Спосіб польових іспитів грунтів на зріз

1. Спосіб польових іспитів грунтів на зріз, що включає проходку дослідної свердловини, вдавлення у вибій свердловини хрестоподібної крильчатки, укріпленої на штанзі зі створенням фіксованого змінюваного тиску на ґрунт, нормального до поверхні зрізу, а зріз ґрунту здійснюють шляхом обертання штанги з крильчаткою, який відрізняється тим, що необхідний тиск на ґрунт створюють за допомогою штампа, нерухомо укріпленого зверху крильчатки. 2. Спосіб польових іспитів ґрун тів на зріз за п. 1, який відрізняється тим, що проходку дослідної 3 20780 4 а) обертального зрізу, який виконують за довикористання є його функціональна обмеженість помогою нерухомої крильчатки, розташованої на тільки для іспиту торф’яних ґрун тів. штанзі, при цьому крильчатку задавливают у доВідомо «Пристрій для іспиту ґрунтів обертальсліджуваний грунт у вибої свердловини і до штанги ним зрізом» [Авт.св. СРСР №838523, МПК-3 прикладають обертальне зусилля, а потім фіксуG01N3/42, БВ-22-81р.], що містить корпус, штангу, ють максимальне показання вимірювального привстановлену в корпусі, вимірювальну голівку і рустрою; коятки, розміщені відповідно на одному з кінців б) кільцевого зрізу, що виконують за допомоштанги і корпуса, і чотири лопати, при цьому пригою розпірного штампа з подовжніми лопатами, стрій постачений пластиною, один кінець якої жоррозташованих на штанзі, при цьому спочатку застко зв’язаний із другим кінцем штанги, на внутрідавливают у досліджуваний грунт у стінки свердшній поверхні корпуса виконані пази, пластина ловини подовжні лопати, а потім до штанги прирухливо розміщена в пазах корпуса, одна пара кладають обертальне зусилля, далі фіксують лопат установлена без зазору на другому кінці максимальне показання вимірювального припластини, а друга - на другому кінці корпуса з застрою; зором між лопатами, більшим, ніж ширина лопат в) поступального зрізу, що виконують за допопершої пари. могою розпірного штампа з поперечними лопатаНедоліками відомого пристрою і способу його ми, розташованих на штанзі, при цьому спочатку використання є відносна складність конструкції, а задавливают у досліджуваний грун т у стінки свертакож обмежена функціональність - тільки для дловини поперечні лопати з обтисненням розпірм’ягкопластичних ґрунтів. ним штампом, а потім до штанги прикладають веВідомий «Пристрій для іспиту ґрун ту на зріз» ртикальне зусилля, і фіксують максимальний опір [Авт.св. СРСР №1418413, МПК-4 Е02D1/00, ґрунту вертикальному зрізу. G01N3/24, БВ-31-88р.], що включає штангу, співвіПри цьому необхідно відзначити, що метод сно встановлені на ній внутрішній і зовнішній пообертального зрізу полягає в створенні і вимірі рожні вали, крильчатку, і вимірювальні пристосумоментів, що крутять, затрачуваних на подолання вання, причому пристрій постачений додатковим породи обертанню хрестоподібного лопатевого порожнім зовнішнім валом, крильчатка виконана з робочого органа - крильчатки. Цей метод застосодвох частин із прямокутними і трикутними лопатавується для іспиту глинистих порід від ми, зовнішні вали встановлені співвісно один під м’ягкопластичної до текучої консистенції вище і іншим, а внутрішній вал жорстко з’єднаний зі штаннижче рівня ґрунтових вод. гою. при цьому прямокутні лопати крильчатки заМетод кільцевого зрізу полягає в створенні не кріплені діаметрально на верхньому зовнішньому менш трьох роздільних нормальних тисків на повалу, а трикутні - на нижньому, вн утрішній вал роду в стінках дослідної свердловини і додатку за оснащений співвісно встановленим усередині ньодопомогою крильчатки і вимірі виникаючого при го перемикачем обертання зовнішніх валів у визрізі породи горизонтального максимального могляді підпружного циліндра з діаметрально вистументу, що крутить. Цей метод застосовується для паючими на ньому у вер хній і нижній частинах іспитів глинистих порід від напівтвердої до тугоппальцями, з’єднаного з верхи штанги за допомоластичной консистенції вище і нижче рівня ґрунтогою важеля з тросом, причому в стінках зовнішніх вих вод. валів виконані пази і кільцеві канавки, а перемикач Метод поступального зрізу полягає в створенні установлений і можливістю вертикального перене менш трьох роздільних нормальних тисків на міщення і роздільного з’єднання з кожним з зовніпороду в стінках досвідченої шпари і додатку за шніх валів за допомогою взаємодії пальців з падопомогою поперечних лопат і вимірі вертикальнозами і кільцевими канавками. го максимального зусилля, що зрізує. Даний метод Недоліками відомого пристрою і способу його застосовується для іспиту пісків вище рівня ґрунвикористання є складність конструкції, а також тових вод. обмежена функціональність тільки для Необхідно відзначити, що дані методи широком’ягкопластичних ґрунтів. го застосування в інженерно-геологічній практиці Найбільш близьким по технічній сутності і те хне мають через різні причини технологічного й нічному результаті, що досягається, і обраним як організаційно-технічного характеру. прототип є спосіб іспитів ґрунтів на зріз, реалізоЗ перерахованих методів обертальний зріз, як ваний у роботі «Установки для проведення іспитів найбільше технологічний, прийнятий за основу на зрушення обертальним зрізом і додатком тиску, технічного рішення, що заявляється, тому що кринормального до поверхні зрізу» [Г.К. Бондарик і ін. льчатка проста конструктивно і технологічна при Полев методи інженерно-геологічних досліджень. проведенні дослідів. М, «Надра», 1967р, с.169], що складаються з голіВідомий «Пристрій для визначення фізиковки, розташованої на кінці штанги, вимірника намеханічних властивостей торф’яних ґрун тів» пруги, поворотного столика, опорної триноги. Голі[Авт.св. СРСР №333442, МПК-2 G01N3/42, вка установки оснащена чотирма розпірними Е02D1/00, БВ-11-72p.], що включає співвісно встапластинами і хрестоподібною крильчаткою. Установлені штанги, крильчатку, укріплену на внутріновка розроблена в Уральськом політехнічному шній штанзі, і конусний наконечник, з’єднаний із інституті. зовнішньою трубою, при цьому конусний наконечТехнологія роботи з пристроєм полягає в тому, ник виконаний із взаємно пересічними прорізами, у що голівку зі штангою розташовують на дні випеяких розміщені лопати крильчатки. реджальної свердловини, потім проводять вдавНедоліком відомого пристрою і способу його лення в гp yнт голівку з чотирма твердими лопата 5 20780 6 ми. Тиск, нормальне до поверхні зрізу, створюєтьний режим іспитів ґрунтів, а також у плані економіся за допомогою розпірних пластин. Величину тиски - ненаправлене використання бурової техніки ку визначають по силі стиску пружин, зріз роблять найбільше застосуємий для складних інженерночотирма твердими лопатами, обертання на який геологічних умов, таких як сейсмічність, оползнепередається від поворотного столика. З метою безпечність, розрахунки основ на особливе сполузменшення деформації ґрунту при впровадженні чення навантажень і впливів. У даному випадку наконечника проходять випереджальну свердлокоректне визначення характеристик міцності ґрунвини діаметром 0,8-0,9d і глибиною порядку 1м. тів за методикою неконсолідованого зрізу, тобто Установка Уральського політехнічного інституіспиту роблять у швидкому режимі з мінімальними ту відноситься до зондів-крильчаток, що дозволятимчасовими витратами. ють створювати нормальний до площини зрізу Реалізація способу, що заявляється, можлива тиск і, отже, проводити зріз під різними навантазавдяки новій конструкції іспитового устаткування, женнями. Спосіб роботи вищевказаної установки виконаного на базі стандартної крильчатки, що застосуємо для визначення величини зчеплення і має наступні принципові зміни - зверху хрестопокута внутрішнього тертя глинистих і піщаних порід, дібної крильчатки нерухомо укріплений твердий що не містять великих включень. круглий диск-штамп, а лопати крильчатки зменшеНедоліками прототипу є відносна складність ні по висоті. технології проведення дослідів через неоптимальЦі конструктивні зміни дозволяють створити ну конструкцію устаткування і неможливість викотиск у площині зрізу за допомогою штампа і мініміристання технології по прототипі для проведення зувати розсіювання тиску, що прикладається. дослідів у різних ґрунта х. Суттєвими ознаками способу, що заявляється, Задачею корисної моделі є розробка нового співпадаючими з прототипом, є наступні ознаки: способу польових іспитів ґрунтів на зріз шляхом - проходка дослідної свердловини; застосування обертального зрізу з досягненням - вдавлення у вибій свердловини хрестоподібтехнічного результату - розширення області застоної крильчатки; сування і підвищення ефективності проведення - крильчатка укріплена на штанзі; способу. - створення фіксованого змінюваного тиску на Поставлена задача виконується тим, що в грунт, нормального до поверхні зрізу; «Способі польових іспитів ґрунтів на зріз», що - зріз ґрунту здійснюють шляхом обертання включає проходку дослідної свердловини, вдавштанги з крильчаткою. лення у вибій свердловини хрестоподібної крильСуттєвими відмітними від прототипу ознаками чатки, укріпленої на штанзі зі створенням фіксоваспособу, що заявляється, (наступні ознаки: ного змінюваного тиску на ґрунт, нормального до - необхідний тиск на грунт створюють за допоповерхні зрізу, а зріз ґрунту здійснюють шляхом могою штампа; обертання штанги з крильчаткою, необхідний тиск - штамп нерухомо укріплений зверху крильчана ґрунт створюють за допомогою штампа, нерутки. хомо укріпленого зверху крильчатки, крім того, Приватними суттєвими ознаками способу, що перемінний тиск на ґрунт створюють штампом за заявляється, є: допомогою гідродомкрата, розташованого на упо- проходку дослідної свердловини виконують рному підшипнику між верхньою частиною штанги і за допомогою самохідної бурової установки; платформою бурової установки, и обертання шта- перемінний тиск на ґрунт створюють штамнги з крильчаткою виконують за допомогою горипом за допомогою гідродомкрата. розташованого зонтального гідроциліндра із шарнірними на упорному підшипнику між верхньою частиною з’єднаннями, при цьому штанга має плоскошарніштанги і платформою бурової установки; рне з’єднання з домкратом, а гідроциліндр для - обертання штанги з крильчаткою виконують обертання штанги з крильчаткою з’єднаний з масза допомогою горизонтального гідроциліндра із лостанцией. шарнірними з’єднаннями, при цьому штанга має У дійсній корисній моделі зважується задача плоскошарнірне з’єднання з домкратом; розширення області застосування обертального - гідроциліндр для обертання штанги з крильзрізу, підвищення його технологічності й ефективчаткою з’єднаний з маслостанцией. ності за рахунок створення штампом додаткового Між суттєвими ознаками технічного рішення, фіксованого тиску на ґрунт у вибої дослідженої що заявляється, і досягаємого з їхньою допомогою свердловини, при цьому можливо завдання будьтехнічним результатом існує наступний причинноякого фіксованого значення цього тиску. наслідковий зв’язок. Це дозволяє моделювати різні умови провеДійсно, досягнення зазначеного вище технічдення іспитів ґрунтів на зріз за допомогою крильного результату - спрощення і розширення області чатки. застосування - можливо тільки при реалізації всіх Крім того спосіб польових іспитів ґрунтів на суттєвих ознак корисної моделі, при відсутності зріз, що заявляється, являє собою розвиток метокожного з них досягнення технічного результату ду обертального зрізу стосовно до існуючих технеможливо. нологій виробництва інженерно-геологічних вишуНаприклад, при відсутності в способі нового кувань при максимальному використанні пристрою, який представляє собою штамп із криможливостей бурової техніки, використовуваної льчаткою, виникають усі проблеми, зазначені в при проведенні вишукувань. прототипі - низька продуктивність, висока трудоміСлід зазначити, що спосіб, який заявляється, сткість і обмежена область польових іспитів ґрунпо технологічних причинах - швидкий або повільтів на зріз, крім того, дуже складним і проблемати 7 20780 8 чної стає проведення таких іспитів ґрунту в польо127мм - для розвідницьких і технічних сверловин, вих умовах на різній глибині - від 5,0м до 15,0м. 146-325мм - для технічних і дослідних свердловин. Крім того, для одержання достовірних резульПри діаметрі труби більш 146мм, колонкову татів іспитів ґрунтів на зріз при створенні таровачастину оформляють у вигляді тр уби необхідного ного тиску штампа на випробовуваний ґрунт, кридіаметра з армуванням торця твердосплавними льчатка виконана зменшеної по висоті з метою різцями. зменшення розсіювання навантаження (тиску), Вибій сверловини при проходці забурником створюваної штампом на ґрунт. утворить, як правило, плоску поверхню. Слід зазначити, що спосіб, який заявляється, є Тому що в дійсній корисній моделі зважується надзвичайно простим, доступним і оперативної, задача розширення області застосування обертащо дозволяє рекомендувати його застосування льного зрізу, підвищення його технологічності й при проведенні польових іспитів ґрунту на зріз. ефективною і шляхом застосування робочих накоПроведений заявником аналіз рівня техніки, нечників, розроблених на основі крильчатки, за що включає пошук по патентних і науководопомогою яких можливо масове проведення дотехнічних джерелах інформації, з виявленням свідів, то необхідно зупинитися на пропонованих джерел, яки містять інформацію про аналоги техваріантах нової конструкції робочих наконечників. нічного рішення, що заявляється, дозволяє устаУ залежності від різновидів випробуваних ґр уновити, що заявником не виявлені аналоги, іденнтів розроблені наступні типи робочих наконечнитичні способу, що заявляється. ків: Тому можна затверджувати, що корисна мо1. За основу прийнята форма крильчатки дель, що заявляється, відповідає умові охороноззварена конструкція з чотирьох взаємно перпендидатності за критерієм «новизна». кулярних робочих лопат прямокутної форми. ВідКрім того, корисна модель промислово застомітними суттєвими ознаками є наявність верхньої совна, тому що технічне рішення, яке заявляється, круглої пластини-штампа і значне зменшення видозволяє використовувати його при польових ісписоти робочих лопат - h£0,2D, що забезпечує ствотах ґр унтів на зріз. Що дозволяє визначити міцнісрення визначеного фиксируемого тиску в площині тні характеристики ґрунтів і гірських порід, необзрізу і мінімальне розсіювання прокладеного до хідних для розрахунку основ на стадії проектних ґрунту тиску. Сполучним елементом до бурового робіт для будівництва. снаряда є муфта бурового замка на звареному Можливість здійснення корисної моделі, яка з’єднанні. Матеріал для виготовлення пластинизаявляється, підтверджується описом, що нижче штампа і робочих лопат - конструкційна сталь приводиться, його практичної реалізації й ілюструст.45. ється кресленнями. 2. Робочий наконечник по типу крильчатки, що На Фіг.1 зображене використовуване в спосопредставляє зварену конструкцію з 4-х взаємно бі, що заявляється, устатк ування для проведення перпендикулярних робітників лопат трикутної фообертального зрізу; на Фіг.2 зображений загальний рми. Відмітними від крильчатки є трикутна форма вигляд самохідної бурової установки УРБ-2А з робочих лопат, зменшення h£0,2D і наявність верубудованим устаткуванням для проведення оберхньої круговий пластини-штампа. Матеріал для тального зрізу - вигляд позаду, Фіг.3 - те ж, вигляд виготовлення - конструкційна сталь ст.45, збоку. з’єднання зварене. Сполучним елементом до буСпосіб, що заявляється, з достатньою точнісрового снаряда є муфта бурового замка на зваретю для цілей будівництва і проектування може ному з’єднанні з робочим наконечником. бути широко застосований для польових іспитів 3. Робочий наконечник у формі 4-х зубцюватоґрунтів на зріз у зоні аерації, тобто до глибини заго робочого кільця з внутрішньої кільцевий пригрулягання водоносного шару. Однак можливе викозкой, що має можливість обертання відносно рористання способу, який заявляється, і нижче рівня бочого кільця на упорному підшипнику. залягання водоносного шару. Характер з’єднання кільцевий пригрузки і робіСпосіб польових іспитів ґрунтів на зріз, який тника кільця - плоский шарнір з верхнім обпиранзаявляється, заснований на використанні нового ням у упорний підшипник і нижньою ковзною шарефективного обладнання, яким оснащується буронірною фіксацією за допомогою гвинтів у тілі ва самохідна установка, надійно, ефективно і виробочого кільця і паза по зовнішньому торці кільсокотехнологічно працююча при бурінні до рівня ця. Матеріал для виготовлення - конструкційна підземних вод. При цьому буріння роблять забурсталь ст.45. Сполучним елементом служить муфта ником з виштовхувачом короткими рейсами, що не бурового замка на звареному з’єднанні з робочим перевищують 0,5м з порціонним подливом малої наконечником. кількості води. Це дозволяє звести до мінімуму Варіантне застосування пропонованих робопорушення природного додавання ґрунту. При чих наконечників значно розширює можливості й бурінні хитливих ґрунтів замість води використообласть застосування методу обертального зрізу, вують водяний розчин КМЦ. практично для будь-яких глинистих і дисперсних Технологічна і високоефективна проходка заґрунтів. бурником перших 4,5м (верстатом УРБ-2А-2) і 7,0м Використання вищеописаних наконечників за (верстатом УРБ 2,5 А), коли буріння виконують без рахунок технологічності і порівняно невисокої варрозбирання бурового снаряда. тості приведе до масовості польових іспитів ґрунДалі свердловину проходять колонковим снатів методом обертального зрізу в районах сейсмірядом нормальної довжини. чних, оползнебеспечних, на площадках, де Діаметр забурника (по трубі) складає 108технічним завданням на інженерно-геологічні ви 9 20780 10 шукування передбачається розрахунок основ на бить обертальний зріз. особливе сполучення навантажень по першому Система одночасної передачі нормального тиграничному стані (міцності) - тут коректні показниску й обертального моменту виконана у виді касеки міцності ґрунтів, отримані за методикою «швидтної пари 13, що складає з розсувної касети для кого зрізу». гідродомкрата 7 і плоскошарнирной касети 14 під Виготовлення робочих наконечників можливо завзятий підшипник 15. в будь-яких механічних майстернях за допомогою Нормальний тиск на вибій 6 створюється гідтокарно-фрезерних і зварювальних робіт. родомкратом 7 з манометром 16. Для реалізації способу, що заявляється, проСистема передачі тиску для обертального моходять на необхідну глибину дослідну свердловименту оформлена у вигляді гідроциліндра 11 і руну 1. кава високого тиску 17. Далі для проведення іспитів робочий наконечЗа показниками двох манометрів - 8 і 16 - суник 2, що складається з крильчатки 3 і штампи 4, дять про конкретні параметри проведеного досліз’єднують з буровою штангою 5 (нагвинчується на ду по польовому іспиті ґрунту на зріз із застосубурову штангу, колону), потім снаряд опускають на ванням способу обертального зрізу, що вибій 6 свердловини 1 і задавливают домкратом 7 заявляється. у ґр унт вибою свердловини 1, створюючи штамНавісне устаткування застосовне для будьпом 4 необхідний тиск, відповідно до прийнятої яких типів самохідних бурових установок 18, засхеми проведення досліду. стосовуваних при інженерно-геологічних вишукуПотім, підтримуючи тиск штампа 4 на ґрунт ваннях. вибою 6, фиксируемое манометром 8, передають Таким чином, з огляду на усе ви щевикладене, обертальний момент через шарнірний хомут - жиможна зробити висновок, що задача, поставлена в мки 9, закріплений на буровій штанзі 5. дійсній корисній моделі - розробка нового способу Для цього минимаслостанцией 10 створюють польових іспитів ґрунтів на зріз шляхом застосутиск у гідроциліндрі 11 із шарнірними з’єднаннями, вання обертального зрізу - виконана з досягненщо мають упори в шарнірний хомут - жимки 9 і ням технічного результату - розширення області кронштейн 12. Гідроциліндр 11 створює зусилля застосування і підвищення ефективності провена штангу 5 із крильчаткою 3 і штампом 4, що родення способу. 11 Комп’ютерна в ерстка В. Мацело 20780 Підписне 12 Тираж 26 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601