Штамп для исследования грунтов в скважине

СОКИ СОВЕТСКИХОСЮИВЛЯВЧеСКИКРЕСПУБЛИК д 11 Е 02 И 1/02 Е ИЗОБРЕТЕНИ ОП ЕТЕЛ АВТОРСКОМУ сти и 1 р о т л ичто инерционн оставным из от ешние плиты сн ыи эледельныхабжены нт выполнен ит, причемнтрирующими ольцами ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(71) Уральский ордена Трудового Красного Знамени политехнический ин тут им. С.М.Кирова(5 б) 1. Авторское свидетельство СССР В 924238, кл. В 02 С 1/00, 1982.2. Авторское свидетельство СССР В 935570, кл. Е 02 Р 5/80, 1982 (прототип).(54)(57) 1. ШТАМП ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ГРУНТОВ В СКВАЖИНЕ, содержащий полыйцилиндрический корпус, охваченный эластичной оболочкой, верхний и нижний фланцы, образующие рабочую камеру, тяговый трос и боковые цилиндры, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, он снабжен мембраной, инерционным элементом, платформой с тягами, ограждающим кольцом, выполненным заодно с платформой, верхней и нижней возвратными пружинами, кольцевым ог,раничителем, прижимной втулкой, виброиэолятором и гидропульсационным,.80114239 А приспособлением, при этом нижний фланец выполнен с центральным отверстием, перекрытым мембраной, по обе стороны которой симметрично установленыинерционный элемент и нижняя и верх"няя возвратные пружины, причем верхняя возвратная пружина и кольцевойограничитель размещены в рабочей камере, нижняя возвратная пружина - вограждающем кольце и прижимной втулке, телескопически соединенных междусобой, а виброизолятор - на верхнемфланце, при этом верхняя возвратнаяпружина установлена с воэможностьюупора одним концбм в кольцевой ограничитель, а другим в инерционныйэлемент, Нижняя возвратная пружинаодним концом в инерционный элемент,а другим в платформу, тяги и прижимная втулка соединены с корпусом,виброизолятор - с тяговым тросом, арабочая камера гидравлически сообщена с гидропульсационным приспособлением.2. Штамп по чающийся тем, 1 1114Изобретение относится к строительству и предназначено для определения в полевых условиях динамических характеристик грунтовых оснований, необходимых для проектирования и расчета фундаментов машин с динамическими нагрузками.Известен вибропрессиометр, содержащий корпус с полым стаканом, упругую оболочку, гибкую мембрану с плоским штампом, электромагнит с сердечником, связанным с плоским штампом,и цилиндрический штамп из раздвижныхсегментов с,11 .Недостатком данного вибропрессио 15метра является возможность определения динамических характеристик грунта только в направлении, перпендикулярном действию будущих нагрузок, чтоусложняет использование полученных20характеристик, так как требует дополнительной корректировки на геометрическую аниэотропию,Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является штамп25для исследования грунтов в скважине,содержащий полый цилиндрический корпус, охваченный эластичной оболочкой,верхний и нижний фланцы, образующиерабочую камеру, тяговый трос и боковые цилиндры И30Недостатком известного устройстваявляется отсутствие регулируемого исто цика возбужцающей диьсамическойсилы.Целью изобретения является расши рение функциональных возможностей,Цель достигается тем, что штамп для исследования грунтов в скважине, содержащий полый цилиндрический корпус, охваченный эластичной оболочкой,40 верхний и нижний фланцы, образующие рабочую камеру, тяговый трос и боковые цилиндры, снабжен мембраной, инерционным элементом, платформой с тягами, ограждающим кольцом, выпол ненным заодно с глатформой, верхней и нижней возвратными пружинами,кольцевым ограничителем, прижимной втулкой, виброизолятором и гидропульсационным приспособлением, при этом 50 нижний фланец выполнен с центральным отверстием, перекрытым мембраной, по обе стороны которой симметрично установлены инерционный элемент и нижняя и верхняя возвратные пружины, 55 причем верхняя возвратная пружина и кольцевой ограничитель размещены в рабочей камере, нижняя возвратная пружина - в ограждающем кольце и прижимной втулке, телескопически соединенных между собой, а виброизолятор - на верхнем фланце, при этом верхняя возвратная пружина установлена с возможностью упора одним коьсцом в кольцевой ограничитель, а другим в инерционный элемент, нижняя возвратная пружина, - одним концом в инерционный элемент, а другим в платформу, тяги и прижимная втулка соединены с корпусом, виброизолятор - с тяговым тросом, а рабочая камера гидравлически сообщена с гидропульсационным приспособлением.При этом инерционный элемент выполнен составным из.отдельных плит, причем внешние плиты снабжены центрирующими кольцами.На фиг. 1 - изображен предлагаемый штамп в исходном положении, общий вид; на фиг. 2 - то же, рабочее положение.Штамп для исследования грунтов в скважине включает полый цилиндрический корпус 1 с верхним 2 и нижним 3 фланцами и боковыми цилиндрами 4 и 5. Полый цилиндрический корпус 1 имеет отверстия 6 и охвачен эластичной оболочкой 7. Оболочка 7 прижата к корпусу 1.верхним фланцем 2 с помощью болтов, снизу эластичная оболочка 7 прижата с помощью кольца 8, навинченного на полый цилиндрический корпус 1, к которому с помощью резьбы крепится нижний фланец 3, выполненный с центральным отверстием перекрытым мембраной 9, Последняя соединена с нижним фланцем 3 посредством прижимной втулки 10 с помощью болтов. Верхний и нижние фланцы 2 и 3, корпус 1, эластичная оболочка 7 и мембрана 9 образуют рабочую камеру 11. Инерционный элемент состоит из отдельных инерционных внешних 12 и внутренних 13 плит, закрепленных симметрично на мембране 9, например, с помощью болтов, По обе стороны мембраны 9 соосно расположены верхняя 14 и нижняя 15 возвратные пружины, Верхняя возвратная пружина 14 расположена внутри рабочей камеры 11 н упирается верхней частью в кольцевой ограничитель 1 б, закрепленный внутри рабочей камеры 11 с возможностью перемещения, а нижней частью - во внешнюю плиту 12, Нижняя возвратная пружина 15 упирается нижней частью в платформу 17, которая прикреплена кз 114 нижнему фланцу 3 с помощью тяг 18, а верхней частью - во внешнюю инерционную плиту 12. Наружные инерционные плиты 12, кольцевой ограничитель 16 и платформа 17 снабжены центри 5 рующими кольцами 19 для возвратных пружин 14 и 15.Внутри боковых цилиндров 4 и 5 расположены по вертикали в двух уровнях лопасти верхнего 20 и нижнего О 2 рядов, имеющие форму неправильного многоугольника, .в которые монтиро;ваны месдоэы 22 с проводами 23. По горизонтали верхний ряд лопастей 20 смещен по отношению к нижнему ряду 15 лопастей 21 по дуге окружности на половину ширины лопасти. Каждая из лопастей жестко связана, например, с помощью сварки с наружной пластиной 24 по одному из торцов, Наружная пластина 24 гибко связана, например, е помощью накладки 25 из стеклоткани с внутренней пластиной 26.Наружные пластины 24 имеют цилиндрическую форму с радиусом кривизны25 по наружной поверхности, равным внутреннему радиусу боковых цилиндров 4 и 5, Кроме этого, на соприкасающихся поверхностях боковых цилиндров 4 и 5 и наружных пластин 24 вь 1 полнены конические переходы 27. В фланцах 2 и 3, лопастях 20 и 21 выполнены направляющие канавки 28. В гнездах, устроенных по свободным торцам боковых цилиндров 4 и 5 и наружных плас тин 24, установлены шарики 29. В на - ружных пластинах 24 выполнены пазы, в которых установлены плоские пружины 30. К верхнему фланцу 2 с помощью болтов прикреплены натяжной гибкии 40 элемент 31 и сейсмодатчик 32 с электрическими проводами 33, а также виброизолятор, выполненный составным из наружного 34 и внутреннего 35 полях штоков с фланцами, между которым 45 расположена пружина 36 с опиранием по фланцам. Наружный шток 34 с помощью болтов связан с верхним торцовым фланцем 2, а в полости внутреннего штока 35 размещен трубопровод 37, 50 который гидравлически связывает с помощью штуцера 38 рабочую камеру 11 с гидропульсационным приспособле.нием, выполненным., например, в виде пульсационной камеры 39 и кулачково го механизма 40. Внутренний шток выйолнен с петлей, к которой прикреплен трос 41. На верхнем и нижнем 739 4фланцах 2 и 3 навинчены фигурные цилиндры 42, которые служат направляю" щими и предотвращают разрушение стенок скважины при опускании устройства. Для исключения попадания инородных тел между витками нижней возвратной прижины 15, прижимная втулка 10 и ограждающее кольцо 43, выполненное заодно с платформой 17, установлены телескопически.Штамп для исследования грунтовв скважине работает следующим образом. Подготовленное к работе устройство, находящееся в исходном положении, ойускают в заранее пробуренную сква-, ,жину, диаметр которой на 10 мм больше габаритного диаметра устройства, и удерживают на заранее заданной глубине с помощью троса, (устройство для удержания троса не показано). Затем .через трубопровод 37 и штуцер 38 в рабочую камеру 11 нагнетают под давлением рабочую жидкость. Давление жидкости внутри рабочей камеры 1 через отверстия 6 в стенках полого цилиндрического корпуса 1 передается на эластичную оболочку 7., Последняя, деформируясь, передает давление в начальной стадии только на внутренние пластины 26, а в последующем по мере раздвижения ина наружные пластины 24, которые вместе с лопастями 20 и 21 перемещаются и врезаются в . ф стороны в стенки скважины. Направление перемещения лопастей 20 и 21 и их взаимоположение при этом ориентировано направляющими канавками 28 и шариками 29. Вэаимоположение наружных 24 и внутренних 26 пластин по мере их перемещения изменяется, что возможно благодаря гибкой связью между ними, выполненной, например, в виде приклеенной накладки 25 из стеклоткани, и необходимо для равномерного по периметру врезания лопастей 20 и 21 и предохранения эластичной оболочки 7 от повреждения. Сила, под действием которой происходит врезание лопастей 10 и 11 в стенки скважины, может регулироваться давлением жидкости и конструктивным изменением высоты раздвижных пластинок. Врезание лопастей 20 и 21 в стенки скважины продолжается до тех пор, йока наружные элементы 24 не упрутся в боковые цилиндры 4 и 5, а коничес- кие переходы на их соприкасающихся%поверхностях совпадут. Устройство будет находиться в рабочем положении.Дальнейшая работа устройства зависит от поставленной задачи.Если устройство испдльзуется для 5определения динамических характеристик грунтовых оснований, то приводятво вращательное движение кулачковыймеханизм 40 с необходимой для исслеоваиий частотой Г. Он, обегая шток 1 Опульсационной камеры 41, заставляетпоршень колебаться и создает тем самым и гидропульсаторе избыточное динамическое давление. Это давление через трубопровод 37 и штуцер 38 пере" 15дается в рабочую камеру 11, где, действуя на податливый элемент, состоящий из мембраны 9 и инерционных плит12 и 13, преобразуется в их вертикальные колебания. Колебания инерционных плит 12 и 13 через нижнюю 14и верхнюю 15 возвратные пружины,кольцевой ограничитель 16 и платформу 17 с тягами 18 передается на всеустройство. При этом силы инерции, 25действующие на устройство при колебаниях, передаютсячерез лопасти 20и 21 на стенки скважины,Величина возмущающей силы с помощью месдоэ 22, установленных в лопас тях 20 и 21, преобразуется в электрическую величину и через провод 23подается на контрольно-измерительныеприборы (не показаны). На эти же при"боры подается по проводу 33 электры- З 5ческая величина преобразованной датчиком 32 амплитуды колебания устройства. Зная данные тарировки сейсмо датчика 32 и месдоз 22, можно пересчетом определить коэффициент динамической жесткости грунта в вертикальном направлении, и характеристики, необходимой для проектирования фундаментов под машины с динамическими нагрузками, Для изменения уровня статического нагружения грунта на трос подают растягивающее усилие, которое через виброизолятор передается на лопасти 20 и 21, а через них непосредственно на грунт.Если устройство используют для измерения колебаний слоев грунта от динамических и сейсмических воздействий, действующих на поверхности, то гидропульсационное устройство отключают. Если же штамп используется для измерения перемещений слоев грунта в скважине, то натяжной гибкий элемент 31 соединяют на поверхности со специальным приспособлением, которое позволяет измерять эти перемещения.Устройство можно использовать также и в качестве анкера, в этом случае выдерживающее усилие передается на него непосредственно через трос и виброизолятор.Использование предлагаемого штампа для исследования скважин позволяет определять динамические характеристики грунта, а также существенно снизит трудозатраты на проведение испытаний./5 у Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная, 4 742/20 Тираж 643 ВНИИПИ Государственного по делам изобретений 113035, Москва, Ж, Р