Устройство для отбора грунтового керна и устройство для разрезки керна грунта на образцы

Устройство для отбора грунтового керна и устройство для разрезки керна грунта на образцы

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к инженерно-геологическим изысканиям для строительства . Изобретение позволяет по высить точность определения физикомеханических и деформационных свойств грунта, обеспечить возможность корректировки напряженного состояния образца и расширить информативность ис-. пытаний. Устройство состоит из грунте-; (Л 00 о

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУ БЛИН (19) (11) А1 (SD4 С 01 N1 04

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 4186476/31-26 (22) 15. 12. 86 (46) 23.08. 88. Бюл. В 31 (71) Ленинградский инженерно строительный институт (72) А.В.Голли, М.Б.Лисюк и Д.В.Белов (53) 543.053 (088.8) (56).Авторское свидетельство СССР

В 881196, кл. Е 02 D 1/04, 1979.

Авторское свидетельство СССР

В 1259133, кл. G 01 N 1/04, 1986 (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОТБОРА ГРУНТОВО-

ГО КЕРНА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАЗРЕЗКИ

КЕРНА ГРУНТА HA ОБРАЗЦЫ (S7) Изобретение относится к инженерно-геологическим изысканиям для строительства. Изобретение позволяет повысить точность определения физико" механических и деформационных свойств грунта, обеспечить возможность корректировки напряженного состояния образца и расширить информативность ис-, аний. Устройство состоит из грунто-, 1418600 сборника 1, средней 2 и верхней 3 камер. В грунтосборнике 1 установлены рабочие полукольца 4 с элементами крепления, снабженные прокладками.

Верхнее рабочее кольцо 4 снабжено поршнем с крыльчаткой 12. Грунтосборник 1 оснащен трехступенчатой месдозой 1б. Камеры 3,2 и грунтосборник

Изобретение относится к области инженерно-геологических изысканий для строительства.

Хотя грунт в известном грунтоносе отбирается непосредственно в компрессионные кольца и перед установкой в прибор для испытаний разрезается на образцы гибким элементом, тем не менее происходит изменение напряжен- 10 но-деформированного состояния образца грунта за счет трения грунта о стенки компрессионных колец непосредственно при отборе образца, а также за счет расструктурирования, величину которо- 15 го трудно оценить. Кроме того, образец меняет свое напряженно-деформированное состояние ввиду того, что ткайевый затвор не обеспечивает достаточной жесткости. В известном грунтоно- 20 се не производят контроль за напряжен1 ным состоянием грунта как в процессе отбора и транспортировки, так и при ,подготовке к испытанию образцов, поэтому практически невозможно оценить степень изменения свойств грунта и, соответственно, неточность определе ния его физико-механических характери.;стик.

I 30

Целью изобретения является повышение точности определения физико-механических и деформационных свойств грунта (модуля общей деформации, коэффициента Пуассона, коэффициента бокового давления, прочностных характери- 35 стих) путем получения образца грунта ненарушенной структуры, находящегося в природном напряженном состоянии, обеспечения возможности корректировки

40 напряженного состояния образца и расширения информативности (определение горизонтального природь о давления .в точке отбора образца, контроль за оснащены штоками, соединяющими их. Устройство для разрезки керна грунта на образцы выполнено в виде двух прямо ,угольных пластин с Г-образными фланцами для их соединения. В устройстве в нижней пластине выполнено отверстие, в котором установлен поршень. 2 с.п. ф-лы, 5 ил., напряженным состоянием керна грунта при отборе и транспортировке, определение степени расструктуривания грунта).

На фиг. 1 изображено устройство для отбора грунтового керна, разрез; на фиг, 2 — грунтосборник устройства для отбора, разрез; на фиг. 3— устройство для разрезки керна грунта на обраэцы, аксонометрия; на фиг. 4 .— то же, разрез; на фиг. 5 — схема испытания образца грунта в устройстве для испытаний.

Устройство для отбора рунтового керна состоит из грунтосборника 1, средней 2 и верхней 3 камер. В грунтосборнике 1, служащем для отбора керна грунта, установлены рабочие полукольца 4, соединенные между собой элементами 5 крепления и предназначенные для установки в устройство для испытаний грунта с боковым обжатием. На внешней поверхности рабочих полуколец выполнены по две кольцевые проточки б. Кольца стыкуются между собой посредством прокладок. Прокладки выполнены разрезными, в виде полупрокладок 7 и соединены между собой элементами 8 крепления. На внутренней стороне полупрокладок выполнены два кольцевых шпица 9 с возможностью стыковки с проточками 6 на рабочих кольцах 4. К верхнему рабочему кольцу 4 с помощью элементов 10 крепления прикреплен поршень 11 для испытаний, снабженный крыпьчаткой 12 для определения сдвиговых характеристик грунта с расположенной í ее оси иглой датчика 13 порового давления и механизмом 14 привода крыльчатки.

Нижнюю часть грунтосборника 1 составляет нож-резак 15, который образу1418600 ется путем заточки нижней кромки цилиндрического корпуса грунтосборника 1. Нижняя кромка корпуса грунтосборника 1 имеет очертание образованЭ

5 ное при усечении цилиндрического корпуса грунтосборника 1 двумя симметричными цилиндрическими поверхностями, образующие которых перпендикулярны образующей грунтосборника 1. В стенку 1О грунтосборника 1 вмонтирована трехступенчатая месдоза 16 для измерения горизонтальных нормальных напряжений в грунтовом массиве ненарушенной структуры. Верхняя крьппка 17 грунто сборника 1 выполнена съемной и снабжена односторонним пружинным клапаном

18, позволяющим удалять из грунтосборника 1 избыточную грунтовую воду при отборе керна. К верхней крьппке 17 грунтосборника 1 на резьбе крепится шток 19 с поршнем средней камеры 2.

К верхней крьппке 20 средней камеры 2 на резьбе крепится шток 21 с поршнем верхней камеры 3. К нижней- части внеш 25 ней стороны средней камеры 2 жестко крепятся направляющие 22, которые представляют собой четыре сплошных металлических стержня квадратного сечения, попарно параллельных в верх- 30 ней части и V — - образных в нижней части, изогнутых таким образом, чтобы, повторить форму ножа-резака 15. Каждая пара направляющих 22 сходится к низу и жестко соединяется в нижней

35 точке. Средняя камера 2 предназначена для приведения направляющих 22 в движение. В направляющих 22 выполнены продольные пазы 23, по которым перемещаются два ножа-затвора 24, служа, 40 щих для вырезания отбираемого керна из массива, удержания его в грунтосборнике 1 и перевода грунтоноса в закрытое состояние. Ножи-затворы 24 представляют собой прямоугольные пла- 45 стины из пружинной стали и жестко соединены с верхней камерой 3 при помощи штанги 25. Камеры 2 и 3 снабжены штуцерами, к которым крепятся шланги для подачи давления в надпоршневую часть камер. К верхней крьппке камеры

3 жестко крепится штанга 26 для передачи нагрузки на грунтонос с поверхности.

Устройство для разрезки керна грун.

55 та на образцы выполнено в виде верхней 27 и нижней 28 прямоугольных металлических пластин, расположенных в параллельных плоскостях, расстояние между которыми равняется толщине прокладки устройства для отбора. На длинных сторонах пластин выполнены

à — образные фланцы 29 со шлицом 30 для соединения пластин в единое устройство с помощью винтов 31. Шлиц 30 на фланцах 29 выполнен с возможностью стыковки с кольцевой проточкой 6 рабочих колец 4. Одна из сторон пластин

27 и 28 имеет форму полукруга, причем с внутренней стороны пластин 27 и 28 на полукруговой части выполнена фаска

32. На пластинах 27 и 28 выполнены элементы крепления устройства для разрезки к полупрокладке 7 устройства для отбора грунта, выполненные в виде приливов с отверстиями 33 под винты.

С внутренней стороны на пластинах 27 и 28 выполнена перегородка 34. В верхней пластине 27 по ее оси за пере городкой 34 на площади диаметром, рав

HbM диаметру рабочих колец 4, выполне-, ны сквозные отверстия 35 для фильтрации влаги при использовании верхней пластины в качестве днища устройства для испытаний. В нижней пластине 28 выполнено отверстие, в котором на элементах 36 крепления закреплен поршень 37 устройства для испытаний, при этом контактная поверхность поршня 37 размещена в одной плоскости с внеш . ней поверхностью нижней пластины 28.

Для уменьшения трения пластины 27 и

28 с внешней стороны покрыты антифрикционным составом.

Устройство для испытаний состоит из станины 38 и нагрузочных приспособлений с приборами 39 контроля. Позицией 40 обозначен образец испытываемого грунта.

Устройство работает следующим об " разом.

Навинченный на штангу 26 грунтонос в закрытом состоянии опускается на дно скважины. Закрытым состоянием является такое, когда направляющие 22 находятся в крайнем нижнем положении, ножи-затворы 24 плотно закрывают грунтосборник 1. В надпоршневую часть ка- меры 3 подается давление, что приводит к перемещению вниз грунтосборника 1, при этом ножи-затворы 24 вниз не перемещаются и, по мере перемещения вниз направляющих 22, перемещаясь в пазах 23, раскрываются, распрямляясь, и прижимаются к грунтосборнику 1, не позволяя грунту с наружной

1418600 структурой попасть в грунтосборник

После подачи давления в надпоршневую асть камеры 2 грунтосборник 1 движет я вниз, врезаясь в массив грунта с енарушенной структурой, Крайнее нижее положение поршня 19 в камере 2 оответствует моменту полного наполИения грунтосборника 1 грунтом и касания поршнем 11 верхней поверхности грунта. При этом в массив ненарушен= ой структуры внедрилась также и рехступенчатая месдоза 16 нормальъ х напряжений, с помощью которой .роизводят измерения горизонтальных апряжений в массиве в точке отбора грунта для трех толщин месдозы„ .На

|основе этих данных аналитически вы- числяют действительные напряжения в массиве, т.е. напряжения при нулевой 20 ! толщине месдозы, что повышает досто1 верность определения напряжений в грунте. Одновременно производят измеение сдвиговых характеристик грунта и порового давления с помощью крыльчатки 12 и датчика 13 порового давле-=.,ния в нескольких точках по глубине, т.е. получают данные, необходимь|е для сопоставления истинного и полученного в приборе для испытания физическо-: . го состояния грунта, тепени его раз-= уплотнения. Контроль эа напряженным состоянием керна грунта в грунтосбор",нике осуществляется с помощью рабочих колец 4 с тензометрическими кольцами (не показаны) и датчиков порового

I t давления.

Отделение керна грунта от массива производится путем проведения следующих операций: сбрасывается давление в камере 2 и к штанге 26 прикладыва40 ется вертикальное усилие, в результа= те чего верхняя камера 3 с направляю. щими 25 и ножи затвора перемещаются вниз, внедряясь в грунт, при этом грунтосборник 1 остается на месте.

После сброса давления в камере 3 последняя с направляющими 25 и ножами-затворами 24 перемещается вниз, при этом ножи-затворы 24 подрезают грунт вокруг ножей-резаков,15, смыкаются и переводят грунтонос в закрытое состояние. для, транспортировки грунта к месту испытания от грунтосборника отсоединяют камеры 2 и 3 с направляющими

55 и штоками. Подготовку сбразца грунта к испытанию производя" з следующей последовательности: ке н грунта осво=.бождают от гильзы грунтосборннка 1, при этом не происходит изменения напряженного состояния грунта, так как керн сбоку ограничен жесткой системой рабочих колец 4 и прокладок 7, соединенных между собой элементами крепления, снизу керн грунта ограничен ножами-затворами 24, сверху жестко прикреплен к верхнему рабочему кольцу 4 поршнем 11. Разрезку керна на образцы производят устройством для разрезки образцов, для чего снимают полупрокладку 7 и по второй полупрокладке 7 с помощью винтов за приливы 33 крепят устройство для разрезки, причем так, чтобы шлицы 30 попали в пазы 6 на рабочих полукольцах 4. Разрезку производят путем протягивания за полупрокладку 7 устройства для разрезки через керн грунта. После разрезки образец грунта оказывается заключен» ным между двумя жестко скрепленными друг с другом рабочими полукольцами

4 и жестко прикрепленным к рабочим кольцам 4 сверху посредством элементов 10 крепления, испытательного поршня 11и подведенной снизу частью верх» ней пластины 27 устройства для разрезки .с отверстиями 35 для фильтрации влаги. Все последующие образцы грунта ограничены аналогичным образцом, но только вместо поршня 11 сверху будет подведен поршень 37 устройства для разрезки.

Таким образом, образец грунта не имеет возможности разуплотняться за счет снятия напряжений, а разуплотне" ние идет только за счет трения грунта о стенки при отборе и разрезке на образцы. В дальнейшем снимают крепления 31 между пластинами 27 и 28 устройства для разрезки и верхнюю пластину ?7 с образцом 40 грунта помещают в станину 38 устройства для испыта» ний. К поршню 11 (37) и рабочим полукольцам 4 прикладывают с помощью нагрузочных устройств напряжения, эквивалентные природным (измерение с помощью месдозы 16), затем извлекают элементы 5 крепления нз разреза рабочих полуколец 4 и освобождают от элементов 10(36) крепления поршень

11(37)„ после чего напряжения передаются на образец грунта и производят их корректировку, степень которой определяют по показаниям приборов 39 контроля. Дальнейшие испытания проводят, как на компрессионном приборе, с

7 1418600 8 боковым обжатием в завйсимости от цели исследования. Для определения степени идентичности свойств образца и массива грунта производят сдвиговые испытания и измерение порового давления. Кольца 4 снабжены датчиками разуплотнения (не показаны), т.е. при проведении, например, стабилометрических испытаний можно определить сте-1О пень разуплотнения грунта при предоставлении ему такой возможности. Испытание остальных образцов из отобранного керна производится аналогично.

15 формулаизобретения

1. Устройство для отбора грунтово-. го керна, включающее грунтосборник, выполненный в виде цилиндрического 2р корпуса, снабженного верхней крышкой,, ножом-резаком, рабочими кольцами с прокладками среднюю цилиндрическую камеру, жестко соединенную с направляющими, снабженную крышкой, штоком- 25 поршнем, соединенным с крышкой грунтосборника, верхнюю цилиндрическую камеру с крышкой,, щтоком-поршнем, соединенным с крышкой средней камеры, ножи-затворы,, выполненные в виде пря- ЗО моугольных гибких пластин, измеритель,ную аппаратуру и устройство для разрезки керна грунта на образцы, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения представительности пробы путем получения образца грунта

I ненарушенной структуры, обеспечения возможности корректировки напряженного состояния образца и расширения информативности, рабочие кольца и про". 4р кладки между ними выполнены в виде соединенных между собой полуколец, при этом на наружной поверхности верх ней и нижней частей рабочих колец выполнены кольцевые проточки и на внутренней поверхности верхней.и нижней частей прокладок выполнены кольцевые шлицы под проточки рабочих колец, причем на верхнем .рабочем кольце установлен поршень с крыльчаткой, снабженный датчиком порового давления, а на корпусе грунтосборника установлена трехступенчатая месдоза нормальных напряжений.

2. Устройство для разрезки керна грунта на образцы, включающее пластину, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения представительности пробы путем получения образца грунта ненарушенной структуры, обеспечения возможности корректировки напряженного состояния образца и расширения информативности, оно выполнено в виде двух параллельных прямоугольных пластин, соединенных одна с другой;: на расстоянии, равном толщине прокладки рабочих колец, длинные стороны которых выполнены в виде à — образ» ных фланцев со шлицами под проточки рабочих колец и с воэможностью крепления к прокладкам рабочих колец, при этом одна из коротких сторон пластин выполнена в виде полукруга с фаской, радиус которого равен внутреннему радиусу рабочего кольца, а с противоположной стороны в нижней пластине вы полнено отверстие радиусом, равнымрадиусу рабочих колец, а нижняя пластина снабжена поршнем, установленным в его отверстии, и выполнена с перфорацией, расположенной соосно отверстию нижней пластины на площади, равной площади сечения рабочих колец, устройство снабжено перегородкой, расположенной между пластинами перпейдикулярно их продольной оси. I418б00

1418600

27 39

29 32

Фиа4

Фиг.5

Составитель А.Горяйнова

Техред Л.Олийнык Корректор О.Патай

Редактор С.Пекарь

Заказ 4146/40

Тираж 847 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4