УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДЕФОРМАЦИЙ ГРУНТА ПРИ СЕЗОННОМ ПРОМЕРЗАНИИ-ОТТАИВАНИИ
DEVICE FOR MEASURING GROUND DISTORTION IN SEASONAL FREEZING AND THAWING

Известен прибор для наблюдения за промерзанием и оттаиванием грунтов, включающий вертикальный стержень, защемленный в грунте ниже глубины промерзания, диски, нанизанные на стержень, и механизм для измерения перемещения дисков (а.с. 125396 СССР, МКИ G01B 7/06, G01W 1/00, 1959 - аналог). Прибор отличается сложностью конструкции из-за большого количества подвижных деталей и как следствие невысокой надежностью работы в грунтовом массиве при отрицательной температуре.
Известно устройство для измерения пучения грунта, включающее пластмассовую обсадную трубу и металлические пластины или кольца, внедренные в грунт на различной глубине с внешней стороны трубы (Голли А.В. Методика измерения напряжений и деформаций в грунтах: Конспект лекций, Л. 1977; Smith M.W., Paterson D.E. Detailed observation on the nature of frost heaving at a field scale. 1989 - прототип). Положение пластин или колец определяется с помощью периодически опускаемого в скважину зонда, работающего по принципу металлоискателя. Недостатком устройства является влияние на результаты измерений смерзания грунта со стенками трубы, а также искажение температурного поля вокруг трубы, а значит, и глубины промерзания, за счет конвекции воздуха в ее внутренней полости.
Общим недостатком двух устройств является невозможность измерения горизонтальных перемещений при промерзании-оттаивании грунта.
Известно, что вектор пучения направлен по нормали к фронту промерзания (Далматов Б.И. Механика грунтов, основания и фундаменты (включая специальный курс инженерной геологии). Л., 1988). Поэтому при расположении устройства на склоне или откосе при пучении наблюдается перемещение грунта не только вверх, но и в горизонтальном направлении.
При оттаивании грунт может медленно смещаться по склону или откосу вниз. Это явление называют солифлюкцией (Жигарев Л.А. Причины и механизм развития солифлюкции, М., 1967).
Горизонтальные перемещения грунта имеют место и при промерзании пучинистого грунта за задней гранью подпорных стен (Невзоров А.Л. Фундаменты на сезоннопромерзающих грунтах. Учебное пособие, М., 2000).
Задачей изобретения является повышение достоверности и надежности получаемых данных и обеспечение возможности измерения горизонтальных перемещений грунтов.
Это достигается за счет того, что внутри трубы установлен шток, соединенный с анкерным стержнем с помощью упругой связи, например пружины, обсадная труба выполнена гофрированной, датчики перемещения закреплены на штоке, а магнитные марки размещены на стенках обсадной трубы.
Изобретение иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 показано его исходное состояние, а на фиг.2 - положение, достигнутое в результате развития вертикальных и горизонтальных деформаций морозного пучения.
Устройство включает в себя вертикальный анкерный стержень 1 с лопастью 2, погруженный в грунт заведомо ниже глубины сезонного промерзания, на котором жестко закреплен диск 3, служащий заглушкой для гофрированной пластмассовой обсадной трубы 4 с кольцами 11, препятствующими сжатию гофр; внутри трубы 4 размещен шток 5, соединенный с анкерным стержнем с помощью упругой связи, например пружины 6; на штоке 5 закреплены датчики магнитного поля 7, служащие для определения положения магнитных марок 8, размещенных на внутренней или наружной поверхности обсадной трубы; датчик крена 9, закрепленный на штоке, служит для определения его отклонения от вертикали в двух плоскостях; внутренняя полость обсадной трубы 4 заполняется теплоизолирующим материалом 10, например гранулами пенополистирола, минеральной ватой и т.д.
Работает устройство следующим образом: при сезонном промерзании пучинистый грунт увеличивается в объеме и вовлекает в движение гофрированную обсадную трубу 4. Гофры трубы растягиваются. Положение в пространстве марок, закрепленных на трубе, определяется датчиками магнитного поля 7. При оттаивании наблюдается обратный процесс осадки грунта, что влечет за собой сжатие гофр трубы и, соответственно, перемещение магнитных марок 8, которое измеряется датчиками 7.
Горизонтальные движения грунта приводят к смещению обсадной трубы, которая за счет растяжения-сжатия гофр является гибкой и не препятствует движению грунта, а также не разрушается в результате этого движения. Шток 5, размещенный внутри трубы и соединенный с анкерным стержнем 1 с помощью упругой связи 6, может отклоняться от вертикали. Наклон штока измеряется с помощью датчика крена 9.
Определив положение магнитных марок 8 относительно датчиков 7 и, зная отклонение штока 5 от вертикали в двух плоскостях, вычисляют величину вертикальных и горизонтальных перемещений грунта.
Предлагаемое устройство благодаря применению гофрированной обсадной трубы и штока, имеющего упругую связь с анкером, растягивается и изгибается при появлении как горизонтальных, так и вертикальных перемещений грунта при сезонном промерзании-оттаивании. Труба не препятствует движению грунта, тем самым не внося погрешности в данные наблюдений. За счет заполнения трубы теплоизоляционным материалом конвекция воздуха внутри нее исключается и температурное поле вокруг устройства не искажается.