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

1418600 сборника 1, средней 2 и верхней 3 камер. В грунтосборнике 1 установленырабочие полукольца 4 с элементамикрепления, снабженные прокладками.Верхнее рабочее кольцо 4 снабженопоршнем с крыльчаткой 12. Грунтосборник 1 оснащен трехступенчатой месдозой 1 б. 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 но-деформированного состояния образцагрунта за счет трения грунта о стенкикомпрессионных колец непосредственнопри отборе образца, а также за счетрасструктурирования, величину которого трудно оценить, Кроме того, образец меняет свое напряженно-деформированное состояние ввиду того, что ткайевый затвор не обеспечивает достаточной жесткости. В известном грунтоно се не производят контроль за напряженным состоянием грунта как в процессеотбора и транспортировки, так и при,подготовке к испытанию образцов, поэтому практически невозможно оценитьстепень изменения свойств грунта и,соответственно, неточность определения его физико-механических характери" ,стик.1 30Целью изобретения является повыше ние точности определения физико-механических и деформационных свойствгрунта (модуля общей деформации, коэффициента Пуассона, коэффициента бокового давления, прочностных характери стик) путем получения образца грунта ненарушенной структуры, находящегося в природном напряженном состоянии, обеспечения возможности корректировки40 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 грунтапри отборе и транспортировке, определение степени расструктуриваниягрунта) 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 отборарунтового 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 6. 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 в ее оси иглой датчика 13 порового давления и механизмом 14 привода крыльчатки.Нижнюю часть грунтосборника 1 составляет нож-резак 15, который образу 1418600ется путем заточки нижней кромки цилиндрического корпуса грунтосборника 1. Нижняя кромка корпуса грунтосборника 1 имеет очертание образованЭ5 ное при усечении цилиндрического корпуса грунтосборника 1 двумя симметричными цилиндрическими поверхностями, образующие которых перпендикулярны образующей грунтосборника 1. В стенку 1 О 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 крепитсяшток 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 ней части и Ч - образных в нижней части, изогнутых таким образом, чтобы , повторить форму ножа-резака 15. Каждая пара направляющих 22 сходится к низу и жестко соединяется в нижней35 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, 4 О 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 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 грун55 та на образцы выполнено в виде верхней 27 и нижней 26 прямоугольных металлических пластин, расположенных в параллельных плоскостях, расстояние между которыми равняется толщине прокладки устройства для отбора. На длинных сторонах пластин выполнены Г - 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 ным 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 внешч. 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 1" 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 наружнойструктурой попасть в грунтосборник После подачи давления в надпоршневую часть камеры 2 грунтосборник 1 движетя вниз, врезаясь в массив грунта с енарушенной структурой, Крайнее нижее положение поршня 19 в камере 2 оответствует моменту полного наполения грунтосборника 1 грунтом и касания поршнем 11 верхней поверхности грунта, При этом в массив ненарушеной структуры внедрилась также и рехступенчатая месдоза 16 нормальлх напряжений, с помощью которой .роизводят измерения горизонтальныхапряжений 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 20толщине месдозы, что повышает достоверность определения напряжений в грунте. Одновременно производят измеение сдвиговых характеристик грунтаи парового давления с помощью крыльчатки 12 и датчика 13 поровога давле ,ния в нескольких тачках по глубине, т,е. получают данные, необходимье 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 парового давления,Отделение керна грунта от массива производится путем проведения следующих операций: сбрасывается давление в камере 2 и к штанге 26 прикладыва 40 ется вертикальное усилие, в результа- те чего верхняя камера 3 с направляющими 25 и ножи затвора перемещаютсявниз, 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 направляющими55 и штоками, Подготовку сбразца грунта к испытанию производя" з следующей последовательности: кен грунта осво= бождают от гильзы грунтосборннка 1,при этом не происходит изменения напряженного состояния грунта, так каккерн сбоку ограничен жесткой системойрабочих колец 4 и прокладок 7, соединенных между собой элементами крепления, снизу керн грунта ограничен ножами-затворами 24, сверху жестко прикреплен к верхнему рабочему кольцу 4поршнем 11. Разрезку керна на образцыпроизводят устройством для разрезкиобразцов, для чего снимают полупрокладку 7 и по второй полупрокладке 7с помощью винтов за приливы 33 крепятустройство для разрезки, причем так,чтобы шлицы 30 попали в пазы 6 нарабочих полукольцах 4, Разрезку про"изводят путем протягивания за полу"прокладку 7 устройства для разрезкичерез керн грунта. После разрезкиобразец грунта оказывается заключенным между двумя жестко скрепленнымидруг с другом рабочими полукольцами4 и жестко прикрепленным к рабочимкольцам 4 сверху посредством элементов 10 крепления, испытательного поршня 11 и подведенной снизу частью верхней пластины 27 устройства для разрезки с отверстиями 35 для Фильтрациивлаги. Все последующие образцы грунтаограничены аналогичным образцом, нотолько вместо поршня 11 сверху будетподведен поршень 37 устройства дляразрезки,1Таким образомобразец грунта неимеет возможности разуплотняться засчет снятия напряжений, а разуплотне"ние идет только за счет трения грунтао стенки при отборе и разрезке наобразцы. В дальнейшем снимают крепления 31 между пластинами 27 и 28 устройства для разрезки и верхнюю пластину 27 с образцом 40 грунта помещаютв станину 38 устройства для испытаний. К поршню 11 (37) и рабочим полукольцам 4 прикладывают с помощью нагрузочных устройств напряжения, эквивалентные природным ( измерение с помощью месдозы 16), затем извлекаютэлементы 5 крепления нз разреза рабочих полуколец 4 и освобождают от элементов 10(36) крепления поршень11(37) после чего напряжения передаются на образец грунта и производятих корректировку, степень которойопределяют по показаниям приборов 39контроля. Дальнейшие испытания проводят, как на компрессионном приборе, сбоковым 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 степень разуплотнения грунта при предоставлении ему такой возможности, Испытание остальных образцов из отобранного керна производится аналогично.15Формула изобретения 1, Устройство для отбора грунтового керна, включающее грунтосборник, выполненный в виде цилиндрического 20 корпуса, снабженного верхней крьппкой, ножом-резаком, рабочими кольцами с прокладками среднюю цилиндрическую камеру, жестко соединенную с направляющими, снабженную крьппкой, штоком поршнем, соединенным с крьппкой грунтосборника, верхнюю цилиндрическую камеру с крьппкой, щтоком-поршнем, соединенным с крьппкой 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 грунта35ненарушенной структуры, обеспечения возможности корректировки напряженного состояния образца и расширения информативности, рабочие кольца и про" 40 кладки между ними выполнены в виде соединенных между собой полуколец, при этом на наружной поверхности верхней и нижней частей рабочих колец выполцены 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 повьппения 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 Г - 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, равным- радиусу 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.1418600 27 39 фиа 4 Фиг.5 Составитель А.ГоряйноваТехред 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, Раушская наб д, 4/5