СПОСОБ ИСПЫТАНИЯ ГРУНТА МЕТОДОМ СТАТИЧЕСКОГО ЗОНДИРОВАНИЯ

Изобретение относится к строительству, а именно к способам испытания грунта, и определению механических характеристик грунтов статическим зондированием при инженерно-геологических изысканиях.

Известен способ испытания грунта методом статического зондирования, при котором погружают зонд в грунт под действием статической вдавливающей нагрузки и измеряют показатели сопротивления грунта внедрению зонда /1/.

Недостатком известного способа является то, что он не позволяет напрямую рассчитывать модуль деформации и коэффициент бокового давления грунта, используемые для расчетов оснований, фундаментов и подземных сооружений. В настоящее время возможно определение модуля деформации грунта методом статического зондирования только на основе эмпирических зависимостей, которые применимы лишь для определенного вида и генезиса грунтов и могут иметь большую погрешность. Объясняется это тем, что в процессе стабилизации при остановке зонда не измеряется давление грунта на боковой поверхности зонда на участках зонда с разными радиальными деформациями грунта.

Прямыми методами определения модуля деформации грунта в полевых условиях являются испытания с использованием штампа и прессиометра. Их применение требует проходки шурфов или скважин, что существенно увеличивает время и стоимость инженерно-геологических изысканий.

Коэффициент бокового давления грунта в покое определяют в лабораторных условиях на образцах грунта, отобранных из инженерно-геологических скважин. Это длительно, трудоемко, в процессе отбора, упаковки и транспортировки образцов возможно их расструктуривание; также при лабораторных испытаниях возникает необходимость восстановления природного напряженного состояния в образце.

Техническая задача заключается в возможности определения модуля деформации и коэффициента бокового давления грунта в покое методом статического зондирования в полевых условиях.

Поставленная задача определения модуля деформации и коэффициента бокового давления грунта в покое реализуется таким образом, что в способе испытания грунта, включающем периодическое погружение с остановками зонда в массиве грунта и измерением сопротивления грунта внедрению зонда во времени, отличающийся тем, что при остановке зонда измеряют давление грунта на боковую поверхность зонда, на участках зонда с разными радиальными деформациями грунта для определения модуля деформации и коэффициента бокового давления грунта в покое.

Способ отличается тем, что при остановке зонда измеряют давление грунта на боковую поверхность зонда, на участках зонда с разными радиальными деформациями грунта для определения модуля деформации и коэффициента бокового давления грунта в покое.

Таким образом, измеряют давление грунта на боковой поверхности зонда на участках зонда с разными радиальными деформациями грунта, что позволяет определить модуль деформации и коэффициент бокового давления грунта в состоянии покоя в полевых условиях для выполнения геотехнических расчетов.

Способ поясняется чертежом, где на Фиг. 1. - представлен пример зонда с тремя участками разного диаметра, на Фиг. 2. - представлен график зависимости перемещений стенки зонда от давления.

Зонд на Фиг. 1. состоит из наконечника 1, над наконечником расположена цилиндрическая часть 2 с диаметром равным диаметру наконечника, а над ней расположен усеченный конус 3. На боковой поверхности цилиндрической части и усеченного конуса расположены на разных уровнях датчики давления 4. Цилиндрическая часть 2 служит для измерения давления при деформациях равных диаметру наконечника d₁. Часть в виде усеченного конуса служит для создания деформаций равных диаметрам d₂ и d₃, и измерения соответствующих давлений.

Определение модуля деформации грунта осуществляется следующим образом.

Для испытаний используют зонд, имеющий выше муфты трения участки с разными (не менее двух) диаметрами, на боковой поверхности которых измеряют давление грунта.

Рассмотрим пример использования зонда с тремя участками, имеющими соответственно три разных диаметра (Фиг. 1).

Испытание выполняют в следующей последовательности:

- зонд задавливают и останавливают, так чтобы на заданной отметке находился первый (нижний) участок зонда с меньшим диаметром d₁, и фиксируют во времени t с определенным интервалом (например, 1 секунда) в течении заданного промежутка времени (5-10 мин) давление на боковой поверхности зонда (σ_ν1 и σ_s1 - давления фиксируемые в процессе задавливания зонда и в конце его стабилизации);

- зонд додавливают и останавливают, так чтобы на заданной отметке находился второй (средний) участок зонда с средним диаметром d₂, и фиксируют во времени t с определенным интервалом (например, 1 секунда) в течении заданного промежутка времени (5-10 мин) давление на боковой поверхности зонда (σ_ν2 и σ_s2 - давления фиксируемые в процессе додавливания зонда и в конце его стабилизации);

- зонд повторно додавливают и останавливают, так чтобы на заданной отметке находился третий (верхний) участок зонда с большим диаметром d₃, и фиксируют во времени t с определенным интервалом (например, 1 секунда) в течении заданного промежутка времени (5-10 мин) давление на боковой поверхности зонда (σ_ν3 и σ_s3 - давления фиксируемые в процессе додавливания зонда и в конце его стабилизации)

По полученным данным строят график зависимости перемещений стенки зонда от давления (Фиг. 2).

Скоростной модуль деформации E_ν (характеризует деформативность грунта при быстром нагружении в условиях задавливания зонда) в интервале давлений Δσ_i находится по формуле (1):

где Δr_i=r_i+1-r_i - приращение радиуса контакта «поверхность зонда - грунт» (деформация грунта); r_t и r_i+1 - радиус зонда на участке расположения i и i+1 датчиков (участки с диаметрами d_i и d_i+1); Δσ_νi=σ_ν,i+1-σ_i - приращение давления на контакте «поверхность зонда - грунт»; σ_νi и σ_ν,i+1 - давления, измеряемые i и i+1 датчиками при задавливании зонда.

Статический модуль деформации (характеризует деформативность грунта в покое - в условиях равновесия) в интервале давлений Δσ_si находится по формуле (2):

где Δr_i=r_i+1-r_i - приращение радиуса контакта «поверхность зонда - грунт» (деформация грунта); r_i и r_i+1 - тоже что и формуле (1); Δσ_si=σ_s,i+1-σ_si - приращение давления на контакте «поверхность зонда - грунт»; σ_si и σ_s,i+1 - давления, измеряемые i и i+1 датчиками в конце стабилизации зонда.

Определение коэффициент бокового давления грунта в покое осуществляется следующим образом.

Для испытаний используют тот же зонд, испытания выполняют в той же последовательности, что и при определении модуля деформации грунта.

Коэффициент бокового давления грунта в состоянии покоя находят по формуле (3):

где σ_ho - природное горизонтальное напряжение в грунте; - природное вертикальное напряжение в грунте, где γ_i и h_i - удельный вес и толщина i-го слоя грунта, расположенного выше глубины зондирования.

Природное горизонтальное напряжение в грунте σ_ho рассчитывается в результате аппроксимации (см. фиг. 2) пар значений конечного давления σ_si после стабилизации и соответствующего радиуса контакта «поверхность зонда - грунт» r_i уравнением:

где, a, b и с - коэффициенты уравнения, определяемые в результате статистического регрессионного анализа, путем аппроксимации пар данных σ_ki и r_i уравнением (4).

Источники информации

1. ГОСТ 19912-2012 Грунты. Методы полевых испытаний статическим и динамическим зондированием.