УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗОНДИРОВАНИЯ ГРУНТА
DEVICE FOR PROBING THE GROUND

Изобретение относится к строительству, а именно к устройствам для исследования деформационных, прочностных и реологических характеристик грунтов зондированием пластинчатым зондом при инженерно-геологических изысканиях и может быть применено при определении качества фунтовых оснований зданий и различных земляных сооружений.
Известно устройство для статического зондирования грунтов расклинивающим дилатометром [1], имеющее форму жесткого пластинчатого клина, внутри которого расположен датчик для измерения среднего контактного давления по рабочим граням дилатометра, вызванного деформированием грунта в процессе испытания, предназначенное для определения модуля деформации грунта.
Известен прессиометр [2], имеющий форму жесткого пластинчатого клина, внутри которого по высоте с постоянным шагом заподлицо с рабочей поверхностью размещены датчики давления и дополнительные датчики давления, установленные на другой поверхности клина, предназначенный для определения модуля общей деформации грунта.
Известно устройство для зондирования грунта [3] в виде клиновидной пластины со смонтированным на одной из ее сторон датчиком давления, предназначенного для одновременного определения деформационных и релаксационных характеристик грунтов статическим или динамическим зондированием.
Известно устройство для зондирования грунта [4-6], включающее пластинчатый клиновидный наконечник (дилатометрический или динамометрический зонд), на одной из сторон которого смонтирован датчик давления, тросовый дальномер, электронно-преобразующий блок, компьютер и полая штанга.
Известные устройства [1-6] для зондирования грунтов пластинчатым зондом имеют индивидуальные эксплуатационные и конструктивные возможности.
За прототип изобретения принят наиболее близкий к предлагаемой конструкции зонда известное устройство для статического зондирования грунта [7], содержащее пластинчатый клиновидный наконечник с овальным поперечным сечением в виде сплюснутого эллипса, на одной из сторон которого смонтирован датчик давления, с верхним ребром клиновидной нижней части пластины, выполненной концентрично датчику давления, тросовый дальномер, электронно-преобразующий блок, компьютер и полая штанга.
Недостатком этого устройства является невозможность определения прочностных свойств грунта (удельного сцепления и угла внутреннего трения) и недостаточная точность определения деформационных и реологических характеристик грунта по результатам зондирования, так как на заданной глубине, где планируется определять прочностные, деформационные и реологические характеристики грунта, производится только одноразовое измерение начального, меняющегося во времени и стабилизированного давления упругого отпора грунта с использованием датчика давления, по величине и характеру изменения которого во времени судят о свойствах грунта.
Техническая задача предлагаемого устройства для зондирования грунта состоит в обеспечении возможности определения прочностных свойств грунта (удельного сцепления и угла внутреннего трения) и повышении точности и достоверности определения деформационных и реологических характеристик грунта.
Поставленная задача решается таким образом, что в устройстве для зондирования грунта, включающее пластинчатый клиновидный наконечник с овальным поперечным сечением в виде сплюснутого эллипса, на одной из сторон которого смонтирован датчик давления, с верхним ребром клиновидной нижней части пластины, выполненной концентрично датчику давления, тросовый дальномер, электронно-преобразующий блок, компьютер и полая штанга, согласно изобретению продольное сечение пластинчатого клиновидного наконечника с овальным поперечным сечением в виде сплюснутого эллипса выполнено комбинированным, состоящим, по меньшей мере, из двух участков различной толщины с плавным равномерным переходом с одной толщины на другую, на одной из сторон которых смонтированы датчики давления, при этом ребра плавного равномерного перехода выполнены концентрично датчикам давлений.
Технический результат заключается в обеспечении возможности определения прочностных свойств грунта (удельного сцепления и угла внутреннего трения) и повышении точности и достоверности определения деформационных и реологических характеристик грунта за счет конструктивного решения продольного сечения зонда выполненного комбинированным, состоящим, по меньшей мере, из двух участков различной толщины с плавным равномерным переходом с одной толщины на другую, на одной из сторон которых смонтированы датчики давления, при этом ребра плавного равномерного перехода выполнены концентрично датчикам давлений.
На фиг.1 представлен общий вид устройства для зондирования грунта; фиг. 2 -а-а фиг. 1; фиг. 3 -б-б фиг.1; фиг.4 - в-в фиг. 1.
Устройство включает полую штангу 1, пластинчатый наконечник с клиновидной нижней частью 10, состоящий из двух участков различной толщины 2 и 7 с плавным равномерным переходом 5, с нижним 9 и верхними ребрами 4 и 6, выполненными концентрично датчикам давлений 3 и 8. Тросовый дальномер, электронно-преобразующий блок и компьютер (на рисунке не показаны).
Устройство для зондирования грунта (например, состоящий из двух участков разной толщины с датчиками) работает следующим образом.
Усилие залавливающего устройства (не показано) передается на штангу 1 и далее на пластинчатый клиновидный наконечник, вдавливая его в массив грунта. При погружении зонда грунт постепенно равномерно деформируется в стороны принимая форму сплюснутого эллипса и обеспечивая равномерное распределение контактного давления на рабочую зону зонда, где расположен датчик давления 8. При дальнейшем погружении зонда грунт продолжает постепенно равномерно деформироваться в стороны принимая форму сплюснутого эллипса большей толщины и обеспечивая равномерное распределение контактного давления на рабочую зону зонда, где расположен второй датчик давления 3. По мере погружения зонда, с использованием датчиков давлений 3 и 8 измеряют давления упругого отпора грунта (при различных постоянных во времени деформациях), по величинам которых выделяют инженерно-геологические элементы (определяют толщины слоев и линз, выявляют границы распространения грунтов различных видов и разновидностей), оценивают пространственную изменчивость состава и свойств грунтов. На заданной глубине, где планируется определять прочностные, деформационные и реологические характеристики фунта, погружение зонда прекращается. Во время остановки зонда продолжается измерение меняющегося во времени давления (до условной стабилизации) упругого отпора грунта с использованием датчика давления 8. Затем, погружение зонда возобновляется и при достижении датчиком давления 3 заданной глубины, где планируется определять прочностные, деформационные и реологические характеристики грунта, погружение зонда снова прекращается. Во время второй остановки зонда продолжается измерение меняющегося во времени давления упругого отпора грунта с использованием датчика давления 3. По величинам и характерам изменения во времени показаний датчиков давлений 3 и 8 определяют деформационные, реологические и прочностные свойства грунта. Например, для устройства, состоящим из двух участков разной толщины с датчиками, по стабилизированным показаниям датчиков определяют угол внутреннего трения ϕ и удельное сцепление с грунта по формулам:
1
2
2
1
1
2
где h и h - половина толщины нижнего 7 и верхнего 2 участка пластинчатого комбинированного клиновидного наконечника (h>h); σ и σ - стабилизированные показания нижнего 8 и верхнего 3 датчиков давлений; γ - удельный вес грунта; b - половина ширины пластинчатого комбинированного клиновидного наконечника; H - глубина определения прочностных свойств грунта.
Предлагаемое конструктивное решение продольного сечения устройства для зондирования грунта, выполненное комбинированным, состоящим, по меньшей мере, из двух участков различной толщины с плавным равномерным переходом с одной толщины на другую, на одной из сторон которых смонтированы датчики давления, позволяет определять прочностные свойства грунтов и повышает точность и достоверность определения деформационных и реологических характеристик грунтов путем измерения начального, меняющегося во времени и стабилизированного давления упругого отпора грунта, по меньшей мере, два раза.
Источники информации
1. ГОСТ Р 58270-2018 Грунты. Метод испытаний расклинивающим дилатометром. - М.: Стандартинформ, 2018. - 14 с.
2. Авторское свидетельство CCCPSU1765296A2 от 25.07.1990
3. Авторское свидетельство СССР №400837 от 03.09.1966.
4. СТП МИСИ 9201294-90 (стандарт предприятия МИСИ им. В.В. Куйбышева). Методика выполнения измерений давления в природном грунтовом массиве. М.: Изд-во МИСИ, 1990. - 28 с.
5. Оборудование для полевых испытаний грунтов. ООО «НПП «Геотек». // Г.Г. Болдырев, А.В. Мельников, Д.Г. Скопинцев. Режим доступа: http://npp-geotek.ru/upload/iblocky75f/75fb61c967ef4163е2832042123c848b.pdf
6. СТП 000000-2014 Грунты. Методы измерения горизонтального давления в грунтовом массиве. - М.: 2015, - 29 с. Режим доступа: http://npp-geotek.com/d/942856/d/stp_dilatometr_0.pdf
7. Кятов Н.Х. Патент РФ RU 2726092 С1 от 11.02.2020.