Устройство для определения деформируемости грунта в скважине

/О 3 ДЦ Е УДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ САНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ У СВИДЕТЕЛЬСТВУ К АВТОРС 29-33Бюл, Р 38рпов и А. П. Екимовый ордена Трудовогоени научно-исследова-,итут гидротехникиенеева54(088.8)рское свидетельство ССЕ 02 0 1/02, 1978.франции Р 1495684,1967ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНА В СКНЖИ- эластичнойдатчики де- вствительими с шупаластичную щ е е с яения диапаи измерения, ской тягой,(54) (57) 1, УСтРОЙСтВОНИЯ ДЕФОРМИРУЕМОСТИ ГРУ НЕ, включающее корпус с оболочкой, дистанционныформаций с подвижными ч ными элементами, связан ми, пропущенными через.оболочку, о т л и ч а ю тем,.что, с целью расши зона и повьюаения точнос оно снабженотелескопич(21) 3314993/ (22) 13.07.81 (46) 15.10,83 (72) Н М, Ка (71) Всесоюзн Красного Знам тельский инст им. Б. Е. Вед (53) 624.131, (56) 1. Авто В 775222, кл2, Патент. кл. С 01 й состоящей из наружной трубки, связанной с одним из щупов, и центрального стержнй, один конец которого с закрепленными на .нем чувствительными 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 в виде мембранной коробки, жестко прикреплен ,ной к наружной трубке телескопической тяги, а мембрана коробки связа на с ее центральным стержнем,3. Устройство по и. 1, о т л ичфа ю щ е е с я тем, что, с целью 3 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, - а якорь связан с ее центральным стержнем.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, зажимныел фланцы и измерительное приспособление, 0 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 ства для испытания слабых и сильно деформируемых грунтов, а также для испытания грунтов в обычных геологоразведочных скважинах, стенки которых разбиваются буровыми штангами 5 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 черезэластичную оболочку (2) .Однако в нерабочем положении ме 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 :мации, все время находятся в деформированном состоянии,т.е. в рабочем режиме. Однако предел преобразования тензометров сопротивления ограничен, поэтому общая чувствительность 65 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 сподвижными чувствительными элементами, связанными со щупами через эластичную оболочку, снабжено телескопической тягой, состоящей из наружнойтрубки, связанной с одним из щупов,и центрального стержня, один конецкоторого с закрепленными на,нем чувствительными элементами установленпосредством пружин в корпусе датчикаВеформаций, причем на телескопическойтяге смонтировано зажимное приспособление, выполненное в виде мембранной коробки, жестко прикрепленной кнаружной трубке телескопической тяги,а мембрана коробки связана с центральным стержнем.При этом эажимное приспособлениеможет 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 счастичным продольным вырезом, общийвид, на фиг. 2 - устройство в нерабочем положении (разрез А-А на Фиг.1)",на фиг, 3 - то же, в процессе измерения, на фиг. 4 - телескопическаятяга в нерабочем положении (разрезБ-Б на фиг, 2); на фиг. 5 - то же,в процессе измерения (разрез В-В нафиг. 3) на фиг. б - устройство внерабочем положении с зажимным при-способлением, выполненным в видеэлектромагнита, поперечный разрез;на Фиг. 7 в .то же, в процессе измерения,Предлагаемое устройство (фиг. 1)включает корпус 1 с оболочкой 2, прокладки 3 и фланцы 4, прижимаемые ккорпусу болтами 5. Устройство содержит также телескопическую тягу(фиг, 2 и 3), расположенную междучувствительным элементом 6 - сердечником индуктивного датчика 7 и шупом 8 и состоящую из наружной трубки9 и центрального стержня 10 (фиг. 2).На стержне с двух сторон сердечникаустановлены пружины 11. К наружнойтрубке телескопической тяги жесткозакреплена мембранная коробка 12 смембраной 13, В центре мембраны закреплен хомутик 14 (фиг. 4); верхняяпереьаачка которого расположена впрорези наружной трубки телескопической тяги.В случае измерения деформацийслабого и сильно деформируемого грунта в предложенном устройстве зажимное приспособление представляет со-.бой электромагнит (фиг. 6), состоящий из каркаса с катушкой 15, внут- .ри которой установлены пружины 16и якорь 17 с центральным конусным ф отверстием. Наружная трубка телескопической тяги на конце имеет отверстия,в которые установлены шарики 18, Каркасэлектромагнита закреплен на наружнойтрубке так,чтобы якорь при помощи пружи ны 16 электромагнита заклинивал шарикимежду собой и центральным стержнем.Работа устройства осуществляетсяследующим образом.Полость оболочки 2 соединяют трубопроводами с источником давления, (не показан), индуктивные датчики 7присоединяют при помощи электропрородов к измерительной станции (непоказана). После этого при помощи 20штанги или .троса устройство погружают в скважину. Во время храненияустройства, погружения в скважинуи в период начального расширения гиб-,кой оболочки 2, нагнетаемой в неежидкостью до соприкосновения оболочки со стенками скважины, телескопическая тяга находится в нерабочемположении (фиг. 2). В этом случаецентральный стержень 16 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 оболочкидо установления контакта со стенками скважины, свободно раздвигаетсявместе с щупами, пропущенными черезэластичную оболочку, оставляя при 40этом чувствительный элемент б - сердечник индуктивного датчика 7в первоначальном нулевом положении(фиг, 4). При дальнейшем незначительном повышении давления мембрана 13 45прогибается настолько, что верхняяперемычка 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 элемейтб перемещается вместе с телескопической тягой и щупом 8 относительнозакрепленного к противоположному щупу индуктивного. датчика 7, электри,ческий сигнал от которого передаетсядистанционно к измерительной станции.,После окончания опыта и снижения давления в оболочке 2 мембрана 13 выпрямляет, ся и хомутик 14 освобождает центральныйстержень 10 от наружной трубки 9,а телескопическая тяга складывается и приводит измерительное приспособление в первоначальное нерабочее положение. 5 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 7Перед 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 нагружениемэлектромагнит 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 и 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 общейчувствительности измерительного приспособления с одновременным увеличением диапазона изменения диаметра скважины. Расчеты применительно кскважине, разбуриваемой коронкойдиаметром 130 ью, показали, что скважина может отклониться от номинального диаметра на величину более чем 35 мм, что составляет более чем 25Изобретение может быть внедрено в строительстве, в горнодобыыающей промышленности и при инженерно-ге- . ологических изысканиях для определения прочностных и деформационных характеристик грунтов и скальных пород.Редак Зак сное омитета СССРоткрытий кая наб., д."Патент Ужго лиал 7880/33 Тираж 673 ВНИИПИ Государственного по делам изобретений 13035, Москва, Ж, Рауш