Донецкий национальный технический университет
В соответствии с ГОСТ 12071-2000 «ГРУНТЫ Отбор, упаковка, транспортирование и хранение образцов» [1], который действует в большинстве стран бывшего Советского Союза, включая Украину, для отбора проб монолитов в песках средней плотности и глинистых грунтах с показателем пластичности не более 0,75 применяют забивные грунтоносы и пробоотборники. Несмотря на имеющиеся конструктивные различия забивные устройства принципиально состоят из бойка, наковальни, керноприемной трубы и башмака. Под действием периодических ударов бойка по наковальне происходит заглубление керноприемной трубы с башмаком в грунт. При этом последний в виде столбика керна входит внутрь трубы. Так как грунты, для которых рекомендуется применение забивного способа погружения, преимущественно рыхлые и набухающие, то будет справедливым считать, что керн, несмотря на разность диаметров башмака и керноприемной трубы, будет соприкасаться с поверхностью трубы. Перед каждым последующим ударом бойка керноприемная труба находится в покое.
Величину скорости, которую получает керноприемная часть устройства, можно определить, используя формулу классической теории удара:
где V1 - скорость движения бойка в момент соударения, м/с; Ry - коэффициент восстановления скорости при ударе; mпр - приведенная массf инструмента, воспринимающая удар, кг; m1 - масса бойка, кг.
Приведенная масса включает массу керноприемной трубы с башмаком m2 и массу грунта, сцепленного с инструментом:
Б.М. Ребрик [2,3] определяет массу грунта, участвующую в ударном соударении, используя выражение:
где Vгр - объем грунта, м ;
- плотность грунта; l - текущая глубина погружения в грунт (высота пробы), м; Dн, D - соответственно наружный и внутренний диаметр керноприемной трубы, м; 
- угол между вертикальной линией и образующей конуса грунта, который в результате проявления сил сцепления участвует в ударе, градус.
Как видим, величина mгр представляет собой сумму двух масс: грунта, прилегающего к наружной и внутренней поверхностям керноприемной трубы, и зависит главным образом, от угла
. Формула (3) выведена Б.М. Ребриком, исходя из условия, что Vгр это объем усеченного конуса с диаметром меньшего основания, равным Dн , за вычетом объема керноприемной трубы и пустого пространства внутри нее. При этом пустое пространство внутри керноприемника также имеет форму усеченного конуса.
Такой подход является верным при погружении забивного пробоотборника в грунт на глубину, меньшую l1 . Величину l1 можно рассчитать по формуле:
При глубине погружения, большей l1 , пустое пространство внутри керноприемной трубы пробоотборника имеет форму нормального конуса, его объем постоянен. В этом случае массу грунта, сцепленного с инструментом, следует определять из выражения:
По приведенным зависимостям рассчитана масса грунта, сцепленного с инструментом. Расчеты выполнялись для песка мелкого
, супеси пластичной 
, суглинка мягкопластичного 
и глины тугопластичной 
. Произведено сравнение полученных результатов с результатами расчетов по формуле, предложенной в работах Б.М. Ребрика. Оно показало: при относительно больших глубинах погружения расхождение в результатах значимо. Так при ударном погружении керноприемной трубы диаметром 89 м на 1 м расхождение в массе грунта, сцепленного с инструментом, составляет 17-25%. В связи с этим, для точного определения приведенной массы инструмента, участвующей в ударном взаимодействии, при глубине погружения, большей l1 , рекомендуется пользоваться зависимостью (5).
- ГОСТ 12071-2000. Грунты. Отбор, упаковка, транспортирование и хранение образцов. – Введ. 01.07.2001. – М.: Изд-во стандартов, 2001. – 15 с.
- Ребрик Б.М. Справочник по бурению инженерно-геологических скважин. – М.: Недра, 1983. – 288 с.
- Ребрик Б.М. Ударное бурение грунтов. – М.: Недра, 1976. – 232 с.