УСТРОЙСТВО ДЛЯ СТАТИЧЕСКОГО ЗОНДИРОВАНИЯ ГРУНТА

Полезная модель относится к строительству, а именно к устройствам для исследования физико-механических характеристик грунтов статическим зондированием при инженерно-геологических изысканиях.
Известно устройство для статического зондирования грунтов, состоящее из конуса, муфты трения, тензометрического устройства и штанги, позволяющее измерять удельное сопротивление грунта под конусом зонда и удельное сопротивление грунта на муфте трения /1/.
Данное устройство получило широкое распространение для оценки физико-механических свойств грунтов при инженерно-геологических изысканиях и является наиболее близким к предлагаемой конструкции зонда.
Недостатком этого устройства является то, что в процессе зондирования нельзя измерить давление грунта и поровой жидкости, действующее на боковую поверхность зонда, которое зависит от физико-механических свойств исследуемого грунта и его напряженно-деформированного состояния.
Техническая задача заключается в дополнительном измерении полных давлений грунта, при различных деформациях, измерения порового давления воды и определения эффективных давлений в грунте на одной глубине.
Поставленная задача решается таким образом, что в устройстве для статического зондирования грунта, включающее смонтированный на штанге наконечник, состоящий из конуса, муфты трения, тензометрического устройства с датчиками, цилиндра, отличающееся тем, что над муфтой трения расположена эллипсоидальная часть, на которой в одном уровне размещены датчики, при этом каждая пара датчиков расположена на противоположных сторонах эллипсоида, с возможностью измерения полных давлений грунта на одной глубине при различных деформациях. Устройство также может быть снабжено датчиками порового давления, которые расположены попарно с датчиками давления с возможностью измерения порового давления воды и определения эффективных давлений в грунте. Конструкция зонда позволяет выполнять измерения дополнительных параметров одновременно с измерением стандартных параметров статического зондирования.
Предлагаемое устройство отличается от известного тем, что над муфтой трения расположена эллипсоидальная часть, на которой в одном уровне размещены датчики, при этом каждая пара датчиков расположена на
противоположных сторонах эллипсоида, с возможностью измерения полных давлений грунта на одной глубине при различных деформациях.
Технический результат заключается в повышении точности инженерно-геологических изысканий за счет расширения возможностей зонда и измерения дополнительных физико-механических характеристик грунта при сокращении количества испытаний.
Применение предложенного устройства позволит измерять дополнительные параметры - полные давления грунта при различных деформациях на одном уровне (глубине), порового давления воды и определения эффективных давлений в грунте одновременно с измерением удельного сопротивления грунта под конусом зонда и удельного сопротивления грунта на муфте трения.
Наличие уширения в виде эллипсоидальной части позволяет избежать влияния проработки во время погружения зонда. Размещение датчиков на эллипсоидальной части позволяет измерить давление грунта на боковой поверхности зонда при различных деформациях на одном уровне (глубине). Форма уширения в форме эллипсоида позволяет создавать равномерные деформации в массиве грунта при погружении зонда. Датчики порового давления, позволяют измерить поровое давление грунта, необходимое для последующего нахождения эффективных давлений в массиве грунта по формуле (1), которое особенно важно для водонасыщенных грунтов. Размещение датчиков полного и порового давления попарно (рядом друг с другом) позволяет повысить точность измерений за счет исключения влияния неоднородности грунта на показания датчиков.
i
где σ' - среднее эффективное давление в массиве грунта для i-й пары датчиков;
i
σ - среднее полное давление в массиве грунта для i-й пары датчиков;
i
u - среднее поровое давление в массиве грунта для i-й пары датчиков.
Одновременное измерение давления грунта на боковой поверхности зонда и удельного сопротивления грунта на муфте трения позволяет вычислить коэффициент трения материала о грунт μ по формуле (2), который необходим для учета сдвига на контакте конструкция зонда -грунтовый массив. Расстояние между датчиками одной из пар должно быть равным диаметру муфты трения.
s
где ƒ - удельного сопротивления грунта на муфте трения;
σ - среднее давление грунта на боковой поверхности зонда, фиксируемое парой датчиков, расстояние между которыми равно диаметру муфты трения.
На фиг. 1 представлен общий вид устройства для статического зондирования грунтов; фиг. 2 - А-А фиг. 1; фиг. 3 - то же, что и на фиг. 1 (с добавлением датчиков порового давления); фиг. 4 - А-А фиг. 3.
Устройство включает наконечник 1, состоящий из конуса 2, муфты трения 3, тензометрическое устройство 4 и штангу 9. Над муфтой трения 3 расположена цилиндрическая часть 5 с диаметром равным диаметру муфты трения, а над ней расположен эллипсоид 6, на боковой поверхности которого на одном уровне расположены датчики давления 7.
Также возможен вариант с размещением датчиков порового давления 8, которые расположены попарно с датчиками давления (фиг. 3, фиг. 4).
Устройство для статического зондирования грунтов работает следующим образом.
Режим 1. Усилие задавливающего устройства (не показано) передается на штангу 9 и далее на усеченный конус 6, цилиндрическую часть 5 и наконечник 1, вдавливая их в массив грунта. По мере погружения зонда, с использованием конуса 2, муфты трения 3 и тензометрического устройства 4 измеряют сопротивление грунта под конусом и вдоль боковой поверхности муфты трения. Одновременно датчики 7 и 8 измеряют полное давление грунта и поровое давление воды на боковой поверхности зонда соответственно.
Режим 2. Усилие задавливающего устройства (не показано) передается на штангу 9 и далее на усеченный конус 6, цилиндрическую часть 5 и наконечник 1, вдавливая их в массив грунта. Затем погружение зонда прекращается на определенной глубине. Во время остановки продолжается измерение во времени (с определенным интервалом), меняющихся: сопротивления грунта под конусом и вдоль боковой поверхности муфты трения с использованием конуса 2, муфты трения 3 и тензометрическогоустройства 4, а также полного давления грунта и порового давления воды на боковой поверхности зонда датчиками 7 и 8 соответственно.
Источники информации:
1. ГОСТ 19912-2012 Грунты. Методы полевых испытаний статическим и динамическим зондированием.