Устройство для проверки стойкости грунтов к просачиванию через них газа "литос" (варианты)

Предложенная полезная модель относится к средствам для оценки состояния грунтов с позиции обеспечения ими возможности препятствовать просачиванию через них газа. Техническим результатом от реализации предложенной полезной модели является то, что она позволяет обеспечить высокую чувствительность измерений стойкости грунтов к просачиванию через них газа без усложнения конструкции предложенного средства измерения. С этой целью по первому варианту своего конструктивного исполнения устройство для проверки стойкости грунтов к просачиванию через них газа содержит углубленный в исследуемый грунт полый стержень с выполненными в нем радиально ориентированными отверстиями для поступления содержащегося в грунте газа внутрь полого стержня, устройство для создания вакуума и электронное устройство непрерывного измерения давления газа, скорости его изменения и времени проведения испытаний, при этом внутренняя часть полого стержня, электронное устройство непрерывного измерения давления газа, скорости его изменения и времени проведения испытаний, и устройство для создания вакуума последовательно сообщены между собой посредством единой пневматической линии, а устройство для создания вакуума установлено с возможностью создания глубокого вакуума внутри полого стержня на момент начала проверки стойкости грунтов к просачиванию через них содержащегося в исследуемом грунте газа. В устройство по второму варианту в отличие от устройства по первому варианту в состав электронного устройства непрерывного измерения давления газа, скорости его изменения и времени проведения испытаний вместо электронного вакуумного манометра входит электронный манометр высокого давления, а вместо устройства для создания вакуума соответственно использовано устройство для создания избыточного давления, работающее на нагнетание газа.

Предложенная полезная модель относится к средствам для оценки состояния грунтов с позиции обеспечения ими возможности препятствовать просачиванию через них газа.

Наиболее близким к предложенному техническому решению является устройство для определения пористости и газопроницаемости такого вида грунта как горная порода, раскрытое в описании к заявке на изобретение RU 94018919 А1, опубликованном 10.04.1996, МПК-7 G 01 N 15/08. Указанное устройство содержит электросекундомер, измерительный пресс с микропереключателями и электроприводом, регулятор давления, выход которого подсоединен к кернодержателю с испытываемым образцом, две емкости, одна из которых выполнена в виде пресса двойного действия с разгруженным поршнем, входное и выходное окна которого сообщены между собой через запорный вентиль и подсоединены к входу регулятора давления и источнику давления, а вторая сообщена с первой через уравнительный вентиль и подсоединена к измерительному прессу. К рабочей камере пресса двойного действия и второй емкости подсоединены две камеры, разделенные упругим элементом, несущим нуль-орган, управляющий работой электродвигателя. Электросекундомер включается при закрытии уравнительного и запорного вентилей и останавливается по сигналу от микропереключателя в конце хода поршня измерительного пресса. Диапазон измеряемых расходов определяется соотношением рабочего объема пресса двойного действия и второй емкости, а искомый расход измеряют по времени полного хода поршня измерительного пресса при данном соотношении объемов рабочей камеры и емкости.

Недостатком такого устройства является сложность его конструкции, кроме того наличие в составе устройства двух вентилей может способствовать незапланированному проникновению в емкости устройства

газа из окружающего пространства, что снижает точность соответствующих измерений.

Техническим результатом от реализации предложенной полезной модели является то, что она позволяет обеспечить высокую чувствительность измерений стойкости грунтов к просачиванию через них газа без усложнения конструкции предложенного средства измерения.

С этой целью по первому варианту своего конструктивного исполнения устройство для проверки стойкости грунтов к просачиванию через них газа содержит углубленный в исследуемый грунт полый стержень с выполненными в нем радиально ориентированными отверстиями для поступления содержащегося в грунте газа внутрь полого стержня, устройство для создания вакуума и электронное устройство непрерывного измерения давления газа, скорости его изменения и времени проведения испытаний, при этом внутренняя часть полого стержня, электронное устройство непрерывного измерения давления газа, скорости его изменения и времени проведения испытаний, и устройство для создания вакуума последовательно сообщены между собой посредством единой пневматической линии, а устройство для создания вакуума установлено с возможностью создания глубокого вакуума внутри полого стержня на момент начала проверки стойкости грунтов к просачиванию через них содержащегося в исследуемом грунте газа.

А по второму варианту своего конструктивного исполнения устройство для проверки стойкости грунтов к просачиванию через них газа содержит углубленный в исследуемый грунт полый стержень с выполненными в нем радиально ориентированными отверстиями для выхода газа из внутренней части полого стержня, устройство для создания избыточного давления и электронное устройство непрерывного измерения давления газа, скорости его изменения и времени проведения испытаний, при этом внутренняя часть полого стержня, электронное устройство непрерывного измерения давления газа, скорости его изменения и времени проведения испытаний, и устройство

для создания избыточного давления последовательно сообщены между собой посредством единой пневматической линии, а устройство для создания избыточного давления установлено с возможностью создания избыточного давления внутри полого стержня на момент начала проверки стойкости грунтов к просачиванию через них газа, выходящего из внутренней части полого стержня.

На фиг.1 показан общий вид предложенного устройства для проверки стойкости грунтов к просачиванию через них газа по первому варианту своего конструктивного исполнения.

На фиг.2 показан общий вид предложенного устройства для проверки стойкости грунтов к просачиванию через них газа по второму варианту своего конструктивного исполнения.

Предложенное устройство для проверки стойкости грунтов к просачиванию через них газа по первому варианту своего конструктивного исполнения содержит полый стержень 1 с выполненными в нем неравномерно расположенных по его длине радиально ориентированными отверстиями 2 разного диаметра, предназначенными для поступления газа в полость стержня, электронное устройство непрерывного измерения давления газа, скорости его изменения и времени проведения испытаний 3 и устройство для создания вакуума 4. Длина полого стержня 1, высота расположения отверстий 2 в полом стержне 1 и их диаметр определяются квалифицированными инженерами-испытателями, исходя из типа исследуемого грунта на основании справочных сведений о его плотности, обводненности и концентрации газа содержащегося в исследуемом грунте, и последующих компьютерных расчетов. Полый стержень 1 в своем рабочем положении примерно на 3/4 своей длины углублен в исследуемый на газостойкость участок грунта 5. Для того, чтобы указанный полый стержень

1 было удобно забивать в грунт он со стороны своего нижнего конца может быть выполнен немного заостренным.

В качестве электронного устройства непрерывного измерения давления газа, скорости его изменения и времени проведения испытаний 3 использованы объединенные в единый измерительный блок электронный вакуумный манометр 6 (например, дифференциальный манометр электрический марки ДМЦ-01), электронный дифференциатор давления 7, таймер 8, а также средство непрерывной индикации измеряемых величин 9. Для удобства проведения испытаний динамика изменения таких измеряемых величин как мгновенное значение давления газа внутри полого стержня 1 и мгновенное значение скорости его изменения может быть выведена на средство непрерывной индикации измеряемых величин 9 в виде графика функции зависимости их от времени, а текущее время продолжения испытаний - в цифровой форме (как в электронных часах). В настоящее время разрабатывается компактная модификация указанного электронного устройства непрерывного измерения давления газа, скорости его изменения и времени проведения испытаний 3, под маркой «Рентотрон», имеющую возможность взаимодействия с персональным компьютером.

Что же касается устройства для создания вакуума 4, то в качестве него может быть использован любой стандартный вакуумный насос, выпускаемый в настоящее время промышленностью, который способен создать требуемый уровень вакуума внутри полого стержня 1. Так например, в качестве устройства для создания вакуума может быть использован вакуумный насос марки НВ-18.

Электронное устройство непрерывного измерения давления газа, скорости его изменения и времени проведения испытаний 3 и устройство для создания вакуума 4, как это показано на фиг.1, посредством единой пневматической линии 10 последовательно сообщены с внутренней частью полого стержня 1 в его верхней части.

Фактически аналогичную конструкцию имеет и устройство для проверки стойкости грунтов к просачиванию через них газа по второму варианту своего конструктивного исполнения. Единственными его отличиями от устройства по первому варианту является то, что в состав электронного устройства непрерывного измерения давления газа, скорости его изменения и времени проведения испытаний 3 вместо электронного вакуумного манометра 6 входит электронный манометр высокого давления 11, а вместо устройства для создания вакуума 4 соответственно использовано устройство для создания избыточного давления 12, работающее на нагнетание газа. Все остальные конструктивные блоки и связи между ними идентичны соответствующим блокам и связям в устройстве по первому варианту его конструктивного исполнения. В связи с этим второй вариант конструктивного исполнения предложенного устройство в данном разделе описания подробно не рассматривается. Конструкция же подобного устройства приведена на фиг.2.

Описанное выше устройство для проверки стойкости грунтов к просачиванию через них газа работает следующим образом.

Забивают полый стержень 1 в исследуемый на газостойкость грунт примерно на 3/4 своей длины, так чтобы все выполненные в полом стержне 1 отверстия 2 оказались ниже уровня земной поверхности.

Согласно первому варианту предложенного устройства из полого стержня 1 посредством устройства для создания вакуума 4 по единой пневматической линии 10 откачивают весь собравшийся внутри полого стержня 1 газ, создавая там тем самым требуемую степень вакуума (порядка 1 кПа). При этом наличие вакуума в полом стержне 1 контролируют посредством входящего в состав электронного устройства непрерывного измерения давления газа, скорости его изменения и времени проведения испытаний 3 электронного вакуумного манометра 6. По достижении заданного давления (степени вакуума) Р₁ в полом стержне 1 устройство для создания вакуума 4 выключают.

Содержащийся в грунте 5 газ начинает постепенно просачиваться через отверстия 2 внутрь полого стержня 1. В результате давление газа внутри полого стержня 1 начинает постепенно увеличиваться, что легко отследить посредством входящего в состав электронного устройства непрерывного измерения давления газа, скорости его изменения и времени проведения испытаний 3 электронного вакуумного манометра 6. При этом с помощью входящего в состав электронного устройства непрерывного измерения давления газа, скорости его изменения и времени проведения испытаний 3 таймера 8 отслеживают время t₁ за которое давление в полом стержне 1, начиная с момента отключения устройства для создания вакуума 4, примерно сравняется с атмосферным давлением в окружающем пространстве Р₂ (примерно 100 кПа). Указанный промежуток времени t₁ отнесенный к площади поперечного сечения полого стержня 1 S и модулю разности первоначального и установившегося давлений (т.е. t₁/S·|Р₂ -Р₁|) может рассматриваться в качестве одного из параметров стойкости грунта 5 к просачиванию через него газа. При необходимости указанный параметр может быть при помощи компьютерной программы пересчитан в такой параметр качества исследуемого грунта как его газопроницаемость.

Как было указано выше, предложенное устройство по второму варианту своего конструктивного исполнения фактически идентично по исвоей конструкции устройству по первому варианту своего конструктивного исполнения. Единственными его отличиями от устройства по первому варианту является то, что в состав электронного устройства непрерывного измерения давления газа, скорости его изменения и времени проведения испытаний 3 вместо электронного вакуумного манометра 6 входит электронный манометр высокого давления 11, а вместо устройства для создания вакуума 4 соответственно использовано устройство для создания избыточного давления 12, работающее на нагнетание газа. В связи с этим в отличие от такого режима работы предложенного устройства по первому варианту как откачка газа из полого стержня 1, во втором варианте газ в

полый стержень 1 напротив нагнетают посредством устройства для создания избыточного давления 12, при этом в полом стержне 1 создается повышенное давление. Наличие в полом стержне 1 высокого давления отслеживают посредством входящего в состав электронного устройства непрерывного измерения давления газа, скорости его изменения и времени проведения испытаний 3 электронного манометра высокого давления 11. По достижении заданного давления P₁ (порядка 2 атмосфер, что примерно равно 200 кПа) в полом стержне 1 устройство для создания избыточного давления 12 выключают.

Находящийся в полом стержне 1 под давлением P₁ газ начинает постепенно просачиваться через отверстия 2 через несплошности исследуемого грунта 5 в окружающее пространство. В результате давление воздуха в полом стержне 1 начинает постепенно уменьшаться, что легко отследить посредством входящего в состав электронного устройства непрерывного измерения давления газа, скорости его изменения и времени проведения испытаний 3 электронного манометра высокого давления 11. При этом с помощью входящего в состав электронного устройства непрерывного измерения давления газа, скорости его изменения и времени проведения испытаний 3 таймера 8 отслеживают время t₂, за которое давление в полом стержне 1, начиная с момента отключения устройства для создания избыточного давления 12, примерно сравняется с атмосферным давлением в окружающем пространстве P₂ (примерно 100 кПа). Указанный промежуток времени t₂ отнесенный к площади поперечного сечения S полого стержня 1 и модулю разности первоначального и установившегося давлений (т.е. t₂/S·|P₂ -P₁|) также может рассматриваться в качестве одного из параметров стойкости грунта 5 к просачиванию через него газа.

Применение предложенных двух вариантов заявленного средства измерения позволяет резко повысить уровень технической безопасности для работников строительных служб, работающих с газонасыщенными грунтами.

1. Устройство для проверки стойкости грунтов к просачиванию через них газа, содержащее углубленный в исследуемый грунт полый стержень с выполненными в нем радиально ориентированными отверстиями для поступления содержащегося в грунте газа внутрь полого стержня, устройство для создания вакуума и электронное устройство непрерывного измерения давления газа, скорости его изменения и времени проведения испытаний, при этом внутренняя часть полого стержня, электронное устройство непрерывного измерения давления газа, скорости его изменения и времени проведения испытаний, и устройство для создания вакуума последовательно сообщены между собой посредством единой пневматической линии, а устройство для создания вакуума установлено с возможностью создания глубокого вакуума внутри полого стержня на момент начала проверки стойкости грунтов к просачиванию через них содержащегося в исследуемом грунте газа.

2. Устройство для проверки стойкости грунтов к просачиванию через них газа, содержащее углубленный в исследуемый грунт полый стержень с выполненными в нем радиально ориентированными отверстиями для выхода газа из внутренней части полого стержня, устройство для создания избыточного давления и электронное устройство непрерывного измерения давления газа, скорости его изменения и времени проведения испытаний, при этом внутренняя часть полого стержня, электронное устройство непрерывного измерения давления газа, скорости его изменения и времени проведения испытаний, и устройство для создания избыточного давления последовательно сообщены между собой посредством единой пневматической линии, а устройство для создания избыточного давления установлено с возможностью создания избыточного давления внутри полого стержня на момент начала проверки стойкости грунтов к просачиванию через них газа, выходящего из внутренней части полого стержня.