Устройство для измерения напряжений в грунте

Авторы патента:

E02D1/02 - Основания и фундаменты; котлованы; насыпи (для гидротехнических сооружений E02B); подземные и подводные сооружения

Владельцы патента RU 2756503:

Кятов Нурби Хусинович (RU)

Изобретение относится к измерительной технике, предназначено для измерения напряжений в грунтах и может быть использовано в строительстве, экспериментальных исследованиях. Технический результат состоит в повышении точности и достоверности определения напряжений в грунте. Технический результат достигается тем, что устройство для измерения напряжений в грунте содержит корпус, приемный поршень, измерительную мембрану, гидравлический преобразователь, кабель, тензорезистор, расположенный на измерительной мембране, причем приемный поршень выполнен с кольцевой выточкой, выполненной на наружной поверхности поршня и заполненной эластичным материалом, при этом корпус выполнен овальным в виде сплюснутого эллипсоида. 2 ил.

Изобретение относится к измерительной технике, предназначено для измерения напряжения в грунтах и может быть использовано в строительстве, экспериментальных исследованиях.

Известно устройство [1], состоящее из корпуса, передающего элемента, крышки, двух упругих мембране тензорезисторами, жестко закрепленных по концам в корпусе и посередине к передающему элементу при помощи кольца. В передающем элементе и мембране имеются сквозные отверстия для натяжного винта, упругих прокладок.

Известно устройство [2], состоящее из металлического корпуса, нижней (рабочей) и верхней (защитной) крышек и прокладок. Корпус и рабочая крышка выполнены в виде прямых толстостенных круговых цилиндрических стаканов, а их дно в виде упругих мембран. На мембрану корпуса с внутренней стороны стакана наклеены тензодатчики, а сверху корпус закрыт плоской защитной крышкой с круговой прокладкой, образуя воздушное пространство. Между корпусом и расположенной снизу рабочей крышкой установлена кольцевая прокладка. Пространство между рабочей крышкой и корпусом заполнено гидравлической жидкостью.

Известные устройства [1, 2] для измерения напряжений в грунте имеют индивидуальные эксплуатационные и конструктивные возможности.

За прототип изобретения принят наиболее близкий к предлагаемой конструкции известное устройство - преобразователь давления грунта ПДМ-70/11 (месдоза) конструкции ЦНИИСК ([3] с. 42), содержащее корпус, приемный поршень, измерительную мембрану, гидравлический преобразователь, кабель, тензорезистор, расположенный на измерительной мембране, причем приемный поршень выполнен с кольцевой выточкой, выполненной на наружной поверхности поршня и заполненной эластичным материалом.

Недостатком этого устройства является низкая точность и достоверность определения напряжений в грунте естественного сложения, так как в процессе вдавливания цилиндрического устройства в грунт по заранее образованной лидирующей полосе [4], распределение контактных давлений по площади рабочей зоны устройства не равномерно, так как известно ([5] с. 551), что при расширении круговой трещины в виде близкой к прямоугольной приложенная внутренняя сила действует на трещину сжимающим образом, но вблизи края трещины она действует разрывающим образом, причем у самого края круговой трещины она обращается в бесконечность. Поэтому вблизи края устройства из-за избыточных напряжений развиваются зоны предельных состояний, что оказывают влияние на величины определяемых напряжений в грунте.

Техническая задача предлагаемого устройства для измерения напряжений в грунте состоит в повышении точности и достоверности определения напряжений.

Поставленная задача решается таким образом, что в устройстве для измерения напряжений в грунте, содержащее корпус, приемный поршень, измерительную мембрану, гидравлический преобразователь, кабель, тензорезистор, расположенный на измерительной мембране, причем приемный поршень выполнен с кольцевой выточкой, выполненной на наружной поверхности поршня и заполненной эластичным материалом, согласно изобретению, корпус выполнен овальным в виде сплюснутого эллипсоида.

Технический результат заключается в повышении точности и достоверности определения напряжения в грунте за счет конструктивного решения корпуса устройства овальным в виде сплюснутого эллипсоида и тем самым обеспечения равномерного распределения контактного давления по площади рабочей зоны устройства, где расположен приемный поршень, так как известно ([5] с. 547), что при равномерном давлении в круговой трещине трещина расширяется и принимает эллипсоидальную форму.

На фиг. 1 представлен разрез устройства для измерения напряжений в грунте; фиг. 2 - a-а фиг. 1.

Устройство включает корпус 1, приемный поршень 2, измерительную мембрану 3, гидравлический преобразователь 4, кабель 7, тензорезистор 5, расположенный на измерительной мембране 1, причем приемный поршень 2 выполнен с кольцевой выточкой, выполненной на наружной поверхности поршня 2 и заполненной эластичным материалом 6.

Устройство для измерения напряжений в грунте работает следующим образом.

Для измерения напряжения в грунте основания естественного сложения и обеспечения полного контакта между устройством и грунтом из шурфа пробуривают шпур и продавливают лидерную полосу до проектного положения устройства для измерения напряжений с помощью специального приспособления в виде металлической полосы с поперечным сечением в виде сплюснутого эллипса и овальным концом в виде сплюснутого эллипсоида размером равным размеру устройства для измерения напряжений в грунте. В процессе вдавливания устройства для измерения напряжений в грунт по лидирующей полосе приемный поршень 2 воспринимает дополнительное давление упругого отпора грунта. После установки устройства для измерения напряжений и тщательной тампонировки шпура и лидерной полосы грунтом местного минерального и физического состава, проводится наблюдение за показанием устройства для измерения напряжений и после условной стабилизации напряжений фиксируют начальные показания.

При передаче нагрузки на штамп (фундамент) в грунте основания возникают напряжения и на приемную поршень будет действовать не измененное цилиндрической формой устройства [3], а максимально приближенное к равномерному давление, определяемое напряжениями на его поверхности, так как корпус устройства для измерения напряжений имеет эллипсоидальную форму в виде сплюснутого эллипсоида. Это давление посредством гидравлического преобразователя 4 передается на измерительную мембрану 3, вызвав ее деформацию, которая измеряется при помощи тензорезистора 5.

Технический результат, заключающийся в повышении надежности и достоверности измерения напряжения в грунтах, обеспечивается за счет конструктивного решения корпуса устройства для измерения напряжений в виде сплюснутого эллипсоида и тем самым обеспечения равномерного распределения напряжений по поверхности приемного поршня.

Источники информации

1. Патент РФ RU 2031197 С1 от 11.03.1991.

2. «Месдоза для измерения напряжений в грунте при различных воздействиях на грунт» http://studopedia.su/16_56502_mesdoza.html.

3. Аникьев А.А. Упрочнение оснований ленточных фундаментов наклонными щебеночными элементами, выполненными в пробитых скважинах. Канд. диссертация, М.: НИИОСП, 2019. - 131 с.

4. Способы установки месдоз http://stroyfirm.ru/articles/grunt69.html.

5. Снеддон И. Преобразования Фурье. - М.: Изд. Иностранной литературы, 1955. - 670 с.

Устройство для измерения напряжений в грунте, содержащее корпус, приемный поршень, измерительную мембрану, гидравлический преобразователь, кабель, тензорезистор, расположенный на измерительной мембране, причем приемный поршень выполнен с кольцевой выточкой, выполненной на наружной поверхности поршня и заполненной эластичным материалом, отличающееся тем, что корпус выполнен овальным в виде сплюснутого эллипсоида.

Группа изобретений относится к области строительства, а именно к лабораторным исследованиям грунтов, и может быть использована для определения прочностных характеристик мерзлых грунтов и грунтовых растворов. Способ приготовления образцов с цементно-песчаным раствором для определения сопротивления сдвигу по поверхности смерзания с фундаментом и по грунту включает заполнение формы для срезного прибора цементно-песчаным раствором, материалом фундамента или грунтом, охлаждение полученных образцов до заданной температуры, герметизацию и хранение их до начала испытаний.

Способ определения усадки двухфазных глинистых грунтов // 2755469

Изобретение относится к грунтоведению, а именно к способам определения усадки глинистых грунтов при высыхании. Техническим результатом является упрощение способа определения и контроля усадки двухфазных глинистых грунтов.

Способ определения набухания двухфазного глинистого грунта // 2755466

Изобретение относится к грунтоведению, а именно к способам определения набухания глинистых грунтов при их увлажнении. Техническим результатом является упрощение способа определения набухания двухфазных глинистых грунтов.

Устройство для определения коэффициента оттаивания многолетнемёрзлого грунта // 2754094

Изобретение относится к строительству и может быть использовано для определения просадок многолетнемёрзлых грунтов при их оттаивании. Устройство для определения коэффициента оттаивания многолетнемёрзлых грунтов, включающее котлован, площадью А, м2, назначаемой в зависимости от глубины h2, м, определения коэффициента оттаивания, коэффициента бокового давления оттаявшего грунта ξ, угла внутреннего трения ϕ, град., оттаявшего грунта по приведенной формуле, с выделенным целиком-столбом грунта площадью А, м2, отделенным от окружающего грунта посредством пробуренных и часто расположенных скважин.

Прибор для определения деформационных и прочностных свойств грунтов // 2753244

Изобретение относится к строительству применительно к определению деформационных и прочностных свойств грунтов. Прибор содержит гильзу для образца грунта, перфорированные днище и поршень, механизм нагружения поршня, по меньшей мере, два размещенных в поршне штампа, составленных из втулок, вставленных друг в друга, и механизм нагружения штампов.

Штамп для определения деформационных свойств грунтов // 2751302

Изобретение относится к строительству и, в частности, к устройствам для определения деформационных свойств грунтов. Штамп для определения деформационных свойств грунтов включает плоский диск с ребрами жесткости, стол для установки домкрата.

Способ испытания грунтового основания сваей // 2750919

Изобретение относится к строительству, а именно к способам испытания свай статической нагрузкой. Способ испытания грунтового основания сваей включает приложение на модельную сваю вдавливающей силы, непрерывно возрастающей с постоянной скоростью, синхронную регистрацию вдавливающей силы, времени ее приложения и осадки сваи с шагом 0,005 мм осадки сваи, причем в качестве модельной сваи используют натуральную буронабивную сваю в фундаменте сооружения, на нижнем конце модельной сваи размещают датчик давления грунта, на боковой поверхности модельной сваи размещают измерители вертикальной деформации грунта относительно боковой поверхности сваи и на уровнях измерителей размещают глубинные марки по замкнутому контуру в плане радиусом 1-2 диаметра сваи от оси сваи, в направлениях от оси модельной сваи на соседние рабочие сваи в данном свайном фундаменте, при этом дополнительно регистрируют вертикальную деформацию грунта относительно боковой поверхности сваи, вертикальные перемещения глубинных марок, давление грунта под нижним концом сваи синхронно регистрации осадки сваи с шагом 0,005 мм осадки сваи, а после достижения конечного значения вдавливающей силы при ее постоянной величине до стабилизации осадки модельной сваи по условию 0,005 мм/ч синхронно регистрируют осадку сваи, время ее регистрации, вертикальные деформации грунта относительно боковой поверхности сваи и вертикальные перемещения глубинных марок во всех уровнях их размещения и давление грунта под нижним концом сваи синхронно осадке сваи с шагом 0,005 мм осадки сваи.

Способ определения прочности смерзания грунта // 2749226

Изобретение относится к строительству, а именно к исследованию прочностной характеристики мерзлого грунта, и может быть использовано в инженерной геологии при исследовании свойств грунтов до начала строительства, а также при реконструкции зданий и сооружений. Способ определения прочности смерзания грунта включает размещение исследуемого грунта в форме, их промораживание, прикладывание продавливающего усилия и фиксацию усилия среза образца грунта по образцу материала фундамента.

Способ проведения инженерно-геологических и геотехнических изысканий // 2748876

Изобретение относится к области строительства и предназначено для инженерно-геологических и геотехнических изысканий, проводимых при проектирования оснований объектов капитального строительства. Способ проведения инженерно-геологических и геотехнических изысканий с помощью измерительно-вычислительного комплекса, содержащего буровую установку, компьютер, механизм силового нагружения, устройства для полевых испытаний грунтов, программные средства обработки данных измерений и управления механизмом силового нагружения, корреляционные зависимости между параметрами испытаний и характеристиками грунтов.

Способ испытания грунтового основания сваей // 2745499

Способ выбора конфигурации и размеров геодезических сетей при геодинамическом мониторинге на объектах освоения недр // 2757387

Способ относится к отраслям добывающей и строительной промышленности, может быть использован при геодинамическом мониторинге территорий и предназначен для отслеживания и прогноза опасных геодинамических процессов, вызванных деятельностью человека. Способ выбора размеров и конфигурации геодезических сетей при геодинамическом мониторинге на объектах освоения недр включает определение ширины зон динамического влияния разломов, создание наблюдательных систем с закрепленными опорными и рабочими пунктами на геодинамическом полигоне. Размер геодезических сетей на участках их пересечения с зонами динамического влияния разломов выбирают не менее ширины зон влияния разломов, увеличенный на двойное расстояние между реперами. Конфигурацию геодезических сетей выбирают с условием размещения опорных пунктов твердых сторон в каждом из крыльев разломов за пределами их зон динамического влияния. Технический результат состоит в снижении затрат на наблюдения за сдвижением земной поверхности по пунктам геодинамического полигона, повышении достоверности получаемых данных. 1 ил.