Устройство для статического зондирования грунта

 

Изобретение относится к области исследования свойств морских грунтов в условиях их естественного залегания методом статического зондирования при инженерно-геологических изысканиях под строительство сооружений на шельфе и позволяет повысить точность зондирования. Устройство содержит погружное устройство 1, силовой механизм 2 в виде гидроцилиндра двустороннего действия, анкерный механизм 3, глубиномер 4, датчики 6 и 7 соответственно лобового сопротивления и трения грунта, датчик 10 расхода, преобразователь 11 импульсов, формирователь 12 импульсов, элементы И 13 и 14, делитель 15 частоты, регистраторы 16 и 17. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

Ш 4 Е 02 Р 1 00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4328905/23-33 (22) 17.11.87 (46) 15.11.89. Бюл. № 42 (7l) Всесоюзное морское научно-производственное объединение «Союзморинжгеология» (72) А. И. Дорофеев и А. Г. Вехтер (53) 624.131.431.2 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 988976, кл. Е 02 D 1/00, 1980.

Авторское свидетельство СССР № 1247463, кл. Е 02 D 1/00, 1986.

„„SU„„1521827 A 1

2 (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ СТАТИЧЕСКОГО

ЗОНДИРОВАНИЯ ГРУНТА (57) Изобретение относится к области исследования свойств морских грунтов в условиях их естественного залегания методом статического зондирования при инженерногеологических изысканиях под строительство сооружений на шельфе и позволяет повысить точность зондирования. Устройство содержит погружное устройство 1, силовой механизм 2 в виде гидроцилиндра двухстороннего действия, анкерный механизм 3, глубиномер 4, датчики 6 и 7 соответственно лобового сопротивления и трения грунта, датчик 10 расхода, преобразователь 11 импульсов, формирователь 12 импульсов, элементы И 13 и 14, делитель 15 частоты, регистраторы 16 и 17. 2 ил.!

521827

Изобретение относится к исследованию свойств морских грунтов в условиях их естественного залегания методом статического зондирования при инженерно-геологических изысканиях под строительство сооружений на шельфе.

Целью изобретения является повышение точности зондирования.

На фиг. 1 представлена структурная блоксхема устройства; на фиг. 2 — временные диаграммы работы блоков. 10

Устройство содержит погружное устройство 1, силовой механизм 2 в виде гидроцилиндра двухстороннего действия, предназначенный для вдавливания измерительного

: онда в грунт, анкерующий механизм 3, Предназначенный для фиксации погружного устройства в обсадных трубах буровой скважины на ее забое и восприятия усилия реакции грунта при задавливании измерительного зонда, глубиномер 4 в виде концевого переключателя, предназначенный 20 для подачи сигналов в моменты начала .и конца хода штока силового механизма, измерительный зонд 5 с датчиками 6 и 7 соответственно лобового сопротивления и трения грунта, предназначенными для определения механических характеристик грунта в процессе зондирования; гидравлическую линию 8, предназначенную для подачи гидравлической жидкости под рабочим давлением к силовому механизму, электрическую линию 9 связи, дат- 30 чик 10 расхода гидрожидкости, преобразователь 1 импульсов, формирователь 12 импульсов с элементами И 13 и 14 и дели. телем 5 частоты, предназначенный для формирования из последовательности импульсов

íа выходе преобразователя 11 импульсов по сигналам от глубиномера 4 импульсных последовательностей во временных интервалах, соответствующих циклам вдавливания измерительного зонда в грунт, первый 16 и второй 17 регистраторы с импульсным 18 и измерительными 19 и 20 входами, вывод 21 электрической линии 9 связи, предназначенный для соединения выхода глубиномера 4 с входом делителя 15 частоты импульсов и элемента И 13.

Временные диаграммы фиг. 2 отражают 4 последовательность 22 синхронизирующих импульсов на выходе глубиномера 4, последовательность 23 импульсов на выходе делителя частоты 15, последовательность 24 импульсов на выходе элемента И 13, последовательность 25 импульсов на выходе э0 преобразователя импульсов 11, последовательность 26 импульсов на выходе элемента И 14.

Устройство работает следующим образом.

Погружное устройство 1 на тросе опускают на забой скважины, обсаженной 5 обсадными трубами, затем в поршневую полость гидроцилиндра силового механизма

2 по гидравлической линии 8 связи нагнетают рабочую жидкость от гидропри во

Д да (не показан), измерительный зонд 5 начинает вдавливаться в грунт и одновременно за счет усилия реакции грунта происходит анкеровка погружного устройства при помощи анкеруюц его механизма 3 в обсадной трубе, при вдавливании измерительного зонда 5 в грунт производятся измерения механических свойств грунта датчиками лобового сопротивления грунта 6 и бокового трения грунта 7, измерительные данные передаются по электрической линии 9 связи на измерительные входы 19 и 20 соответствующих регистраторов 16 и 17, после окончания рабочего хода штока гидроцилиндра, о чем свидетельствует сигнал уровня «О» на выходе глубиномера 4, жидкость направляют в штоковую полость гидроцилиндра силового механизма 2 и осуществляется холостой ход, при котором происходит разанкеровка анкерующего механизма 3 и сборка погружного устройства 1 в исходное состояние, о чем свидетельствует замыкание концевого переключателя глубиномера 4 и переключение его выходного сигнала с уровня

«1» на уровень «О», после чего производится следующий цикл вдавливания измерительного зонда 5 в грунт, таким образом измерительный зонд 5 ступенчато вдавливается в грунт на всю длину. Следовательно, каждой ступени вдавливания измерительного зонда 5 в грунт соответствуют следующие циклы функционирования погружного устройства 1 (см. фиг. 2); анкеровка в скважине, рабочий ход штока гидроцилиндра (вдавливание зонда в грунт), разанкеровка в скважине, обратный ход штока гидроцилиндра. На всех этапах циклического зондирования при помощи датчика 10 расхода гидравлической жидкости производится измерение величины расхода и преобразование сигнала в преобразователе 11 импульсов, при подаче которых на импульсные входы регистраторов 6 и 17 в цикле вдавливания зонда 5 в грунт обеспечивается регистрация измерительных данных в функции частоты следования импульсов преобразователя 11 импульсов, при этом обеспечивается протяжка ленты регистратора синхронно с поступлением информации о глубине в следующей зависи мости:

1 1

1,р — Ki) 1; (t) dt —, K )V(t) dt= — Кз !т" »!:. ° где 1 „., — величина протяжки ленты регистраторов;

1„.„(t) — функция изменения частоты следования импульсов на на выходе преобразователя

11 имп льсов;

V(t) — функция изменения расхода жидкости в гидросистеме; — глубина зондирования;

Ki, К, Кз — масштабирующие коэффициенты; — время зондирования.

15218

Формула изобретения

Начало и конец - цикла как рабочего хода штока - гидроцилиндра, так и обратного хода штока гидроцилиндра соответственно фиксируются сигналами от глубиномера 4, выражающимся в переключении уровня его выходного напряжения с «О» на «1» и обратно в «О», что соответствует последовательности 22 импульсов (фиг. 2). Последовательность 22 импульсов от глубиномера 4 поступает на первый вход элемента И 13 и одновременно 10 через делитель на два — на его второй вход. Так как одной ступени вдавливания зонда соответствует два цикла работы установки (рабочий и- обратный ход штока гидроцилиндра), делитель 15 частоты на два по выходу формирует временную последовательность 23 импульсов, соответствующую ступеням вдавливания зонда в грунт. При поступлении последовательности 22 импульсов, отображающей циклы работы установки, и последовательности 20

23 импульсов, соответствующей ступеням вдавливания зонда., на входы элемента И

13 после выполнения операции конъюнкции формируется последовательность 24 сигналов, уровень «1» которых соответствует временным интервалам, относящимся к рабочим ходам штока. Этим выделяются временные интервалы поступления импульсов, соответствующие рабочему ходу штока гидроцилиндра.

Взаимосвязь выхода элемента И 13 с щ входом элемента И 14 обусловливает то, что импульсы 24 являются разрешающими сигналами для прохождения импульсов 25 через элемент И 14 от преобразователя 1 1 импульсов, функционально выражающих линейное перемещение штока 35 гидроцилиндра. После выполнения операции конъюнкции над последовательностями

24 и 25 на выходе элемента И формируется последовательность 26 импульсов, сопряженных только с циклами рабочего хода штока гидроцилиндра, и таким об- 40 разом на импульсные входы регистраторов 16 и 17 поступает в виде последовательности 26 импульсов информация о глубине пенетрации только при вдавли27

6 вании пенетрационного зонда в грунт одновременно с поступлением на регистраторы 16 и 17 (на их аналоговые входы) полезной информации от измерительных датчиков, в частности о величине лобового сопротивления грунта К и бокового трения Т.

Синхронность поступления значений измеренных величин R и Т и значений. соответствующей глубины внедрения пенетрационного зонда обеспечивает однозначность их соответствия — однозначность их взаимной привязки, что обеспечивает повышение достоверности получаемых данных о свойствах грунта благодаря устранению вероятных значений R и Т с соответствующей глубиной зондирования.

Устройство для статического зондирования грунта, содержащее погружное устройство с гидравлическим силовым механизмом для циклического вдавливания зонда в грунт, с анкерующим механизмом, с глубиномером и с измерительным зондом, состоящим из датчиков лобового сопротивления и бокового трения грунта, отличаюи1ееся тем,, что, с целью повышения точности зондирования, оно снабжено датчиком расхода гидравлической жидкости, преобразователем импульсов, первым и вторым элементам И, делителем частоты импульсов, первым и вторым регистраторами, причем выход глубиномера подключен к одному входу первого элемента И и входу делителя частоты импульсов, выход которого соединен с другим входом первого элемента И, выход которого соединен с одним входом второго элемента И, другой вход которого соединен с выходом преобразователя импульсов, вход которого соединен с датчиком расхода, выход второго элемента И соединен с одними входами регистраторов, другой вход первого регистратора соединен с датчиком лобового сопротивления грунта, а другой вход второго регистратора соединен с датчиком бокового трения грунта.

1521827

i="!

Фиг.2

Составитель А. Кузнецов

Редактор Т. Лазоренко Техред И. Верес Корректор T. Малец

За к аз 6899/27 Тираж 589 Подписное.

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат «Патент», г. Ужгород, ул. Гагарина. 101

Сигналы на

Выкоде глуЕиноие а Ф

Сигналим на

6ы/годе делип еng uacmomri 15

Сигналы иа Уюоде &дорого лога еского олРмента И 1о

Сигналы на byaPe датчика июпупыК ff

Сигналы на Еы.оде 77е бого логицескогс зпеиента „И" 14

l ф) 4