Способ контроля плотности грунта и устройство для его осуществления

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК ЯО 11161 01 0 1 00; б 01 Х 3/00 ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ исти протоОТНОСТИ ЕГО ОСУСУДАРСТВЕКНЫЙ КОМИТЕТ СССР О ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТ К АВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТ(54) СПОСОБ КОНТРОЛЯ ПЛГРУНТА И УСТРОЙСТВО ДЛЯЩЕСТВЛЕНИЯ.(57) 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.с1116110 тельному прибору. 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 с соответствующими входами интеграторов измерительных бло 1Изобретение относится к строительству,в частности к технике по геотехническомуконтролю плотности грунтов, и может бытьиспользовано при возведении земляных сооружений.Известен способ контроля качества уплотнения грунта, заключающийся в зондировании грунта при погружении и извлеченииштанги с конусным наконечником, с одновременным изменением сопротивления зондированию и последующим сравнением полученных результатов 1.Недостатками данного способа являются сложность осуществления регистрирующего датчика и зависимость полученныхрезультатов от угла погружения и извлечения штанги с наконечником.Наиболее близким к изобретению является способ контроля плотности грунта,включающий погружение с постоянной скоростью зонда с конусным наконечником,определение глубины погружения зондапри достижении заданного усилия и определения плотности грунта 2,Известно также устройство для осуществления этого способа, содержащее. зонд с конусным наконечником, связанныйс датчиком усилия, и измерительный прибор 2.Недостатками известных способа и устройства являются наличие подвижных механических узлов и невозможность осуществления контроля плотности грунта по всейглубине. Наличие подвижных механическихузлов приводит к зависимости полученныхрезультатов от их состояния и износа, чтоснижает эффективность исследования плотности грунта.Целью изобретения является повышениеточности контроля плотности грунта. 5 1 О 15 20 25 30 35 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 измери 2Поставленная цель достигается тем, что согласно способу контроля плотности грунта, включающему погружение с постоянной скоростью зонда с конусным наконечником, определение глубины погружения зонда при достижении заданного усилия и определение плотности грунта, 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,В устройство контроля плотности грунта, содержащее зонд с конусным наконечником, и измерительный прибор, 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 с соответствующими входами интеграторов измерительных блоков, 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.На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства, реализующего способконтроля плотности грунта; на фиг. 2 временные диафрагмы, поясняющие его работу, где время 1, соответствует началу погружения зонда в грунт, 1 - когда усиление погружения достигает величины заданного, 1 соответствует извлечению зонда из грунта; на фиг. 3 - функциональная схема блока управления; на фиг. 4 - то же, блока суммирования,Способ осуществляется следующим образом.На отсыпаемом слое грунта делают ровную плошадку, Зонд с конусным наконечником погружают возрастающим усилием .с постоянной скоростью в грунт и производят отсчет времени 1, и Т, где 1 соответствует времени погружения зонда до заданного усилия, Т соответствует времени полного погружения зонда в грунт. По достижении усилием заданной величины, отсчет времени 1 прекрашают. Когда зонд полностью погружен в грунт, отсчет времени Т также прекращают.Так как скорость погружения зонда и его длина 1. постоянны, то глубину погружения зонда 1 до заданного усилия зондирования определяют из выражения1= 1. Таким образом, по тарировочному графику, полученному по известной методике (например с помощью режущих колец), мож но определить плотность грунта.В случае задержки на извлечение зонда1,д последняя формула имеет вид:т+ %задЕсли при этом определить относительную погрешность о измерения 1 по формулеК: -- 1 ООО/,: е-, .100%, то она составляет для 1 зад =0,5 с 4,8 О/о при 1,=20 см и 3,3 О/о при 1.=30 см. Практически же эта погрешность составляет не более 2 О/О, так как при погружении зонда в грунт оператор не ждет достижения заданного усилия погружения зонда. Таким образом, несмотря на то, что измерение глубины погружения зонда производится по косвенным параметрам, точность ее измерения выше, а следовательно, и выше точность контроля плотности грунта.Устройство реализующее способ контроля плотности грунта (фиг. 1), содержит датчик усилия 1, зонд с конусным наконечником 2, соединенный с датчиком усилия 1, первый 3 и второй 4 время измерительные блоки, блок измерения отношения 5. Измеритель 5 О 15 20 25 30 35 40 45 50 55 ный прибор 6 подключен к выходу блока измерения отношения 5. Первый 3 и второй 4 времяизмерительные блоки соответственно содержат последовательно включенные компараторы 7 и 8 и интеграторы 9 и 10. Блок измерения отношения 5 содержит последовательно включенные блок деления1, блок суммирования 12 и элемент памяти 13. Кроме этого, устройство содержит блок управления 14, входом подключенный к выходу компаратора 7 первого времяизмерительного блока 3, первым 15 выходом - к управляющему входу каждого интегратора 9 и 10, вторым 16 и третьим 17 выходом соответственно к второму входу компараторов 7 и 8 первого 3 и второго 4 времяизмерительных блоков, четвертым 18 и пятым 19 выходом соответственно к первому и второму управляющему входу блока суммирования 12, шестым 20 выходом к управляющему входу блока запоминания 13. При этом первый вход каждого компаратора 7 и 8 подключен к первому входу соответствующего времяизмерительного блока, выход которого соединен с соответствующим интегратором 9 и 10, а первый, второй вход блока деления 11 и выход элемента памяти 13 подключены соответственно к первому, второму входу и выходу блока измерения отношения 5. На фиг. 2 приведены диаграммы напряжений на выходах и входах элементов схемы, где: диаграмма 21 - сигнал на выходе датчика усилия 1; диаграмма 22 - сигнал на выходе компаратора 7; диаграмма 23 - сигнал на первом выходе блока 4; диаграммы 24 и 25 - сигналы на выходе интеграторов 9 и 10; диаграмма 26 - сигнал на выходе блока деления 11; диаграмма 27 - сигнал на выходе компаратора 8; диаграмма 28 - сигнал на входе блока суммирования2; диаграмма 29 - сигнал напряжения на выходе блока 12; диаграмма 30 - сигнал на выходе 20 блока управления 14; диаграмма 31 - сигнал на входе элемента памяти 13; диаграмма 32 - управляющий импульС на выходе 19 блока 14,Блок управления 14 (фиг. 3) содержит источники опорного напряжения 33 и 34, подключенные соответственно к второму 16 и третьему. 17 выходу блока управления 14, первый формирователь импульсов 35, входом подключенный к входу блока управления 14, выходом к второму формирователюимпульсов 36, управляющему входу источника опорного напряжения 34, счетчику числа измерений 37 и четвертому выходу 18 блока управления 14, причем выходы счетчика числа измерений 37 и второго формирователя импульсов 36 подключены к логическому элементу И 38, выходом подключенному к шестому выходу 20 блока управления 14, и входу третьего формирователя30 35 40 50 импульсов 39, выходом соединенным с входом сброса счетчика 37 и пятым выходом 9 блока управления 14, первый выход 15 когорого подключен к схеме ИЛИ 40, входами соединенный с входом и выходом первого формирователя импульсов 35.Блок суммирования (фиг. 4) содержит последовательно соединенные делитель напряжения 41, входом подключенный к входу блока 12, сумматор напряжения 42, первый нормально замкнутый ключ 43, первый повторитель напряжения 44, второй нормально замкнутый ключ 45 и второй повторитель напряжения 46, выходом соединенный с выходом сумматора 2 и сумматора напряжения 42. При этом в цепь соединения первого к ключа 43, первого повторителя напряжения 44 и обшей шиной подключены параллельно соединенные конденсатор 47 и нормально разомкнутый третий ключ 48, управляющий вход которого подключен к второму управляюгцему входу блока суммирования 12, а в цепь соединения второго ключа 45, второго повторителя напряжения 46 и общей шиной включен промежуточный конденсатор 49, причем управляющие входы первого 43 и второго 45 ключей подключены к первому управляющему входу блока 12. Повторители напряжения 44 и 46 должны иметь высокое входное сопротивление для предотвращения разряда конденсаторов 47 и 9. Устройство работает следующим образом.Перед началом контроля выходное напряжение с датчика усилияравно нулю. При этом с первого выхода 15 блока управления 14 на управляющие входы интеграторов 9 и 10 поступают нулевые потенциалы, с второго выхода 16 на второй вход схемы сравнения 7 поступает потенциал (.1 с третьего входа 17 на второй вход схемы сравнения 8 потенциал 11 и с остальных выходов 18,19 и 20 нулевые потенциалы поступают на управляющие входа сумматора 12 и элемента памяти 13. С выхода компаратора 7 на выход интегратора 9 поступает нулевой потенциал, а с выхода компаратора 8ца вход интегратора 10 - положительный потенциал величиной 11,. На выходе интеграторов 9 и 1 О блока деления 11, блока суммирования 12 и элемента памяти 13 присутствуют нулевые потенциалы. Величина напряжения 11 равна величине напряжения с датчика усилия 1 при воздействии на него заданного усилия погружения. Напряжение 1), выбирается из соображений устойчивойработы устройства при воздействии на зонд вибрации от механизма погружения.При погружении зонда с конусным наконечником 2 в грунт (момент времениусилие погружения передается на датчик усилия 1, с которого на первые входы время 5 1 О 5 20 25 измерительных блоков 3 и 4 начинает поступать напряжение, по величине соответствующее данному усилию (диаграмма 21, (фиг. 2). Когда это напряжение достигнет величины 111, компаратор 7 срабатывает, напряжение ца его выходе соответствует 11 о (диаграмма 22), включается блок управления 14. При этом появляется положительный потенциал на его первом выходе 15 (диаграмма 23), который разрешает работу интеграторов 9 и 10, Последние начинают интегрировать напряжение 1), поступающее с выходов компараторов 7 и 8, и линейно изменяющиеся во времени напряжения с их выходов, соответственно диаграммы 24 и 25 поступают на вход блока деление 11. Так как интеграторы 9 и 10 начали работать одновременно, то ца выходе блока деления 1 появляется постоянное напряжение (диаграмма 26), соответствующее отношению выходных напряжений с интеграторов 9 и 10. По достижении выходным напряжением с датчика усилие 1 величины 1.) (момент временисрабатывает компаратор 8 второго времяизмерительного 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 напряжение, поступающее на вход блока суммирования 12, с блока деления 11 изменяется по экспоненте (согласно огношению напряжений с выходов интеграторов 9 и 10, диаграмма 26) .Когда зонд 2 полностью погружен в грунт (момецт времени 1), последний сразу же извлекается из него. Напряжение с датчика 1 возвращается в ноль (диаграмма 21), комцаратор 7 возвращается в исходное состояние (диаграмма 22), потенциал с третьего выхода 17 блока управления 4 становится отрицательным, и компаратор 8 сохраняет свое состояние (диаграмма 27). Интегратор 9 прекращает работу н напряжение с выхода блока деления 11 фиксируется (диаграмма 26), При этом с четвертого выхода 18 блока управления 14 на первь.й управляющий вход блока суммирования 12 поступает управляющий импульс 28, выходное напряжение с блока деления 11 суммируется уменьшенным в и раз с выходным напряжением блока 12 и запоминается в нем (диаграмма 29) . По окончании импульса 28 потенциал ца первом выходе 15 блока управления 14 становится нулевым, и интеграторы 9 и 10 принимают исходное состояние. При проведении следующего измерения работа устройства повторяется в описанном порядке. Поскольку напряжения с интеграторов 9 и 10 связано с временем и усилием погру;сция зонда 2 в грунт, то просуммированное отношениесоответствует средней глуоице погружения зонда до заданного усилия.Работа блока управления 14 состоит в следующем.1 ри срабатывании блока 7 (фиг. 1) на вход блока управления 4 поступает прямоугольный импульс (диаграммд 22), длительность которого равна времени погружения зонла в грунт на полную длинуОт заднего фронта этого им,ул),сз (момент времени 1 з, диаграмма 22) срабатывает первый формирователь импульсов 35 (выполненный например в виде жлущего мультивибрзтрд), и ца третьем выхоле 18 блока управления 14 иявляется прямоугольный импульс постоянной длительности (диаграмма 28), который своим поступлением ца управляющий вход второго источника опорного напряжения 34 блокирует постуцлеци опорного напряжения (1) ца третий вых 7 блока управления, и выхопи)с д.г- жение с блока 8 (диаграмма 27) ос-,д,гс на нулевом уровне. Так кдк перс,1 1:и;хг). 15 блока управления 14 полклкгчсц к х- ду схемы ИЛИ 40, сослицснцой с вхолом и выходом формирователя импульсов 35, то на ее выходе присутстцует прямоугольный импульс, длительность котор го (ли"- грамма 23) больше длительности црямоуголь ного импульса, поступающего на вход формирователя импульсов 35, на величину длительности прямоугольного импульса с выхо;д формирователя 35. Далее от заднего фрнтд прямоугольного импульса с формирователя 35 счетчик числа измерений 37 пеРсХОЛИт В СЛЕДУЮЩЕЕ СОСТОЯНИЕ, ПРИ ЭТОМ вы)н)днос напряжение остается нулевым, и срабатывает второй формироватеь импульсов 36. Г 1 ри проведении следующего погружения зонда и его извлечении из грунта процесс повторяется Г 1 ослс проведеция и измерений ца выходе счетчика 37 появляется положительный потенциал, разрешаюЩИй ГРОХОЖДЕНИС ППЯМОУГОЛЫОГО ИМПУЛЪСД с второго формирователя импульсов 36 на шестой выход 20 блока управлени;. 14 (диаграмма 30) через схему 38. От заднех) фронта этого им,у, ьсз срабатывает третий формирователь импульсов 39, при этом на пятый выход 19 блока управления 14 и вход сброса счетчика 37 поступает прямоугольный импульс (диаграмма 32), и все устройство возврацается в исходное состояние перед нзчдлом и измерений.Работа блока суммирования 2 по функциональной схеме (фиг. 4) состоит в сле- ДУОЦЕХ.В исходном стоянии конденсаторы 47 и 49 разряжены и на выход блока суммирования 12 поступает нулевой потенциал с выхода второго повторителя 46 (диаграмма 29); Во время извлечения зонда 2 из грунта нд первый управляющий вход блока 12 с четвертого входа 18 блока управлсця 14 цо 5 10 25 30 35 40 45 50 55 СТУПсГ УПРИ В.15110 Цц И 1)У,ЬС ( Ис 1 ГРс 1 ММс 28) . .1 рн ЭтХ В 1 рой КЛЧ г,) ,)с 1)1 ЬКЛ- ется, д црвый 13) зд)111 т я и цдиржени, ПОСТ) ПДЮЦС 11 ЦХОЛ 0 1 К,Х )П. 51г.12, уменьшенн)с и рдз с пг м 1.;.ю л, в ля напряженя 41, поступ 1 г 1 д у );гр нацряжеци.) 42. Так как нд лр) г х с, у)1. маторз 42 цгсг) пд г цулснцднряжци с повторителя 48 ( лк)ч 15 рдзмкуг и ицряженис на конденсаторе 49 ост;1 гя нулевым), то напряжение с лелцтсл 1 к)- ступает через с) ммдгор шцряжя 4" и;1 КоцдЕНСЗТОр 47, КТО;)ЫЙ Заряс., ГХ 5 Л его урогня. 11 о окончании ипуп 1 д "8 клк)- чи 43 и 45 соотвстственц р;з)1. к;к 1 и замыкаются, конденсатор 49 здряж,и ся л; уровня напряжения кнлсцсдтрд 1;, и вы кол 0,ока 12 по тх нас Г цд;р)1 жс второго повторителя 46 (л 1 я гпд м ма фиг. 5 ) . 1)слвторого извлец ни я зоил 1 из груГгд шцряжсцие на конденсатор 47 равно су)1). шцряжений нд конлцсдтор 49 (рс. ул гт первоо из)рени) и с вь- хола ллителя напряжения 41 (рэ 5:ьтдт ВторОГО измсрсния), кот 01)Ое пОслс возврдцгсшя клочей 43 и 45 в исходное состояние перл;ится ца конденсатор 49. При тре- тЬЕМ ИЗ 1,1 сСНИИ ЗОНДД ИЗ ГРУНТ 1 ПРЦЕСС суммир)нация результатов из)црци 1 )цт- р 51 стся и нд конленсс 1 т 01)с 49 П 05 в, 51 т на пряж цие, соотвст твуюцсс сх мм тр. х изм рснй. Суммирование рсзуль 11 ПИ измеоеци происхолГг вплоть л и-гццр)- Фжения зоила в груп, по окон шнии ктр- го и извлечении зоила, д т)кж и сл ш) - вращения клочей 43 и .15 в исхл Сг 51- ние на элемент па м 51 тц 13 и иГи ц 1- ход 20 блока управления 14 постук;пульс управления (диаграмма 3( . В р - зультатс цапряжсцис выхлд ; ) ,у)- мировдния 12, соединнцго ;к;, ьы ходом повторителя напряжен ); ВЕтСтВуКННЕЕ СУММЕ П рСЗуЛЬтдтВ Ис; ИИ, уменьшенной в и раз (блдгол;р) д.шчиг делитля напряжения 41), здисмицд тс в элементе памяти 13 (диаграмма 31). 11. окончании импульса упрдвлеци 3(1 ш вт- РОЙ УПГ)дв,Яющий вход СУ)хдт)Рс с. Н 5 т . го выхода 19 блока угравлсция 4 пост) ца управляющий импульс 32, тр гий ключ 18 замыкается и разряжает коцлецсдтор 47. При этом наппяжсние на коцдсцдгрс 49 также нулевое, и устройство при цим ис;одное состояние перел началом контрв ля.Устройство контроля лотности грунта пеа;изовано на дцалц овых элсмецтдх по известным схемным рсшециям. Гдк, компдраторы собраны нз прсцсзионцьх компараторах 521 СЛ 1, интегрдторы -- цд основе слаботочных стзбилггоров ткд, цолключенцых к кочдсцдтору и питшпцихся от выходногцдпряж 5 иия хм срдвнеция. Блок деления также собран по известной схеме,1 1 1 б 1 10 б 2,2 блок управления - на логических элементах 155 серии. В качестве сумматора и запоминающего блока используются соответственно переработанные генератор ступенчатого напряжения и схема выборки хранения. В качестве датчика усилий используется датчик давления на основе дифференциального пьезоэлектрического трансформатора. Испытания устройства показывают, что разброс показаний уменьшается в 4-8 раз, что приводит к снижению погрешности измерения до 2%, которая для известного способа и устройства составляет 4-8%. Число замеров при этом увеличивается до 200- 300 за 1 ч. Кроме того, предлагаемые способ и устройство позволяют повысить точность контроля.4 едактор А. Гулькоаказ 6880/23ВНИ КузнецовКорректоПодпнснокомитета СССРи открытийшская наб., д. 4/род, ул. Проектна Составитель А.Техред И. ВереТираж 518ИПИ Государственногопо делам изобретенийМосква, Ж - 35, РауПП Патент, г. Ужго