DE2349181A1

DE2349181A1 - Verfahren und einrichtung zum analysieren von spannungs- und belastungszustaenden

Info

Publication number: DE2349181A1
Application number: DE19732349181
Authority: DE
Inventors: Shosei Serata
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1972-10-02
Filing date: 1973-09-29
Publication date: 1974-04-11
Also published as: FR2201761A5; DE2349181B2; DE2349181C3; GB1429800A; ZA737460B; AU6050873A; US3796091A; AU472213B2; CA990098A

Description

DR-INQ. _ DIPL.-ΙΝβ. M. SC Dl PL.-P. (YS. Drt. DIPL.-PHYS.

HOGER-STELLRECHT-GRIESSBACH-HAECKER

PATENTANWÄLTE IN STUTTGART

USSN 294,431

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SHOSEI SERATA,
Orinda, Calif., U.S.A.

Verfahren und Einrichtung zum Analysieren von Spannungs- und Belastungszuständen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Analysieren von Spannungs- und Belastungszuständen und von Eigenschaften des ein Bohrloch umgebenden Untergrundes, bei dem auf die Bohrlochwand ein Druck in radialer Richtung ausgeübt wird, und ferner eine Einrichtung zum Durchführen des Verfahrens.

Eine genaue Messung der an Ort und Stelle auftretenden Belastungszustände urrasjler/iaterialeigenschaften des Bodens ist die fundamentalste. Erfordernis für eine quantitative Analyse und eine sichereN^tostruktion von auf dein Boden aufliegenden Bauteilen, wie Dämmen, Fundamenten, geneigten Ebenen, Tunnels und unterirdischen Bergv/erken. Die Ingenieur-Entwürfe dieser

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ORIGINAL IN8PECTED

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Bauten sind nicht auf den tatsächlichen Belastungszuständen und auch nicht auf genau bestimmten Materialeigenschaften des Bodens begründet, v/eil' zur Zeit keine Einrichtung und kein System vorhanden ist, um diese Belastungszustände und die Materialeigenschaften v/irksam und genau festzustellen. Aus diesem Grund sind die Baukonstruktionen normalerweise auf einem angenommenen Belastungszustand und ungefähren Materialeigenschaften aufgebaut, wobei diese Annahmen und Annäherungen einen Hauptnachteil der zur Zeit vorhandenen Ingenieur-Praxis in Bezug auf Konstruktion und Analyse von derartigen Bauten darstellen.

Es wurden bereits sehr viele Verfahren entwickelt und ausprobiert, um die an Ort und Stelle auftretenden Belastungszustände in einem Bodenmedium zu bestimmen. Meist bestanden diese Verfahren aus fünf getrennten fundamentalen Schritten, um den Belastungszustand an einer bestimmten Stelle des Bodens zu messen. Zuerst wurde ein Verformungsmessgerät, im allgemeinen ein Bohrlochdurchmesser-Messgeräi^ in den Boden eingebracht, dessen Belastung bestimmt werden soll. Als zweites, wurde eine Änderung des Bodenbelastungszustandes vorgenommen, indem ein zusätzliches Einschn schneiden in der Nähe der Bodenoberfläche vorgenommen wurde, beispielsweise in dem in Bezug auf diese Stelle ein Aushöhlen oberhalb, ein Aushöhlen in Vorwärtsrichtung und ein Schlitzeinschneiden durchgeführt wurde. Die durch ein solches Einschneiden verursachte Verformung wurde dann durch das Verformungsmessgerät gemessen. Als drittes wurde eine Probe des Bodens herausgenommen, an dem die Messung durchgeführt wurde, üblicherweise in der Form von Kernproben. Zum vierten wurde eine Laborprüfung dieser Kernproben durchgeführt, um die Materialkoeffizienten unter verschiedenen dreiachsigen Belastungsbedingungen zu bestimmen. All dies ist eine mühsame und zeitraubende Aufgabe, die eine Anzahl von Proben eines bestimmten Materials erfordert, die an der betreffenden Stelle herausgenommen wurden. Zum

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Schluss konnte dann durch Verwendung der im Laboratorium bestimmten Koeffizienten der Spannungs- oder Belastungszustand aus der Verformung errechnet werden, die durch die angebrachte Belastung verursacht wurde.

Es \7urde nun festgestellt, dass das obenerwähnte, aus fünf Verfahrensschritten bestehende Verfahren für viele Anwendungen keine ausreichende Genauigkeit ergibt, und das trotz der sehr grossen damit verbundenen Arbeit, weil die Kernproben oft bei. der Kernentnahme, beim Transport, bei der Lagerung und bei der Bearbeitung, wie sie für Labortests erforderlich ist, verändert werden. Deshalb ist die Kernprobe, wie sie im Laboratorium vorliegt, für das Medium in seinem natürlichen unterirdischen Zustand nicht repräsentativ. Bei vielen natürlichen Bodenmedien,

geb
beispielsweise Erde und /rochenem Fels, ist die Bodenentnahme einer ungestörten Probe eine unlösbare Aufgabe. Ausserdem können Diskontinuitäten und Isotropie, die in einem solchen unterirdischen Medium oft angetroffen v/erden, nicht wirksam in üblichen Belastungsmessverfahren ausgewertet v/erden.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu finden, das die gleichzeitige Messung des Belastungszustandes und der Materialeigenschaften des Bodenmediuras an Ort und Stelle in einem einzigen Bohrloch gestattet, ohne dass dabei die Notwendigkeit besteht, zusätzliche Einschnitte und/oder Laboratoriumsprüfungen durchzuführen, wobei das Verfahren für die Messung eines grossen Bereiches von unterirdischen Medien, und. zwar von weichem Lehm bis zu hartem Fels, reicht. Diese Aufgabe wird gemäss der Erfindung dadurch gelöst, dass auf einem ersten Längenabschnitt des Bohrloches derartige Radialdrücke auf die Bohrlochwand ausgeübt werden und dass die radialen Deformationen des Bohrloches in diesem ersten Längenabschnitt und ferner in einem anschließenden zweiten Längenabschnitt des Bohrloches gemessen werden. Vorteilhaft ist es dabei, dass durch das Ver-

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fahren das Vorhandensein von Diskontininuitäten und Anisotropie in den unterirdischen Medien an Ort und Stelle festgestellt werden kann.

Die Einrichtung zum Durchführen des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes rohrartiges Glied und ein damit fluchtendes zweites rohrartiges Glied vorgesehen sind, in denen eine Vielzahl von quer zur Längsachse angeordneten Längenmessvorrichtungen untergebracht sind, die über die Aussenflache der beiden Glieder hinausragen und an der betreffenden Stelle den Bohrlochdurchmesser feststellen, und dass das erste Glied ein radial aufweitbares Aussenteil hat, das mit Hilfe eines Auf*- weitmittels in vorbestimmter Weise unter Ausübung eines veränderlichen Druckes aufweitbar ist.

Die Erfindung befasst sich also mit einem Mess-System, um an Ort und Stelle die Belastungszustände und die.Materialeigenschaften des Bodens oder von Fels festzustellen, wobei die Einrichtung über ein Bohrloch in den Boden oder Fels eingebracht wird. Die Einrichtung, um dieses Verfahren durchzuführen, hat vorzugsweise zwei axial fluchtende zylindrische Kammern. Die erste dieser Kammern kann nun einen Fliessmediumdruck in Querrichtung relativ zur Kammer und senkrecht zur inneren Zylinderoberfläche des Bohrloches ausüben. Die zweite Kammer ist vollständig drucklos und gegen Druck der ersten Kammer isoliert. Beide Kammern haben eine Vielzahl von Gruppen von Durchmesser messenden Wandlern, um die Änderung im Bohrlochdurchmesser an einer Anzahl von Stellen in einer Umfangsrichtung entlang der Längsachse des zylindrischen Bohrloches zu messen. Bei Verwendung dieser Messeinrichtung können der Belastungszustand und die Materialeigenschaften des umgebenden Bodenmediums wie folgt bestimmt werden: Es wird zuerst ein Fliessmediumdruck in die erste Druckkammer eingeführt, und dieser Druck wird ständig bis zu einer vorbestimmten Druckgrenze erhöht. Die-

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se sich ständig ändernden Drücke verursachen entsprechende inkrementale Änderungen im Bohrlochdurchmesser in verschiedenen Radialrichtungen, sowohl in den abgedrückten als auch in den nicht abgedrückten Teilen des Bohrloches. Die Grosse derartiger Änderungen ist nun durch die Belastungszustände und die Materialeigenschaften des umgebenden Mediums bestimmt. Durch Messung der Durchmesseränderung, wie sie durch die erwähnten Durchmesser messenden Wandler angezeigt wird, können nun ausreichende und genaue Daten ermittelt werden, um eine genaue Berechnung der unterschiedlichen Belastungszustände und der Materialeigenschaften des Bodenmaterials zu ermöglichen.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung im Zusammenhang mit der Zeichnung, die ein Ausführungsbeispiel der Erfindung enthält. In der Zeichnung zeigen;

Fig. 1 eine Seitenansicht der erfindungsgemässen Einrichtung nach dem Einbau in ein Test-Bohrloch,

Fig. 2 eine Stirnansicht gemäss Fig. 1,

Fig. 3 eine schematische Darstellung der

Bohrlochverformung und der Spannungshüllkurven, wie sie durch die Anwendung von Druck erzeugt werden,

Fig. 4 einen Teilschnitt durch das erste Glied in grösserem Maßstab als Fig. 1,

Fig. 5 einen Schnitt nach Linie 5-5 der Fig. 4,

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Pig. 6 eine Teilseitenansicht zur Darstellung

der Trennwand zur Trennung der beiden Glieder,

Fig. 7 schematische Darstellungen der Bohrlochver-

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formungen in verschiedenen axialen Stellungen der Einrichtung im Bohrloch in der Nähe einer Diskontinuität,

Fig. 10 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, die in einem Test-Bohrloch angeordnet ist.

Die Messeinrichtung gemäss der Erfindung, wie sie in Fig. 1 und 2 dargestellt ist, wird als Ganzes mit 2 bezeichnet. Sie kann axial in ein zur Prüfung dienendes Bohrloch 4 eingesetzt werden, das in einem unterirdischen Medium 5 zur Auswertung eingeschnitten ist. In Fig. 1 ist die Richtung des Einsetzens von links nach rechts in das Bohrloch hinein dargestellt, wobei eine zylindrische Druckloskammer 6 der Einrichtung einer zylindrischen Druckkammer 8 im Bohrloch vorausgeht. Beide Kammern 6 und 8 haben eine Vielzahl von zum Messen von Durchmessern dienenden Gruppen von Wandlern, die im Abstand entlang der betreffenden Achsen der Kammern 6 und 8 und paarweise auf einem gemeinsamen Durchmesser senkrecht zu diesen Achsen angeordnet sind und die auf Durchmesseränderungen im Bohrloch 4 in Querrichtung ansprechen. In Fig. 1 ist ein System dargestellt, das zwei zueinander senkrechte Gruppen von Wandlern aufweist. Obgleich diese beiden Gruppen in einem gleichmässigen Boden dort ausreichend sind, wo die Hauptbelastungsrichtungen bekannt sind, so erfordert doch ein allgemeiner Fall mindestens drei Gruppen in drei unterschiedlichen axialen Durchmesserebenen. Ein System mit mehr als drei Gruppen von Wandlern wird in einem solchen

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Boden gebraucht, wo die Materialeigenschaften nicht gleichmassig und anisotrop sind. Im allgemeinen ergibt sich, dass die Genauigkeit der gemessenen Resultate umso grosser ist, je grosser die Anzal dieser Gruppen ist. Die Druckkammer 8, die einen steuerbaren, veränderbaren Fliessmediumdruck gegen die Bohrlochwand 14 ausüben kann, ist in einer festen räumlichen Beziehung zur Druckloskammer 6 entlang einer gemeinsamen zylindrischen Achse 16 angeordnet, die im wesentlichen die zylindrische Mittelachse des Bohrloches 4 ist. Die Druckloskammer 6 ist wirksam gegenüber dem Flüssigkeitsdruck der Druckkammer 8 durch eine Trennwand getrennt, die besonders deutlich aus Fig. 6 erkennbar ist. Der Fliessmediumdruck in der Druckkammer wird durch übliche Mittel, beispielsweise ein Fernreservoir und nicht dargestellte Pumpen, gesteuert, die an die Druckkammer 8 durch eine Leitung 18 angeschlossen sind.

Die Einzelheiten der Anordnung der Durchmesser messenden Wandler 1O sind im wesentlichen in Fig. 4 und 5 dargestellt. Dieses Ausführungsbeispiel verwendet Standard-Wandler (LVDT) 20 für eine lineare veränderbare Verstellung, die in der Druckkammer 8 montiert sind, um so die Bohrloch-Durchmesseränderungen zu messen. Der Wandler 20 kann frei in einem Loch gleiten, das diametral quer durch einen Stahlzylinder 24 hindurchgebohrt ist, der ein Hauptteil der Druckkammer bildet. Zwei diametral angeordnete, bewegliche Teile des Wandlers, nämlich der Magnet 21 und die Spule 22, sind getrennt an Puffern 25 und 26 befestigt, die an aus Metall bestehenden Buchsen 27 und 28 angebracht sind. Die Buchsen sind mit einem ausdehnbaren Mantel 34 verbunden, so dass sich diese Puffer entsprechend in Richtung der Pfeile a und b bewegen können, und zwar geschieht dies durch Regulierung des Flüssigkeitsdruckes in parallel zu der Hauptzylinderachse des Wandlers verlaufenden Richtungen. Das elektrisch modulierte Ausgangssignal des Wandlers, das entsprechend den Bohrloch-Durchmesseränderungen kalibrierbar ist, wird nun entsprechenden ' — 8 —

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Fernmessvorrichtungen über ein Mehrfachkabel 3O zugeführt, das sich von dem Wandler durch die mittlere Hauptbohrung 32 der Druckkammer 8 bis zur Fernstation über die Leitung 18 erstreckt.

Wie aus den Fig. 4 und 5 hervorgeht, ist die Konstruktion der Druckkammer 8 im wesentlichen wie folgt: das Hauptteil ist ein Stahlzylinder 24, der eine innere Hauptbohrung 32 hat, die einen steuerbaren Flüssigkeitsdruck über die vorerwähnte Leitung erhält. Ein halbstarrer ausdehnbarer, aus Gummi bestehender Mantel 34 ist im Abstand zum Stahlzylinder 24 so angeordnet, dass oich ein Ringraum 36 zwischen diesen Teilen ergibt. Beim Arbeiten entspricht die Aussenfläche 38 des Mantels 34 der Bohrlochwand 14 das Bohrloches 4. Durchgänge 4O für das Fliessmedium erstrecken sich radial durch den Stahlzylinder 24, so dass nun der Druck des Fliessmediums von der Hauptbohrung 32 auf den Ringraum 36 übertragen wird, wodurch dann dieser Druck auf die Bohrlochwand 14 über den ausdehnbaren Mantel 34 übertragen wird.

Die Druckloskammer 6, die rechts in Fig. 6 dargestellt ist, weist ein starres, zylindrisches Gehäuse 41 auf, das einen Innenraum 43 zur Aufnahme der entsprechenden elektrischen Leitungen aufweist. Eine Vielzahl von Wandlern erstreckt sich diametral durch das Gehäuse in der gleichen Weise wie in der Druckkammer 8. Es sei jedoch darauf hingewiesen, dass der Innenraum 43 gegenüber der Atmosphäre offen ist oder auch in Wasser oder irgeneine Bohrlochflüssigkeit eingetaucht sein kann, jedoch soll kein Innendruck aus der Druckkammer dorthin übertragen werden. Beim Arbeiten v/erden nun die Einzelwerte der Durchmesseränderung entsprechend dem Fliessmediumdruck in der Druckkammer als Funktion der Zeit für Belastung und Entlastung wie folgt erhalten: die Druckhöhe in der Druckkammer wird allmählich unter Wiederholen der Be.lastungs- und Entlastungsvor-gänge so lange angehoben, bis die angewandte Druckhöhe die

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Summe des an Ort und Stelle vorhandenen Bodendruckes und der Festigkeit des Bodenmaterials übersteigt. Dieser Überdruck zerstört damit bei seiner Anwendung das Bohrloch. Die Bohrlochverformungen, wie sie während des ganzen Belastungsvorgangs bis zum Versagen beobachtet werden, ergeben nun. das gesamte Spektrum des Bodenmediums einschliesslich der anfänglichen Verdichtung, der elastischen und nicht elastischen Verformung, der Nachgiebigkeit, des Bruches der viskoelastischen Verformung, des plastischen Flusses und des endgültigen Versagens. Während dieses Prüfvorgangs werden die Bohrloch-Durchmesseränderungen genau längs der Querwand (die die Kammern 6 und 8 voneinander trennt) an den verschiedenen Stellen gemessen, wie sie durch die Wandler in der Druckkammer und der Druckloskammer entsprechend den Belastungswerten bestimmt v/erden. Das endgültige Resultat besteht in einer Gruppe an Ort und Stelle gleichzeitig aufgenommener Daten einschliesslich der Belastung, des Druckes, der Verformung in bezug auf den Zeitablauf in den unter Druck stehenden und nicht unter Druck stehenden Teilen des Bohrloches, wodurch sich eine Information ergibt, die ausreicht und die notwendig ist, um den Belastungszustand und die Materialeigenschaften des Bodens, beispielsweise Elastizität, Viskoelastizität, Viskoplastizität, Zusammendrückbarkeit, Nachgiebigkeit und Zusammenbruch der Festigkeiten zu berechnen-

Fig. 3 trägt dazu bei, das Prinzip zu erläutern, auf dem die Arbeitsweise des erfindungsgemässen Systems aufgebaut ist. In das Bohrloch 4 ist die Druckkammer 8 und die Druckloskammer 6 eingebracht. Die letztere 'ist vorzugsweise mit dem Stahlzylinder bzw. der Druckkammer 8 beispielsweise durch ein .Innengewinde verbunden, das am Ende des Gehäuses 41. vorgesehen ist und das auf ein Aussengewinde aufgeschraubt ist, das an einem Ansatz 45 der Kammer 8 angebracht ist. Der ausdehnbare Mantel 34 der Druckkammer 8 kommt in. Berührung mit einem Teil der Bohrlochwand 14. Wenn nun die Druckkammer 8 auf einen Druck gebracht wird, wie er den

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73^9181

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Pfeilen c entspricht, so ergifc>t sich eine Beanspruchung des umgebenden Bodens, die durch die Spannungsumhüllenden, angedeutet und durch die Pfeile d dargestellt ist. Damit bewegt sich der Boden senkrecht zu den· Umhüllenden, wie dies durch die Kurven e dargestellt ist. Die Bodenbewegung ergibt eine Bohrlochverformung, so dass sich nun Verformungsprofile 42 und 44 des Bohrlochdurchmessers entwickeln. Diese Profile werden durch die Wandler gemessen, die sowohl entlang der Druckkammer 8 als auch entlang der Druckloskammer 6 in einer Anzahl von Winkelversetzungen angebracht sind. Es sei darauf hingewiesen, dass die Bohrloch-Dur chmesserverformung entlang dem Umfang des Druckbereiches positiv ist, jedoch ausserhalb dieses Bereiches tatsächlich negativ wird. Dabei entsteht eine relativ grosse Höhe der Verformung, und zwar auf ungefähr ein oder zwei Durchmesserlängen axial im Bohrloch. Jenseits dieser Stelle verschwindet dann die Verformung rasch. Zwar wird die Verformung im allgemeinen auf der ganzen Länge der beiden Kanunern gemessen, doch ist es wichtig, dass die Anordnung der Wandler an der DruckIoskarnmer unmittelbar neben der Trennwand zwischen den beiden Kammern beginnt. Der Abstand zwischen der Trennwand und dem ersten Wandler - in Fig. 3 als Dimension L eingezeichnet - muss so dicht bei Null sein wie nur möglich, so dass eine Ablesung des sich scharf ändernden Bohrlochdurchmessers in dem nicht unter Druck stehenden Teil des Bohrloches so dicht wie möglich bei der Trennwand erfolgen kann, die die Übergangsebene vom positiven Druck zu Druck Null im Bohrloch darstellt. Je mehr sich diese Dimension Null näher, desto genauer sind die durch die Prüfung erhaltenen Daten, und desto mehr nähern sich die kalkulierten Materialkoeffizienten den wahren Koeffizienten an Ort und Stelle.

Fig. 6 zeigt eine Form der Trennwand zwischen den Kammern 8 und 6, die in besonderem Masse dafür geeignet ist, den L -Wert auf ein Minimum zu bringen. Das Hauptteil der Druckkammer 8 ist das im

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wesentlichen zylindrische Rohr 46, das vorzugsweise aus einem eine hohe Festigkeit atufweisenden Stahl besteht, der einen

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Flüssigkeitsdruck bis zu 3515 kg/cm (50 000 PSI) aushalten kann, der erforderlich ist, um auch die Analyse von härtestem Gestein durchzuführen. An einem axialen Ende dieses Rohres 4G ist ein flanschartiger Vorsprung 48 angebracht, der die Trennwand zwischen den Kammern' darstellt. Axial in diesem Vorsprung 48 ist eine Vielzahl von Leiterkanälen 50 eingeschnitten, durch die die einzelnen Ausgangsleiter 52 der einzelnen Wandler hindurchgeführt sind, die in der Druckloskammer 6 angeordnet sind. In diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist ein Leckverlust durch die Leiterkanäle 50 dadurch verhindert, dass die Ausgangsleiter 52 in einem Stopfen eingekapselt sind, der aus einem harten Epoxymaterial 54 und einem weichen Epoxymaterial 56 . zusammengesetzt ist. Die Druckkammer 8 umgibt ein aus Gummi oder Kunststoff bestehender Mantel 34, in den eine zylindrische Bürste aus feinen, freie Enden aufweisenden, parallelen Klavierdrähten 5 8 eingegossen sind, die nach innen und rückwärts an den beiden Enden der Druckkammer umgeknickt sind. Diese Gummi-Drahtbürsten-Anordnung dient folgenden Funktionen der Einrichtung: Zuerst wird hierdurch die Kammer 8 in ihrer Lage durch die Reibung festgehalten, die zwischen dem ausdehnbaren Mantel und der Bohrlochwand auftritt. Zum zweiten wird der Raum zwischen dem Aussend.urchrtiesser des Mantels und der Bohrlochwand durch die Flexibilität und die Federung des Gummi-Drahtmantels durch Druck abgedichtet. (Es wird darauf hingewiesen, dass ein zusätzlicher, in ein grösseres Bohrloch passender Abdichtkeil, der jedoch nicht dargestellt ist, verwendet werden kann.) Zum dritten werden die Durchmesser messenden Wandler gegen eine innere -Axialspannung isoliert, da die Drähte und nicht der die Wandler umgebende Gummi den Hauptteil der Scherbeanspruchungen übernehmen. Zum vierten wird auch der Gummimantel gegen Rissbildung, Aufbrechen und dergleichen verstärkt.

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Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel des Systems gemäss der Erfindung, wie es schematisch in Fig. 10 dargestellt ist, werden zwei Gruppen von Druck- und DruckIoskainmern im Bohrloch verwendet. Eine solche Anordnung gestattet noch genauere Messungen, da die Anzahl der Bohrlochdurchmesser-Verformungen entsprechend erhöht wird, wodurch durch die Wandler das Wandlerverhalten und das Wandleransprechen verbessert wird. Ausserdem wird der Umfang der Prüfung von Bodenmedien bei einer einzelnen Überprüfung erhöht.

Es sei auch darauf hingewiesen, dass das erfindungsgemässe System in der Lage ist, sowohl Anisotropie als auch Diskontinuitäten im Belastungszustand und den Materialeigenschaften an Ort und Stelle festzustellen, wie dies in Fig. 7, 8 und 9 erläutert ist. Diese Figuren zeigen die Verteilungskurven der Durchmesseränderung auf der X-Achse als Funktion■der Bohrlochtiefe. Die Linie t-t in all diesen Figuren stellt eine Diskontinuitätsebene zwischen relativ weichem Boden auf der linken Seite und relativ hartem Boden an der rechten Seite dar. In Fig. 7 ist die Einrichtung gemäss der Erfindung vollkommen auf der linken Seite dieser Diskontinuität. In Fig. 8 überdeckt die Einrichtung die Diskontinuität. In Fig. 9 liegt die Vorrichtung ganz rechts von dieser Diskontinuität. Durch schrittweises Vorschieben der Einrichtung in ein Bohrlochteilstück, das möglicherweise eine Diskontinuität enthält, kann nun das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein einer solchen Diskontinuität sowie auch deren Lage lediglich durch Prüfung der sich ergebenden Daten der Wandler festgestellt werden. Ferner können die Verbundeigenschaften der Berührungsflächen an der Diskontinuität genau aus der Durchmesserverformung in der gleichen Weise berechnet werden, wie dies bei der Bestimmung der Materialeigenschaften eines kontinuierlichen Mediums geschieht.

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Claims

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Patentansprüche

Verfahren zum Analysieren von Spannungs- und Beiastungszuständen und von Eigenschaften des ein Bohrloch umgebenden Untergrundes, bei dem auf die Bohrlochwand ein Druck in radialer Richtung ausgeübt wird, dadurch gekennzeichnet , daß auf einem ersten Längenabschnitt des Bohrloches derartige Radialdrücke auf die Bohrlochwand ausgeübt werden und daß die radialen Deformationen des Bohrloches in diesem ersten Längenabschnitt und ferner in einem anschließenden zweiten Längenabschnitt des Bohrloches gemessen werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die radialen Drücke in mehreren Gruppen in jeweils einer durch die Längsachse gehenden Ebene ausgeübt werden.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Drücke, vorzugsweise schrittweise, erhöht werden und daß in Druckabständen die Messungen in Bezug auf die Zeit der Druckausübung durchgeführt werden.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die radialen Drücke im wesentlichen gleichmäßig längs des ersten Längenabschnittes ausgeübt werden, während im zweiten Längenabschnitt keine solchen Drücke ausgeübt werden.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Messungen der Bohrlochdeformationen im zweiten Längenabschnitt unmittelbar anschließend an den ersten Längenabschnitt durchgeführt v/erden.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Messungen vom Beginn des zweiten Längenabschnitts an auf einer Länge von mindestens ein bis zwei Bohrlochdurchmessern durchgeführt werden.

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7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Messungen vom Beginn des zweiten Längenabschnitts an auf einer Länge von höchstens drei Bohrlochdurchmessern durchgeführt werden.
8. Einrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein erstes rohrartiges Glied (8) und ein damit fluchtendes, zweites rohrartiges Glied (6) vorgesehen sind, in denen eine Vielzahl von quer zur Längsachse angeordneten Längenmeßvorrichtungen (10) untergebracht sind, die über die Außenfläche der beiden Glieder (6, 8) hinausragen und an der betreffenden Stelle den Bohrlochdurchmesser feststellen, und daß das erste Glied (8) ein radial aufweitbares Außenteil (34) hat, das mit Hilfe eines Aufweitmittels in vorbestimmter Weise unter Ausübung eines veränderlichen Druckes aufweitbar ist.
9. Einrichtung-nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Längenmeßvorrichtungen axial im Abstand angeordnete Wandler (10) sind.
10. Einrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Längenmeßvorrichtungen (10) im Abstand in einer Anzahl von Durchmesserebenen angeordnet sind.
11. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Längenmeßvorrichtungen (10) der verschiedenen Ebenen in Achsrichtung gegeneinander versetzt sind.
12. Einrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Glieder (6, 8) fest miteinander verbunden sind und das erste Glied (8) einen Druck-

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raum (3^) hat, dem ein Druckmedium zum Ausdehnen des Außenteils (34) zuführbar ist.

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13. Einrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckraum (32, 36) gegenüber dem zweiten Glied bzw. dessen Hohlraum durch eine Trennwand abgedichtet ist, derart daß lediglich im Bereich des Druckraumes (32, 36) ein Druck auf das Bohrloch (4) ausübbar ist und außerdem die Längenmeßvorrichtungen (10) des-zweiten Gliedes (6) dicht neben der Druckzone anbringbar sind.
14. Einrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet daß an die Längenmeßvorrichtungen (10) elektrische Leitungen angeschlossen sind, di durch die beiden Glieder (6, 8) hindurchgeführt sind.
15. Einrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandler Line.arwandler (10) sind, die lineare Veränderungen in Signale umwandeln.

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