Полевые методы определения прочностных и деформационных свойств

Полевые методы определения прочностных и деформационных свойств

Определения Полевые методы определения свойств грунтов (синонимы- геотехнические испытания, испытания in situ)- методы определения свойств грунтов в условиях естественного залегания в полевых условиях. Лабораторные методы- определение свойств грунтов по извлеченным из естественного массива образцам или пробам. Отличие оно же и преимущество полевых методов перед лабораторными- полевые определения выполняются в природных естественных условиях, лабораторные- по образцам, свойства которых в той или иной мере нарушены при бурении, отборе и транспортировке

Основные полевые методы Статическое и динамическое зондирование (ГОСТ 19912 -2001) u Метод испытания штампом (ГОСТ 2027699) u Методы испытания прессиометрами (ГОСТ 20276 -99) u Методы вращательного, поступательного и кольцевого срезов (ГОСТ 20276 -99) u Метод среза целиков грунта (ГОСТ 20276 -99) u Методы полевых испытаний сваями (ГОСТ 5686 -99) u

СП 11 -105 -97, часть 1, ПРИЛОЖЕНИЕ Ж ЦЕЛИ И МЕТОДЫ ПОЛЕВЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ СВОЙСТВ ГРУНТОВ ПРИ ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ ИЗЫСКАНИЯХ

Статическое зондирование u Статическое зондирование — процесс погружения зонда в грунт под действием статической вдавливающей нагрузки с измерением показателей сопротивления грунта внедрению зонда. Вдавливание зонда обычно обеспечивается гидравлическим приводом или пригрузкой массой с фиксированным весом, реже встречаются модификации на электромоторном приводе. Необходимое условие- скорость вдавливания должна быть постоянной 1, 2 ± 0, 3 м/мин

Технологическая схема Статическое зондирование Динамическое зондирование

Преимущества и недостатки Преимущества- общепризнанный метод, позволяющий получать надежные результаты, возможность производить разнообразные попутные измерения (радиационный каротаж, температура и др. ), быстрота и дешевизна исполнения, широкие возможности для механизации и автоматизации работ. Недостатки- невозможность использования в прочных породах, необходимость наличия устройств с большой массой для передачи реактивного момента или специального крепежа (анкерных устройств).

Вид установок

Испытания на суше

В море

5. 1. Сущность метода u 5. 1. 2 При статическом зондировании по данным измерения сопротивления грунта под наконечником зонда и на боковой поверхности зонда определяют: u удельное сопротивление грунта под наконечником (конусом) зонда qс; u общее сопротивление грунта на боковой поверхности Qs (для зонда типа I); u удельное сопротивление грунта на участке боковой поверхности (муфте трения) зонда fs (для зонда типа II).

Поровое давление u По специальному заданию возможно измерение порового давления, возникающего в поровой воде при зондировании, с применением датчиков порового давления. Датчики устанавливают на конусе зонда (пьезо-конусы) или сразу после конуса (пьезозонды).

u Поровое давление характеризует мнимые напряжения. Вычитая его из величины удельного сопротивления грунта под конусом, получаем эффективные значения сопротивления грунта, которые, затем, используются в дальнейших расчетах. qc- u= qc’ qc- общее сопротивление грунта под конусом (эффективное и мнимое) qc’- эффективное сопротивление грунта под конусом u- поровое давление

а — для статического зондирования; б — для динамического зондирования (ударного); 1 — конус; 2 — кожух; 3 — штанга; 4 — муфта трения

Типы зондов I и II u Зонды типа I- диаметр штанг на которые навинчивается зонд несколько больше, чем диаметр зонда. u Зонды типа II- диаметр штанг, на которые навинчивается зонд несколько меньше диаметра зонда.

Принципиальная схема конуса

Вид оборудования

Конический наконечник Вдавливаемый Т-образный профиль (T-BAR) Используется за рубежом

Приложение А. Термины и определения u Кожух — часть наконечника зонда типа I для статического зондирования, расположенная над конусом. u Муфта трения — часть наконечника зонда типа II для статического зондирования, расположенная над конусом и воспринимающая сопротивление грунта на боковой поверхности.

Измеряемые характеристики Удельное сопротивление грунта под наконечником (конусом) зонда — сопротивление грунта наконечнику (конусу) зонда при статическом зондировании, отнесенное к площади основания наконечника (конуса) зонда. u Удельное сопротивление грунта на участке боковой поверхности (муфте трения) зонда — сопротивление грунта на участке боковой поверхности (муфте трения) зонда типа II, отнесенное к площади боковой поверхности муфты трения. u Сопротивление грунта на боковой поверхности зонда — сопротивление грунта на боковой поверхности штанг зонда типа I. u

Обработка результатов (примеры), Приложение Г.

Обработка результатов (примеры), Приложение Г.

Прочностные и деформационные характеристики по данным СЗ, а также некоторые воднофизические свойства определяются из СП 11 -105 -97 «Инженерногеологические изыскания для строительства» . Часть 1. Общие правила производства работ, Приложение II.

Модуль деформации для песков по данным зондирования

Сцепление и угол внутреннего трения

Нормативный угол внутреннего трения песчаных грунтов (град. ) Для зондов типа I

Показатель текучести глинистых грунтов

Плотность сложения песков

Динамическое зондирование 6. 1. 1 Испытание грунта методом динамического зондирования проводят с помощью специальной установки, обеспечивающей внедрение зонда ударным или ударно-вибрационным способом. u 6. 1. 2 При динамическом зондировании измеряют: u глубину погружения зонда h от определенного числа ударов молота (залога) при ударном зондировании; u скорость погружения зонда v при ударновибрационном зондировании. u По данным измерений вычисляют условное динамическое сопротивление грунта погружению зонда рd. u

Преимущества и недостатки Преимущества- весьма простой по технологии и оборудованию метод, дешевый и быстрый по времени исполнения Недостатки- получаемые данные носят приближенный характер и могут использоваться для предварительных расчетов

Измеряемые характеристики u Условное динамическое сопротивление грунта — сопротивление грунта погружению зонда при забивке его падающим молотом (вибромолотом). u Залог — число ударов молота, после которых производят измерение глубины погружения зонда.

Обработка результатов при ударном методе

Обработка результатов при ударно-вибрационном методе !!!

График по результатам испытаний

Вычисление угла внутреннего трения, модуля деформации и пр. по данным динамического зондирования

Модуль деформации

Вероятность разжижения песков при динамических нагрузках

Испытания штампами u u 5. 1. 1 Испытание грунта штампом проводят для определения следующих характеристик деформируемости: модуля деформации Е для крупнообломочных фунтов, песков, глинистых, органо-минеральных и органических грунтов; … относительной деформации просадочности sl для просадочных глинистых грунтов при испытании с замачиванием, кроме набухающих и засоленных грунтов при испытании с замачиванием. 5. 1. 2 Характеристики определяют по результатам нагружения грунта вертикальной нагрузкой в забое горной выработки с помощью штампа. Результаты испытаний оформляют в виде графиков зависимости осадки штампа от нагрузки. В грунт вдавливается плоская пластина, ориентированная параллельно поверхности

Технологическая схема (в шурфах) В скважинахтехнология аналогична статическому зондированию, только вместо конического наконечника вдавливается штамп

Способы нагружения

Виды штампов 5. 2. 3 Штампы должны быть жесткими, круглой формы, следующих типов: u I — с плоской подошвой площадью 2500 и 5000 см 2; u II — с плоской подошвой площадью 1000 см 2 с кольцевой пригрузкой по площади, дополняющей площадь штампа до 5000 см 2; u III — с плоской подошвой площадью 600 см 2; u IV — винтовой штамп площадью 600 см 2 (приложение В). u

Винтовой штамп

Преимущества и недостатки Преимущества- получаемые этими методами значения Е являются наиболее достоверными, благодаря большой площади наконечника (штампа) можно испытывать и крупнообломочные грунты Недостатки- громоздкость оборудования, трудоемкость и относительная дороговизна.

График

Вычисления модуля деформации

Прессиометрические испытания u Метод испытания радиальным прессиометром u Метод испытания лопастным прессиометром u Метод испытания самозабуривающимся лопастным прессиометром гирляндного типа

Сущность метода 6. 1. 1 Испытание грунта радиальным прессиометром проводят для определения модуля деформации Е песков, глинистых, органо -минеральных и органических грунтов. 6. 1. 2 Модуль деформации определяют по результатам нагружения грунта горизонтальной нагрузкой в стенках скважины с помощью радиального прессиометра. u Результаты испытания оформляют в виде графика зависимости горизонтальных перемещений грунта от горизонтального давления. В ствол скважины погружают баллон, в который подают сжатый воздух. Расширяясь, стенки балона, деформируют грунт. Измеряются изменения радиуса (деформация) и нагрузка (давление воздуха). Давление увеличивают ступенями (ступени нагрузки).

Преимущества и недостатки Преимущества- возможность создать нагрузку в продольном относительно поверхности направлении, по сравнению со штампами время и стоимость испытаний меньше примерно в 10 раз Недостатки- нагрузка от большинства сооружений направлена перпендикулярно дневной поверхности, в скважинах, пройденных в рыхлых дисперсных грунтах стенки зачастую осыпаются и оплывают

Одно- и трехкамерные прессиометры

Самозабуривающиеся прессиометры В скважинах с осыпающимися или оплывающими стенками применяют самозабуривающиеся прессиометры, погружаемые ниже забоя скважины.

Лопастные прессиометры (поперечный разрез) В отличие от радиальных происходит, где деформация грунта осуществляется поверхностьюэластичной резиновой оболочкой, в лопастных прессиометрах в грунт вдавливаются лопасти с торцами полуцилиндрической формы

График, Приложение Ж

Обработка результатов

Методы вращательного, поступательного и кольцевого срезов 12. 1. 1 Испытания грунта вращательным, поступательным и кольцевым срезами проводят для определения следующих характеристик прочности: сопротивления грунта срезу , угла внутреннего трения , удельного сцепления с … для песков, глинистых, органо-минеральных и органических грунтов… 12. 1. 2 Характеристики определяют по результатам испытаний грунта в скважинах и в массиве вдавливающими и касательными нагрузками, передаваемыми на грунт через колонну штанг и рабочий наконечник различной конструкции в зависимости от способа передачи срезающего усилия.

12. 1. 3 Испытание вращательным срезом проводят в условиях практического отсутствия дренирования путем приложения горизонтальной касательной нагрузки и смещения грунта по цилиндрической поверхности, образуемой вращением крыльчатки ниже забоя скважины или в массиве. u Испытание поступательным срезом предварительно уплотненного или неуплотненного нормальным давлением грунта проводят путем приложения вертикальной касательной нагрузки и смещения грунта по боковой поверхности, образуемой в скважине вертикальным перемещением рабочего наконечника с поперечными лопастями. u Испытание кольцевым срезом предварительно уплотненного или неуплотненного нормальным давлением грунта проводят путем приложения горизонтальной касательной нагрузки и смещения грунта по цилиндрической поверхности, образуемой в скважине вращением рабочего наконечника с продольными лопастями.

Технологические схемы

Вид прибора для вращательного среза

Метод среза целиков 11. 1. 1 Испытание целиков грунта на срез проводят для определения следующих характеристик прочности: сопротивления фунта срезу , угла внутреннего трения , удельного сцепления с для крупнообломочных грунтов, песков и глинистых грунтов. 11. 1. 2 Характеристики определяют по результатам среза целика грунта в выработке (расчистке, котловане, шурфе, штреке и т. п. ) по фиксированной плоскости касательной нагрузкой при одновременном нагружении целика грунта нагрузкой, нормальной к плоскости среза. 11. 1. 4 Испытания можно выполнять для следующих состояний грунта: u природного сложения и природной влажности; u природного сложения с замачиванием до полного водонасыщения; u насыпных и намывных грунтов независимо от влажности. 11. 1. 5 Испытания проводят по следующим схемам: u консолидированный срез — для определения характеристик прочности крупнообломочных грунтов, песков и глинистых грунтов с показателем текучести IL < 1 (независимо от степени влажности) в стабилизированном состоянии; u неконсолидированный срез — для определения характеристик прочности водонасыщенных глинистых грунтов (при Sr > 0, 85) с показателем текучести IL 0, 5 в нестабилизированном состоянии.

Технологическая схема

Испытания сваями 4. 1. Hастоящий стандаpт устанавливает следующие методы полевых испытаний гpунтов сваями: u - динамической нагpузкой; u - статическими вдавливающими, выдеpгивающими или гоpизонтальными нагpузками. 4. 2. Полевые испытания гpунтов сваями, пpоводимые … с целью получения данных, необходимых для обоснования выбоpа типа фундаментов, их паpаметpов и способов устpойства, в том числе: u - опpеделения вида и pазмеpов свай и их несущей способности; u - пpовеpки возможности погpужения свай на намечаемую глубину, а также относительной оценки одноpодности гpунтов по их сопpотивлению погpужению свай; u - опpеделения зависимости пеpемещения свай в гpунте от нагpузок и во вpемени.

Схема сваи

Эталонная свая и свая-зонд Эталонная свая 1 -труба (ствол сваи); 2 наконеч ник; 3 муфта трения; 4 гидроцил индр Сваязонд 1 - труба (ствол сваи); 2 ниппель; 3 – наголовник; 4 - глухой наконечник; 5 - муфта; 6 – выдвигаемый наконечник; 7 - датчик усилия; 8 наконечник; 9 войлочная прокладка; 10 - болт для крепления датчика усилия