Устройство для определения деформируемости грунта в скважине

Устройство для определения деформируемости грунта в скважине

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДЕФОРМИРУЕМОСТИ ГРУНТА В СКВАЖИНЕ , включающее корпус с эластичной оболочкой, дистанционные датчики дефоЕялаций с подвижными чувствительными элементами, связанными с шупами , пропущенными через эластичную оболочку, отличающееся тем, что, с целью расширения диапа-: зона и повышения точности измерения, оно снабжено телескопической тягой, Состоящей из наружной трубки, связанной 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 тяге . смонтировано зажимное приспособление. 2.Устройство по п. 1, о т л ича ю щ е ее я тем, что зажимное приспособление выполнено в виде мембранной коробки, жестко прикреплен ,ной к наружной трубке телескопической тяги, а мембрана коробки связанас ее центральным стержнем. 3.Устройство по п. 1, о т л иi «Л Ча ю щ е е с я тем, что, с целью обеспечения возможности измерения деформаций слабого сильно .деформируемого грунта, зажимное приспособление выполнено в виде электромагнита, катушка которого закреплен на наруж-1 ной трубке телескопической тяги, а якорь связан с ее центральным стержнем .

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ

3ДЦ Е 02 0 1/00 (2i) 3314993/29-33 (22) 13.07.81 (46) 15.10 83. Бюл. Р 38 (72) Н,. N. Карпов и A. П. Екимов (71) Всесоюзный ордена Трудового

Красного Знамени научно-исследова-. тельский институт гидротехники им. Б. Е. Веденеева (53) 624.131.54(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

775222, кл. Е 02 0 1/02, 1978, 2. Патент. Франции Р 1495684, кл. С 01 и 1967 ° (54) (57) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДЕФОРМИРУЕМОСТИ ГРУНТА В СКНЖИНЕ, включающее корпус с эластичной оболочкой, дистанционные датчики деформаций с подвижными чувствительными элементами, связанными с шупами, пропущенными через эластичную .оболочку, о т л и ч а ю щ е е с я тем,.что, с целью расширения диапазона и повыаения точности измерения, оно снабжено телескопической тягой, „„Su„„1048044 А

Состоящей из наружной трубки, связанной с одним из щупов, и центрального стержнй, один конец которого . с закрепленными на .нем чувствитель. ными элементами установлен посредст, вом пружин в корпусе датчика деформаций, причем на телескопической тяге .

" смонтировано эажимное приспособление.

2. Устройство по п. 1, о т л и . ч а ю щ е е с я тем, что эажимное приспособление выполнено s виде мембранной коробки, жестко прикреплен« ,ной к наружной трубке телескопической тяги, а мембрана коробки связана-с ее центральным стержнем.

3. Устройство по и. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью Я обеспечения возможности измерения

":деформаций слабого сильно.деформи руемОго грунта, зажимное приспособле ,ние выполнено в виде электромагнита, катушка которого закреплена на наруж .ной трубке телескопической тяги, - a якорь связан с ее центральным стержнем.

1048044

Изобретение относится к строительству, в частности к технике для определения физико-механических свойств грунтов, и может быть использовано при инженерно-геологических изысканиях в строительстве и горном деле.

Известно устройство для определения характеристик деформируемости и прочности грунтов, содержащее корпус с эластичной оболочкой, зажимные л фланцы и измерительное приспособление, О состоящее из дистанционных датчиков и блока регистрации (1) .

Известное устройство имеет достаточно высокую точность измерения радиальных.перемещений и деформаций 15 стенок скважины, что достигается за счет увеличения чувствительности при одновременном уменьшении хода датчиков. Однако малый ход датчиков ограничивает применение укаэанного устрой- gp ства для испытания слабых и сильно деформируемых грунтов, а также для испытания грунтов в обычных геологоразведочных скважинах, стенки которых разбиваются буровыми штангами при их проходке и не имеют стабильных поперечных размеров на различных глубинах.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому эффекту является устройство для определения деформируемости грунта в скважине,: включающее корпус с эластичной оболочкой, дистанционные датчики деформаций с подвижными чувствительными элементами, связан.ными со щупами посредством механической связи, пропущенными через эластичную оболочку (2) . !

Однако в нерабочем положении ме- 4О ханическая. связь изгибает и сжимает упругий элемент измерителя деформации. В период начального расширения эластичной оболочки и касания со стенками скважины возрастающее в 45 дальнейшем давление жидкости в рабочей камере автоматически разжимает рычаги механической связи . Упругий чувствительный элемент, находящийся до этого момента в сжатом состоянии, выпрямляется и устанавливается щупами враспор между противоположными стенками скважины. Таким образом, упругий чувствительный элемент измерителя деформации как в период преодоления холостого хода, так и при измерении деформаций стенок скважины находится в сжатом (напряженном) состоянии. Следовательно, тензометры сопротивления, наклеенные на упругий элемент измерителя дефор- 60

:мации, все время находятся в деформированном состоянии, ° т.е. в рабочем режиме. Однако предел преобразования тензометров сопротивления ограничен, поэтому общая чувствительность65 ч измерителя деформации остаегся низкой.

Цель изобретения - расширение диапазона и повышение точности измерений.

Поставленная цель достигается тем, что устройство для определения деформируемости грунта в скважине, включающее корпус с эластичной оболочкой, дистанционные датчики деформаций с подвижными чувствительными элементами, связанными со щупами через эластичную оболочку, снабжено телескопической тягой, состоящей из наружной трубки, связанной с одним из щупов, и центрального стержня, один конец которого с закрепленными на,нем чувствительными элементами установлен посредством пружин в корпусе датчика

Веформаций, причем на телескопической тяге смонтировано зажимное приспособление, выполненное в виде мембранной коробки, жестко прикрепленной к наружной трубке телескопической тяги, а мембрана коробки связана с центральным стержнем.

При этом эажимное приспособление может быть выполнено в виде электромагнита, катушка которого закреплена на наружной трубке телескопической тяги, а якорь связан с ее центральным стержнем.

На фиг. 1 показано устройство с частичным продольным вырезом, общий вид, на фиг. 2 — устройство в нерабочем положении (разрез A-A на фиг.1)", на фиг, 3 — то же, в процессе измерения, на фиг. 4 — телескопическая тяга в нерабочем положении (разрез

Б-Б на фиг. 2); на фиг. 5 — то же, в процессе измерения (разрез В-В на фиг. 3) на фиг. б — устройство в нерабочем положении с зажимным при- способлением, выполненным в виде электромагнита, поперечный разрез; на фиг. 7 †.то же, в процессе измерения.

Предлагаемое устройство (фиг. 1) включает корпус 1 с оболочкой 2, прокладки 3 и фланцы 4, прижимаемые к корпусу болтами 5. Устройство содержит также телескопическую тягу (фиг. 2 и 3), расположенную между чувствительным элементом 6 — сердечником индуктивного датчика 7 и шупом 8 и состоящую из наружной трубки

9 и центрального стержня 10 (фиг. 2).

На стержне с двух сторон сердечника установлены пружины 11. К наружной трубке телескопической тяги жестко закреплена мембранная коробка 12 с мембраной 13. В центре мембраны закреплен хомутик 14 (фиг. 4); верхняя перемычка которого расположена в прорези наружной трубки телескопической тяги.

В случае измерения деформаций слабого и сильно деформируемого грун1048044 та в предложенном устройстве зажимное приспособление представляет со-. бой электромагнит (фиг. 6), состоящий из каркаса с катушкой 15, внут- . ри которой установлены пружины 16 и якорь 17 с центральным конусным . отверстием. Наружная трубка телескопической тяги на конце имеет отверстия, в которые установлены шарики 18.Каркас электромагнита закреплен на наружной трубке так,чтобы якорь при помощи пружи-10 ны 16 электромагнита заклинивал шарики между собой и центральным стержнем.

Работа устройства осуществляется следующим образом.

Полость оболочки 2 соединяют тру- 15 бопроводами с источником давления. (не показан), индуктивные датчики 7 присоединяют при помощи электропрородов к измерительной станции (не показана). После этого при помощи р0 штанги или троса устройство погружают в скважину. Во время хранения устройства, погружения в скважину и в период начального расширения гиб-, кой оболочки 2, нагнетаемой в нее жидкостью до соприкосновения оболочки oо стенками скважины, телескопическая тяга находится в нерабочем положении (фиг. 2). В этом случае центральный стержень 10 упруго удерживается пружинами 11 в средней части датчика 7, а наружная трубка 9, закрепленная к шупу 8, может свободно перемещаться относительно цент-. рального стержня. Таким образом, телескопическая тяга при давлении, достаточном для растяжения оболочки до установления контакта со стенками скважины, свободно раздвигается вместе с щупами, пропущенными через эластичную оболочку, оставляя при 40 этом чувствительный элемент б - сердечник индуктивного датчика 7 в первоначальном нулевом положении (фиг. 4). При дальнейшем незначительном повышении давления мембрана 13 45 прогибается настолько, что верхняя перемычка хомутика 14 прижимает центральный стержень 10 к стенке наружной трубки 9 (фиг. 2, 3 и 5) и образует жесткую связь между сердечйи. ком и щупом. При последующем увеличении давления и деформирования стенок скважины чувствительный элемейт б перемещается вместе с телескопической тягой и щупом 8 относительно закрепленного к противоположному щупу индуктивного. датчика 7, электри,ческий сигнал от которого передается дистанционно к измерительной станции.

,После окончания опыта и снижения давле:ния в оболочке 2 мембрана 13 выпрямляет-40

, ся и хомутик 14 освобождает центральный стержень 10 от наружной трубки 9,а телескопическая тяга складывается и приводит измерительное приспособление в первоначальное нерабочее положение.. ф5

Работа устройства в случае измерения деформаций слабого и сильно деформируемого грунта осуществляется следующим образом.

После погружения устройства в скважину перед тем, как создавать давление в полости оболочки, электромагнит подключают к источнику питания, например аккумулятору. При этом якорь 17 втягивается в катушку 15, поджимает пружину 16 и освобождает шарики 18. Создают начальное давление в полости оболочки до ее соприкосновения со стенками скважины. В процессе расширения оболочки наружная трубка 9 свободно перемещается относительно центрального стержня 10,который вместе с чувствительным элементом б удерживается пружинами 11 в средней части индуктивного датчика 7 °

Перед началом измерений деформаций электромагнит отключается, якорь

17 под действием пружины 16 заклинивает .шарики 18 и прижимает центральный стержень 10 к наружной трубке 9 (фиг. 7). При последующем увеличении давления и деформирования стенок скважины чувствительный элемент .и центральный стержень перемещаются относительно индуктивного датчика совместно с наружной трубкой и щупом. После того, как используется весь рабочий ход датчика, перед последующим нагружением электромагнит подключают к источнику питания, при этом центральный стержень освобождается от наружной трубки и под действием пружины 11 возвращается в первоначальное нулевое положение. Электромагнит отключается, и якорь 17 под действием пружины 16, заклинивает шарики, соединяет центральный стержень и наружную трубку между собой.

После этого продолжают нагружение H измерение деформаций стенок скважины.

Такой прием возвращения чувствительного элемента в исходное нудевое положение повторяется по-мере необходимости многократно.

Таким образом, устройство для .определения деформируемости грунта.в скважине позволяет повысить точность измерения путем увеличения общей чувствительности измерительного приспособления с одновременным увеличением диапазона изменения диаметра скважины. Расчеты применительно к скважине, разбуриваемой коронкой диаметром 130 ык, показали, что скважина может отклониться от номинального диаметра на величину более чем

35 мм, что составляет более чем 25% °

Изобретение может быть внедрено в строительстве, в горнодобыыающей промышленности и при инженерно-г - . ологических изысканиях для определения прочностных и деформационных характеристик грунтов и скальных пород.

1048044,1048044

1048044

Составитель В. Латушкин

Редактор Н. Швцдкая Техред К.Мыцьо

Корректор Г. Решетник

Заказ 7880/33 Тираж 673

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Подписное

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4