В чем измеряется напряжение грунта

Измерение напряжений в грунте

Многообразие факторов, определяющих поведение грунтов под воздействием нагрузки, зачастую затрудняет создание достоверной анали­тической модели их напряженного состояния. Действительную картину напряженного состояния может вскрыть лишь метрологически обеспечен­ный эксперимент, позволяющий проводить длительные статические или динамические испытания грунта и изучение явлений на контакте сооруже­ния или конструкции с грунтом.

Для изучения поведения грунтов в основаниях необходимо опреде­лять напряжения, деформации, паровое давление, физико-механические и фильтрационные характеристики грунта в основаниях сооружений в зави­симости от внешних воздействий на сооружение.

Напряженное состояние грунтаопределяется совокупностью контактных взаимодействий между зернами скелета грунта, внутренних напряжений в зернах скелета и давлением воды в порах грунта. Понятие напряженного состояния в грунте относится к некоторой конечной, но ма­лой зоне. Если в этой зоне известны любые шесть независимых компонен­тов напряженного состояния (например, шесть значений нормальных на­пряжений на шести различно ориентированных площадках), то напряжен­ное состояние в зоне считается полностью определенным.

Нормальные напряжения в грунте измеряют путем помещения в заданную зону искусственного тела — датчика нормальных напряжений, деформации или изменение объема которого могут быть преобразованы в регистрируемый (чаще всего электрический) сигнал. Датчик должен иметь размеры, позволяющие усреднять все факторы, определяющие неоднород­ность напряжений в рассматриваемой зоне.

Идеальный датчик должен обладать деформативными характери­стиками, схожими с деформативными характеристиками грунта, чтобы снизить влияние неоднородного включения. Однако деформативные харак­теристики грунта зависят от ряда факторов, из которых влажность, плот­ность, история нагружения и характер напряженного состояния являются определяющими. Датчик напряжений в грунте, если его механические ха­рактеристики отличаются от характеристик среды, является кон­центратором напряжений в прилегающей к нему зоне, что является причи­ной погрешностей при определении напряжений.

Если необходимо определить пространственную картину напря­женного состояния грунта, то в нем располагают несколько датчиков, нор­мали к которым ориентированы в разных направлениях. Возможно распо­ложение датчиков по одной оси или их пространственная ориентация.

При изучении работы ответственных сооружений создается проект размещения измерительной аппаратуры с учетом трасс прокладки линий измерительной цепи, коммутаторов, мест расположения регистрирующей аппаратуры. Проект определяет последовательность проведения всех работ и является частью проекта сооружения. Для получения достоверных ре­зультатов необходимо, чтобы способы укладки и уплотнения грунта в из­мерительной зоне и в прилегающих к ней зонах не отличались. Датчики должны устанавливаться одновременно с укладкой грунта в контролируе­мую зону. В местах установки датчиков следует отобрать пробы грунта с тем, чтобы определить его физико-механические характеристики. Посколь­ку добиться полного соответствия деформативности датчика и грунта не удается, выбор параметров измерительных преобразователей (датчиков) должен обеспечить требуемую точность измерения напряжений в грунте.

7.1.1. Типы датчиков напряжений в грунте

Экспериментально доказано, что в условиях одноосной деформа­ции датчик должен обладать наибольшей жесткостью и наименьшей тол­щиной. На рис. 7.1. приведены наиболее часто применяемые схемы датчи­ков напряжений в грунтах. Во всех конструкциях внутренняя полость дат­чика может быть заполнена жидкостью, изменение давления в которой пре­образовывается в электрический сигнал при помощи упругого элемента с наклеенными тензорезисторами. Датчики могут выполняться в виде сплош­ных шайб из пьезокристаллов или из магнитострикционных материалов.

ка, измерение третьего главного напряжения, действующего по нормали к поверхности датчика, с учетом влияния режима нагружения позволяет ус­тановить картину взаимодействия жесткого датчика и грунта. Концентра­ция напряжений в грунте для жестких дисковидных датчиков при нали­чии значительных деформаций в грунте может изменяться в значительном диапазоне (в песке плюс 70. 100% и минус 30. 50%) и зависит от режима нагружения. Повышенную концентрацию напряжений вызывают жесткие грунтовые ядра, возникающие за счет сил трения грунта на поверхности датчика.

7.1.2. Эластичный датчик напряжений в грунте

Датчик в грунте обладает минимальной сжимаемостью и толщи­ной, достаточной площадью, позволяющей усреднять напряжения в задан­ной области. Эластичный датчик представляет собой резиновый тонкий диск, пронизанный сообщающимися полостями заполненными мало­сжимаемой жидкостью. Конструкция эластичного датчика (рис.7.2) пред­ставляет собой прямоугольную тонкую трубку, уложенную двойной спира­лью, или два диска, соединенные по контуру во множестве точек по по­верхности.

Объем жидкости составляет 6. 10% объема датчика, а площадь поперечного сечения по жидкости 75. 80% от площади датчика. Внутрен­няя полость соединена со струнным измерителем давления. Напряжения, возникающие в грунте, создают в рабочей жидкости датчика давление, ко­торое измеряется струнным преобразователем. Колебания струны создают­ся электромагнитом. Теоретические и экспериментальные исследования показали, что при малой толщине диска в однородном поле напряжений

Рис. 7.3. Погрешность эластичного и жесткого датчиков напряжений в грунтах

Для получения достоверных данных о напряжениях в грунтах не­обходимо проводить метрологические испытания датчиков напряжения на специальных испытательных установках. В этих установках воспроизводят гидравлическим или пневматическим способом заданные давления на рабо­чую поверхность датчика. Чувствительность датчиков напряжения к темпе­ратуре определяют в термостатах, оснащенных термометрами.

7.1.3. Струнные жесткие датчики

Для изучения взаимодействия датчика и грунта разработан ряд уст­ройств. Все схемы должны обеспечивать создание на границах с грунтом однородного напряженного состояния. Для измерения напряжений на кон­такте сооружения с грунтом применяют струнные жесткие датчики (рис.7.4) с деформативностью, близкой к деформативности бетона. Давле­ние грунта передается с контактной площадки внешней мембране через гидравлическую полость на рабочую мембрану. Струна крепится к мембра­не нижним струнодержателем и к защитному кожуху верхним струнодер­жателем. Колебания струны возбуждаются электромагнитом.

Читайте также: Преобразователи пикового значения напряжения это

Кожух имеет заливное отверстие и резьбу для установки датчика в сооружение. Выходной сигнал измеряется частотомером. Датчики устанавливают в жестко забетонированные в конструкцию закладные гнезда или обоймы так, чтобы рабочая поверхность датчика совпадала с поверхностью конструкции. При изучении взаимодействия монолитных фундаментов с грунтом обоймы предварительно бетонируют в небольших блоках, которые после установки в них датчиков располагают в нужных зонах. Чтобы уменьшить влияние напряжений, возникающих в бетоне при твердении, боковую поверхность датчика защищают материалом с низким модулем упругости.

В некоторых конструкциях в датчиках применяют тензорезисторные преобразователи, наклеиваемые на упругий элемент. Малогабаритные датчики с тензорезисторными преобразователями находят применение в модельных исследованиях при статических и динамических испытаниях.

7.1.4. Комбинированный датчик

Для измерения нормальных и касательных напряжений использу­ется комбинированный датчик, схема которого приведена на рис.7.5. При воздействии давления грунта N по нормали к рабочей диафрагме она де­формируется и тензорезистор TR, наклеенный в центре внутренней поверх­ности диафрагмы, преобразует деформацию в электрический сигнал, про­порциональный нормальному давлению грунта.

Конструкция датчика позволяет без применения специальных дорогостящих материалов, прецизионной технологии изготовления и дорогостоящих электронных усилителей добиться высокой чувствительности при изменении давления, достаточной точности и эксплуатационной надежности в случае проведения обязательной тарировки рассматриваемых датчиков перед каждым испытанием в условиях, соответствующих запланированному эксперименту.

Датчик может иметь размеры соизмеримые с рабочей средой, в ча­стности с зернами песчаного фунта, что также может позволить планиро­вать и выполнять эксперименты не только на макро-, но и на микроуровне, который в свою очередь даст возможность принципиально по-новому изу­чить работу грунтового основания под различными зданиями и сооруже­ниями.

Дата добавления: 2014-12-24 ; просмотров: 3363 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Измерение давлений и напряжений в грунтах

Оценивать прочность грунта можно экспериментально определением порового давления (той части полного напряжения, которое передается на воду в порах). Поровое давление нужно знать для выявления уплотнения водонасыщенного грунта: сначала вся дополнительная нагрузка, приложенная к грунту, воспринимается водой в порах, а на скелет грунта (твердые частицы) давление не передается; по мере уплотнения грунта и отжатия воды поровое давление снижается до нуля, вся нагрузка передается на скелет грунта и уплотнение заканчивается. Поровое давление определяют поропьезометрами, которые могут быть совмещены с приборами для определения плотности грунта пенетрометрами.

Для замера нормальных и касательных напряжений и их направления на контакте двух тел (фундамента и грунта, тела плотины и ее основания, подземного сооружения и грунта, конструкции и опорной части и др.) применяются месдозы давления и трения.

Месдозы могут быть контактными (располагаемыми на контакте фундамента и грунта) и грунтовыми (закладываемыми в грунт). Месдозами можно замерить силы давления и трения грунта по фундаменту.

Месдозы делят на мембранные тензорезисторные, мембранно-балочные, мембранные, струнные, противодавления, магнитоупругие и др. Наиболее широкое применение нашли мембранные и струнные месдозы (рис. 3.6).

а — тензорезисторная; б — с балочкой; в — комплексная кубическая; г — гидравлическая; д — струнная; 1 — крышка месдозы давления; 2 — тензорезисторы; 3 — корпус; 4 — кольцевая выточка; 5 — упругая прокладка; 6 — шарики; 7 — измерительный элемент месдозы трения; 8 — балочка; 9 — трубка; 10 — жидкость; 11 — мембрана; 12 — струна; 13 — электромагнит

Мембранная тензорезисторная месдоза состоит из жесткого корпуса 3 с прикрепленной крышкой (гибкой упругой мембраной 1), контактирующей с грунтом. С внутренней поверхности мембраны на нее наклеен тензорезистор 2 (например, кольцевой), реагирующий на небольшие прогибы мембраны. Для исключения концентрации краевых напряжений на краях мембраны сделаны кольцевые выточки 4, заполненные обычно Пористой резиной 5. Деформируемость мембраны подбирают таким образом, чтобы жесткость месдозы соответствовала жесткости материала, в котором она располагается.

Перед испытаниями месдозы градуируют в специальном приспособлении (обычно — в баке, в котором создается контролируемое распределенное давление воды или воздуха, или в грунте). Для каждой месдозы строят градуировочный график, который должен быть прямолинеен при создании и снятии нагрузки и не иметь петель. Погрешность измерений не должна превышать 5—10 %. При градуировке месдоз на грунте он должен быть того же состава и той же начальной плотности, что и принятый в опытах

Мембранно-балочная месдоза (рис. 3.6, б) в качестве измерительного элемента содержит металлическую ба- лочку 8 с тензорезистором 2. От гибкой мембраны 1 перемещения передаются на балочку 8 через винт. Наряду с активным тензорезистором, наклеенным на балочку, в месдозе должен быть термокомпенсационный, обычно наклеиваемый на жесткий корпус 3; возможна наклейка двух тензорезисторов в сжатой и растянутой зоне балочки, что повышает чувствительность месдозы.

Читайте также: Схема стабилизации напряжения 220в

Разработана конструкция кубической месдозы (рис. 3.6, с), в которой объединены месдозы давления и трения. Такая конструкция позволяет замерять все составляющие напряжений в точках основания. В месдозе трения жесткая крышка может перемещаться на шариках 6 относительно корпуса, при этом гибкая мембрана 7 реагирует на горизонтальные перемещения. На мембрану 7 наклеивают тензорезистор 2. На шести гранях кубической месдозы располагают три месдозы давления и три месдозы трения.

Несколько более сложной является мембранная грунтовая месдоза (рис. 3.6, г). У нее обе поверхности мембраны — рабочие, гибкие. Месдоза состоит из гибкого корпуса (с двумя мембранами), заполненного жидкостью, обычно дистиллированной окрашенной водой, под вакуумом во избежание появления пузырьков воздуха. От корпуса отходит тонкая трубка, на конце которой устанавливают капиллярную стеклянную трубку с миллиметровыми делениями. Мениск окрашенной жидкости должен быть виден в стеклянной трубке. При создании давления грунта на месдозу мениск жидкости перемещается в капиллярной трубке, что позволяет судить с величине давления грунта.

Широко распространенной и надежной для проведения длительных испытаний является струнная месдоза конструкции НИИСК Госстроя УССР (рис. 3.6, д). В этой месдозе перемещения мембраны 11 передаются натянутой стальной нити (струна) 12, Которая меняет частоту собственных колебаний в зависимости от степени ее натяжения. Таким образом, работа струнных месдоз аналогична работе струнных тензометров (см. рис. 1.8). Для большей чувствительности месдозы в корпусе 3 устроена полость, заполненная жидкостью 10. Электромагнит 13 реагирует на колебания струны 12.

Измерение напряжений в грунте

Библиографическая ссылка на статью:
Лашова С.С. Измерение напряжений и деформаций в грунтах в полевых условиях // Современные научные исследования и инновации. 2016. № 11 [Электронный ресурс]. URL: https://web.snauka.ru/issues/2016/11/74531 (дата обращения: 09.12.2021).

Под действием внешних сил или от собственного веса в грунтах возникают напряжения и деформации. Их изучение, а также своевременный мониторинг, необходимы для различных расчетов, таких как: расчет деформации (осадка и перемещение грунтового массива), оценка прочности, устойчивости грунтов и давления на ограждения и близлежащие конструкции.

Область измерения напряжений и деформаций в лабораторных условиях достаточно хорошо изучена, ассортимент оборудования отличается высоким многообразием. Существующие приборы позволяют осуществить все необходимые измерения, получить точный, а, главное, быстрый результат. Наблюдение за напряжениями и деформациями грунта в полевых условиях значительно усложняется за счет невозможности применения лабораторных приборов, методов измерения. В ходе работы над статьей был произведен анализ изученности данного вопроса, результаты представлены ниже.

Измерение напряжений в полевых условиях осуществляется двумя способами – косвенным и прямым. При косвенных измерениях руководствуются сравнением параметров самого грунта до и после опытов, например, производится оценка компрессионных зависимостей грунта, сравнивается объемный вес и т. д. При прямом способе используют специальные измерительные приборы, погружаемые непосредственно в грунт.

Большинство методик определения напряжений и деформаций при расчете осадок заимствованы из теории упругости механики сплошной среды. Но так как грунт это дискретное многофазное тело, то измерение напряжений возможно по тем или другим проявлениям напряженного состояния, обычно по деформациям, которые напряженное состояние вызывает в конкретном, предварительно проградуированном, измерительном устройстве. Такой экспериментальный подход всегда сопровождается погрешностями измерений, связанными с недостаточностью сведений о взаимодействии измерительного устройства со средой.

В свое время вопросом измерения напряжений занимался советский ученый, кандидат технических наук Голли А.В. Он доработал и усовершенствовал существующую методику измерения деформаций с помощью месдоз – датчиков давления на грунт. Он также установил величины погрешности измерений месдозами при проведении опытов в песке и глине в зависимости от влажности (консистенции) исследуемого грунта. Согласно его опытам, погрешность измерений обратно пропорциональна консистенции глины. [1].

В соавторстве с другими советскими учеными Голли запатентовал несколько изобретений, упрощающих измерение напряжений и деформаций в грунтах. Основной целью изобретений является расширение функциональных возможностей и повышение точности измерений, а также сокращение трудозатрат при испытаниях [2,3].

Вопросом измерения напряжений в грунте от кратковременных нагрузок занимались такие советские ученые, как Рыков Г.В., Скобеев А.М. В своей монографии они привели результаты исследования, проводимого в двух направлениях: экспериментальное, заключающееся в создании измерительных устройств и разработке методики экспериментов; а также теоретическое направление, суть которого заключалась в изучении погрешностей измерений, зависящих от взаимодействия измерительных приборов со средой. [4].

С развитием тензометрии популярность применения тензорезисторов и тензодатчиков в приборах измерения напряжений резко возросла, все больше ученых стали посвящать научные труды данному вопросу. Такие ученые, как Баранов Д.С., Чудновский А.Ф., Стумбур В.К., Илисавский Ю.В. занимались изучением и совершенствованием полупроводниковых тензорезисторов. [5,6,7]

Читайте также: Реле напряжения с контролем тока 40a однофазное 3 мод digitop

В ходе научной работы Смыслов И.И. в соавторстве с Раевским Н.П., Павловой Т.Т.изобрели и усовершенствовали новый тип тензорезисторов – кремниевые дендритные. Применение данного типа резисторов позволило получать более точные результаты в силу малой чувствительности кремния к колебанию температуры в массиве. Эти же ученые занимались разработкой тензорезисторов из дендрита германия, отличающихся сравнительно низкой стоимостью, но при этом обладающие пониженной механической прочностью.[8,9]

В настоящее время все большую популярность завоевывают оптоволоконные тензодатчики, обладающие большой надежностью, стабильностью, долговечностью и помехоустойчивостью. Применение таких датчиков позволило значительно ускорить время замеров, сократило ожидание результатов, так как измерения полностью автоматизированы, больше нет необходимости вручную пересчитывать результаты, производить тарировку приборов.

Сам по себе такой датчик не может измерять напряжение и деформации, так как он лишь регистрирует деформации, обработка происходит в приборе-регистраторе, следовательно, тензодатчик необходимо поместить в какой-то прибор, например, месдозу, и затем уже погрузить в грунт.

В существующих межгосударственных стандартах ГОСТ 19912-2012 и ГОСТ 20276-2012 описаны методы полевого определения характеристик прочности и деформируемости грунтов, установлены требования, предъявляемые к ним.

Настоящие ГОСТы приводят следующие методы определения: статическое зондирование, динамическое зондирование [10], испытания штампом, испытания радиальным прессиометром, испытания прессиометром с секторным приложением нагрузки, испытания лопастным прессиометром, испытания плоским дилатометром, срез целиков грунта, вращательный срез – для дисперсных грунтов, испытания горячим штампом – для мерзлых грунтов. [11]

Болдырев Г.Г. в своей работе доказал на практике, что самым популярным на сегодняшний день является метод статического зондирования, отличающийся широкой применимостью, низкой стоимостью, быстротой исследований, большого объема информации. Остальные методы в силу различных причин потеряли популярность [12].

Одним из новаторских методов измерения деформации является метод фотограмметрии или фотофиксации, суть которого заключается в изучении фотографических снимков, сделанных непосредственно в месте измерения деформаций. В интересующем месте устанавливается ряд меток, проводится фотофиксация положения каждой из них, специальная обрабатывающая программа присваивает им определенные координаты. После некоторого воздействия на исследуемый грунт, либо по прошествии определенного времени, производится очередная фотофиксация. Обрабатывающее ПО сравнивает положение контрольных меток до воздействия и после, и на основе этого анализа делает вывод о произошедших деформациях. Сравнение результатов, полученных методом фотограмметрии и любым стандартным методом показало, что погрешность измерения первым способом мала, следовательно, данный способ может быть применим для определения деформаций в грунте.

Резюмируя вышеизложенное, кратко перечислим методы и средства определения напряжений и деформаций в грунтах

• статическое зондирование;
• динамическое зондирование;
• испытания штампом;
• испытания радиальным прессиометром;
• испытания прессиометром с секторным приложением нагрузки;
• испытания лопастным прессиометром;
• испытания плоским дилатометром;
• срез целиков грунта;
• вращательный срез;
• испытания горячим штампом.

• месдозы, служащие для измерения нормальных и касательных напряжений, также используются для замера силы давления и трения грунта по фундаменту. На данный момент существует большое количество вариаций месдоз, различающихся как по материалу и конструкции, так и по назначению (измерение напряжений в непосредственно в грунте или в точке контакта грунта/фундамента);
• датчики 3D тензометрии, нашли широкое применение при оценке напряжений в сваях под пробной нагрузкой; в бетонных стенах; в сооружениях из стали;
• датчики порового давления, поропьезометры, исследующие напряжение, передаваемое водой в порах;
• тензорезисторный закладной датчик ТЗБ, предназначенный для замера деформаций и напряжений в конструкциях из бетона или железобетона.

Библиографический список

1. Голли А.В. Методика измерения напряжений и деформаций в грунтах // Л.: ЛИСИ, 1984. – 53 с.
2. Патент SU 1339196 А1. Устройство для измерения напряжений в грунтах. Голли А.В., Пронев Л,К, Сотников С.Н., Шашкин А.Г. ЛИСИ, 1978.-5.
3. Патент SU 1523637 А1. Устройство для измерения напряжений и деформаций в массиве грунта. Голли А.В., Д.В. Белов, ЛИСИ, 1989. -3 с.
4. Рыков Г.В., Скобеев А.М. Измерение напряжений в грунтах при кратковременных нагрузках. М: Наука, 1978 г, -168 с.
5. Баранов Д.С. Электронная тензометрическая установка для одновременного наблюдения за двенадцатью процессами. — “Известия ВУЗов, Строительство и архитектура”, 1958, № 3,с. 151-157.
6. Стумбур В.К., Чудновский А.Ф. Полупроводниковый почвенный тензометр.Инженерно-физический журнал. 1963, № 4, с. 101-104.
7. Илисавский Ю.В. Полупроводниковые тензометры. Л.: ЛДНТП, 1963, 41 с.
8. Смыслов И.И. Полупроводниковые тензодатчики из дендритов германия для измерения механических параметров машин. Автореферат диссертации кандидата технических наук, М.: Изд. НШМАШ, 1965, 20 с.
9. Раевский Н.П., Павлова Т.Т., Смыслов И.И. Кремниевый дендритный тензорезистор. ПСУ, 1968, №12, с. 47-48.
10. ГОСТ 19912-2012. Грунты. Методы полевых испытаний статическим и динамическим зондированием. М: 2013
11. ГОСТ 20276-2012. Грунты. Методы полевого определения характеристик прочности и деформируемости. М: 2013.
12. Болдырев Г.Г. Cравнение методов лабораторных и полевых испытаний грунтов. Пенза, НПП «Геотек».

Количество просмотров публикации: Please wait

Связь с автором (комментарии/рецензии к статье)

Оставить комментарий

Вы должны авторизоваться, чтобы оставить комментарий.

В чем измеряется напряжение грунтов

Многообразие факторов, определяющих поведение грунтов под воздействием нагрузки, зачастую затрудняет создание достоверной анали­тической модели их напряженного состояния. Действительную картину напряженного состояния может вскрыть лишь метрологически обеспечен­ный эксперимент, позволяющий проводить длительные статические или динамические испытания грунта и изучение явлений на контакте сооруже­ния или конструкции с грунтом.

Для изучения поведения грунтов в основаниях необходимо опреде­лять напряжения, деформации, паровое давление, физико-механические и фильтрационные характеристики грунта в основаниях сооружений в зави­симости от внешних воздействий на сооружение.

Напряженное состояние грунтаопределяется совокупностью контактных взаимодействий между зернами скелета грунта, внутренних напряжений в зернах скелета и давлением воды в порах грунта. Понятие напряженного состояния в грунте относится к некоторой конечной, но ма­лой зоне. Если в этой зоне известны любые шесть независимых компонен­тов напряженного состояния (например, шесть значений нормальных на­пряжений на шести различно ориентированных площадках), то напряжен­ное состояние в зоне считается полностью определенным.

Нормальные напряжения в грунте измеряют путем помещения в заданную зону искусственного тела — датчика нормальных напряжений, деформации или изменение объема которого могут быть преобразованы в регистрируемый (чаще всего электрический) сигнал. Датчик должен иметь размеры, позволяющие усреднять все факторы, определяющие неоднород­ность напряжений в рассматриваемой зоне.

Идеальный датчик должен обладать деформативными характери­стиками, схожими с деформативными характеристиками грунта, чтобы снизить влияние неоднородного включения. Однако деформативные харак­теристики грунта зависят от ряда факторов, из которых влажность, плот­ность, история нагружения и характер напряженного состояния являются определяющими. Датчик напряжений в грунте, если его механические ха­рактеристики отличаются от характеристик среды, является кон­центратором напряжений в прилегающей к нему зоне, что является причи­ной погрешностей при определении напряжений.

Если необходимо определить пространственную картину напря­женного состояния грунта, то в нем располагают несколько датчиков, нор­мали к которым ориентированы в разных направлениях. Возможно распо­ложение датчиков по одной оси или их пространственная ориентация.

При изучении работы ответственных сооружений создается проект размещения измерительной аппаратуры с учетом трасс прокладки линий измерительной цепи, коммутаторов, мест расположения регистрирующей аппаратуры. Проект определяет последовательность проведения всех работ и является частью проекта сооружения. Для получения достоверных ре­зультатов необходимо, чтобы способы укладки и уплотнения грунта в из­мерительной зоне и в прилегающих к ней зонах не отличались. Датчики должны устанавливаться одновременно с укладкой грунта в контролируе­мую зону. В местах установки датчиков следует отобрать пробы грунта с тем, чтобы определить его физико-механические характеристики. Посколь­ку добиться полного соответствия деформативности датчика и грунта не удается, выбор параметров измерительных преобразователей (датчиков) должен обеспечить требуемую точность измерения напряжений в грунте.

7.1.1. Типы датчиков напряжений в грунте

Экспериментально доказано, что в условиях одноосной деформа­ции датчик должен обладать наибольшей жесткостью и наименьшей тол­щиной. На рис. 7.1. приведены наиболее часто применяемые схемы датчи­ков напряжений в грунтах. Во всех конструкциях внутренняя полость дат­чика может быть заполнена жидкостью, изменение давления в которой пре­образовывается в электрический сигнал при помощи упругого элемента с наклеенными тензорезисторами. Датчики могут выполняться в виде сплош­ных шайб из пьезокристаллов или из магнитострикционных материалов.

ка, измерение третьего главного напряжения, действующего по нормали к поверхности датчика, с учетом влияния режима нагружения позволяет ус­тановить картину взаимодействия жесткого датчика и грунта. Концентра­ция напряжений в грунте для жестких дисковидных датчиков при нали­чии значительных деформаций в грунте может изменяться в значительном диапазоне (в песке плюс 70. 100% и минус 30. 50%) и зависит от режима нагружения. Повышенную концентрацию напряжений вызывают жесткие грунтовые ядра, возникающие за счет сил трения грунта на поверхности датчика.

Читайте также: Расчет трансформаторов напряжения 10 кв для учета

7.1.2. Эластичный датчик напряжений в грунте

Датчик в грунте обладает минимальной сжимаемостью и толщи­ной, достаточной площадью, позволяющей усреднять напряжения в задан­ной области. Эластичный датчик представляет собой резиновый тонкий диск, пронизанный сообщающимися полостями заполненными мало­сжимаемой жидкостью. Конструкция эластичного датчика (рис.7.2) пред­ставляет собой прямоугольную тонкую трубку, уложенную двойной спира­лью, или два диска, соединенные по контуру во множестве точек по по­верхности.

Объем жидкости составляет 6. 10% объема датчика, а площадь поперечного сечения по жидкости 75. 80% от площади датчика. Внутрен­няя полость соединена со струнным измерителем давления. Напряжения, возникающие в грунте, создают в рабочей жидкости датчика давление, ко­торое измеряется струнным преобразователем. Колебания струны создают­ся электромагнитом. Теоретические и экспериментальные исследования показали, что при малой толщине диска в однородном поле напряжений

Рис. 7.3. Погрешность эластичного и жесткого датчиков напряжений в грунтах

Для получения достоверных данных о напряжениях в грунтах не­обходимо проводить метрологические испытания датчиков напряжения на специальных испытательных установках. В этих установках воспроизводят гидравлическим или пневматическим способом заданные давления на рабо­чую поверхность датчика. Чувствительность датчиков напряжения к темпе­ратуре определяют в термостатах, оснащенных термометрами.

7.1.3. Струнные жесткие датчики

Для изучения взаимодействия датчика и грунта разработан ряд уст­ройств. Все схемы должны обеспечивать создание на границах с грунтом однородного напряженного состояния. Для измерения напряжений на кон­такте сооружения с грунтом применяют струнные жесткие датчики (рис.7.4) с деформативностью, близкой к деформативности бетона. Давле­ние грунта передается с контактной площадки внешней мембране через гидравлическую полость на рабочую мембрану. Струна крепится к мембра­не нижним струнодержателем и к защитному кожуху верхним струнодер­жателем. Колебания струны возбуждаются электромагнитом.

Кожух имеет заливное отверстие и резьбу для установки датчика в сооружение. Выходной сигнал измеряется частотомером. Датчики устанавливают в жестко забетонированные в конструкцию закладные гнезда или обоймы так, чтобы рабочая поверхность датчика совпадала с поверхностью конструкции. При изучении взаимодействия монолитных фундаментов с грунтом обоймы предварительно бетонируют в небольших блоках, которые после установки в них датчиков располагают в нужных зонах. Чтобы уменьшить влияние напряжений, возникающих в бетоне при твердении, боковую поверхность датчика защищают материалом с низким модулем упругости.

В некоторых конструкциях в датчиках применяют тензорезисторные преобразователи, наклеиваемые на упругий элемент. Малогабаритные датчики с тензорезисторными преобразователями находят применение в модельных исследованиях при статических и динамических испытаниях.

7.1.4. Комбинированный датчик

Для измерения нормальных и касательных напряжений использу­ется комбинированный датчик, схема которого приведена на рис.7.5. При воздействии давления грунта N по нормали к рабочей диафрагме она де­формируется и тензорезистор TR, наклеенный в центре внутренней поверх­ности диафрагмы, преобразует деформацию в электрический сигнал, про­порциональный нормальному давлению грунта.

Конструкция датчика позволяет без применения специальных дорогостящих материалов, прецизионной технологии изготовления и дорогостоящих электронных усилителей добиться высокой чувствительности при изменении давления, достаточной точности и эксплуатационной надежности в случае проведения обязательной тарировки рассматриваемых датчиков перед каждым испытанием в условиях, соответствующих запланированному эксперименту.

Читайте также: Система регулирования напряжения синхронных генераторов

Датчик может иметь размеры соизмеримые с рабочей средой, в ча­стности с зернами песчаного фунта, что также может позволить планиро­вать и выполнять эксперименты не только на макро-, но и на микроуровне, который в свою очередь даст возможность принципиально по-новому изу­чить работу грунтового основания под различными зданиями и сооруже­ниями.

Дата добавления: 2014-12-24 ; просмотров: 3369 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Удельное сопротивление грунта

Расчётное удельное электрическое сопротивление грунта (Ом*м) — параметр, определяющий собой уровень «электропроводности» земли как проводника, то есть как хорошо будет растекаться в такой среде электрический ток от заземлителя.

Это измеряемая величина, зависящая от состава грунта, размеров и плотности прилегания друг к другу его частиц, влажности и температуры, концентрации в нём растворимых химических веществ (солей, кислотных и щелочных остатков).

Использование в расчётах

Электрическое удельное сопротивление грунта является основным параметром для расчёта заземления.

Чем меньший размер имеет эта величина, тем меньше будет сопротивление заземления смонтированного устройства.

Величины расчётного электрического удельного сопротивления грунта (таблица)

Грунт	Удельное сопротивление, среднее значение (Ом*м)	Сопротивление заземления для комплекта ZZ-000-015, Ом	Сопротивление заземления для комплекта ZZ-000-030, Ом	Сопротивление заземления для комплекта ZZ-100-102, Ом
Асфальт	200 — 3 200	17 — 277	9,4 — 151	8,3 — 132
Базальт	2 000	Требуются специальные мероприятия (замена грунта)
Бентонит (сорт глины)	2 — 10	0,17 — 0,87	0,09 — 0,47	0,08 — 0,41
Бетон	40 — 1 000	3,5 — 87	2 — 47	1,5 — 41
Вода
Вода морская	0,2
Вода прудовая	40	3,5	2	1,7
Вода равнинной реки	50	4	2,5	2
Вода грунтовая	20 — 60	1,7 — 5	1 — 3	1 — 2,5
Вечномёрзлый грунт (многолетнемёрзлый грунт)
Вечномёрзлый грунт — талый слой (у поверхности летом)	500 — 1000	—	—	20 — 41
Вечномёрзлый грунт (суглинок)	20 000	Требуются специальные мероприятия (замена грунта)
Вечномёрзлый грунт (песок)	50 000	Требуются специальные мероприятия (замена грунта)
Глина
Глина влажная	20	1,7	1	0,8
Глина полутвёрдая	60	5	3	2,5
Гнейс разложившийся	275	24	12	11,5
Гравий
Гравий глинистый, неоднородный	300	26	14	12,5
Гравий однородный	800	69	38	33
Гранит	1 100 — 22 000	Требуются специальные мероприятия (замена грунта)
Гранитный гравий	14 500	Требуются специальные мероприятия (замена грунта)
Графитовая крошка	0,1 — 2
Дресва (мелкий щебень/крупный песок)	5 500	477	260	228
Зола, пепел	40	3,5	2	1,7
Известняк (поверхность)	100 — 10 000	8,7 — 868	4,7 — 472	4,1 — 414
Известняк (внутри)	5 — 4 000	0,43 — 347	0,24 — 189	0,21 — 166
Ил	30	2,6	1,5	1
Каменный уголь	150	13	7	6
Кварц	15 000	Требуются специальные мероприятия (замена грунта)
Кокс	2,5	0,2	0,1	0,1
Лёсс (желтозем)	250	22	12	10
Мел	60	5	3	2,5
Мергель
Мергель обычный	150	14	7	6
Мергель глинистый (50 — 75% глинистых частиц)	50	4	2	2
Песок
Песок, сильно увлажненный грунтовыми водами	10 — 60	0,9 — 5	0,5 — 3	0,4 — 2,5
Песок, умеренно увлажненный	60 — 130	5 — 11	3 — 6	2,5 — 5,5
Песок влажный	130 — 400	10 — 35	6 — 19	5 — 17
Песок слегка влажный	400 — 1 500	35 — 130	19 — 71	17 — 62
Песок сухой	1 500 — 4 200	130 — 364	71 — 198	62 — 174
Супесь (супесок)	150	13	7	6
Песчаник	1 000	87	47	41
Садовая земля	40	3,5	2	1,7
Солончак	20	1,7	1	0,8
Суглинок
Суглинок, сильно увлажненный грунтовыми водами	10 — 60	0,9 — 5	0,5 — 3	0,4 — 2,5
Суглинок полутвердый, лесовидный	100	9	5	4
Суглинок при температуре минус 5 С°	150	—	—	6
Супесь (супесок)	150	13	7	6
Сланец	10 — 100
Сланец графитовый	55	5	2,5	2,3
Супесь (супесок)	150	13	7	6
Торф
Торф при температуре 10°	25	2	1	1
Торф при температуре 0 С°	50	4	2,5	2
Чернозём	60	5	3	2,5
Щебень сухой
Щебень мокрый	3 000	260	142	124
Щебень сухой	5 000	434	236	207

Читайте также: Напряжение выхода звуковой карты компьютера

Сопротивление заземления для комплектов ZZ-000-015 и ZZ-000-030, указанное в таблице, может использоваться при различных конфигурациях заземлителя — и точечной, и многоэлектродной.

Вместе с таблицей ориентировочных величин расчётного удельного сопротивления грунта предлагаем Вам
воспользоваться географической картой уже смонтированных ранее заземлителей на базе готовых комплектов заземления ZANDZ с результатами замеров сопротивления заземления.

Типы грунтов республики Казахстан и их удельные электрические сопротивления (карта)

Тип грунта	Ом*м
Известняк поверхностный	5 050
Гранит	2 000
Базальт	2 000
Песчаник	1 000
Гравий однородный	800
Песчаник влажный	800
Гравий глинистый	300
Чернозём	200
Разнообразные смеси глины и песка	150
Суглинок лесовидный	100
Глина полутвёрдая	60
Сланцы глинистые	55
Суглинок пластичный	30
Глина пластичная	20
Подземные водоносные слои	5

Глина, суглинок, супесь (различия)

Рыхлые осадочные грунты, состоящие из глины и песка, классифицируются по содержанию в них глинистых частиц:

• глина — более 30%. Глина очень пластичная, хорошо скатывается в шнур (между ладонями). Скатанный из глины шар сдавливается в лепешку без образования трещин по краям.
  • тяжелая — более 60%
  • обычная — от 30 до 60% с преобладанием глинистых частиц
  • пылеватая — от 30 до 60% с преобладанием песка
  • суглинок — от 10% до 30% глины. Этот грунт достаточно пластичен, при растирании его между пальцами не чувствуются отдельные песчинки. Скатанный из суглинка шар раздавливается в лепешку с образованием трещин по краям.
    • тяжелый — от 20 до 30%
    • средний — от 15 до 20%
    • легкий — от 10 до 15%
    • супесь (супесок) — менее 10% глины. Является переходной формой от глинистых к песчаным грунтам. Супесь наименее пластичная из всех глинистых грунтов; при ее растирании между пальцами чувствуются песчинки; она плохо скатывается в шнур. Скатанный из супеси шар рассыпается при сдавливании.

    Зависимости от условий

    Зависимость удельного сопротивления грунта (суглинок) от его влажности
    (данные из IEEE Std 142-1991):

    

    Зависимость удельного сопротивления грунта (суглинок) от его температуры
    (данные из IEEE Std 142-1991):

    

    На этом графике хорошо видно, что при температуре ниже нуля грунт резко повышает свое удельное сопротивление, что связано с переходом воды в другое агрегатное состояние (из жидкого в твердое) — почти прекращаются процессы переноса заряда ионами солей и кислотными/щелочными остатками.

    • Напряжение
    • Реле
    • Трансформатор
    • Что такое рекуперация на электровозе
    • Чем отличается электровоз от тепловоза
    • Чем глушитель отличается от резонатора
    • Стойки стабилизатора как определить неисправность
    • Стабилизатор поперечной устойчивости как работает

    © 2023
    Информация, опубликованная на сайте, носит исключительно ознакомительный характер

    Измерение удельного сопротивления грунта

    

    Так как разновидностей грунта огромное количество, то и параметры замеров электрического сопротивления грунта могут сильно различаться между собой. На показания удельного сопротивления влияют и тип почвы, плотность, количество влаги в почве, уровень промерзания, температура внешней среды, концентрация в грунте различных химических веществ, солей и щелочных остатков. ГОСТ Р 50571.5.54–2013 регламентирует средние значения большинства типов почвы, которые можно встретить на территории России.

    Зачем нужны замеры сопротивления грунта

    Расчеты удельного сопротивления позволяют определить уровень электропроводности грунта, то есть, насколько хорошо будет ток растекаться по земле от заземлителей.

    Этого требуют проекты организаций для того, чтобы знать на что рассчитывать при проектировании заземления электроустановок.

    Как определить удельное электрическое сопротивление грунта

    Обычно наши сотрудники измеряют удельное сопротивление почвы за счет подключения созданного временного контура заземления по методу Веннера.

    В основу электрических измерений грунта заложен метод магнитоэлектрического логометра. Для точных результатов важно правильное размещение измерительных штырей, которые надо установить в землю примерно в четырех местах на равном расстоянии, где планируется разместить заземлители. Расстояние вычисляется из длины штырей, на которую они будут заглублены в землю.

    Показания напрямую влияют на расчеты заземления электроустановок и оборудования. Например, чем меньше будет показатель, тем ниже будет сопротивление контура заземления, что, в свою очередь, позволит существенно сэкономить на количестве устанавливаемых заземлителей.

    

    Приборы для расчета удельного сопротиволения грунта

    

    Для контроля за электропроводностью грунта требуется проводить регулярные проверки сопротивления заземлителей.

    Для проверки электропроводности мы используем специальные приборы, например, М416 или современные Metrel, где функция замера сопротивления включена опционально или омметр МЕГЕОН 13120. Кроме того, применяется прибор МС-08 или более современный аппарат измерения электрического сопротивления грунта ИС-10.

    Как часто необходимо производить замеры

    Данную процедуру рекомендуется проводить в течение всего года, каждый квартал, так как смена погоды существенно влияет на показатели измерений.

    Как правильно решить поставленную задачу

    Для получения необходимых рабочих показателей, чтобы избежать ошибок и фатальных последствий при неквалифицированном подходе, обратитесь за помощью к нашим специалистам.

    Мы располагаем всем необходимым оборудованием и передвижной лабораторией, поэтому сможем оперативно выехать практический на любой объект, грамотно и квалифицированно решить поставленную вами задачу.

    Протокол удельного сопротивления грунта

    По окончании проверки электропроводности почвы наши специалисты оформляют отчет о проделанной работе и протокол, где фиксируют результаты измерений.

    В протоколе указаны климатические условия проведения замеров, нормативные документы, на которые опирались специалисты при выполнении замеров.

    Важная страница протокола – указание приборов, которые были задействованы в процессе. Высокий класс точности прибора – это свидетельство о качестве испытаний и достоверности результатов.

    Специалисты нашей компании прошли необходимое обучение, имеют все сертификаты соответствия и должную квалификацию, чтобы выполнять задачи оперативно, ответственно и профессионально.

    Протокол проверки удельного сопротивления грунта

    Протокол – это документ, обладающий юридической силой, способный подвердить соответствие устройств защитного заземления или зануления требованиям Государственных стандартов и нормативных документов: ПУЭ и ПТЭЭП, ПТБЭЭП.

    Протокол определения удельного сопротивления грунта проводится как в виде отдельного испытания, так и входит в комплекс измерительных мероприятий приемо-сдаточных и контрольных испытаний.

    Протокол с результатами проверки удельного сопротивления грунта необходим при создании систем молниезащиты и проектировании защитного заземления.

    

    Вопросы и ответы

    Что такое сопротивление растекания контура заземления

    По определению из учебника, цитируем: «Сопротивление заземления (сопротивление растеканию электрического тока) определяется как величина «противодействия» растеканию электрического тока в земле, поступающего в неё через заземлитель. Измеряется в Ом и должно иметь минимально низкое значение»

    Представьте себе два штыря на расстоянии друг от друга. Один штырь – возле электроустановки, где произошло замыкание на «землю». Второй штырь расположен у ТП, куда стремится стекать ток. Наибольшая плотность тока в районе штыря, который расположен непосредственно возле электроустановки. Дальше ток разбегается по большой поверхности, но практически не выявляется. Площадь, расположенная на удалении от заземляющего устройства, где падение напряжения обнаружить не удается, называют зоной падения нулевого потенциала. До этой зоны расположены зоны растекания. Они требуют повышенного внимания при измерении. Ток, который стекает с заземляющего устройства создает между точкой входа в землю и зоной нулевого потенциала падение напряжения.

    Отношение падения напряжения к току, который его вызывает, есть сопротивления растекания. Rз=Uз/iз, Ом. Мы измеряем с помощью метода амперметр/вольтметр.

    Как вы измеряете сопротивление заземления

    Мы измеряем переходное сопротивление заземления с помощью метода амперметр/вольтметр.

    Забиваем два электрода: токовый и потенциальный, через токовый электрод и ЗУ прогоняется ток. Потенциальный электрод измеряет падение напряжение между ЗУ и точкой, где находится токовый электрод. Прибор производит необходимые вычисления и выдает результат.

    Расстояния между электродами выбираем согласно инструкции к прибору, которым производим измерения.

    В нашем случае устройство испытания, с которыми мы работаем – это может быть измеритель сопротивления заземления М416, либо другой имеющийся. В настоящее время мы чаще всего имеем дело с Metrel MI 3105, кстати, в комплект к Метрелу идут два провода каждый длинной по 20 м.

    Нужно ли отключать измеряемые заземляющие устройства от общей цепи

    Нет, мы не отключаем.

    Мы руководствуемся нормами ПУЭ-7 глава 1.7. Заземление и защитные меры. Нормы сопротивления для одинокого заземлителя одни, нормы для нейтрали трансформатора другие. Постараемся объяснить почему не рекомендуется отключать, для получения объективных результатов.

    Когда мы измеряем отдельно стоящее заземляющее устройство связанное, например, с заземляющим устройством повторного заземления PEN (нулевого) проводника, который в свою очередь связан с повторными заземлителями на опорах ВЛ, если они есть и с ЗУ питающей подстанции. От ЗУ нейтрали трансформатора может быть присоединено большое количество других ЗУ. При измерении, ток от прибора идет не только в измеряемое ЗУ, но и в каждое связанное с PEN-проводником устройство. В этом случае общее сопротивление получается заниженным.

    Однако для того, чтобы измерить определенное ЗУ, задайте себе вопрос, а можете вы отключить заземляющее устройство без погашения подстанции 6(10)-0,4 кВ. От нейтрали трансформатора подсоединяется все то, что выходит и из РУ, и с высокой стороны.

    Чтобы обезопасить себя, надо и с высокой стороны снять напряжение. Может произойти такое явление, как кз с высокой стороны, которое определит ли защита – большой вопрос. Даже если определит, то защита работает на сигнал не на отключение. Представьте себе, что напряжение с высокой стороны не снято, вы произвели измерение и отправились включать трансформатор, а в РУ образовался шаговый потенциал.

    Сезонные коэффициенты, как они влияют на измерения, где их найти

    Коэффициенты измерения есть в старых правилах ПТЭЭП вместе с ПТБ при эксплуатации электроустановок потребителей. 1987 года издания. Сейчас изданы методические указания по расчету сопротивления заземления. Ведь никто не будет ждать протокол до лета, если контур заземления забит зимой.

    В ПТЭЭП – это «Учет сезонных изменений сопротивления заземлителей». Глава гласит: «Сопротивление зависит от величины удельного сопротивления земли в слое сезонных изменений». Для получения максимально возможного на протяжении года сопротивления заземлителя, измеренную в данный момент величину сопротивления заземлителя следует умножить на сезонный коэффициент заземлителя К.

    «В зависимости от влажности земли в слое сезонных изменений принимают коэффициенты: К1– когда измерение производится при влажном грунте или моменту измерения предшествовало выпадение большого количества осадков. К2 – в случае измерения при средней влажности грунта и нормальном кол-ве осадков. К3 – при сухом грунте».

    Зачем нужен протокол испытаний, какая от него практическая польза

    Основная задача электрических испытаний – это выявление дефектов и предупреждение сбоев в работе электрооборудования, которые могут привести к нарушениям технологических процессов.

    Благодаря ведомости дефектов, которая составляется по результатам испытаний и измерений характеристик электрооборудования, вы можете увидеть нарушения в эксплуатации электрооборудования. Особенно выделены неисправности, которые подлежат немедленному устранению.

    Протокол и технический отчет — это документация, обладающая юридической силой, способная предупредить штрафные санкции со стороны контролирующих организаций: МЧС, Ростехнадзора и других

    Можно ли рассчитывать на снижение цены при повторных испытаниях

    При повторном обращении в нашу инженерную компанию действует система скидок, размер скидок уточняется у менеджера.

    Почему такое возможно.

    Технические отчеты мы храним в архиве компании в течение 10 лет. Если вы становитесь постоянным клиентом нашей компании, отчеты хранятся на протяжении всего сотрудничества, плюс еще 10 лет со дня последнего обращения.

    При составлении технической отчетности и заключении выводов по состоянию оборудования наши специалисты проверяют, какие изменения произошли в электроустановке за межпроверочный период.

    Общее количество проверяемых устройств и кабелей при этом существенно не меняется. Однако в целом объем работ уменьшается. Отсюда и существенное снижение цены.

    
    

    источники:

    https://plastep.ru/izmerenie-napryazheniy-v-grunte/

    https://plastep.ru/v-chem-izmeryaetsya-napryazhenie-gruntov/

    https://ik-gefest.ru/uslugi/elektrolaboratoriya/elektroizmereniya/izmerenie-udelnogo-soprotivleniya-grunta/