 19.

Innan den beskrivna portrycksspetsen 2 installeras i jorden måste den vätskefyllas och all ínnesluten luft avlägsnas såväl i filtret 7 som i kanalen ll och dess fortsättning 15 i nippeln 4- Vätskefyllníng och avluftning kan exempelvis åstadkommas genom att hela portrycksspetsen kokas. Detta sker innan hylsan 17 och gummikorken 19 anbringats i nippeln 4- Då portrycksspetsen 2 vatten- mättats och avluftats hålles den vertikalt helt nedsänkt i vatten, varvid hylsan 17 införes i nippeln 4- I samband med införandet av hylsan 17 i nippeln 4 kommer en viss mängd luft, på kontrollerat sätt, att inneslutas i hylsans 17 cylindriska hålrum. Denna luft- volym fyller funktionen av ett dämpande element (beskrivas mer in- gående längre fram) i samband med utförandet av en mätning.

.Efter det att hylsan 17 införts i nippeln 4 anbringas gummi- korken 19 pâ sin plats, varvid dock måste tillses att hylsans övre cylindriska hålrum 17u, dess kanal 17b samt slitsen 17c längs den- Såsom framgår av fíg. 2 7805815-3 10 15 lzó 25 .rso 35 ~ 40 'mvnng-...Wu 4 och 3 förbinder kanalen 17b och slitsen 17c det övre cylindriska hålrummet 17a med kanalen 15 i nippeln 4 . Gummíkorken 19 spännes därefter fast av spännhylsorna 18a och 18b.

Då dessa åtgärder vidtagits är portrycksspetsen Z med sitt rör 1 klar att installeras i jorden, varvid man dock noggrant mäste tillse att någon luft ej kommer in i portrycksspetsen 2 i samband med installeringen. Detta kan exempelvis åstadkommas genom att den nedre delen av portrycksspetsen inneslutcs i en tunn gummihud, vil- ken under den initiala penetreríngen av portrycksspetsen 2 skaves av mot den omgivande jorden. I Även mätdonet 3 måste iordníngställas innan mätning kan ske.

Sålunda är det av största vikt att såväl kanylen 20 som kanalen 25 och cylindern 23 är helt vätskefyllda. Om så ej är fallet, dvs. om det förekommer inneslutna gasblåsor i mätdonet 3 krävs det en för- hållandevis lång tid för att registrera ett stabilt mätvärde.

För att man skall kunna kontrollera den eventuella förekomsten av gasblåsor bör kolvnippeln 22 samt cylindern 23 vara tillverkade av ett genomsynligt material, exempelvis plexiglas. Om det vid en sådan kontroll visar sig_att gasblåsor är inneslutna i mätdonet 3 kan dessa enkelt avlägsnas genom att mätdonet 3 hålles upp och ner och samtidigt kolvnippeln 22 vrides medsols (gäller vid högergänga),' varvid kolvnippeln 22 förskjutes längre in i cylindern 23 och de upptill ansamlade gasbubblorna tillsammans med vätska pressas ut genom kanylen 20. Då mätningar utföres på flera portrycksspetsar efter varandra med samma mätdon 3 är det lämpligt att efter varje enskild mätning vrida kolvnippeln 22 medsols, exempelvis ett kvarts varv. När kolvnippeln 22 nått bottenläge skruvas den ur cylindern 23 och ny vätska påfylles. ' .I samband med insfalleringen av en portrycksspets, vilken i föreliggande fall, vanligen görs genom att spetsen pressas ned i jorden, uppkommer en störning av det ursprungliga portryckstill- gståndet i jorden närmast spetsen. Beroende på jordens karaktär och portrycksspetsens dimension tar det en kortare eller längre tid innan ett jämviktstillstånd inträder i portrycket, dvs. då stör- ningen till följd av installeringen helt har eliminerats. I t.ex. en högplastisk, normalkonsoliderad lera behövs det ca. en vecka för att störningseffekterna skall elimineras. I en sand däremot kan 'i störníngseffekterna ha avklíngat redan någon timma efter installe- ringen av portrycksspetsen.

Då portrycket i jorden omkring spetsen 2 har uppnått ett jäm- 7805815-3 viktstillstánd kan en mätning utföras. Denna tillgar i princip på motsvarande sätt som beskrives i det svenska patentet 7506203-4.

Sålunda penetrerar kanylen 20 gummíkorken 19, varefter ett mätvürde för trycket i den inneslutna vätskan i pertrycksspetsen 2 registre- 5 ras, vilket tryck på grund av funktionen hos filtret 7 är lika med det sökta portrycket.

Såsom ovan beskrivits fasthålles gummikorken 19 av spännhylsor 18a och 18b, varigenom radiella spänningar uppkommer i gummimateria- let, vilket möjliggör en tät anslutning mellan kanylen 20 och gummi- 10 korken 19. Då kanylen 20 dras upp ur gummikorken 19 kommer de ovan omnämnda radiella spänningarna att medföra en automatisk tillslut- ning av portrycksspetsen 2. Man kan säga att gummikorken 19 fungerar som en backventil, vilken tillsluts automatiskt då kanylen 20 av- lägsnas. Genom att åstadkomma en lämplig förspänning av gummikorken 15 19 kan mätningar genomföras hundratals gånger uran att denna för- lorar funktionen av en backventil.

Efter det att en registrering av ett mätvärde för porvatten- trycket gjorts lyftes kanylen 20 upp så att den förlorar sitt in- grepp med gummikorken 19. Därefter sker en ny registrering, varvid 20 man erhåller ett mätvärde på vattentrycket i röret l. Eftersom detta vattentryck är känt då man vet rörets 1 längd kan man beräkna por- trycket genom följande formel: u = po + k (m1 - mz) + A h 25 där u = porvattentrycket po = vattentrycket i röret k = kalibreringskoefficient för mätsystcmet su _ m1 = mätvärdet av porvattentrycket_ A m2 = mätvärdet av vattentrycket i röret Ah = avståndet mellan tryckmätaren och fíltrets mittpunkt. 35 De ovan omtalade mätvärdena är således de utslag man får från mätdonet 3. Dessa värden omvandlas sedan genom multiplikation med kalibreringskoefficienten till ett tryck med lämplig dimension exem- pelvis cm vattenpelare. g Det ovan beskrivna förfarandet är mycket enkelt för de personer 40 som arbetar på fältet. Man registrerar endast två mätvärden, det fluç-mw-tq-.w-u .vm-w, - ...- 410 15 20 2? 30, 35 '40 den o-ring 31a_Nippeln 4' 7805815-3 ' för porvattentrycket och det för vattontrycket i röret och såsom framgår av ovanstående formel används endast skillnaden mellan mät- värdena. Således är man ej beroende av att kontrollera mätsystemets nollpunkt.

I samband med utförandet av en mätning är det av största vikt att mätdonet 3 kan sammankopplas med nippeln 4 med minsta möjliga störning (förändring) av portrycket i jorden omkring portrycksspet- isen. Detta är speciellt viktigt vid mätning i lera där en störning av portrycket innebär att man får vänta en förhållandevis lång tid innan ett stabiliserat mätvärde kan erhållas.

Med den i fig. 2 och 3 visade anordningen kan mätdonet 3 sam- lmankopplas med nippeln 4 med en mycket ringa störning av portrycks- tillståndet i jorden omkring portrycksspetsen. Detta möjliggöres genom att den i hylsan 17 inneslutna luftvolymen, vilken antar ena volym som svarar mot det rådande trycket, fungerar som en dämp- ningsanordning. I samband med att kanylen 20 penetrerar gummikorken 19 uppstår en viss volymändring av elastisk karaktär till följd av gummíkorkens fjädring. Denna volymändring upptas till en helt dominerande andel av den i hylsan 17 inneslutna luftvolymen utan att trycktillståndet i den inneslutna vätskan nämnvärt förändras.

Fältförsök har visat att man med denna anordning kan erhålla ett stabilt mätvärde vid portrycksmätning i lera redan efter några minuter. Detta innebär att den nya uppfinningen utgör en väsentlig förbättring av den anordning som beskrivits i det svenska patentet 389 923 med vilken man vid en motsvarande mätning måste vänta 15 till 30 min. för att erhålla ett stabilt mätvärde.

Eng alternativ utformning av nippeln 4' att användas i sam- .band med anordningen enligt fig. 1 visas í fig. 4. Denna utförande- form skiljer sig från den i fig. 2 och 3 visade genom att nippeln 4'.är.1östagbart ansluten till portrycksspetsen genom en sekundär- nippel 31. En tät anslutning till sekundärnippeln 31 åstadkoms med I centreras på sekundärnippeln 31 med hjälp av en styrhylsa 32. Denna utförandeform kan vara önskvärd om mät- ningar skall pågå under mycket lång tid eftersom härvid nippeln 4' vid behov kan tas upp ur röret 1 för exempelvis utbyte av gummikor- ken 19.

I fig. 5 visas en alternativ utformning av anordningen enligt fig. 1. Nippeln 4" har vid denna utförnndeform anbringats på top- pen av röret 1 istället för direkt på portrycksspetsen 2'- Nippeln 4" 'är i denna utförandeform via en smal vätskefylld slang 33 an- 10 15 20 25 ' 7805815-3 sluten till portrycksspetsen 2'- I fig. 6 visas i större skala ett snitt genom mätanordningen enligt fig. 5. Mätningen utförs på summa sätt som vid de tidigare visade utförandeformcrnu, dvs. ge- nom att sammunkoppla mätdonet 3 med nippeln 4" . Vid utförundeformcn enligt fig. 6 har nippeln 4" anbringnts på röret med hjälp av ett övergângsstyckc 34.

Som påpekats ovan är det av största vikt att man vid portrycks- mätning i lera kan sammnnkoppla mätdonet 3 med nippeln 4š4';4" med minsta möjliga störning (förändring) av portrycket i jorden omkring portrycksspctscn. Genom den i nippcln 4š4';4" anbringade hylsan 17, vilken fungerar som en dämpningsnnordning, har dessa krav kunnat uppfyllas. Vid portrycksmütning i mer vuttengenomsläppliga (permeabla) jordar än lera, exempelvis sand och grus, behöver nämnda krav på minimal störning vid sammankoppling av mätdonet 3 med nippeln ej uppfyllas. I sådana fall kan hylsan 17 i nippeln normalt utclämnas och nippeln 4""utformas enligt fig. 7. Den i fig. 7 visade ut- formningen av nippeln är applicerbur på samtliga visade anordningar och utföringsformer enligt figurerna 1-6.

Den ovan beskrivna anordningen medger således att mätningarna kan utföras betydligt snabbare än som är möjligt med anordningen en- ligt det svenska patentet 7506203-4 då man vid anordningen enligt föreliggande uppfinning ej behöver vänta någon längre tidsrymd på att mätvärdet för portryckct skall stabilisera sig.

Uppfinningcn är på intet sätt begränsad till de ovan beskrivna utföringsformerna utan kan fritt varieras inom ramen för de efter~ följande patentkraven.

Claims (11)

7805815-3 PATENTKRAV

1. Anordning för bestämning av porvattentrycket i en jordart innefattande ett vattenfyllt rör (1), en vid dess nedre ände an- bríngad portrycksspets (2;2') med ett filter (7), ett mätdon (3) med en tryckmätare (26,27), medel (19,20) för att sammankoppla mät- donet (3) med portrycksspetsen (Z;2') samt en kabel (6), vilken förbinder mätdonet (3) med en registreríngsanordning (5), k ä n - n e t e c k n a d av att medlet för att sammankoppla mätdenet (3) med portrycksspetsen (2;2') innefattar en kanyl (20) samt ett ele- ment (19) av flexibelt material, varvid vid registrering av ett mät- värde för porvattentrycket kanylen (20) penetrerar elementet (19) av flexibelt material.

2. ; Anordning enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av att kanylen (20) är anordnad på mätdonet (3) medan elementet (19) av flexibelt material är förbundet med portrycksspetsen (2;2').

3. Anordning enligt krav 2, k ä n n e t e c k n a d av att kanylen (20) omges av en centreringshylsa (23), vilken vid mätning påföres en nippel (4;4';4";4"') som är förbunden med portrycks- spetsen (2;2'). W >

4. , Anordning enligt krav 3, k ä n.n e t e c k n a d av att nippeln (4;Ä';4") uppvisar organ (17) för att vid vätskefyllníng av densamma ínnesluta en förutbestämd volym luft i nippeln (4;4';4"),

5. S. Anordning enligt krav 4, k ä n n e t e c k n a d av att det luftínneslutande organot utgöres av en nedåt öppen hylsa (17). 1

6. Anordning enligt något eller några av föregående krav, ¿ k ä n n ett e c_k n a d av att elementet av flexibelt material ut- I göres av en gummikork (19), vilken är anbríngad med relativt por- trycksspetsens (2;Z') längdriktning radiell förspänning. _

7. Anordning enligt något eller nâgra av föregående krav, k ä n'n e t e c k n a d av att portryeksspetsen (2;2') är utförd av termoplastiskt material. '

8. Anórdning enligt något eller nâgra av föregående krav, k ä n n e t e c k n a d av att filtret (7) i portrycksspetsen (2;Z') är utfört av keramiskt material.

9. ; Anordning enligt något eller nâgra av föregående krav, k ä n.n e t e c k n a d av att kanylen (20) är anbringad pâ en kolvnippel (22), vilken tätande anligger mot insidan av en cylinder 7805815-3 9 (23) och är förskjutbart lagrad i denna, vilken ínnesluter ett hålrum.

10. Anordning enligt något av kraven 3-5, n a d av att níppeln (4') är förbunden med portrycksspetsen (2;2') k ä n n e t e c k - via en sekundärnippen (31).

11. Anordning enligt något av kraven 3-5 eller 10, t e c k n a d av att nippeln (4") är förbunden med portrycksspetsen k ä n n e - (2;2') via en slang (33). _~-------- ANFÖRDA QUBLIKÅTIONER: