SU1116110A1 - Способ контрол плотности грунта и устройство дл его осуществлени - Google Patents

Abstract

1. Способ контрол  плотности грунта, включающий погружение с посто нной скоростью зонда с конусным наконечником, определение глубины погружени  зонда при достижении заданного усили  и определение плотности грунта, отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности контрол , дополнительно измер ют врем  погружени  зонда до заданного усили  и врем  полного погружени  зонда на заданную величину в грунт, определение глубины погружени  зонда до заданного усили  осуществл ют по отношению времени погружени  зонда до заданного усили  к времени полного погружени  зонда на заданную величину, по которой суд т о плотности грунта . (Л (Si

Description

2. Устройство контрол  плотности грунта , содержащее зонд с конусным наконечником , св занный с датчиком усили , и измерительный прибор, отличающеес  тем, что, с целью повышени  точности контрол , в него введены два измерительных блока, каждый из которых состоит из последовательно соединенных между собой компаратора и интегратора, блок измерени  отношени , который состоит из последовательно соединенных между собой блоков делени , суммировани  и элемента пам ти, и блок управлени , причем первый выход блока управлени  соединен с соответствуюндими входами интеграторов измерительных блоков , выходы которых соединены с соответствующими входами блока делени , второй и третий выходы блока управлени  соединены с одними входами компараторов измерительных блоков, другие входы которых соединены с датчиком усили , выход компаратора второго измерительного блока соединен с входом блока управлени , четвертый и п тый выходы блока управлени  соединены с соответствующими входами сумматора, щестой выход блока управлени  соединен с другим входом элемента пам ти , выход которого подключен к измерительному прибору.

f

Изобретение относитс  к строител эству, в частности к технике по геотехническому контролю плотности грунтов, и может быть иснользовано при возведении земл ных сооружений .

Известен способ контрол  качества уплот нени  грунта, заключающийс  в зондировании грунта при погружении и извлечении Н1танги с конусным наконечником, с одновременным изменением сопротивлени  зондированию и последующим сравнением полученных результатов 1.

Недостатками данного способа  вл ютс  сложность осуществлени  регистрирующего датчика и зависимость полученных результатов от угла погружени  и извлечени  щтанги с наконечником.

Наиболее близким к изобретению  вл етс  способ контрол  плотности грунта, включающий погружение с посто нной скоростью зонда с конусным наконечником, определение глубины погружени  зонда при достижении заданного усили  и определени  плотности грунта 2.

Известно также устройство дл  осуществлени  этого способа, содержащее . зонд с конусным наконечником, св занный с датчиком усили , и измерительный прибор 2.

Недостатками известных способа и устройства  вл ютс  наличие подвижных механических узлов и невозможность осуществлени  контрол  плотности грунта по всей глубине. Наличие подвижных механических узлов приводит к зависимости полученных результатов от их состо ни  и износа, что снижает эффективность исследовани  плотности грунта.

Целью изобретени   вл етс  повышение точности контрол  плотности грунта.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что согласно способу контрол  плотности грунта, включающему погружение с посто нной скоростью зонда с конусным наконечником , определение глубины погружени  зонда при достижении заданного усили  и определение плотности грунта, дополнительно измер ют врем  погружени  зонда дс заданного усили  и врем  полного погружени  зонда на заданную величину в грунт,

определение глубины погружени  зонда до заданного усили  осуществл ют по отношению времени погружени  зонда до заданного усили  к времени полного погружени  зонда на заданную величину, по ко- торой суд т о плотности грунта.

В устройство контрол  плотности грунта, содержащее зонд с конусным наконечником, и измерительный прибор, введены два измерительных блока, каждый из которых состоит из последовательно соеди0 ненных между собой компаратора и интегратора , блок измерени  отношени , который состоит из последовательно соединенных между собой блоков делени , суммировани  и элемента пам ти, и блок

г управлени , причем первый выход блока управлени  соединен с соответствующими входами интеграторов измерительных блоков , выходы которых соединены с соответствующими входами блока делени , второй и третий выходы блока управлени  сое0 динены с одними входами компараторов измерительных блоков, другие входы которых соединены с датчиком усили , выход компаратора второго измерительного блока соединен с входом блока управлени , четвертый и п тый выходы блока управлени  соеди5 нены с соответствующими входами сумматора , шестой выход блока управлени  соединен с другим входом :)лемемта пам ти, выход которого подключсп к измерительному прибору.

На фиг. 1 представлена функциональна  схема устройства, реализующего способ контрол  плотности грунта; на фиг. 2 - временные диафрагмы, по сн ющие его работу , где врем  t, соответствует началу погружени  зонда в грунт, tj - когда усиление погружени  достигает величины заданного , tj соответствует извлечению зонда из грунта; на фиг. 3 - функциональна  схема блока управлени ; на фиг. 4 - то же, блока суммировани .

Способ осуществл етс  следующим образом .

На отсыпаемом слое грунта делают ровную площадку. Зонд с конусным наконечником погружают возрастающим усилием с посто нной скоростью в грунт и производ т отсчет времени t и Т, где t соответствует времени погружени  зонда до заданного усили , Т соответствует времени полного погружени  зонда в грунт. По достижении усилием заданной величины, отсчет времени t прекращают. Когда зонд полностью погружен в грунт, отсчет времени Т также прекращают .

Так как скорость погружени  зонда и его длина L посто нны, то глубину погружени  зонда I до заданного усили  зондировани  определ ют из выражени 

Таким образом, по тарировочному графику , полученному по известной методике (например с помощью режущих колец), мож но определить плотность грунта.

В случае задержки на извлечение зонда зад последн   формула имеет вид:

.

т+ t

зад

Если при этом определить относительную погрещность У измерени  1 по формуле

5 . 100% - 1-100%,

то она составл ет дл  ,5 с 4,8% при 1 20 см и 3,3% при L 30 см. Практически же эта погрещность составл ет не более 2%, так как при погружении зонда в грунт оператор не «ждет достижени  заданного усили  погружени  зонда.

Таким образом, несмотр  на то, что измерение глубины погружени  зонда производитс  по косвенным параметрам, точность ее измерени  выще, а следовательно, и выще точность контрол  плотности грунта.

Устройство реализующее способ контрол  плотности грунта (фиг. 1), содержит датчик усили  1, зонд с конусным наконечником 2, соединенный с датчиком усили  1, первый 3 и второй 4 врем  измерительдые блоки, блок измерени  отнощени  5. Измерительный прибор 6 подключен к выходу блока измерени  отнощени  5. Первый 3 и второй 4 врем измерительные блоки соответственно содержат последовательно включенные компараторы 7 и 8 и интеграторы 9 и 10. Блок измерени  отнощени  5 содержит последовательно включенные блок делени  11, блок суммировани  12 и элемент пам ти 13. Кроме этого, устройство содержит блок управлени  14, входом подключенный к выходу компаратора 7 первого врем измерительного блока 3, первым 15 выходом - к управл ющему входу каждого интегратора 9 и 10, вторым 16 и третьим 17 выходом соответственно к второму входу компара5 торов 7 и 8 первого 3 и второго 4 врем измерительных блоков, четвертым 18 и п тым 19 выходом соответственно к первому и второму управл ющему входу блока суммировани  12, щестым 20 выходом к управл ющему входу блока запоминани  13. При

0 этом первый вход каждого компаратора 7 и 8 подключен к первому входу соответствующего врем измерительного блока, выход которого соединен с соответствующим интегратором 9 и 10, а первый, второй вход

5 блока делени  11 и выход элемента пам ти 13 подключены соответственно к первому, второму входу и выходу блока измерени  отнощени  5.

На фиг. 2 приведены диаграммы напр 0 жений на выходах и входах элементов схемы, где: диаграмма 21 - сигнал на выходе датчика усили  1; диаграмма 22 - сигнал на выходе компаратора 7; диаграмма 23 - сигнал на первом выходе блока 14; диаграммы 24 и 25 - сигналы на выходе интеграторов 9 и 10; диаграмма 26 - сигнал на выходе блока делени  11; диаграмма 27 - сигнал на выходе компаратора 8; диаграмма 28 - сигнал на входе блока суммировани  12; диаграмма 29 - сигнал напр 0 жени  на выходе блока 12; диаграмма 30 - сигнал на выходе 20 блока управлени  14; диаграмма 31 - сигнал на входе элемента пам ти 13; диаграмма 32 - управл ющий импульс; на выходе 19 блока 14.

, Блок управлени  14 (фиг. 3) содержит источники опорного напр жени  33 и 34, подключенные соответственно к второму 16 и третьему 17 выходу блока управлени  14, первый формирователь импульсов 35, входом подключенный к входу блока управ0 лени  14, выходом к второму формирователю импульсов 36, управл ющему входу источника опорного напр жени  34, счетчику числа измерений 37 и четвертому выходу 18 блока управлени  14, причем выходы счетчика числа измерений 37 и второго фор мировател  импульсов 36 подключены к логическому элементу И 38, выходом подключенному к шестому выходу 20 блока управлени  14, и входу третьего формировател 

импульсов 39, выходом соединенным с входом сброса счетчика 37 и п тым выходом 19 блока управлени  14, первый выход 15 когорого подключен к схеме ИЛИ 40, входами соединенный с входом и выходом первого фор1мировател  импульсов 35.

Блок суммировани  (фиг. 4) содержит последовательно соединенные делитель напр жени  41, входом подключенный к входу блока 12, сумматор напр жени  42, первый нормально замкнутый ключ 43, первый повторитель напр жени  44, второй нормально замкнутый ключ 45 и второй повторитель напр жени  46, выходом соединенный с выходом сумматора 12 и сумматора напр жени  42. При этом в цепь соединени  первого к ключа 43, первого повторител  напр жени  44 и обшей шиной подключены параллельно соединенные конденсатор 47 и нормально разомкнутый третий ключ 48, управл юший вход которого подключен к второму управ п юшему входу блока суммировани  12, а в цепь соединени  второго ключа 45, второго повторител  напр жени 

46и обшей шиной включен промежуточный конденсатор 49, причем управ.ч юшие входы первого 43 и второго 45 ключей подключены к 1ервому управл ющему входу блока 12. Повторители напр жени  44 и 46 должны иметь высокое входное сопротивление дл  предотврашени  разр да конденсаторов

47и 49.

Устройство работает следуюшим образом .

Перед началом контрол  выходное напр жение с датчика усили  1 равно нулю. При этом с первого выхода 15 блока управлени  14 на управл юш.ие входы интеграторов 9 и 10 поступают нулевые потенциалы, с второго выхода 16 на второй вход схемы сравнени  7 поступает потенциал Ui, с третьего входа 17 на второй вход схемы сравнени  8 потенциал Uj и с остальных выходов 18,19 и 20 нулевые потенциалы поступают на управл юшие входа сумматора 12 и элемента пам ти 13. С выхода компаратора 7 на выход интегратора 9 поступает нулевой потенциал, а с выхода компаратора 8 на вход интегратора 10 - положительный потенциал величиной Up. На выходе интеграторов 9 и 10 блока делени  11, блока суммировани  12 и элемента пам ти 13 присутствуют нулевые потенциалы. Величина напр жени  Уг равна величине напр жени  с датчика усили  1 при воздействии на него заданного усили  погружени . Папр жение и выбираетс  из соображений устойчивой работы устройства при воздействии на зонд вибрации от механизма погружени .

При погружении зонда с конусным наконечником 2 в грунт (момент времени tj) усилие погружени  передаетс  на датчик усили  1, с которого на :первые входы врем измерительных блоков 3 и 4 начинает поступать напр жение, по величине соответствуюшее данному усилию (диаграмма 21, (фиг. 2). Когда это напр жение достигнет величины Ui, компаратор 7 срабатывает, напр жение на его выходе соответствует Uo (диаграмма 22), включаетс  блок управлени  14. При этом по вл етс  положительный потенциал на его первом выходе 15 (диаграмма 23), который разрешает работу интеграто ров 9 и 10. Последние начинают интегрировать напр жение Uo, поступаюшее с выходов компараторов 7 и 8, и линейно измен юшиес  во времени напр жени  с их выходов , соответственно диаграммы 24 и 25

5 поступают на вход блока деление И. Так как интеграторы 9 и 10 начали работать одновременно , то на выходе блока делени  11 по вл етс  посто нное напр жение (диаграмма 26), соответствуюшее отношению выходных напр жений с интеграторов 9

0 и 10.

По достижении выходным напр жением с датчика усилие 1 величины V (момент времени i срабатывает компаратор 8 вто5 рого врем измерительного блока 4, при этом с его выхода на вход интегратора 10 поступает нулевой потенциал (диаграмма 27), и интегратор 10 прекращает работу (диаграмма 25). В результате напр жение, поступаюшее на вход блока суммировани 

0 12,с блока делени  11 измен етс  по экспоненте (согласно отношению напр жений с выходов интеграторов 9 и 10, диаграмма 26).

Когда зонд 2 полностью погружен в грунт (момент времени tj), последний сра5 зу же извлекаетс  из него. Напр жение с датчика 1 возвращаетс  в ноль (диаграмма 21), комнаратор 7 возврашаетс  в исходное состо ние (диагра.м.ма 22), потенциал с третьего выхода 17 блока управлени 

0 14 становитс  oтpицaтeJ ьным, и компаратор 8 сохран ет свое состо ние (диаграмма 27). Интегратор 9 прекращает работу и напр жение с выхода блока делени  11 фиксируетс  (диаграмма 26). При этом с четвертого выхода 18 блока управлени  14 на первый

5 управл юший вход блока су.ммировани  12 поступает управл юший импульс 28, выходное напр жение с блока делени  11 суммируетс  уменьшенным в п раз с выходным напр жением блока 12 и запоминад етс  в нем (диаграмма 29). По окончании импульса 28 потенциал на первом выходе 15 блока управлени  14 становитс  нулевым , и интеграторы 9 и 10 принимают исходное состо ние. При проведении следующего измерени  работа устройства повто5 р етс  в описанном пор дке. Поскольку напр жени  с интеграторов 9 и 10 св зано с временем и усилием погру;хеии  зонда 2 в грунт, то просуммированное отношение

соответствует средней глубине погружени  зонда до заданного усили .

Работа блока управлени  14 состоит в следующем.

ilpH срабатывании блока 7 (фиг. 1) на вход блока унравлеии  14 ностунает пр моугольный имнульс (диаграмма 22), длительность которого равна времени погружени  зонда в грунт на полную длину L. От заднего фронта этого им1 ульса (момент времени tj, диаграмма 22) срабатывает первый формирователь импульсов 35 (выполненный например в виде ждущего мультивибратора ), и на третьем выходе 18 блока управлени  14 по вл етс  пр .моугольный имнульс посто нной длительности (диаграмма 28), который свои.м ноступление.м на управл ющий вход второго источника опорного напр жени  34 блокирует поступлеьие опорного напр жени  U на третий ().i 17 блока управлени , и выходное Haiir;;жение с блока 8 (диаграмма 27) оста-ге  на нулевом уровне. Так как первый iis.ixo.i 15 блока управлени  14 нодк;|ючеп к ,,:.;.:)ду схе.мы ИЛИ 40, соединенной с входом и выходом формировате.1  импульсов 35, то на ее выходе присутствует пр моугольный импульс, длительность которо1Т) (диаграмма 23) больше д.чительности пр моугольного импульса, постунаюш,его на вход формировате ,;1  импульсов 35, на величину длительности пр моугольного импульса с выхода формировател  35. Далее от заднего фронта пр моугольного импульса с формировател . 35 счетчик числа измерений 37 переходит в следующее состо ние, при этом выходное напр жение остаетс  нулевым, и срабатывает второй фор.мироватеть имnyл )Coв 36. При проведении следующего погружени  зонда и его извлечении из грунта процесс повтор етс .. После проведени  п из.мерений на выходе счетчика 37 по вл етс  по.южительный потенциал, разрешающий прохождение пр моугольного импульса с второго формировател  импульсов 36 на шестой выход 20 блока управлени  14 (диаграмма 30) через схему 38. От заднего фронта этого имлульса срабатывает третий формирователь импульсов 39, при этом на п тый выход 19 блока управлени  14 к вход сброса счетчика 37 поступает пр моугольный импульс (диаграмма 32), и все устройство возвращаетс  в исходное состо ние перед началом п измерений.

Работа блока суммировани  12 по функциональной схеме (фиг. 4) состоит в следуюнхем .

В исходном состо нии конденсаторы 47 и 49 разр жены и на выход блока суммировани  12 ноступает нулевой потенциал-с выхода второго повторител  46 (диаграмма 29) Во врем  извлечени  зонда 2 из грунта на первый управл юп1ий вход блока 12 с четвертого входа 18 блока управлени  14 поступает управ.ч юпии шипмьс ( 28). При этом вп ,;н)ч In ра.и п аетс , а первый 43 зам1,пч;1ст1   if п;и:р жепие, гюст паюн1ее на вход б.ижа , -12, уменьшенное п раз с пс;АИ),;;К1 лс.ипчл  папр жепч  41, ноступает п;: -учр.кггор напр жени  42. Так как на )Г: HVO.I сумматора 42 ноступает нулевое напр жепиг с повторител  48 (ключ 45 разомкнут и напр жение на конденсаторе 49 остае; - ; н левым ), то напр жение с де/пгге.п  поступает через сумматор напр жен,iM 42 на конденсатор 47, KOToj bnt лар ж.аегс  .чо его урогн . По окончании пмпу.чьса 28 ключи 43 и 45 соответственно |), ;-1Мька(1Ч  н замыкаютс , конденсатор 49 зар жавю  д;: уровн  напр жени  конденсатора i7, н ii;i выход блока 12 поступаег напр н еппс с второго повторител  46 (диаграмма 29, фиг. 5). После второго извлечени  зонда из грунта напр жение на конденсагоре 47 равно сумме нанр жений на конденсаторе 49 (pe.iV.nnaT первою измерени ) и с выхода делител  напр жени  41 (|1ез.ьтат второго измерени ), которое носле возвращени  ключей 43 и 45 в исходное состо ние передаетс  па конденсатор 49. При третьем изилечении зонда из групта процесс суммиро1 ани  резу.чьтатов измерени  говтор етс  11 на конденсаторе 49 по в. ете  напр ж1 пие, соответствуюп1ее ( трех измерений. Суммирование результатов, H.Iмерени  происходит вплоть до n-io погружени  зонда в грунт, но окончании которого и извлечении зонда, а также после во.;врашеип  ключей 415 п 45 в исходное состо ние на элемент пам ти 13 и liiecroii шлход 20 блока управлени  14 noci yiiai-r п ;пульс управлени  (диаграм ;а ЗГ:;. В результате напр жение с выходи б.юка -ух;мировани  12, соединеппо1Ч) гак;,и- е iii,.iходом повторител  напр х енич Ki, ооог ветствуюигее сумме п результатов 1г ме;еппй, уменыиенной в п раз (благотар5 па.чичпю делител  напр жени  41), зап-лмипаетси в элементе пам ти 13 (диаграмм;: 31). П{ окончании имиульса управлени  iid па второй управл ющий вход сумматора е п того выхода 19 блока управлени  14 пост;л1ает управл ющий импульс 32, трегий к.1юч 48 замыкаетс  и разр жает конденсатор 47. При этом напр жение на конденсаторе 49 также нулевое, и устройство принимает исходное состо ние перед началом контрол .

Устройство контр();1  н.ютности грунта оеализовано на аналоговых элементах по известным схемным решени м. Так, ко.мпараторы собраны на прецезионнь х компараторах 521 СА1, интеграторы - на основе слаботочных стабилизаторов тока, подключенных к конденеатс1ру и питающихс  от выходного напр ж1 ;1п  ехем сравнсрнт. Блок делени  также собран но известной схеме.

блок управлени  - на логических элементах 155 серии. В качестве сумматора и запоминающего блока используютс  соответственно переработанные генератор ступенчатого напр жени  и схема выборки хранени . В качестве датчика усилий используетс  датчик давлени  на основе дифференциального пьезоэлектрического трансформатора .

-If2

Ifn

Мп

1

1 iz tj i

Фиг.2

Испытани  устройства показывают, что разброс показаний уменьшаетс  в 4-8 раз, что приводит к снижению погрешности измерени  до 2%, котора  дл  известного способа и устройства составл ет 4-8%. Число замеров при этом увеличиваетс  до 200300 за 1 ч. Кроме того, предлагаемые способ и устройство позвол ют повысить точность контрол .

t

- n

Claims (2)

1. Способ контроля плотности грунта, включающий погружение с постоянной скоростью зонда с конусным наконечником, определение глубины погружения зонда при достижении заданного усилия и определение плотности грунта, отличающийся тем, что, с целью повышения точности контроля, дополнительно измеряют время погружения зонда до заданного усилия и время полного погружения зонда на заданную величину в грунт, определение глубины погружения зонда до заданного усилия осуществляют по отношению времени погружения зонда до заданного усилия к времени полного погружения зонда на заданную величину, по которой судят о плотности грунта.

„(11)

2. Устройство контроля плотности грунта, содержащее зонд с конусным наконечником, связанный с датчиком усилия, и измерительный прибор, отличающееся тем, что, с целью повышения точности контроля, в него введены два измерительных блока, каждый из которых состоит из последовательно соединенных между собой компаратора и интегратора, блок измерения отношения, который состоит из последовательно соединенных между собой блоков деления, суммирования и элемента памяти, и блок управления, причем первый выход блока управления соединен е соответствующими входами интеграторов измерительных бло ков, выходы которых соединены с соответствующими входами блока деления, второй и третий выходы блока управления соединены с одними входами компараторов измерительных блоков, другие входы которых соединены с датчиком усилия, выход компаратора второго измерительного блока соединен с входом блока управления, четвертый и пятый выходы блока управления соединены с соответствующими входами сумматора, шестой выход блока управления соединен с другим входом элемента памяти, выход которого подключен к измерительному прибору.