Результат интеллектуальной деятельности: МОБИЛЬНАЯ ЛАБОРАТОРИЯ ДЛЯ ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ ИЗЫСКАНИЙ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ

Область техники

Изобретение относится к области строительства, а именно к передвижным лабораториям, и может быть использовано для исследования свойств мерзлых и немерзлых грунтов в полевых условиях при проведении инженерно-геологических, гидрогеологических и геофизических изысканий для строительства зданий и сооружений.

Уровень техники

Аналогом данного предлагаемого изобретения является СТАНЦИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ (патент на изобретение RU 2208820 С1, заявка на изобретение 2001129634 от 01.11.2001, МПК⁷ G01W 1/02, опубликован 20.07.2003), содержащая павильон с размещенной в нем аппаратурой контрольно-измерительной системы, включающей газоаналитическую аппаратуру, установленную в приборной стойке, а также прибор-измеритель взвешенных частиц, и расположенные на крыше павильона пробозаборники и мачтовое устройство с комплектом метеодатчиков, отличающаяся тем, что вся аппаратура контрольно-измерительной системы размещена в приборных стойках, которые установлены в центральной части павильона и выполнены в виде стеллажей с передвижными по вертикали полками для установки приборов, имеющих разные размеры высоты, причем приборные стойки снабжены выдвижными полками и съемными перфорированными стенками, а над одной из приборных стоек напротив ее верхней центральной зоны через потолок и крышу павильона проложен прямой канал, сообщающий пробозаборник, установленный на крыше, и прибор-измеритель взвешенных частиц, установленный на верхней полке данной приборной стойки.

Недостатком приведенного аналога является то, что такая станция может быть использована только в стационарных условиях, т.е. она не может быть применена для решения многих задач, которые связаны с проведением исследований в реальных условиях.

Другим аналогом заявляемого технического решения является ПЕРЕДВИЖНАЯ ЛАБОРАТОРИЯ ДЛЯ ДИАГНОСТИКИ И ИСПЫТАНИЙ АВТОМОБИЛЕЙ (патент на изобретение RU 2086946 С1, заявка на изобретение 94034391 от 16.09.1994, МПК⁶ G01M 17/00, опубликован 10.08.1997), гусеничных машин и другой автомобильной техники, содержащая автомобиль-фургон и размещенное в нем оборудование для измерения характеристик дороги, метеорологических условий, экологических характеристик, параметров движения, параметров двигателя, трансмиссии, тормозных свойств, топливной экономичности, связанное с устройством автоматического сбора и обработки измеряемой информации в виде бортовой ЭВМ с принтером и плоттером, отличающаяся тем, что в передней части кузова автомобиля-фургона расположен пульт автоматического и ручного управления измерительным комплексом со столом, кнопками, тумблерами и рычагами, приборной доской со шкалами измеряемых параметров и с дисплеями бортовой ЭВМ и множеством каналов ввода информации от датчиков, окнами наблюдения справа и слева от стола, при этом лаборатория снабжена комплектом переносных датчиков, связанных с встроенным оборудованием и бортовой ЭВМ кабелями, и дополнительным автономным выносным компьютером с комплектом выносных датчиков и магнитографом, причем бортовая ЭВМ и выносной компьютер имеют одинаковую программную систему, автономным энергоузлом, выполненным помехозащищенным, с шумоглушением, амортизаторами и заземлением в виде бензинового двигателя с электрогенератором, автоматической подзарядкой аккумуляторных батарей и системой аварийного питания от энергосистем автомобиля-лаборатории, размещенным в задней части кузова-фургона в отдельном отсеке с дверью, поворотным кронштейном, установленным с возможностью поворота вокруг вертикальной оси в рабочее положение, перпендикулярное боковому борту кузова, или в нерабочее положение параллельно боковому борту, для размещения на его конце снаружи кузова оборудования по измерению метеорологических условий, с возможностью вдвижения в нишу кузова и фиксации относительно него, а оборудование по измерению характеристик дороги поперечных и продольных неровностей выполнено в виде двух регулируемых по ширине колеи профилографов, которые прикреплены к заднему борту кузова с возможностью поворота вокруг горизонтальной оси из горизонтального рабочего положения в вертикальное нерабочее положение с помощью лебедки и фиксатора, причем оборудование по измерению экологических характеристик, шума и вибраций с переносными датчиками размещено в герметичных отсеках вдоль нижней боковой части кузова с доступом через люки, открывающиеся снаружи.

Недостатком данного аналога является то, что в составе лаборатории не предусмотрены средства для обеспечения работы при проведении инженерных изысканий для строительства.

Наиболее близким аналогом (прототипом) заявляемого изобретения является МОБИЛЬНАЯ ХИМИКО-АНАЛИТИЧЕСКАЯ ЛАБОРАТОРИЯ (патент на изобретение RU 2251496 С1, заявка на изобретение 2003134002 от 12.11.1993, МПК⁷ В60Р 3/14, опубликован 10.05.2005).

1. Содержащая автомобиль-фургон с размещенной в нем контрольно-измерительной аппаратурой для измерения различных параметров, связанной с бортовой ЭВМ, имеющей принтер, автономный энергоузел в виде бензинового двигателя с электрогенератором, размещенным в изолированном отсеке в задней части кузова с отдельной дверью, имеющем защиту от помех, заземление, шумоглушение, амортизацию, отличающаяся тем, что лаборатория дополнительно снабжена кондиционером, системой отопления, вытяжным боксом с вентилятором, компактной лабораторной мойкой, компрессором, линиями газоподачи от баллонов с инертными газами, системой водоподготовки для лабораторных нужд, генератором водорода, а также емкостями для дистиллированной воды и лабораторного слива, столами рабочим, вспомогательным и письменным, при этом контрольно-измерительная аппаратура установлена на плите, снабженной амортизаторами и прикрепленной к дополнительно установленным лабораторным столам, снабженным выдвижными ящиками, в которых размещены химико-аналитическое оборудование и принадлежности, реактивы, кабели соединительные, лабораторная посуда, расходные материалы.

2. Мобильная химико-аналитическая лаборатория по п.1, отличающаяся тем, что в контрольно-измерительную аппаратуру включен хроматограф.

3. Мобильная химико-аналитическая лаборатория по п.1, отличающаяся тем, что в контрольно-измерительную аппаратуру включен хроммасс-спектрометр.

4. Мобильная химико-аналитическая лаборатория по п.1, отличающаяся тем, что в контрольно-измерительную аппаратуру включен аппарат для электрохимических методов анализа.

5. Мобильная химико-аналитическая лаборатория по п.1, отличающаяся тем, что в контрольно-измерительную аппаратуру включен аппарат для газового анализа.

6. Мобильная химико-аналитическая лаборатория по п.1, отличающаяся тем, что в контрольно-измерительную аппаратуру включен фотокалориметр.

7. Мобильная химико-аналитическая лаборатория по п.1, отличающаяся тем, что в контрольно-измерительную аппаратуру включен спектрофлюорограф.

8. Мобильная химико-аналитическая лаборатория по п.1, отличающаяся тем, что в систему водоподготовки включены фильтропатроны и фильтродержатели для сорбентов, ионообменных смол, обратного осмоса, а также установка для озонирования воды.

9. Мобильная химико-аналитическая лаборатория по п.1, отличающаяся тем, что в автономный энергоузел включен стабилизатор.

Недостатком лаборатории является то, что в составе лаборатории хотя и имеются средства, которые могут быть применены для химического анализа грунтов и грунтовых вод, но не предусмотрены другие средства для обеспечения всего комплекса работ, выполняемых при проведении инженерных изысканий для строительства.

Сущность технического решения

Известна мобильная лаборатория для инженерно-геологических изысканий в строительстве, содержащая контрольно-измерительную аппаратуру, установленную на плите с амортизаторами и прикрепленную к лабораторным столам с выдвижными ящиками, связанную с бортовой ЭВМ, имеющей принтер, химико-аналитическое оборудование и принадлежности, реактивы, кабели соединительные, лабораторную посуду, расходные материалы, лабораторную мойку, емкость для воды, рабочие столы, автономный энергоузел в виде дизельного двигателя с электрогенератором, размещенный в изолированном отсеке с отдельной дверью, имеющем защиту от помех, заземление, шумоглушение, амортизацию, кондиционер, систему отопления.

Целью настоящего предлагаемого изобретения является расширение функциональных возможностей, создание мобильной лаборатории с возможностью установки на любое транспортное шасси, а также при транспортировке железнодорожным транспортом или самолетами и вертолетами и обеспечения высоких оперативных возможностей получения результатов лабораторных испытаний.

Поставленная задача решается тем, что лаборатория снабжена блок-контейнером с возможностью его установки на любое транспортное средство, при этом блок-контейнер разделен на три функциональные помещения, в которых размещено лабораторное оборудование, причем контрольно-измерительная аппаратура снабжена оборудованием для механических испытаний грунтов как в мерзлом, так и немерзлом состояниях, расположенным в одном помещении, и оборудованием для физических исследований грунтов, расположенным в другом помещении, а в третьем - вспомогательном помещении в виде изолированного отсека размещен автономный энергоузел, в котором дополнительно размещены электрощит, компрессор и оборудование для проведения полевых испытаний грунтов в виде винтового штампа и буровых штанг.

Помещение для испытания грунтов имеет дополнительную теплоизоляцию в случае испытания грунтов в мерзлом состоянии.

Для испытания грунтов в мерзлом состоянии в состав лаборатории включен холодильный агрегат.

Для определения компрессионного модуля деформации в состав лаборатории включен компрессионный прибор.

Для определения модуля деформации и параметров прочности в состав лаборатории включен прибор трехосного сжатия.

Для определения компрессионного модуля деформации в состав лаборатории включен компрессионный прибор с измерением боковых напряжений.

Для определения параметров прочности в состав лаборатории включен прибор одноплоскостного среза.

В состав лаборатории включены устройства для подготовки образцов грунта из монолитов.

В состав лаборатории включено устройство для предварительного уплотнения образцов грунта.

В состав лаборатории включено оборудование для определения физических свойств грунтов.

В контрольно-измерительную аппаратуру включен измерительно-вычислительный комплекс (ИВК) «АСИС-1».

Испытания грунтов проводятся под управлением измерительно-вычислительного комплекса «АСИС-1».

В состав лаборатории включено оборудование для геофизических исследований грунтов, например:

- цифровая многоканальная инженерно-сейсморазведочная станция «Лакколит Х-М2» производства ООО «Логис»;

- цифровая аппаратура «ЭРП-1» разработки МЧП «ЛИНИЯ» для электроразведочных работ;

- георадар ОКО-2 производства ООО «Логис»;

- двухканальная высокочастотная сейсмостанция «ИДС-1» производства ООО «Логис» для сейсмоакустических исследований.

В состав лаборатории включено оборудование для полевых испытаний грунтов:

- винтовой штамп;

- зонд для статического зондирования;

- дилатометр;

- крыльчатка.

В состав лаборатории включено оборудование для гидрогеологических исследований грунтов.

В состав лаборатории включен термообогреватель.

В состав лаборатории включен воздушный компрессор.

В состав лаборатории включен холодильник.

В состав лаборатории включена аптечка.

При испытании мерзлых грунтов приборы закрыты дополнительными теплоизоляционными камерами.

Перечень фигур, чертежей и иных материалов

На фиг.1 приведена схема размещения оборудования мобильной лаборатории для инженерно-геологических изысканий в строительстве.

На фиг.2 - структурная схема измерительно-вычислительного комплекса автоматизированной системы испытаний в строительстве (ИВК АСИС).

Пример реализации технического решения

На фиг.1 обозначены:

1 - холодильное оборудование,

2 - обогреватель с термодатчиком,

3 - компьютер,

4 - светильники,

5 - оборудование и посуда для химического анализа грунтовых вод и грунтов,

6 - дизель-генератор,

7 - электрощит,

8 - оборудование для проведения полевых испытаний грунтов:

винтовой штамп и буровые штанги,

9 - компрессор,

10 - оборудование для геофизических исследований грунтов,

11 - лабораторный холодильник,

12 - аптечка,

13 - оборудование для физических исследований грунтов,

14 - оборудование для механических испытаний грунтов: стандартный компрессионый прибор, компрессионный прибор с измерением боковых напряжений; прибор одноплоскостного среза с кинематическим нагружением, прибор одноплоскостного среза со статическим нагружением, прибор предварительного уплотнения, прибор трехосного сжатия, прибор одноосного сжатия, прибор для испытания на растяжение сферическим индентором.

15 - оборудование для полевых испытаний грунтов: дилатометр, зонд, крыльчатка, прессиометр.

На фиг.2 обозначены:

16 - монитор,

17 - системный блок,

18 - адаптер интерфейса RS-485/232,

19 - манипулятор типа «мышь»,

20 - клавиатура,

21 - блок электронно-преобразующей аппаратуры,

22 - стандартный компрессионный прибор,

23 - компрессионный прибор с измерением боковых напряжений,

24 - прибор одноплоскостного среза с кинематическим нагружением,

25 - прибор одноплоскостного среза со статическим нагружением,

26 - прибор предварительного уплотнения,

27 - прибор трехосного сжатия,

28 - прибор одноосного сжатия,

29 - прибор для испытания на растяжение сферическим индентором.

В основу изобретения положена задача расширения функциональных возможностей и создания мобильной лаборатории, обладающей всем необходимым оборудованием для проведения комплекса инженерно-гелогических изысканий в период строительства, эксплуатации и ликвидации строительных объектов, которая может быть развернута в местах инженерно-геологических изысканий, в том числе и в районах крайнего севера и Арктики. Это обеспечивается тем, что лаборатория смонтирована в блок-контейнере, который может устанавливаться на любое транспортное шасси или использоваться без шасси при транспортировке железнодорожным транспортом или самолетами и вертолетами.

Работа лаборатории осуществляется следующим образом.

Монолиты грунта, отобранные одним из методов бурения буровым станком или вручную из массива грунта, помещаются в ящики для хранения образцов. В том случае, если были отобраны монолиты грунта в мерзлом состоянии, они помещаются в морозильную камеру. Далее, используя устройство для подготовки образцов, из монолитов вырезаются образцы грунта, которые устанавливаются в приборы для исследования механических свойств грунтов (деформационные и прочностные характеристики). Испытания выполняются автоматически в составе измерительно-вычислительного комплекса «АСИС-1».

Измерительно-вычислительный комплекс (ИВК) «АСИС-1» представляет собой функционально объединенную совокупность механических приборов, средств измерений и программного обеспечения на базе ПЭВМ, предназначенных для испытания пылевато-глинистых, песчаных грунтов и горных пород, в мерзлом и немерзлом состояниях, с целью определения их прочностных и деформационных характеристик.

Измерительные каналы ИВК «АСИС-1» предназначены для измерения силы, давления и линейных перемещений.

Область применения - автоматизация механических испытаний образцов мерзлых и немерзлых грунтов в лабораторных условиях.

ИВК «АСИС» осуществляет:

- автоматическое управление процессом испытаний (нагружением и разгрузкой) образцов грунта в приборах, входящих в его состав;

- воздействие на испытываемые образцы вертикальными и горизонтальными нагрузками и боковым и всесторонним давлением;

- измерение вертикальных и горизонтальных нагрузок (прикладываемой силы), действующих на образцы, с применением измерительных каналов силы. Измерение вертикальных, горизонтальных и радиальных деформаций (линейных перемещений) образцов с применением измерительных каналов линейных перемещений. Измерение бокового и всестороннего давления в рабочих камерах приборов, воздействующего на образцы, и измерение порового давления в поровом пространстве образцов с применением измерительных каналов давления;

- обработку результатов измерений, выполнение вычислений и определение характеристик прочности и деформируемости грунтов;

- архивирование и визуализацию результатов измерений и вычислений.

Приборы в составе ИВК реализуют механическое воздействие на испытываемые образцы вертикальными и горизонтальными нагрузками, боковым и всесторонним давлением.

Программное обеспечение на базе ПЭВМ осуществляет управление процессом механического воздействия и измерения силы, давления, действующих на испытываемый образец, и линейных деформаций образцов.

Измерения выполняются при помощи измерительных каналов. Измерительные каналы осуществляют измерения силы, давления и линейных перемещений и могут быть использованы для автоматизации измерений нагрузки (прикладываемой силы), деформации (линейных перемещений), порового и всестороннего давления при испытаниях образцов грунта. Каждый измерительный канал аппаратно состоит из соответствующего первичного измерительного преобразователя (датчика), усилителя и преобразователя аналоговых сигналов в цифровой вид, интерфейса и специального программного обеспечения, являющегося обособленной частью общего программного обеспечения ИВК «АСИС-1».

Результатом механических испытаний с использованием ИВК «АСИС-1» являются прочностные и деформационные характеристики грунта.

В связи с тем что механические испытания проводятся в автоматическом режиме, лаборант в это же время определяет физические характеристики грунта, используя соответствующие устройства, входящие в состав мобильной лаборатории. Совмещение времени различных видов испытаний позволяет повысить производительность мобильной лаборатории.

При испытании грунтов в мерзлом состоянии используется холодильное оборудование 1, которое поддерживает заданную отрицательную температуру внутри помещения для механических испытаний грунтов.

Промышленная применимость

Данное изобретение промышленно реализуемо, обладает новыми, более широкими функциональными возможностями при проведении инженерно-геологических изысканиях, реализовано на современных схемотехнических решениях, обладает минимальными массогабаритными характеристиками и энергопотреблением, позволяет его использовать в полевых, жестких климатических условиях.