[1]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.
[2]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.
[3]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.
[4]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.
[5]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.
[6]Известные устройства [1-6] для зондирования грунтов пластинчатым зондом имеют индивидуальные эксплуатационные и конструктивные возможности.
[7]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.
[8]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.
[9]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.
[10]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.
[11]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.
[12]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.
[13]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).
[14]Устройство для зондирования грунта (например, состоящий из двух участков разной толщины с датчиками) работает следующим образом.
[15]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:
[16]
[17]где h1 и h2 - половина толщины нижнего 7 и верхнего 2 участка пластинчатого комбинированного клиновидного наконечника (h2>h1); σ1 и σ2 - 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.
[18]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.
[20]1. ГОСТ Р 58270-2018 Грунты. Метод испытаний расклинивающим дилатометром. - М.: Стандартинформ, 2018. - 14 с.
[21]2. Авторское свидетельство CCCPSU1765296A2 от 25.07.1990
[22]3. Авторское свидетельство СССР №400837 от 03.09.1966.
[23]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.
[24]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
[25]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
[26]7. Кятов Н.Х. Патент РФ RU 2726092 С1 от 11.02.2020.
