УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЙ В ГРУНТЕ
DEVICE FOR MEASURING STRESSES IN THE GROUND

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.