SU1048044A1

SU1048044A1 - Apparatus for determining deformability of soil in well

Info

Publication number: SU1048044A1
Application number: SU813314993A
Authority: SU
Inventors: Николай Михайлович Карпов; Анатолий Прокофьевич Екимов
Priority date: 1981-07-13
Filing date: 1981-07-13
Publication date: 1983-10-15

Abstract

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДЕФОРМИРУЕМОСТИ ГРУНТА В СКВАЖИНЕ , включающее корпус с эластичной оболочкой, дистанционные датчики дефоЕ лаций с подвижными чувствительными элементами, св занными с шупами , пропущенными через эластичную оболочку, отличающеес тем, что, с целью расширени диапа-: зона и повышени точности измерени , оно снабжено телескопической т гой, Состо щей из наружной трубки, св занной с одним из щупов, и центрального стержни, один конец которого с закрепленными на нем чувствительными элёментаьот установлен посредством пружин в корпусе датчика деформаций , причем на телескопической т ге . смонтировано зажимное приспособление. 2.Устройство по п. 1, о т л ича ю щ е ее тем, что зажимное приспособление выполнено в виде мембранной коробки, жестко прикреплен ,ной к наружной трубке телескопической т ги, а мембрана коробки св зана- с ее центральным стержнем. 3.Устройство по п. 1, о т л иi «Л Ча ю щ е е с тем, что, с целью обеспечени возможности измерени деформаций слабого сильно .деформи- руемого грунта, зажимное приспособление выполнено в виде электромагнита, катушка которого закреплен на наруж-1 ной трубке телескопической т ги, а корь св зан с ее центральным стержнем .1. DEVICE FOR DETERMINATION OF THE DEFORMABILITY OF THE SOIL IN THE WELL, including a body with an elastic shell, remote sensors of deflection, with movable sensing elements associated with the hops passed through the elastic shell, characterized in that, in order to expand the range and increase accuracy it is equipped with a telescopic pull, consisting of an outer tube connected to one of the probes, and a central rod, one end of which is attached to it with sensitive elementations installed COROLLARY spring deformations in the sensor housing, and at the telescopic t n. mounted clamping device. 2. The device according to claim 1, wherein the clamping device is made in the form of a membrane box, rigidly attached to the outer tube of a telescopic rod, and the membrane of the box is connected to its central core. 3. The device according to p. 1, of which is “So that, in order to make it possible to measure the deformations of a weak, highly deformable soil, the clamping device is made in the form of an electromagnet, the coil of which is fixed to the outside -1 telescopic tube, and measles associated with its central rod.

Description

4;:four;:

0000

оabout

j: 4 ИзоСретение относитс к строител ству, в частности к технике дл опр делени физико-механических свойств грунтов, и .может быть использовано при инженерно-геологических изыскани х в .строительстве и горном деле. Известно устройство дл определе ни характеристик деформируемости и прочности грунтов, содержащее кор пус с эластичной оболочкой зажимны фланцы и измерительное приспособлени состо щее из дистанционных датчиков и блока регистрации l . Известное устройство имеет доста точно высокую точность измерени радиальных .перемещений и деформаций стенок скважины, что достигаетс за счет увеличени чувствительности при одновременном уменьшении хода датчиков . Однако малый ход датчиков ограничивает применение указанного устрой ства дл испытани слабых и сильно деформируе1 ых грунтов, а также дл испытани грунтов в обычных геологоразведочных скважинах, стенки кото-рых разбиваютс буровыми штангами при их проходке и не имеют стабильны поперечных размеров на различных глубинах. Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому эффекту вл етс устройство дл определени деформируемости грун та в скважине, включающее корпус с эластичной оболочкой, дистанционные датчики деформаций с подвижными чувствительными элементами, св занными со щупами посредством механической св зи, пропущенными через эластичную оболочку 2 . Однако в нерабочем положении механическа св зь изгибает и сжимает упругий элемент измерител деформации . В период начального расширени эластичной оболочки и касани со стенками скважины воэрастаюшее в дальнейшем давление жидкости в рабочей камере автоматически разжимает рычаги механической св зи. Упругий чувствительный элемент, наход щийс до этого момента в сжатом состо нии , выпр мл етс и устанавливаетс щупами враспор между противополож ными стенками скважины. Таким образом , упругий чувствительный элемент измерител дефо миации как в период преодолени холостого хода, так и при измерении деформаций стенок сквгикины находитс в сжатом (напр женном ) состо нии. Следовательно, тензометр сопротивлени , наклеенные на упругий элемент измерител дефор:мации , все врем наход тс в деформированном состо нии,«т.е. в рабочем режиме. Однако предел преобразовани тензометров сопротивлени огра ничен, поэтому обща чувствительност измерител деформации остаетс низкой . Цель изобретени - расширение диапазона и повышение точности измерений . . Поставленна цель достигаетс тем, что устройство дл определени деформируемости грунта в скважине, включающее корпус с эластичной оболочкой, дистанционные датчики деформаций с подвижными чувствительными элементами , св занными со щупами через эластичную оболочку, снабжено телескопической т гой, состо щей из наружной трубки, св занной с одним из щупов, и центрального стержн , один конец которого с закрепленными на .нем чувствительными элементами установлен посредством пружин в корпусе датчика Деформаций, причем на телескопической т ге смонтировано зажимное приспо-собление , выполненное в виде мембранной коробки, жестко прикрепленной к наружной трубке телескопической т ги, а мембрана коробки св зана с центральным стержнем. При этом зажимное приспособление может быть выполнено в виде электро- магнита, катушка которого закреплена на наружной трубке телескопической т ги, а корь св зан с ее центральным стержнем. На фиг. 1 показано устройство с частичным продольным вырезом, общий вид} на фиг. 2 - устройство в нерабочем положении (разрез А-Л на фиг.1); на фиг, 3 - то же, в процессе измерени J на фиг. 4 - телескопическа т га в нерабочем положении (разрез Б-Б на фиг. 2), на фиг. 5 - то же, в процессе измерени (разрез В-В на фиг. 3) на фиг. 6 - устройство в нерабочем положении с зажимным при- способлением, выполненным в виде электромагнита, поперечный разрезj на .фиг. 7 -.то же, в процессе измерени . Предлагаемое устройство (фиг, 1) включает корпус 1 с оболочкой 2, прок/1адки 3 и фланцы 4, прижимаемые к корпусу болтами 5. Устройство содержит также телескопическую т гу (фиг. 2 и 3), расположенную между чувствительным элементом б - сердечником индуктивного датчика 7 и шупом 8 и состо щую из наружной трубки 9 и центральногостержн 10 (фиг. 2). На стержне с двух сторон сердечника установлены пружины 11. К наружной трубке телескопической т ги жестко закреплена мембранна коробка 12 с мембраной 13, В центре мембраны закреплен хомутик 14 (фиг, 4), верхн перемычка которого расположена в прюрези наружной трубки телескопической т ги, В случае измерени деформаций слабого и сильно деформируемого грунта в предложенном устройстве зажимное приспособление представл ет со-. бой электромагнит (фиг. б), состо щий из каркаса с катушкой 15, внутри которой установлены пружины 16 и корь 17 с центральным конусным отверстием. Наружна трубка телескопической т ги на конце имеет отверсти в которые установлены шарики 18.Каркас электромагнита закреплен на наружной трубке так,чтобы корь при помощи пруж ны 16 электромагнита заклинивал шарики между собой и центральным стержнем. Работа устройства осуществл етс следующим образом. Полость оболочки 2 соедин ют трубопроводами с источником давлени / (не показан), индуктивные датчики 7 присоедин ют при помощи электропро одов к измерительной станции (не показана). После этого при помощи, штанги или .троса устройство погружают в скважину. Во врем хранени устройства, погружени в скважину и в период начального расширени гиб кой оболочки 2, нагнетаемой в нее жидкостью до соприкосновени оболочки со стенками скважины, телескопическа - т га находитс в нерабочем положении (фиг. 2). В этс и случае центральный стержень 10 упруго удерживаетс пружинами 11 в средней части датчика 7, а наружна трубка 9, закрепленна к шупу 8, может свободно перемещатьс относительно цент-. рального стержн . Таким образом, телескопическа т га при давлении, достаточном дл раст жени оболочки до установлени контакта со стенками скважины, свободно раздвигаетс вместе с щупами, пропущенными через эластичную оболочку, оставл при этом чувствительный элемент 6. - сердечник индуктивного датчика 7 в первоначальном нулевом положении (фиг. 4). При дальнейшем незначитель ном повышении давлени мембрана 13 прогибаетс настолько, что верхн перемычка хомутика 14 прижимает цфнт ральный стержень 10 к стенке наружной трубки 9 (фиг. 2, Т и 5) и образует жесткую св зь между сердечни . ком и щупом. При преледующем увели чении давлени и деформировани стенок скважины чувствительный элемейт 6 перемещаетс вместе с телескопической т гой и щупом 8 относительно закрепленного к противоположному щу|пу индуктивного датчика 7, электри1ческий сигнал от которого передаетс дистанционно к измерительной стадции I После окончани опыта и снижени давле :ни в оболочке 2 мембрана 13 выпр мл ет с и хомутик 14 освобождает центральны стержень 10 от наружной трубки 9,а телескопическа т га склгщываетс и при водит измерительное приспособление в первоначальное нерабочее положение. Работа устройства в случае измерени деформаций слабого и сильно деформируемого грунта осуществл етс следующим образом. После погружени устройства в скважину перед тем,, как создавать давление в полости оболочки, эл.ектромагйит подключают к источнику питани , например аккумул тору. При этом корь 17 вт гиваетс в катушку 15, поджимает пружину 16 и освобождает шарики 18. Создают начальное давление в полости оболочки до ее соприкосновени со стенками скважины , в процессе расилирени оболочки наружна трубка 9 свободно перемеща2ТСЯ относительно центрального стержн 10,который вместе с чувствительным элементом 6 удерживаетс пружинами 11 в средней части индуктивного датчика 7. Перед началом измерений деформаций электромагнит отключаетс , корь 17 под действием пружины 16 заклинивает .шарики 18 и прижимает централь ный стержень 10 к наружной трубке 9 (фиг. 7). При последующем увеличении давлени и деформировани стенок скважины чувствительный элемент -и центральный стержень перемещаютс относительно индуктивного датчика совместно с наружной трубкой и щупом . После того, как используетс , весь рабочий ход датчика, перед последующим нагружением электромагнит подключают к источнику питани , при этом центральный стержень освобождаетс от наружной трубки и под действием пружины 11 возвращаетс в первоначальное нулевое положение. Элбктрома .гнит отключаетс , и корь 17 под действием пружины 16, заклинивает шарики, соедин ет центральный стержень и наружную трубку между собой. После этого продолжают нагружемие и измерение деформаций стенок скважины. Такой прием возвращени чувствительного элемента в исходное нулевое положение повтор етс по мере необходимости многократно. Таким образом, устройство дл оп- ределени деформируемости грунта.в скважине позвол ет повысить точность измерени путем увеличени общей чувствительности измерительного приспособлени с одновременным увеличением диапазона изменени диаметра скважины. Расчеты применительно к скважине, разбуриваемой коронкой диаметром 130 мм, показали, что скважина может отклонитьс от номинального диаметра на величину более чем 35 мм, что составл ет более чем 25%. Изобретение может быть внедрено в строительстве, в горнодобыыающей промьшленности и при инженерно-геологических изыскани х дл определени прочностных и деформационных характеристик грунтов и скальных пород.j: 4 The description relates to construction, in particular, to a technique for determining the physicomechanical properties of soils, and can be used in geotechnical engineering in construction and mining. A device is known for determining the characteristics of the deformability and strength of soils, comprising a shell with an elastic sheath, clamping flanges, and a measuring device consisting of remote sensors and a recording unit l. The known device has a sufficiently high accuracy in measuring the radial displacements and deformations of the borehole walls, which is achieved by increasing the sensitivity while reducing the travel of the sensors. However, the short stroke of the sensors limits the use of this device for testing weak and strongly deformed soils, as well as for testing soils in conventional exploration wells, the walls of which are broken by drill rods during their penetration and do not have stable transverse dimensions at different depths. The closest to the invention in technical essence and the achieved effect is a device for detecting the deformability of a soil in a borehole, including a housing with an elastic shell, remote strain sensors with movable sensing elements connected with probes by means of a mechanical connection, passed through the elastic shell 2. However, in the off position, the mechanical connection bends and compresses the elastic element of the strain gauge. During the initial expansion of the elastic sheath and contact with the walls of the well, the subsequent expansion of the fluid pressure in the working chamber automatically expands the levers of the mechanical connection. The resilient sensing element, which was up to this point in a compressed state, is straightened and installed by means of probes between the opposite walls of the well. Thus, the elastic sensitive element of the deflection meter, both in the period of overcoming the idling and when measuring the deformations of the walls of the squigikins, is in a compressed (stressed) state. Consequently, a resistance strain gauge attached to the elastic element of the strain gauge is always in the deformed state, i.e. in operation. However, the conversion limit for resistance strain gauges is limited, so the overall sensitivity of the strain gauge remains low. The purpose of the invention is to expand the range and increase the accuracy of measurements. . The goal is achieved by the fact that a device for determining the deformability of a soil in a borehole, including a housing with an elastic shell, remote strain sensors with movable sensitive elements connected to probes through an elastic shell, is provided with a telescopic pull consisting of an outer tube associated with one of the probes, and a central rod, one end of which, with its sensitive elements fixed on it, is installed by means of springs in the body of the Deformation sensor, and A clamping device, made in the form of a membrane box rigidly attached to the outer tube of a telescopic rod, is mounted, and the membrane of the box is connected to the central rod. In this case, the clamping device can be made in the form of an electromagnet, the coil of which is attached to the outer tube of the telescopic rod, and the bark is connected with its central rod. FIG. 1 shows a device with a partial longitudinal notch, a general view of FIG. 2 - the device in the off position (section A-L in figure 1); FIG. 3 is the same in the measurement process J of FIG. 4 — telescopic ha in the non-operating position (section BB in FIG. 2); FIG. 5 is the same in the measurement process (section B-B in FIG. 3) in FIG. 6 - the device in the off position with a clamping device, made in the form of an electromagnet, a cross-section j in. Fig. 7 - the same in the measurement process. The proposed device (FIG. 1) includes a housing 1 with a shell 2, a projection / flanks 3 and flanges 4 pressed against the housing with bolts 5. The device also contains a telescopic rod (FIGS. 2 and 3) located between the sensing element b - inductive core the sensor 7 and the shock sensor 8 and consisting of the outer tube 9 and the central core 10 (Fig. 2). Springs 11 are mounted on the rod on both sides of the core. A membrane box 12 with a membrane 13 is rigidly fixed to the outer tube of the telescopic tube. In the case of measuring the deformations of a weak and strongly deformable soil in the proposed device, the clamping device is co. a bout electromagnet (fig. b) consisting of a frame with a coil 15, inside which springs 16 and a bark 17 are installed with a central tapered bore. The outer tube of the telescopic tube at the end has holes in which the balls are mounted 18. The electromagnet frame is fixed on the outer tube so that the measles with the help of the spring 16 of the electromagnet wedges the balls between themselves and the central rod. The operation of the device is as follows. The cavity of the shell 2 is connected by pipelines with a pressure source (not shown), the inductive sensors 7 are connected by means of electrodes to a measuring station (not shown). After that, with the help of a rod or cable, the device is immersed in the well. During storage of the device, immersion in the well, and during the initial expansion of the flexible shell 2, the fluid injected into it before the shell contacts the walls of the well, the telescopic traction is in an inoperative position (Fig. 2). In the case of the case, the central rod 10 is resiliently held by the springs 11 in the middle part of the sensor 7, and the outer tube 9 fixed to the loop 8 can freely move relative to the center. ral rod. Thus, telescopic traction at a pressure sufficient to stretch the shell until it comes into contact with the walls of the borehole, moves freely together with probes passed through the elastic sheath, leaving the sensing element 6 at the same time. The core of the inductive sensor 7 is in its initial zero position (FIG. . four). With a further slight increase in pressure, the membrane 13 bends so much that the upper jumper of the clamp 14 presses the hinge stem 10 against the wall of the outer tube 9 (Fig. 2, T and 5) and forms a rigid connection between the cores. com and probe. With a favorable increase in pressure and deformation of the borehole walls, the sensing element 6 moves with the telescopic thrust and probe 8 relative to the inductive sensor 7 fixed to the opposite side of the inductive sensor 7, the electrical signal from which is transmitted remotely to the measuring stage I After the test is completed and the pressure decreases: In the shell 2, the membrane 13 rectifies the joint and the collar 14 releases the central rod 10 from the outer tube 9, and the telescopic slide heats up and brings the measuring device in initial non-working position. The operation of the device in the case of measuring the deformations of a weak and strongly deformable soil is carried out as follows. After the device is immersed in the well, before pressure is created in the cavity of the shell, electric power is connected to a power source, such as a battery. At the same time, the measles 17 is drawn into the coil 15, presses the spring 16 and releases the balls 18. Initial pressure is created in the cavity of the shell before it contacts the walls of the well. During the process of removing the shell, the outer tube 9 moves freely about the central rod 10, which, together with the sensing element 6 is held by the springs 11 in the middle of the inductive sensor 7. Before measuring the deformations, the electromagnet is turned off, the measles 17 are jammed by the action of the spring 16 and the balls 18 and presses the central ster Shade 10 to the outer tube 9 (Fig. 7). With a subsequent increase in pressure and deformation of the borehole walls, the sensing element — and the central rod move relative to the inductive sensor together with the outer tube and probe. After the whole working stroke of the sensor is used, before the subsequent loading, the electromagnet is connected to the power source, the central rod is released from the outer tube and returned to its initial zero position by the action of the spring 11. Elbktroma. The magnet is turned off, and the measles 17 under the action of the spring 16, wedges the balls, connects the central rod and the outer tube to each other. After that, the loading and measurement of well wall deformations continue. This method of returning the sensing element to its original zero position is repeated as necessary. Thus, a device for determining the soil deformability in a well allows an increase in measurement accuracy by increasing the overall sensitivity of the measurement tool while simultaneously increasing the range of changes in the diameter of the well. Calculations for a well drilled with a crown of 130 mm in diameter showed that the well may deviate from the nominal diameter by more than 35 mm, which is more than 25%. The invention can be implemented in construction, in mining and engineering and geological surveys to determine the strength and deformation characteristics of soils and rocks.

Т7T7

п г иp g and

WW

Фиг.11

Риг.ЗRig.Z

6-S6-s

W W

||

пВ-8pv-8

Claims

1. DEVICE FOR DETERMINING SOIL DEFORMABILITY IN A WELL, including a housing with an elastic shell, remote deformation sensors with movable sensing elements connected with probes passed through an elastic one. 'shell, characterized in that, in order to expand the range and improve the accuracy of measurement, it is equipped with a telescopic rod,'

It consists of an outer tube connected with one of the probes, the th central rod, one end of which with sensitive elements fixed to it is mounted by means of springs in the body of the strain gauge, and on a telescopic rod. mounted clamping device.

2. The device according to π. 1, it is necessary that the clamping device is made in the form of a membrane box rigidly attached to the outer tube of the telescopic rod, and the membrane of the box is connected to its central shaft.

3. The apparatus of claim. 1, characterized in that, in order to allow measurement of deformations weak strongly deformed ¹ Rui soil clamping in adapting designed as an electromagnet, whose coil is secured ^ outwards hydrochloric tube telescopic rods, and connected with the anchor its central core.