устройство для моделирования процесса деформирования грунта вокруг расширяющейся скважины

Формула изобретения

Устройство для моделирования процесса деформирования грунта вокруг расширяющейся скважины, включающее подстилающий слой из листовой вакуумной резины в виде круга и верхний слой из испытуемого материала, расположенные на диске, и устройство для нагружения подстилающего слоя, отличающееся тем, что подстилающий слой закреплен стягивающим обручем по периферии металлического диска с центральным отверстием, который снабжен проточкой с установленным в ней второпластовым кольцом, а устройство для нагружения подстилающего слоя состоит из цилиндрического стакана, металлической шайбы и стягивающего винта, расположенных в нижней части стакана, при этом подстилающий слой защемлен по центру между металлической шайбой и дном цилиндрического стакана с помощью стягивающего винта, а цилиндрический стакан установлен с возможностью перемещения по вертикали.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к строительству и может быть использовано для моделирования процесса деформирования грунта вокруг расширяющейся под давлением скважины.

Известно устройство для моделирования поведения материала, включающее нижний подстилающий слой в виде ленты из листовой вакуумной резины, верхний слой из испытуемого материала и устройство для одноосного растяжения нижнего подстилающего слоя [Садовский М.А., Денщиков В.А., Кондратьев В.Н., Ромашов А.Н., Чубаров В.М. О модели верхних слоев земной коры. Изв. АН СССР. Физика Земли, №9, 1982, С.3-10]. При одноосном растяжении нижнего подстилающего слоя происходит деформирование и разрушение верхнего слоя из испытуемого материала за счет возникновения внутренних сил, создающих в материале сеть разрывов, что позволяет судить о поведении материала при такой схеме нагружения. Недостатком данного устройства является невозможность при одноосной схеме нагружения моделирования процесса деформирования грунта вокруг расширяющейся скважины.

Известно также устройство для моделирования поведения материала, включающее нижний подстилающий слой в виде круга из листовой вакуумной резины, верхний слой из испытуемого материала и устройство для нагружения нижнего подстилающего слоя [Кулюкин А.М., Пономарев B.C., Ромашов А.Н. Некоторые закономерности разрушения в двухслойной модели / Прогноз землетрясений. №4. / АН СССР. Межведомственный совет по сейсмологии и сейсмостойкому строительству. - Душанбе-Москва: изд. «Дониш», 1983-1984. - С.201 - прототип]. Нижний подстилающий слой и верхний слой из испытуемого материала располагают на круглом столе, а устройство для нагружения нижнего подстилающего слоя включает домкраты и механизм подъема круглого стола. Подстилающий слой растягивают с помощью домкратов и нагружают посредством подъема круглого стола, в результате чего деформируется и разрывается верхний слой из испытуемого материала.

Недостатком прототипа является невозможность моделирования процесса деформирования грунта вокруг расширяющейся скважины.

Технической задачей, решаемой изобретением, является создание устройства для моделирования процесса деформирования грунта вокруг расширяющейся скважины, позволяющего прогнозировать поведение грунта в натурных условиях.

Техническая задача решается следующим образом. В устройстве для моделирования процесса деформирования грунта вокруг расширяющейся скважины, включающем подстилающий слой из листовой вакуумной резины в виде круга и верхний слой из испытуемого материала, расположенные на диске, устройство для нагружения подстилающего слоя, подстилающий слой закреплен стягивающим обручем по периферии металлического диска с центральным отверстием, который снабжен проточкой с установленным в ней второпластовым кольцом, устройство для нагружения подстилающего слоя состоит из цилиндрического стакана, металлической шайбы и стягивающего винта, расположенных в нижней части стакана, при этом подстилающий слой защемлен по центру между металлической шайбой и дном цилиндрического стакана с помощью стягивающего винта, а цилиндрический стакан установлен с возможностью перемещения по вертикали.

В натурных условиях, например, при инъекции в скважину раствора при изготовлении буронабивных свай, первоначально по контуру скважины радиальные нормальные напряжения равны нулю. При подаче в скважину раствора под давлением происходит смещение точек грунта в радиальном направлении от центра скважины, причем максимальные смещения испытывают точки на контуре скважины; при удалении от контура смещения точек уменьшаются. Таким образом, нагружение грунта вокруг скважины за счет внутреннего давления приводит к неоднородности его деформированного состояния.

Предлагаемое конструктивное выполнение устройства позволяет моделировать процесс деформирования грунта вокруг расширяющейся скважины, поскольку, как показали измерения, обеспечивает рассмотренную кинематику.

Схема устройства в разрезе показана на фиг.1, вид устройства сверху после нагружения испытуемого материала - на фиг.2.

Устройство для моделирования процесса деформирования грунта вокруг расширяющейся скважины включает подстилающий слой 1 из листовой вакуумной резины, закрепленный стягивающим обручем 2 по периферии металлического диска 3 с центральным отверстием, который снабжен проточкой с установленным в ней второпластовым кольцом 4. Подстилающий слой 1 защемлен по центру между металлической шайбой 5 и дном цилиндрического стакана 6 с помощью стягивающего винта 7.

Центральное отверстие в металлическом диске 3 имитирует скважину. Второпластовое кольцо 4, установленное в проточке металлического диска 3, служит для уменьшения трения скольжения при растяжении подстилающего слоя. Цилиндрический стакан 6 с защемленным по центру подстилающим слоем 1 между металлической шайбой 5 и дном цилиндрического стакана 6 с помощью стягивающего винта 7 служит для нагружения подстилающего слоя 1.

При испытании материала (образца грунта вокруг скважины) исходное состояние устройства соответствует втянутому в центральное отверстие металлического диска 3 цилиндрическому стакану 6, что обеспечивается с помощью линейного двигателя (не показан) по направлению стрелки (фиг.1). При этом в отверстие увлекается центральная часть подстилающего слоя 1, в результате точки на плоскости стягиваются по радиусам к центру. Двигатель останавливается и в этом положении на поверхность ровным слоем наносится испытуемый материал. При изменении направления движения стакана за счет упругости подстилающего слоя точки возвращаются по направлению радиусов от центра к периферии. За счет контактного сцепления испытуемый материал повторяет деформации подстилающего слоя. Диапазон деформаций устройства для нагружения охватывает величины, при которых материал доводится до разрушения (фиг.2).

Было изготовлено предлагаемое устройство для моделирования процесса деформирования грунта вокруг расширяющейся скважины, на котором испытаны не только модельные материалы, такие как компактированные порошковые материалы с внутренним сцеплением частиц, но и глинистые и песчаные грунты с разным содержанием влаги вокруг скважин. Испытания показали, что устройство позволяет моделировать процесс деформирования грунта вокруг расширяющейся скважины и прогнозировать поведение исследуемого грунта в натурных условиях с достаточной точностью.