RU224913U1 - Digital penetrometer for measuring compressive and tensile forces - Google Patents
Digital penetrometer for measuring compressive and tensile forces Download PDFInfo
- Publication number
- RU224913U1 RU224913U1 RU2023130964U RU2023130964U RU224913U1 RU 224913 U1 RU224913 U1 RU 224913U1 RU 2023130964 U RU2023130964 U RU 2023130964U RU 2023130964 U RU2023130964 U RU 2023130964U RU 224913 U1 RU224913 U1 RU 224913U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- probe
- soil
- tensile forces
- penetrometer
- measuring compressive
- Prior art date
Links
- 239000000523 sample Substances 0.000 claims abstract description 15
- 238000007906 compression Methods 0.000 claims abstract description 7
- 230000006835 compression Effects 0.000 claims abstract description 6
- 239000002689 soil Substances 0.000 abstract description 18
- 230000035515 penetration Effects 0.000 abstract description 10
- 238000012360 testing method Methods 0.000 abstract description 10
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 4
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 abstract description 3
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 5
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000007654 immersion Methods 0.000 description 1
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
Abstract
Полезная модель относится к устройствам, предназначенным для определения прочностных характеристик грунта методом пенетрации, а также для определения параметров сопротивления грунта сдвигу. Цифровой пенетрометр для измерения сжимающих и растягивающих усилий, включающий жёсткую цилиндрическую колонну, зафиксированную на жёстком основании, с возможностью изменения угла фиксации, внутри которой расположен подвижный щуп со сменными наконечниками. При этом щуп связан с ручками для оказания давления на грунт через тензометрический датчик, способный работать как на сжатие, так и на растяжение. Технический результат заключается в расширении функциональных возможностей устройства, вследствие чего происходит повышение точности данных (корреляции тягового усилия, оказываемого на груз со штампом, и величины смещения штампа относительно испытуемой поверхности) благодаря одинаковым погрешностям (одного и того же датчика) в различных режимах испытаний. The utility model relates to devices designed to determine the strength characteristics of soil using the penetration method, as well as to determine the parameters of soil shear resistance. Digital penetrometer for measuring compressive and tensile forces, including a rigid cylindrical column fixed on a rigid base, with the ability to change the angle of fixation, inside which there is a movable probe with replaceable tips. In this case, the probe is connected to handles to exert pressure on the ground through a strain gauge capable of working in both compression and tension. The technical result consists in expanding the functionality of the device, as a result of which there is an increase in the accuracy of the data (correlation of the traction force exerted on the load with the stamp and the amount of displacement of the stamp relative to the test surface) due to the same errors (of the same sensor) in different test modes.
Description
Полезная модель относится к устройствам, предназначенным для определения прочностных характеристик грунта методом пенетрации, а также для определения параметров сопротивления грунта сдвигу.The utility model refers to devices designed to determine the strength characteristics of soil using the penetration method, as well as to determine the parameters of soil shear resistance.
Известно устройство для исследования физико-механических свойств грунтов, которое может быть использовано при расчетах несущей способности оснований. Пенетрометр состоит из корпуса, навинчиваемой верхней крышки, во втулке которой перемещается стержень с шайбой наверху, в данную шайбу с двух противоположных сторон ввинчиваются рукоятки. Нижний конец стержня ввинчен в поршень, передающий давление на пружину динамометра, упирающуюся в диафрагму, жестко соединённую с корпусом прибора, ниже которой помещена пружина, упирающаяся в поршень со штангой, а ниже поршня расположена пружина, удерживаемая снизу крышкой. Привинченный к штанге конический наконечник проникает в исследуемый грунт под действием давления. Для измерения прибор устанавливают в вертикальное положение и после лёгкого прикосновения конуса к исследуемому грунту нажимают на рукоятки, передающие усилие на стержень, пружину и диафрагму. Показания получают по шкале фиксатора, регистрирующего степень сжатия пружины. К недостаткам данного известного устройства относится то, что показания могут обладать значительной погрешностью, обусловленной механическим характером их фиксирования. Невозможно определение точного усилия при погружении насадки на различную глубину, невозможна фиксация изменения этого усилия (см. патент SU 729511 A1 Опубликовано: 1980.04.25)A device is known for studying the physical and mechanical properties of soils, which can be used in calculating the bearing capacity of foundations. The penetrometer consists of a body, a screw-on top cover, in the sleeve of which a rod with a washer on top moves, and handles are screwed into this washer from two opposite sides. The lower end of the rod is screwed into the piston, which transmits pressure to the dynamometer spring, which rests on the diaphragm, rigidly connected to the body of the device, below which there is a spring, which rests on the piston with a rod, and below the piston there is a spring, held from below by a lid. A conical tip screwed to the rod penetrates into the soil being tested under pressure. To measure, the device is placed in a vertical position and, after lightly touching the cone to the soil being tested, the handles are pressed, transmitting force to the rod, spring and diaphragm. Readings are obtained on the scale of the clamp, which records the degree of compression of the spring. The disadvantages of this known device include the fact that the readings may have a significant error due to the mechanical nature of their recording. It is impossible to determine the exact force when immersing the nozzle to different depths; it is impossible to record changes in this force (see patent SU 729511 A1 Published : 1980.04.25)
Наиболее близким к полезной модели по технической сущности и достигаемому техническому результату является пенетрометр, обладающий подключаемым микрокомпьютером, который считывает усилие на стержне при помощи тензометрических датчиков (см. патент CN107842010A Опубликовано: 2018.03.27). Данное устройство действует по схожему принципу, что и вышеописанное - путём давления через ручки на стержень, который вдавливает насадку в грунт, однако обладает значительно большей точностью измерений. К недостаткам этого известного устройства относится то, что оно не может быть использовано в испытаниях грунта, где необходимо растягивающее воздействие на тензометрические элементы (например, для определения параметров сопротивления грунта сдвигу).The closest to a utility model in terms of technical essence and the achieved technical result is a penetrometer, which has a plug-in microcomputer that reads the force on the rod using strain gauges (see patent CN107842010A Published : 2018.03.27). This device operates on a similar principle as the one described above - by applying pressure through the handles to the rod, which presses the nozzle into the ground, but has significantly greater measurement accuracy. The disadvantages of this known device include the fact that it cannot be used in soil tests where a tensile effect on strain gauge elements is necessary (for example, to determine the parameters of soil shear resistance).
Задачей полезной модели является создание устройства, способного эффективно определять прочностные характеристики грунта методом пенетрации, а также определять параметры сопротивления грунта сдвигу. Достигаемым при этом техническим результатом является расширение функциональных возможностей устройства, вследствие чего происходит повышение точности данных (корреляции тягового усилия, оказываемого на груз со штампом, и величины смещения штампа относительно испытуемой поверхности) благодаря одинаковым погрешностям (одного и того же датчика) в различных режимах испытаний.The purpose of the utility model is to create a device capable of effectively determining the strength characteristics of soil using the penetration method, as well as determining the parameters of soil shear resistance. The technical result achieved in this case is the expansion of the functionality of the device, as a result of which there is an increase in the accuracy of the data (the correlation of the traction force exerted on the load with the stamp and the amount of displacement of the stamp relative to the test surface) due to the same errors (of the same sensor) in different test modes .
Технический результат достигается тем, что в цифровом пенетрометре для измерения сжимающих и растягивающих усилий, содержащем цилиндрическую колонну, один конец которой прикреплён к жёсткому основанию, подвижный щуп со сменными наконечниками с ручками для оказания давления на грунт, используется тензометрический датчик, способный работать как на сжатие, так и на растяжение, например, S-образный тензометрический датчик.The technical result is achieved by the fact that in a digital penetrometer for measuring compressive and tensile forces, containing a cylindrical column, one end of which is attached to a rigid base, a movable probe with replaceable tips with handles for exerting pressure on the ground, a strain gauge capable of working both in compression is used , and tensile, for example, an S-shaped strain gauge.
Новизна заключается в использовании тензометрического датчика, способного измерять как сжимающие, так и растягивающие усилия, а также в конструкции устройства, адаптированной для проведения обоих режимов испытаний, что позволяет использовать его в исследованиях, где необходимы сжимающие и растягивающие воздействия. Также новым является удобно разбираемая конструкция устройства, позволяющая компактно транспортировать его, это же свойство обеспечивает безопасность для электронной аппаратуры, так как она может быть переносима отдельно в лучших условиях, которые не требуются балласту, штоку и прочим элементам. Нововведением является и то, что в любой момент времени проведения измерения обеспечивается точная фиксация и корреляция показаний усилия и перемещения в режимах как сжатия – режим пенетрации, так и растяжения – режим сдвиговых испытаний. Для регистрации режима пенетрации и сдвиговых испытаний в состав устройства включена камера, способная регистрировать условия эксперимента как в надводном, так и в подводном положениях.The novelty lies in the use of a strain gauge capable of measuring both compressive and tensile forces, as well as in the design of the device, adapted for both test modes, which allows it to be used in studies where compressive and tensile forces are required. Also new is the conveniently disassembled design of the device, which allows it to be transported compactly; this same property ensures safety for electronic equipment, since it can be carried separately in better conditions, which are not required for ballast, rod and other elements. Another innovation is that at any moment in time the measurement is carried out, accurate recording and correlation of force and displacement readings is ensured in the modes of both compression - penetration mode, and tension - shear testing mode. To record the regime of penetration and shear tests, the device includes a camera capable of recording experimental conditions in both surface and submerged positions.
Полезная модель поясняется чертежами, на которых представлено следующее:The utility model is illustrated by drawings, which show the following:
Фиг. 1 – общий вид устройства при определении прочностных характеристик грунта методом пенетрации.Fig. 1 – general view of the device for determining the strength characteristics of soil using the penetration method.
Фиг. 2 – иллюстрация применения пенетрометра при работе на растяжение.Fig. 2 – illustration of the use of a penetrometer when working in tension.
Нижний конец колонны 1, выполненной в виде цилиндрической трубы, прикреплён с возможностью изменения угла наклона относительно основания 2 и возможностью установки этого угла в самоориентирующийся режим. Жёсткое основание служит упором при пенетрации грунта.The lower end of the column 1, made in the form of a cylindrical pipe, is attached with the possibility of changing the angle of inclination relative to the base 2 and the possibility of setting this angle in a self-orienting mode. The rigid base serves as a stop for soil penetration.
Крепления щупа 3 обеспечивают возможность его свободного перемещения вдоль цилиндрической трубы 1 с минимальным сопротивлением при движении такого рода. При этом крепления щупа 3 обеспечивают его соосность с трубой с минимальными погрешностями. Таким образом, цилиндрическая труба 1 с основанием служит направляющим элементом при пенетрации.The mounts of the probe 3 allow it to move freely along the cylindrical pipe 1 with minimal resistance during this kind of movement. In this case, the fastenings of the probe 3 ensure its alignment with the pipe with minimal errors. Thus, the cylindrical pipe 1 with a base serves as a guiding element during penetration.
Подвижный щуп 3 снабжен сменными наконечниками 4 с ручками для оказания давления на грунт.The movable probe 3 is equipped with replaceable tips 4 with handles for exerting pressure on the ground.
С колонной 1 жёстко связана зубчатая рейка 8 в зацеплении с шестернёй, связанной с инкрементальным угловым энкодером ЛИР 158А. Шестерня энкодера жёстко связана со щупом 3. Таким образом, при движении щупа шестерня «ходит» по рейке. Данный механизм позволяет точно определять глубину погружения щупа в грунт в любой момент времени проведения измерения.A gear rack 8 is rigidly connected to column 1 in mesh with a gear connected to an incremental angular encoder LIR 158A. The encoder gear is rigidly connected to probe 3. Thus, when the probe moves, the gear “walks” along the rack. This mechanism allows you to accurately determine the depth of immersion of the probe into the ground at any time during the measurement.
Для измерения усилия при пенетрации (сжатие) или измерения усилия в исследовании грунта на сдвиг (растяжение) применяется S-образный тензодатчик растяжения-сжатия С2Н.To measure the force during penetration (compression) or to measure the force in soil shear testing (tension), an S-shaped tension-compression strain gauge C2H is used.
Для регистрации режима пенетрации и сдвиговых испытаний в состав устройства включена камера 7, способная регистрировать условия эксперимента как в надводном, так и в подводном положениях.To record the regime of penetration and shear tests, the device includes a camera 7, capable of recording experimental conditions in both surface and submerged positions.
Энкодер со своей шестернёй, датчик и рукояти пенетрометра объединены в съёмный блок 9, обладающий защитным кожухом для предотвращения повреждения аппаратуры. Съёмный блок 9 присоединяется к щупу 3 при помощи резьбового соединения.The encoder with its gear, sensor and penetrometer handles are combined into a removable block 9, which has a protective casing to prevent damage to the equipment. Removable block 9 is connected to probe 3 using a threaded connection.
От энкодера и датчика показания посредством проводного соединения поступают в электронный блок 5, где записываются на электронный носитель в каждый момент времени проведения измерения.From the encoder and sensor, the readings through a wired connection enter the electronic unit 5, where they are recorded on electronic media at each moment in time when the measurement is taken.
Для проведения исследования параметров сопротивления грунта сдвигу к пенетрометру прилагается специальная площадка 10 для базирования пенетрометра, а также направляющее устройство 11 и специальный балласт 6, оказывающий воздействие на грунт по нормали. To study the parameters of soil shear resistance, a special platform 10 is attached to the penetrometer for basing the penetrometer, as well as a guide device 11 and a special ballast 6, which exerts a normal impact on the soil.
Измерения производятся следующим образом: при пенетрации грунта пенетрометр устанавливается вертикально относительно своего основания 2. На конец щупа привинчивается необходимая насадка. Далее при помощи рукоятей происходит вдавливание щупа в грунт, при этом вышеописанная аппаратура регистрирует и сохраняет полученные параметры.Measurements are made as follows: when penetrating soil, the penetrometer is installed vertically relative to its base 2. The required nozzle is screwed onto the end of the probe. Next, using the handles, the probe is pressed into the ground, while the above-described equipment registers and saves the obtained parameters.
При исследовании параметров сопротивления грунта сдвигу пенетрометру обеспечивается возможность самоориентирования угла относительно основания 2. Само основание закрепляется на специальной площадке 10 для базирования пенетрометра, которая в свою очередь анкерами фиксируется на грунте. Стальной трос 12 крепиться к концу щупа 3 и проводится через направляющее устройство 11 к балласту 6. Далее при помощи усилия человека или при помощи лебёдки прилагается растягивающее (относительно датчика) усилие до определённого перемещения балласта 6. Аппаратура регистрирует и сохраняет полученные параметры.When studying the parameters of soil shear resistance, the penetrometer is provided with the possibility of self-orientation of the angle relative to the base 2. The base itself is fixed on a special platform 10 for basing the penetrometer, which in turn is fixed to the ground with anchors. A steel cable 12 is attached to the end of the probe 3 and is guided through the guide device 11 to the ballast 6. Then, using human effort or using a winch, a tensile force (relative to the sensor) is applied until a certain movement of the ballast 6. The equipment registers and stores the obtained parameters.
Claims (2)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU224913U1 true RU224913U1 (en) | 2024-04-08 |
Family
ID=
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU78574U1 (en) * | 2008-07-21 | 2008-11-27 | Российский научно-исследовательский институт по испытанию сельскохозяйственных технологий и машин (РосНИИ-ТиМ) | DEVICE FOR MEASURING SOIL HARDNESS |
| US8561475B2 (en) * | 2011-03-18 | 2013-10-22 | Bruce David Johnson | Method and apparatus for investigating mechanical properties of soft materials |
| WO2016032612A1 (en) * | 2014-08-29 | 2016-03-03 | Avatech, Inc. | Methods, apparatus, and systems for measuring snow structure and stability |
| CN107842010A (en) * | 2017-12-19 | 2018-03-27 | 山东三瑞土木工程有限公司 | A kind of static penetrometer |
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU78574U1 (en) * | 2008-07-21 | 2008-11-27 | Российский научно-исследовательский институт по испытанию сельскохозяйственных технологий и машин (РосНИИ-ТиМ) | DEVICE FOR MEASURING SOIL HARDNESS |
| US8561475B2 (en) * | 2011-03-18 | 2013-10-22 | Bruce David Johnson | Method and apparatus for investigating mechanical properties of soft materials |
| WO2016032612A1 (en) * | 2014-08-29 | 2016-03-03 | Avatech, Inc. | Methods, apparatus, and systems for measuring snow structure and stability |
| CN107842010A (en) * | 2017-12-19 | 2018-03-27 | 山东三瑞土木工程有限公司 | A kind of static penetrometer |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Ng et al. | A new simple system for measuring volume changes in unsaturated soils | |
| CN107727483B (en) | Penetration shearing device and method for foundation in-situ test based on fiber bragg grating | |
| CN103174122A (en) | Lateral stress pore pressure probe used for testing soil static lateral pressure coefficient | |
| CN108562498A (en) | A kind of device and its application method for axial compression test under high temperature and pressure | |
| RU224913U1 (en) | Digital penetrometer for measuring compressive and tensile forces | |
| CN110567429A (en) | Device and method for measuring actual Poisson's ratio of foundation soil under confinement stress condition | |
| CN105865940B (en) | A kind of live sliding surface shear index test device of non-disturbance | |
| CN207798532U (en) | A kind of injection shear being used for ground in-situ test based on fiber grating | |
| Nie et al. | Effects of pile residual loads on skin friction and toe resistance | |
| RU2745499C1 (en) | Method for foundation soil pile testing | |
| CN204944964U (en) | A kind of pocket penetration test instrument | |
| RU2510440C2 (en) | Device for complex determination of physical and mechanical properties of soils under field conditions | |
| CN111593717A (en) | A new type of pore pressure static penetration device for pile foundation performance testing | |
| CN115235904B (en) | Device and method for testing swelling force of adhesive sliding belt soil | |
| CN105424591B (en) | The indoor measurement apparatus of soil body penetration resistance under various states | |
| CN210263181U (en) | Pile side frictional resistance test device for indoor simulation of stress state of soil around pile | |
| CN110017763B (en) | Lateral deformation measurement system of cuboid sample | |
| CN110017764B (en) | A lateral deformation measurement method under different confining pressure conditions | |
| RU2791146C1 (en) | Device for measuring soil hardness | |
| CN112878297B (en) | Sand bed course penetrates detector | |
| RU172393U1 (en) | BENCH FOR TESTING REINFORCED CONCRETE ELEMENTS WITH COMPRESSION AND SHORT DYNAMIC TURNING | |
| CN110082211B (en) | A speed-limited fluidized soil strength rapid detection device and detection method | |
| US4474066A (en) | Portable variable expansion testing device | |
| RU214385U1 (en) | DEVICE FOR MEASURING SOIL HARDNESS | |
| RU189973U1 (en) | Device for determining the total friction-adhesion force between the soil and the surface of the foundations with different irregularities at the operation stage |