Меню

Определение коэффициента порового давления

Определение коэффициента порового давления

Библиографическая ссылка на статью:
Безгодов М.А., Мирзоев Д.В., Моисеева О.В. Применение и нормирование метода статического зондирования с измерением порового давления в инженерно-геологических изысканиях // Современные научные исследования и инновации. 2016. № 8 [Электронный ресурс]. URL: http://web.snauka.ru/issues/2016/08/70877 (дата обращения: 13.09.2020).

При проектировании зданий или сооружений всегда производятся инженерно-геологические изыскания. Достоверность результатов и современность методов полевых испытаний грунтов несет в себе экономическую выгоду и уменьшение сроков строительства. Одним из наиболее перспективных методов полевых испытаний, применяемых в основном за рубежом, является статическое зондирование. Статическое зондирование позволяет определять физико-механические свойства грунтов в состоянии естественного залегания.

Статическое зондирование электрическим зондом с измерением порового давления (CPTU) имеет высокую применяемость и позволяет оценить физико-механические характеристики, вид, инженерно-геологический разрез, стратиграфию не скальных грунтов.

Применяемость и полезность полевых методов испытаний грунтов сведена в таблицу 1 [1].

Таблица 1 – Применяемость и полезность полевых методов испытаний грунтов

Методы испытаний

Параметры грунта

Вид грунта

Динамическое зондирование (DPT)

Статическое зондирование механическим зондом (Тип 1)

Статическое зондирование электрическим зондом (Тип 2-CPT)

Статическое зондирование электрическим зондом с измерением порового давления (CPTU)

Статическое зондирование сейсмозондом (SCPT/SCPTU)

Испытания плоским дилатометром (DMT)

Стандартное пенетрационное испытание (SPT)

Применяемость: «A» – высокая; «B» – умеренная; «C» – низкая; «-» – не применяется.

В странах Западной и Северной Европы CPT и CPTU широко применяются при проведении инженерно-геологических изысканий [2].

Рис. 1. Применение CPT и CPTU в странах Западной и Северной Европы:

а – процент применения CPT среди традиционных методов испытаний грунтов;

б – процент применения CPTU среди CPT.

По статистике, применение CPTU в большинстве стран Западной и Северной Европы достигает 100% среди всех используемых зондов для статического зондирования в регионе (рис. 1, б). Этот показатель обусловлен высокой производственной базой и близким расположением наиболее развитых компаний в области зондирования (например, головные офисы компаний Fugro и Geomil расположены на территории Нидерландов).

Читайте также:  Какая чакра отвечает за кровяное давление

В то время как в странах Восточной Европы применение CPT и CPTU является исключительным [3].

Рис. 2. Применение CPT и CPTU в странах Восточной Европы:

а – процент применения CPT среди традиционных методов испытаний грунтов;

б – процент применения CPTU среди CPT.

Уровень применения CPTU в отечественной практике среди CPT самый низкий в странах Восточной Европы в размере – 5% (рис. 2, б).

По статистике, применение CPT в странах Восточной Европы, и в большей степени в России, среди традиционных методов испытаний грунтов ниже 20%. Этот показатель обусловлен отсутствием необходимого оборудования, сложностью интерпретации получаемых данных, недостаточной осведомленностью персонала, ведущего изыскания.

В настоящее время в России опубликовано множество статей в области статического зондирования 5, разработан ГОСТ 19912-2012, регламентирующий испытания методом статического зондирования, но четкой систематизации данных, полученных зарубежными и отечественными школами зондирования, не произведено. И главной проблемой является использование зарубежных конструкций зондов (например, компании Fugro, Geomil) в отечественной практике. Т.к. существуют значительные отличия в отечественной и зарубежной нормативной документации.

Нормирование в зарубежной практике
Для систематизации отечественной и зарубежной нормативной документации ниже будут рассмотрены следующие документы:
1. EN 1997-2-2009 «Geotechnical Design. Ground Investigation and Testing» (Геотехническое проектирование. Исследование и испытания грунта);
2. ISO 22476-1-2012 «Geotechnical investigation and testing. Electrical cone and piezocone penetration test» (Геотехнические исследования и испытания. Испытания с помощью электрического конического пенетрометра (CPT) и пьезоконического пенетрометра (CPTU)).
3. ГОСТ 19912-2012 «Грунты. Методы полевых испытаний статическим и динамическим зондированием».

EN 1997-2-2009 «Геотехническое проектирование. Исследование и испытания грунта» предъявляет требования к конструкции, методам и интерпретации результатов пенетрационных испытаний.
В настоящем стандарте даны рекомендации применительно к испытаниям с использованием тензометрического (CPT) и пьезозонда (CPTU).
Определения, относящиеся к CPT и CPTU, разработаны с целью унификации конструкции зондов и измеряемых величин:
— сопротивление (лобовое) конуса:

Читайте также:  Давление масла на холостых оборотах на горячую бмв

где – измеренная осевая нагрузка, действующая на конус; – полная площадь основания конуса.
— силы трения:

где – измеренная сила трения, действующая на муфте трения; – площадь муфты трения.
— коэффициент трения:

где и определены на одной глубине и выражены в процентах.
— коэффициент трения:

где и определены на одной глубине;

Унифицированная конструкция пьезозонда (CPTU) по EN 1997-2-2009 представлена на рис. 3.

Рис. 3. Унифицированная конструкция пьезозонда (CPTU) по EN 1997-2-2009

Для CPTU используются следующие дополнительные определения:
— коэффициент площади конуса: ; где – нетто площадь конуса.
— поровое давление – поровое давление, измеренное при погружении зонда и, возникающее в месте сопряжения конуса с муфтой трения.
— избыточное поровое давление: ; где – поровое давление, существующее в грунте на уровне конуса;
— полное (скорректированное) сопротивление конуса: ;
— коэффициент порового давления: ; где – полное вертикальное напряжение от собственного веса грунта перед пенетрационными испытаниями на уровне основания конуса.

Определения для CPTU также содержатся в EN 1997-3-2007 «Геотехническое проектирование. Полевые испытания грунтов» и представлены на рис. 4.

Рис. 4. Определения для CPTU по EN 1997-3-2007.

В соответствии с ISO 22476-1-2009 «Геотехнические исследования и испытания. Испытания с помощью электрического конического пенетрометра (CPT) и пьезоконического пенетрометра (CPTU)»:

Испытания грунтов CPTU позволяют определить коэффициент консолидации [] при проведении диссипационного теста. Данный параметр используется при расчете осадки фундаментов во времени.

Диссипационный тест предусматривает остановку процесса вдавливания зонда, после этого фиксируется рассеивание порового давления [] во времени. Процесс рассеивания порового давления вокруг зонда может продолжаться в глинах много часов, но его интенсивность быстро убывает, и уже примерно в первые 10 минут в большинстве грунтов поровое давление может снижаться до 50%. Именно на такую степень рассеивания рекомендуют ориентироваться зарубежные специалисты и стандарты (рис. 5) [7]

Читайте также:  Гидростатическое давление воды на плотину

Дренирование поровой воды имеет место в горизонтальном направлении, в направлении от зонда, то испытания позволяют определить не вертикальный , а горизонтальный коэффициент консолидации .

Рис. 5. Изменение порового давления во времени.

Коэффициент консолидации в горизонтальном направлении находится с использованием следующего выражения:

где – безразмерный коэффициент времени, определяемый по табл. 2; – радиус зонда; – время диссипации, обычно принимаемое при 50% степени рассеивания порового давления; – коэффициент жесткости, определяемый как , здесь – упругий модуль сдвига, а – недренированная прочность грунта.

Источник

Adblock
detector