Устройство для испытания грунтов

п9) Кц (11) (5%) М

ОПИСАНИЕ ИЗОБРГГЕНИЯ с

Комитет Российской Федерации пе патентам и товарным знакам

1 (2115014845/as . (22} 05.12,91 (48) 15.1193 Sea йв 41-42 (2б) Амарян Пено Самвепович (54) УСТРОЙСТ80 ДЛЯ ИСЙЬ1ТАНИЯ ГУУЙТ08 (57) Использование: в инженерно- еологических изысканиях в строительстве и для определения деформационных и прочностных характеристик грунтов с учетом переменных природных условий, состава и тукстуры rpywoa Сущность изобретении poMct8o содерткит cM8HH6te исполнительные органы, секции обсадных труб. соединенные между собой ниппеляе имеющими штампы и направляющие пазы, фиксаторц размещенные на подвеске исполнительного органа При этом наконечник ,сменного исполнительного органа может быть выполнен в виде многосекционной системы лопастных нрессиометров, фиксатор выполнен в виде захватов. система нагружения — в виде общей магистралц проходящей через каждый из прессиометров, а система измерения — в виде датчиков перемещения, размещенных на прессиометрак Наконечник сменного исполнительного органа может быть выполнен в виде яородоразрушающего инструмента со шнеком и накопителем. Сменный испопнительный орган выполнен в виде секций нагревательных элементов для подогрева воды при испытаниях мерзлых грунтов. Использование изобретения позволяет повысить производительность труда за счет испытания одновременно на нескольких отметках повысить точность исследования за счет сохранения естественного аюжения и природного нэпряженного состоя ил грунтового массива при бурении и испытании. 6 мф-лы,5 ик

2002890

Изобретение относится к инженерногеологическим изысканиям в строительстве и может быть использовано для определения деформационных и прочностных характеристик грунтов с учетом переменных природных условий.

Известен прессиометр, содержащий трехкамерный резиновый цилиндр с пневмогидравлической системой нагружения и измерения при обьемном расширении, Недостатки этого прессиометра заключаются в возможности испытания грунтов лишь в свободных, необсаженных скважинах с устойчивыми стенками, а также на одной отметке, что снижает качество результатов опыта из-за нарушения в процессе бурения естественной структуры природного и напряженного состояния грунтового массива, а также производи. тельности труда.

Известен лопастной прессиометр с жесткими штампами, рабочим органом, имеющим двутавроаую форму и механическую систему нагружения.

Недрстатки лопастного прессиометра аналогичны недостаткам прессиометра с резиновой оболочкой, несмотря на конструктивные особенности, наличие жестких штампов и возможность испытания слабых грунтов в массиве,, Наиболее. близким к изобретению является устройство для испытания грунтов, содержащее исполнительный орган, выполненный в виде наконечника с подвеской, систему нагружения и измерения. Gc° новными недостатками его являются отсутствие условий для сохранения природного напряженного состояния грунта в процессе бурения, возможность лишь единичного испытания на одной отметке, ограниченная возможность испытания массива с учетом переменного его состояния по текстуре и температуре.

Цель изобретения — сохранение простоты конструкции устройства, существенное повышение производительности труда, значительное сокращение трудоемкости и длительности проведения опыта за счет одновременного испытания на нескольких отметках при обеспечении условий испытания грунтов с сохранением естественного сложения и природного напряженного состояния грунтового массива как в процессе подготовки скважины, так и при непосредственном проведении испытаний. Оно одинаково эффективно может быть использовано в свободных скважинах без использования обсадных труб в грунтовом массиве, сложенном плотными разновидностями грунтов, в которых бурение скважин г

55 влияет нэ природное напряженное состояние незначительно, Создание этих условий позволяет получить массовые и достоверные данные о деформационно-прочностных характеристиках грунтов, что в свою очередь обеспечивает надежность и выбор рациональных параметров фундаментов при снижении расхода и трудбемкости их возведения.

Кроме того, возможность одновременного испытания грунтов на разных уровнях по высоте обсадной колонны или свободной скважины, подготовки их к испытаниям, проведение испытаний с учетом переменных природных условий без дополнительного монтажа и демонтажа специального оборудования, позволяет решить задачу по существенному сокращению обьемов существующей многозвенной, сложной и трудоемкой технологии отбора, упаковки, транспортирования монолитов и их лабораторные испытания, Поставленная техническая задача решается тем, что устройство для испытаний грунтов, содержащее исполнительный орган, выполненный в виде наконечника с подвеской, систему нагружения и измерения, снабжено дополнительными органами, фиксаторами и секциями обсадных труб, при этом дополнительные исполнительные органы выполнены сменными, секции обсадных труб соединены между собой в колонну с ниппелями, имеющими штампы и направляющие пазы, а фиксатор размещен на подвеске исполнительного органа; причем наконечник сменного исполнительного органа выполнен в виде мнагосекционной системы лопастных прессиометров, соединенных между собой электрогидрав лической связью и оснащенных жесткими штампами, взаимодействующими со штампами ниппелей обсадных труб, фиксатор выполнен в виде захватов, система нагружения — в виде общей магистрали, гтроходящей через каждый из прессиометров, а система измерения — в виде датчиков перемещения штампов, размещенных на каждом из поессиометров и соединенных электрической связью с многоканальным измерителем, кроме того, сменный исполнительный орган может быть выполнен в виде породоразрушающего инструмента со шнеком и накопителем, а фиксатор — в виде пары резьбовых втулок с упорным подшип-. ,ником, при этом шнек с породоразрушэющим инструментом соосно размещен в накопителе, шнек жестко соединены с подвеской исполнительного органа, накопитель — посредством подшипника, пара резьбовых втулок установлена нэ подвеске испол2002890 нительного органа с возможностью взаимо- Другой исполнительный орган 17 имеет действия с колонной обсадных труб, при наконечник, выполненный в виде породоэтом накопитель выполнен в виде стакана с разрушающего инструмента 18 со шнеком раструбом, -шнек имеет. переменный диэ- 19 и накопителем 20, при этом шнек 19 жеметр по высоте, а породоразрушающий эле- 5 стко соединен с подвеской 21 исполнительмент выполнен регулируемым по диаметру ного органа 17, а накопитель 20 — подвижно, бурения. э также сменный исполнительный посредством подшипника 22, Фиксатор выорган может быть выполнен в виде секций полнен в виде пары резьбовых втулок 23, 24 нагревательных элементов для подогрева .с упорным подшипником 25, воды при испытаниях мерзлых грунтов с 10 . Накопитвль20выполнен в видестаканэ раствплением, а при испытании просэдных 26 и раструба 27, а шнек 19 имеет переменгрунтов с замачиванивм колонна обсадных ный диаметр по высоте. При бурении водотруб может быть выполнена в виде секций насыщенных песков и текучих глин перфорированных труб.: . на«обитель 20 удерживает грунт от истечетаким образом использование изобре- 15 ния вниз, обеспечивая рейсовое бурение с . тения кроме решения указанных задач по- извлечением грунта на поверхность, зволяет расширить диэпазой иссдвдуемых Бурение плотных грунтов при наличии грунтов различной плотности, .расположен- «рупнообломочного материала осуществляных в различных переменных условиях по ютпородоразрушающиминструментом 28с влажности, температуре и текстуре. 20 регулируемым диаметром бурения, достигаНа фиг. 1 изображена колонна обсад- емым наружного диаметра башмака 6, ныхтрубсоштамповыминиппедями,общий - При исследовании мерзлых грунтов вид; на фиг. 2 —; секция нагревательных эяе.- производят их предварительное растеплементов в обсадной трубе, общий.вид; на фиг; ние.,для чего йспопъзуют сменный исполни3 — исполйительный орган со сменным нэко- 25 тельный орган, выполненный в виде секций нвчником, выполненным в виде.иногосвк- изнагревэтеаьных элементов 29, соединен.ционной прессиометрической подвески а нмх кабелем ЗО и размещенных внутри «освободной буровой скважине, общий вид; вюнны обсадных труб 1, которая при на фиг, 4 — то же, в колоние обсадных труб испытаниях просэдочных грунтов с замачиобщий вид; на фиг,5 — исполнвтвльныйор- Зо фэнивмаыйолняетсяперфорированной. ган со сменным наконечником, выполнен- Устройство работает следующим обрэн ым в виде породоразрувающвго. вам;, .инструмента, размещенного в колонне об- Восле предварительной проходки лидисэдных.труб.,: . рующей скважины глубиной около 1,5 м в

Устройствододержитколоннуобсэдных 35 нвв ощ скэют две обсадные трубы 1 с ниптруб 1, состоящих из секций, соединенных. пелем 2 и через пару резьбовых втулок 23, между собой ниппелями 2, оснащу»виными 24 исполнительный орган 17, выполненный штампами 3, установленными герметично в аиде породорэзруаающего инструмента черезупругийэлемент4. Наверхнвм ннов- 28 со енеком 19 и накопителем 20 и с поле имеются направляющие пазы 5, э нэ тор- 40 мощью буровой. установки осуществляют це нижнего ниппеля — башмак 6. Сменный бурение, в щюцвссв которого подвеска 21, исполнительный орган 7 имеет наконечник, выполненная в аиде колонны бурового инсвыполненный в виде многосвкционной.сис- трументэ, погружается до заданной отметки темы лопастных прессиометрови подвеску . массива совместно с колонной обсадных

8. Каждый прессиометр системы содержит 45 труб 1. 8 мягких грунтах и неплотных песках

«орпус 9 с подвижными жесткими- штампа- торец башмака 6 опережает нижнюю режуми 10, датчиком перемешения 11 и негру- .- щую плоскость породоразрушающего инстэочным возвратно-ограничительным, румента 18 на величину h, исключая приспособлением 12. Лопастные прессио- сводообраэование или оплывание грунта метры соединены между собой электрогид- 50 при его извлечении. Величину h устанавлиравяической связью 13, фиксатор выполнен вают с помощью регулирования втулок 23. в виде захватов 14 и установлен на подвескв 24, В плотных грунтах из-зэ больших сопро,8исполнительногооргана7. Система нагру- тивлений погружению в массив башмака б жения выполнена в виде общей магистрали величину h уменьшают с помощью регули15. совмещенной с подвеской 8. 13 и кабе- 55 рования втулок 23, 24, обеспечивая норлем, проходящей через каждый иэпрессио- мэльный процесс совместного погружения метров, а система измереНия — в виде колонн обсадных труб 1 и исполнительного . датчиков 11 перемещения, соединенных органа 17. В грунтах плотных и с крупными электрической связью 15 с многоканальным включениями используют породоразрушаизмерителем 16. ющий инструмент 28 с регулируемым диа2002890

20

30 метром бурения, достигающим наружного диаметра башмака 6. Благодаря указанным возможностям после извлечения из обсадных труб 1 исполнительного органа 17 грунтовый массив сохраняет свое природное напряженное состояние, так как обсадная труба 1 и сам процесс бурения исключают возможность оплывания, размягчения или сводообразования. что существенно повышает качество и точность результатов самих испытаний грунта на деформацию и прочность.

Процесс бурения и погружения колонйы обсадных труб 1 целесообразно осуществлять.на полную или возможно большую глубину исследуемого грунтового массива путем последующих наращиваний обеих колонн 1, 17 и извлечения разрушенного грунта на поверхность. При достижении . максимально возможной глубины бурения и обсаживания скважины извлекают исполнительйый орган 17. Для проведения испытаний опускают исполнительный орган 7 на подвеске 8 с многосекционной прессиометрической системой в обсадную трубу 1 на глубину, олизкую к направляющим пазам 5. . При вхождении последнего прессиометра в зону верхнего ниппеяя 2 захваты 14 автоматически ориентируются в направляющих пазах 6, при этом штампы 10 прессиометров устанавливаются найротив штампов 3 ниппелей 2, так как расстояния между прессиометрами и штампами ниппелей совпадают, после чего дальнейшее опускание прессиометра прекращается, что указывает на возможность проведения опыта. При йодаче давления во все прессиометры исполнительного органа 7 по единой, магистрали 15 происходит раздвижение штампов 10 прессиометров; которые взаимодействуют со штампами 3 wnneneA 2, выдвигая их в грунтовый массив. При этом благодаря жесткой системе штампов прессиометра строго обеспечивается плоскопараллельное движение штампов 10 прессиометра вместе со штампами 3 ниппелей 2, исключая возможные перекосы штампов 3 из-за наличия в грунте твердых включений и различной плотности. В процессе опыта со ступенчатым или непрерывным нагружением фиксируют перемещение штампов 3 и 10 датчиками перемещений 11, вмонтированными в каждый прессиометр с помощью стандартной многоканальной электронной системы 16 через кабель 15, что дает возможность по этим параметрам определить характеристику деформируемости грунта— модуль его деформации по стандартной методике.

Доведя опыт до значений деформаций, соответствующих разрушению грунта, определяют прочностные его характеристики, .пользуясь теми же известными рекомендациями.

Окончив первую серию опытов, извлекают прессиометрическую систему, производят последующее бурение с обсаживанием, углубляясь на новую заданную глубину, и осуществляют новую серию опытов с изложенной выше последовательностью.

Изобретение позволяет проводить одновременно несколько опытов па высоте колонны обсадных труб 1 в зависимости от количества в секции прессиометров и взаимодействующих с ними ниппелей 2. При необходимости более частого опробования грунтового массива достаточно поднятия колонны обсадных труб 1 на полуторную высоту штампов 3, что обеспечивает испытание всей толщи практически непрерывно.

Многосекционная прессиометрическэя система может быть использована для испытания грунтов в свободной, не обсаженной скважине с устойчивыми стенками без спуско-подьемных операций и йспользования работы захватов 14, которые предварительно убираются и фиксируются в своих направляющих, Испытания мерзлых грунтов с оттаиванием проводят следующим образом. Пробурив скважину в мерзлом грунте на полную глубину обследования, свободно опускают ц нее колонну обсадных труб 1 со ш амповыми ниппелями 2, заполняют ее водой. и с помощью опущенных в нее секций нагревательных элементов 29 прогревают жидкость до заданной температуры, выдерживая ее до полного растепления грунтовой зоны вокруг колонны обсадных труб 1, После этого приступают к испытаниям грунтов с помощью лопастных прессиометров через штампы 3 ниппелей 2 с описанной выше последовательностью, Для оценки свойств грунтов в мерзлом состоянии процесс испытаний осуществляют перед растеплением в свободной скважине без использования колонны обсьдных труб, применяя дополнительные накладки, устанавливаемые на штампы 9, 10.

Методику испытания мерзлых грунтов с растеплением используют также для оценки механических свойств просад.грунтов с замачиванием, применяя при этом перфорированные обсадные трубы, позволяющие теплой воде ускорено проникать в затрубную грунтовую зону. После водонасыщения этой зоны осуществляют испытания замоченного просадочного грунта с той же по2002890 следовательностью. Толщину просадочного грунта предварительно испытывают в сухом, не замоченном состоянии в свободной скважине с целью сопоставления данных по деформируемости и прочности.до и после 5 замачивания.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что наконечник сменного исполнительного органа выполнен в виде пародоразрушающего инструмента со шнеком и накопителем, а фиксатор - в виде пары резьоовых втулок с упорным подшипни15 ком, при этом шнек соосно размещен в накопителе и жестка соединен с подвеской исполнительного органа, а накопительпосредством подшипника, причем пара резьбовых втулок установлена на подвеска

20 исполнительного органа с возможностью взаимодействия с колонной обсадных труб.

4. Устройство по п.З, отличающееся тем, что накопитель выполнен в виде стакана с раструбом, а шнек имеет переменный диаметр по высоте.

5. Устройство по ri,Ç, отличающееся тем, что породоразрушающий элемент выЗ0,полнен регулируемым по диаметру бурения.

6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что сменный исполнительный орган выполнен в виде секций нагревательных

З5,элементов для подогрева воды при испыта ниях мерзлых грунтов с растеплением.

7. Устройство по п.6, отличающееся

:тем, что колонна обсадных труб для испы40 тания просадочных грунтов выполнена иэ секций перфорированных труб.

Формула изобретения

1, УСТРОЙСТВО ДЛЯ .ИСПЫТАНИЯ

ГРУНТОВ, содержащее исполнительный орган, выполненный в виде наконечника с подвеской, систему нагружения и измерения, отличающееся тем, что оно снабжено дополнительными исполнительными органами, фиксаторами и секциями обсадных труб, при этом дополнительные исполнительные органы выполнены сменными, секции обсадных труб соединены между собой в колонну ниппелями, имеющйми штампы и направляющие пазы, а фиксатор размещен на подвеске исполнительного органа. .2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что наконечник сменного исполнительного органа выполнен в виде многосекционной системы лопастных прессиометров, соединенных между собой электрогидравлической связью и оснащенных жесткими штампами, взаимодействующими со штампами ниппелей обсадных труб, фиксатор выполнен в виде захватов, система нагружения - 8 виде общей магистрали, проходящей через каждый из пуессиометров, а система измерения s виде датчиков перемещения штампов, размещенных на каждом из прессиометров и соединенных электрической связью с многоканальным измерителем. (56) Патент Франции М 1117983, кл. Е 02 О 1/00, 1955.

Авторское свидетельство СССР

М 1357496, кл, Е 02 D 1/00, 1985.

Авторское свидетельство СССР

М 1262002, кл. Е 02 D i!00, . Ч4, . 2002890

I

Фи . Z

2002890

Составитель Л.Амарян

Редактор Н.Федорова Техред М.Моргентал Корректор E.Ïàïï

Тираж Подписное

НПО "Поиск" Роспатента

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб.. 4/5

Заказ 3221 с

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул:Гагарина, 101