УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОВЕРКИ СТОЙКОСТИ ГРУНТОВ К ПРОСАЧИВАНИЮ ЧЕРЕЗ НИХ ГАЗА "ЛИТОС" (ВАРИАНТЫ)

Предложенная полезная модель относится к средствам для оценки состояния грунтов с позиции обеспечения ими возможности препятствовать просачиванию через них газа.
Наиболее близким к предложенному техническому решению является устройство для определения пористости и газопроницаемости такого вида грунта как горная порода, раскрытое в описании к заявке на изобретение RU 94018919 А1, опубликованном 10.04.1996, МПК-7 G 01 N 15/08. Указанное устройство содержит электросекундомер, измерительный пресс с микропереключателями и электроприводом, регулятор давления, выход которого подсоединен к кернодержателю с испытываемым образцом, две емкости, одна из которых выполнена в виде пресса двойного действия с разгруженным поршнем, входное и выходное окна которого сообщены между собой через запорный вентиль и подсоединены к входу регулятора давления и источнику давления, а вторая сообщена с первой через уравнительный вентиль и подсоединена к измерительному прессу. К рабочей камере пресса двойного действия и второй емкости подсоединены две камеры, разделенные упругим элементом, несущим нуль-орган, управляющий работой электродвигателя. Электросекундомер включается при закрытии уравнительного и запорного вентилей и останавливается по сигналу от микропереключателя в конце хода поршня измерительного пресса. Диапазон измеряемых расходов определяется соотношением рабочего объема пресса двойного действия и второй емкости, а искомый расход измеряют по времени полного хода поршня измерительного пресса при данном соотношении объемов рабочей камеры и емкости.
Недостатком такого устройства является сложность его конструкции, кроме того наличие в составе устройства двух вентилей может способствовать незапланированному проникновению в емкости устройства
газа из окружающего пространства, что снижает точность соответствующих измерений.
Техническим результатом от реализации предложенной полезной модели является то, что она позволяет обеспечить высокую чувствительность измерений стойкости грунтов к просачиванию через них газа без усложнения конструкции предложенного средства измерения.
С этой целью по первому варианту своего конструктивного исполнения устройство для проверки стойкости грунтов к просачиванию через них газа содержит углубленный в исследуемый грунт полый стержень с выполненными в нем радиально ориентированными отверстиями для поступления содержащегося в грунте газа внутрь полого стержня, устройство для создания вакуума и электронное устройство непрерывного измерения давления газа, скорости его изменения и времени проведения испытаний, при этом внутренняя часть полого стержня, электронное устройство непрерывного измерения давления газа, скорости его изменения и времени проведения испытаний, и устройство для создания вакуума последовательно сообщены между собой посредством единой пневматической линии, а устройство для создания вакуума установлено с возможностью создания глубокого вакуума внутри полого стержня на момент начала проверки стойкости грунтов к просачиванию через них содержащегося в исследуемом грунте газа.
А по второму варианту своего конструктивного исполнения устройство для проверки стойкости грунтов к просачиванию через них газа содержит углубленный в исследуемый грунт полый стержень с выполненными в нем радиально ориентированными отверстиями для выхода газа из внутренней части полого стержня, устройство для создания избыточного давления и электронное устройство непрерывного измерения давления газа, скорости его изменения и времени проведения испытаний, при этом внутренняя часть полого стержня, электронное устройство непрерывного измерения давления газа, скорости его изменения и времени проведения испытаний, и устройство
для создания избыточного давления последовательно сообщены между собой посредством единой пневматической линии, а устройство для создания избыточного давления установлено с возможностью создания избыточного давления внутри полого стержня на момент начала проверки стойкости грунтов к просачиванию через них газа, выходящего из внутренней части полого стержня.
На фиг.1 показан общий вид предложенного устройства для проверки стойкости грунтов к просачиванию через них газа по первому варианту своего конструктивного исполнения.
На фиг.2 показан общий вид предложенного устройства для проверки стойкости грунтов к просачиванию через них газа по второму варианту своего конструктивного исполнения.
Предложенное устройство для проверки стойкости грунтов к просачиванию через них газа по первому варианту своего конструктивного исполнения содержит полый стержень 1 с выполненными в нем неравномерно расположенных по его длине радиально ориентированными отверстиями 2 разного диаметра, предназначенными для поступления газа в полость стержня, электронное устройство непрерывного измерения давления газа, скорости его изменения и времени проведения испытаний 3 и устройство для создания вакуума 4. Длина полого стержня 1, высота расположения отверстий 2 в полом стержне 1 и их диаметр определяются квалифицированными инженерами-испытателями, исходя из типа исследуемого грунта на основании справочных сведений о его плотности, обводненности и концентрации газа содержащегося в исследуемом грунте, и последующих компьютерных расчетов. Полый стержень 1 в своем рабочем положении примерно на 3/4 своей длины углублен в исследуемый на газостойкость участок грунта 5. Для того, чтобы указанный полый стержень
1 было удобно забивать в грунт он со стороны своего нижнего конца может быть выполнен немного заостренным.
В качестве электронного устройства непрерывного измерения давления газа, скорости его изменения и времени проведения испытаний 3 использованы объединенные в единый измерительный блок электронный вакуумный манометр 6 (например, дифференциальный манометр электрический марки ДМЦ-01), электронный дифференциатор давления 7, таймер 8, а также средство непрерывной индикации измеряемых величин 9. Для удобства проведения испытаний динамика изменения таких измеряемых величин как мгновенное значение давления газа внутри полого стержня 1 и мгновенное значение скорости его изменения может быть выведена на средство непрерывной индикации измеряемых величин 9 в виде графика функции зависимости их от времени, а текущее время продолжения испытаний - в цифровой форме (как в электронных часах). В настоящее время разрабатывается компактная модификация указанного электронного устройства непрерывного измерения давления газа, скорости его изменения и времени проведения испытаний 3, под маркой «Рентотрон», имеющую возможность взаимодействия с персональным компьютером.
Что же касается устройства для создания вакуума 4, то в качестве него может быть использован любой стандартный вакуумный насос, выпускаемый в настоящее время промышленностью, который способен создать требуемый уровень вакуума внутри полого стержня 1. Так например, в качестве устройства для создания вакуума может быть использован вакуумный насос марки НВ-18.
Электронное устройство непрерывного измерения давления газа, скорости его изменения и времени проведения испытаний 3 и устройство для создания вакуума 4, как это показано на фиг.1, посредством единой пневматической линии 10 последовательно сообщены с внутренней частью полого стержня 1 в его верхней части.
Фактически аналогичную конструкцию имеет и устройство для проверки стойкости грунтов к просачиванию через них газа по второму варианту своего конструктивного исполнения. Единственными его отличиями от устройства по первому варианту является то, что в состав электронного устройства непрерывного измерения давления газа, скорости его изменения и времени проведения испытаний 3 вместо электронного вакуумного манометра 6 входит электронный манометр высокого давления 11, а вместо устройства для создания вакуума 4 соответственно использовано устройство для создания избыточного давления 12, работающее на нагнетание газа. Все остальные конструктивные блоки и связи между ними идентичны соответствующим блокам и связям в устройстве по первому варианту его конструктивного исполнения. В связи с этим второй вариант конструктивного исполнения предложенного устройство в данном разделе описания подробно не рассматривается. Конструкция же подобного устройства приведена на фиг.2.
Описанное выше устройство для проверки стойкости грунтов к просачиванию через них газа работает следующим образом.
Забивают полый стержень 1 в исследуемый на газостойкость грунт примерно на 3/4 своей длины, так чтобы все выполненные в полом стержне 1 отверстия 2 оказались ниже уровня земной поверхности.
1
Согласно первому варианту предложенного устройства из полого стержня 1 посредством устройства для создания вакуума 4 по единой пневматической линии 10 откачивают весь собравшийся внутри полого стержня 1 газ, создавая там тем самым требуемую степень вакуума (порядка 1 кПа). При этом наличие вакуума в полом стержне 1 контролируют посредством входящего в состав электронного устройства непрерывного измерения давления газа, скорости его изменения и времени проведения испытаний 3 электронного вакуумного манометра 6. По достижении заданного давления (степени вакуума) Р в полом стержне 1 устройство для создания вакуума 4 выключают.
1
2
1
1
2
1
Содержащийся в грунте 5 газ начинает постепенно просачиваться через отверстия 2 внутрь полого стержня 1. В результате давление газа внутри полого стержня 1 начинает постепенно увеличиваться, что легко отследить посредством входящего в состав электронного устройства непрерывного измерения давления газа, скорости его изменения и времени проведения испытаний 3 электронного вакуумного манометра 6. При этом с помощью входящего в состав электронного устройства непрерывного измерения давления газа, скорости его изменения и времени проведения испытаний 3 таймера 8 отслеживают время Δt за которое давление в полом стержне 1, начиная с момента отключения устройства для создания вакуума 4, примерно сравняется с атмосферным давлением в окружающем пространстве Р (примерно 100 кПа). Указанный промежуток времени Δt отнесенный к площади поперечного сечения полого стержня 1 S и модулю разности первоначального и установившегося давлений (т.е. Δt/S·|Р-Р|) может рассматриваться в качестве одного из параметров стойкости грунта 5 к просачиванию через него газа. При необходимости указанный параметр может быть при помощи компьютерной программы пересчитан в такой параметр качества исследуемого грунта как его газопроницаемость.
Как было указано выше, предложенное устройство по второму варианту своего конструктивного исполнения фактически идентично по и своей конструкции устройству по первому варианту своего конструктивного исполнения. Единственными его отличиями от устройства по первому варианту является то, что в состав электронного устройства непрерывного измерения давления газа, скорости его изменения и времени проведения испытаний 3 вместо электронного вакуумного манометра 6 входит электронный манометр высокого давления 11, а вместо устройства для создания вакуума 4 соответственно использовано устройство для создания избыточного давления 12, работающее на нагнетание газа. В связи с этим в отличие от такого режима работы предложенного устройства по первому варианту как откачка газа из полого стержня 1, во втором варианте газ в
1
полый стержень 1 напротив нагнетают посредством устройства для создания избыточного давления 12, при этом в полом стержне 1 создается повышенное давление. Наличие в полом стержне 1 высокого давления отслеживают посредством входящего в состав электронного устройства непрерывного измерения давления газа, скорости его изменения и времени проведения испытаний 3 электронного манометра высокого давления 11. По достижении заданного давления P (порядка 2 атмосфер, что примерно равно 200 кПа) в полом стержне 1 устройство для создания избыточного давления 12 выключают.
1
2
2
2
2
2
1
Находящийся в полом стержне 1 под давлением P газ начинает постепенно просачиваться через отверстия 2 через несплошности исследуемого грунта 5 в окружающее пространство. В результате давление воздуха в полом стержне 1 начинает постепенно уменьшаться, что легко отследить посредством входящего в состав электронного устройства непрерывного измерения давления газа, скорости его изменения и времени проведения испытаний 3 электронного манометра высокого давления 11. При этом с помощью входящего в состав электронного устройства непрерывного измерения давления газа, скорости его изменения и времени проведения испытаний 3 таймера 8 отслеживают время Δt, за которое давление в полом стержне 1, начиная с момента отключения устройства для создания избыточного давления 12, примерно сравняется с атмосферным давлением в окружающем пространстве P(примерно 100 кПа). Указанный промежуток времени Δt отнесенный к площади поперечного сечения S полого стержня 1 и модулю разности первоначального и установившегося давлений (т.е. Δt/S·|P-P|) также может рассматриваться в качестве одного из параметров стойкости грунта 5 к просачиванию через него газа.
Применение предложенных двух вариантов заявленного средства измерения позволяет резко повысить уровень технической безопасности для работников строительных служб, работающих с газонасыщенными грунтами.