Как найти поровое давление

Введение

Достоверное определение бытового давления, или вертикального эффективного напряжения от собственного веса грунта, что более корректно, является одним из наиболее важных этапов инженерно-геологических изысканий и геотехнических исследований. От данного параметра зависит определение размеров сжимаемой толщи при расчетах осадок оснований фундаментов, определение характеристик переуплотнения грунтов, а также назначение исходных условий проведения полевых и лабораторных испытаний.

Расчет природного вертикального эффективного напряжения в действующих до недавнего времени нормативных технических документах производился в соответствии с законом Архимеда (СП 22.12220.2011 «Основания зданий и сооружений. Актуализированная редакция СНиП 2.02.01-83*»). При этом взвешивающее действие воды в грунтах, расположенных ниже установившегося верхнего уровня подземных вод (УПВ), учитывалось путем вычитания из объемного веса грунта объемного веса воды.

Данный подход действительно может быть использован, но только в случае гидростатического распределения порового давления по глубине, например, в песчаной толще, представленной одним водоносным горизонтом в зоне взаимодействия геологической среды и сооружения. Однако в большинстве случаев в ярусной системе водоносных горизонтов, установившиеся уровни подземных вод не совпадают и зачастую имеют инверсный характер. В результате расчет эффективного напряжения в грунтах с использованием линейного гидростатического распределения порового давления по глубине может приводить к существенным ошибкам.

В связи с этим в редакции СП 22.13330.2016 «Основания зданий и сооружений. Актуализированная редакция СНиП 2.02.01-83*» для определения вертикального эффективного напряжения в грунтах было предложено использование принципа эффективных напряжений К. Терцаги [1], как более универсального. В соответствии с этим принципом природное вертикальное эффективное напряжение грунта от собственного веса σ′_i определяется разницей между полным напряжением грунта от собственного веса σ_i и природным поровым давлением u_i:

Значение полного вертикального напряжения σ_i рассчитывают методом послойного суммирования, а поровое давление u_i определяют с учетом уровня подземных вод в рассматриваемом слое грунта. Таким образом учитывается разница пьезометрических напоров в разных слоях, разделяемых слабо фильтрующими слоями грунтов (СФГ).

Однако, определение порового давление в самих слоях СФГ до недавнего времени вызывало большие споры. Иллюстрацией разницы в подходах к расчету порового давления и соответствующего эффективного напряжения различными методами в слоях СФГ являются графики, представленные на рис. 1 и 2.

 

Рис. 1. Принципиальные схемы расчета порового давления в слое СФГ: a — при поровом давлении, в СФГ равным нулю, b — при распределении порового давления по гидростатическому закону; c — при определении порового давлении методом линейной интерполяции

Рис. 2. Принципиальные схемы расчета изменения вертикального эффективного напряжения в слое СФГ: a — при поровом давлении, в СФГ равным нулю, b — при распределении порового давления по гидростатическому закону; c – при определении порового давлении методом линейной интерполяции

До недавнего в отечественной геотехнике считалось, что поровое давление в слабо фильтрующих глинистых грунтах равно нулю (см. рис. 1, а,), при этом эффективное напряжение σ′, согласно формуле (1), приравнивалась полному напряжению σ (см. рис. 2, а), [2-4]. Такой подход существовал вплоть до появления современных средств измерений порового давления в условиях природного залегания. Однако, первые результаты таких измерений, подтвердили, что в слоях СФГ также фиксируется поровое давление. В результате — обнуление порового давления в слоях СФГ было признано ошибочным [5, 6].

В зарубежной практике в геотехнических расчетах обычно используется гидростатическое распределение порового давления по глубине [7], рассчитанное от уровня первого водоносного горизонта (см. рис. 1, b). Однако, как указывалось выше, при этом не учитывается возможная разница в уровнях подземных вод водоносных горизонтов, залегающих на разных глубинах.

В качестве альтернативы был предложен расчетный способ определения порового давления в СФГ методом линейной интерполяции [12]. Основа метода довольна проста – распределения порового давления в слое СФГ принимается в виде линейной зависимости, соединяющей значение порового давления на кровле и под подошвой слоя (см. рис. 1, с).

На рис. 3 представлена схема к расчету порового давления методом линейной интерполяции. Условный слой СФГ на схеме расположен между верхним и нижним водоносными горизонтами, которым соответствуют уровни подземных вод – УПВ 1 и УПВ 2.

Рис. 3. Схема к определению параметров для расчета порового давления в слое СФГ методом линейной интерполяции

В соответствии с графическими построениями расчет порового давления на искомой глубине h_i в слое СФГ производится по формуле:

        где: γ_w – удельный вес воды, равный 1 г/см³;

              h_к – глубина залегания кровли СФГ от поверхности земли, м;

              h_п – глубина залегания подошвы СФГ от поверхности земли, м;

              h′_УПВ – глубина залегания УПВ 1, м;

              h′′_УПВ – глубина залегания УПВ 2, м.

Подробный вывод формулы 2 приведен в статье [1].  Эффективное напряжение, в свою очередь, определяется в соответствии с принципом К. Терцаги по формуле (1).

Следует отметить, что для использования метода линейной интерполяции необходимо знать уровень подземных вод под слоем слабо фильтрующего грунта, поэтому необходимым условием его применения является бурение скважин на глубину, достаточную для определения УПВ в подстилающем водоносным горизонте. 

На рис. 4 представлены различные варианты положения УПВ относительно слоя СФГ с распределением в нем порового давления согласно методу интерполяции.

Рис. 4. Принципиальные схемы распределения порового давления при различном положении положения уровней подземных вод относительно слоя СФГ: а – УПВ над кровлей и под подошвой СФГ слоя равны; b –УПВ 2 внутри слоя СФГ; c –УПВ 2 ниже отметки подошвы СФГ слоя; d –УПВ 2 выше уровня УПВ 1

Независимо от расположения УПВ формула 2 справедлива для всех вариантов. При этом для варианта 3 (см. рис. 4, с) в качестве УПВ под подошвой водоупора h′′_УПВ следует принимать глубину расположения подошвы слоя СФГ – h_п.

Ниже приводится сравнение результатов определения природного порового давления в слабо фильтрующих грунтах расчетными методами с прямыми полевыми измерениями на двух объектах.

На рис. 5 представлены результаты определений порового давления на одном из объектов ООО «ПетроМоделинг» в районе метро Чкаловская в г. Москве.

 

Рис. 5. Распределение порового давления (а) и вертикального эффективного напряжения (b) по глубине на объекте в районе метро Чкаловская в г. Москве

Гидрогеологические условия площадки характеризуются распространением четырех водоносных горизонтов в пределах участка, три из которых незначительной мощности, разделенных мощными прослоями СФГ с низкими коэффициентами фильтрации.

Из сравнения графиков распределения порового давления по глубине на рис. 5, а видно, что график, построенный по методу интерполяции согласно СП 22.13330.2016, занимает промежуточное положение между графиками с обнулением порового давления в СФГ, согласно СП 22.13330.2011, и графиком гидростатического распределения.

Здесь же представлены результаты прямых измерений напора в водоносных горизонтах и измерения порового давления методом диссипации при статическом зондировании. При сравнении расчетных графиков видно, что с результатами измерений уровня подземных вод (УПВ) совпадает только график линейной интерполяции.

Значения порового давления, определенные методом диссипации по результатам статического зондирования, показанные точками на рисунке 6   отличаются от всех расчетных методов, занимая промежуточное положение между графиками с обнулением и интерполяцией порового давления. При этом измеренные значения порового давления в слое твердой глины в среднем в два раза ниже значений, полученных методом линейной интерполяции.

Причины подобного расхождения результатов могут быть обусловлены как объективными факторами – физико-химическим состоянием поровой воды в твердых глинах, так и субъективными причинами – нарушением грунта в процессе внедрения зонда и низкой продолжительностью измерений. Следует отметить, что данный метод в нашей стране находится в процессе становления и к полученным результатам надо относиться с осторожностью.

Необходимо также отметить, что значения порового давления, полученные методом интерполяции, оказались выше, чем результаты измерений методом диссипации, а значит расчетные значения эффективного напряжения по методу интерполяции будут ниже (рис. 5, b), что работает в сторону повышения фактора безопасности.

Окончательный ответ на вопрос – какой же из расчетных методов определения порового давления является наиболее достоверным, могут дать результаты длительных измерений порового давления в грунтах в условиях их природного залегания. К таким методам можно отнести метод «заполняемых скважин». Суть метода заключается в измерении порового давления при помощи нескольких датчиков, смонтированных на разной высоте общей косы, помещенной в скважину, заполненную глинисто-цементным раствором. При этом, коэффициент фильтрации раствора должен быть значительно ниже, чем в окружающем скважину грунтовом массиве. Благодаря относительно небольшому расстоянию между датчиком и стенкой скважины и неограниченной продолжительности испытания, измеряемое поровое давление со временем становится равным природному поровому давлению. В настоящее время данный метод широко используется за рубежом [13,14].

В нашей стране метод «заполняемых скважин» был реализован на объекте строительства многофункционального высотного комплекса (МФЦ) «Лахта Центр» в г. Санкт-Петербурге. Измерения производились компанией ООО «ПИ Геореконструкция», результаты которых были опубликованы [15].

В инженерно-геологическом отношении верхняя часть разреза площадки строительства перекрыта 20-метровой толщей четвертичных отложений различного генезиса. В диапазоне глубин от 20 до 102 м залегают вендские глины полутвердой и твердой консистенции. Под ними расположен гдовский водоносный горизонт, представленный песчаником.

На момент проведения инженерно-геологических изысканий УПВ над вендскими отложениями практически совпадал с поверхностью земли, а УПВ в гдовском водоносном горизонте был ниже на 12 м за счет промышленного водозабора.

Значения природного порового давления до начала строительства, определенные методом «заполняемых скважин», на рис. 6, а. показаны точками. Здесь же представлены графики распределения порового давления и эффективного вертикального напряжения, полученные тремя расчетными методами.

Рис. 6. Распределение порового давления (а) и вертикального эффективного напряжения (б) по глубине в грунтах основания МФЦ «Лахта Центр» в г. Санкт Петербурге

Как следует из рис. 6, а, все точки измерений природного порового давления по методу «заполняемых скважин» практически совпадали с прямого метода линейной интерполяции, в то время, как другие методы показали значительные отклонения.

Так, при использовании расчета с гидростатическим распределением порового давления в вендских глинах вертикальное эффективное напряжение занижается примерно на 15%, что может привести к недооценке механических характеристик грунтов и неоправданному росту стоимости фундаментов.

В свою очередь обнуление порового давления приводит к завышению эффективного напряжения почти в два раза (рис. 6, б), что, наоборот, может привести к переоценке механических характеристик грунтов и снижению безопасности строительства.

Очевидно, что приведенные выше примеры носят частный характер и соответствуют конкретным инженерно-геологическим условиям рассматриваемой площадки строительства. При иной инженерно-геологической ситуации соотношения между результатами расчетов различными методами будут отличаться.

В настоящее время метод линейной интерполяции включен в действующую редакцию СП 22.13330.2016 в составе п. 5.6.40.

Выводы

1. Различные подходы к расчету порового давления в слабо фильтрующих грунтах (СФГ) оказывают большое влияние на определение параметров природного напряженного состояния грунтового массива и выполняемых на их основе геотехнических расчетов.

2. В настоящее время существует три расчетных способа определения порового давления в слабо фильтрующих грунтах – метод обнуления порового давления, метод гидростатического распределения и метод линейной интерполяции.

3.  Метод обнуления порового давления в слоях слабо фильтрующих грунтов следует признать устаревшим, поскольку он противоречит многочисленным результатам прямых измерений порового давления в СФГ.

4. Гидростатический метод не учитывает возможные изменения уровней подземных вод по глубине и может быть использован для геотехнических расчетов основания, представленного одним водоносным горизонтом в зоне взаимодействия геологической среды и сооружения.

5. Более универсальным расчетным методом определения порового давления в слабо фильтрующих грунтах является метод линейной интерполяции, позволяющий учитывать изменение УПВ в различных водоносных горизонтах по глубине.

6. Результаты прямых измерений методом диссипации при статическом зондировании и методом заполняемых скважин в очередной раз подтвердили наличие порового в слоях слабо фильтрующих грунтов.

7. Значения порового давления, определенные ускоренным методом диссипации при статическом зондировании на одном из объектов г. Москвы, оказались ниже значений, полученных методом интерполяции. Определение причин таких отклонений требует проведения комплексных экспериментальных исследований, включающих длительные измерения порового давления.

8. Результаты сопоставления длительных измерений порового давления методом заполняемых скважин в СФГ с расчетами порового давления по методу интерполяции на объекте строительства высотного комплекса «Лахта Центр» в Санкт-Перербурге показали их полное соответствие.

From Wikipedia, the free encyclopedia

Pore water pressure (sometimes abbreviated to pwp) refers to the pressure of groundwater held within a soil or rock, in gaps between particles (pores). Pore water pressures below the phreatic level of the groundwater are measured with piezometers. The vertical pore water pressure distribution in aquifers can generally be assumed to be close to hydrostatic.

In the unsaturated («vadose») zone, the pore pressure is determined by capillarity and is also referred to as tension, suction, or matric pressure. Pore water pressures under unsaturated conditions are measured with tensiometers, which operate by allowing the pore water to come into equilibrium with a reference pressure indicator through a permeable ceramic cup placed in contact with the soil.

Pore water pressure is vital in calculating the stress state in the ground soil mechanics, from Terzaghi’s expression for the effective stress of the soil.

General principles[edit]

Pressure develops due to:^[1]

Below the water table[edit]

The buoyancy effects of water have a large impact on certain soil properties, such as the effective stress present at any point in a soil medium. Consider an arbitrary point five meters below the ground surface. In dry soil, particles at this point experience a total overhead stress equal to the depth underground (5 meters), multiplied by the specific weight of the soil. However, when the local water table height is within said five meters, the total stress felt five meters below the surface is decreased by the product of the height of the water table in to the five meter area, and the specific weight of water, 9.81 kN/m^3. This parameter is called the effective stress of the soil, basically equal to the difference in a soil’s total stress and pore water pressure. The pore water pressure is essential in differentiating a soil’s total stress from its effective stress. A correct representation of stress in the soil is necessary for accurate field calculations in a variety of engineering trades.^[3]

Equation for calculation[edit]

When there is no flow, the pore pressure at depth, h_w, below the water surface is:^[4]

,

where:

• p_s is the saturated pore water pressure (kPa)
• g_w is the unit weight of water (kN/m³),

(English Units 62.43 lb/ft^3)^[5]

• h_w is the depth below the water table (m),

Measurement methods and standards[edit]

The standard method for measuring pore water pressure below the water table employs a piezometer, which measures the height to which a column of the liquid rises against gravity; i.e., the static pressure (or piezometric head) of groundwater at a specific depth.^[6] Piezometers often employ electronic pressure transducers to provide data. The United States Bureau of Reclamation has a standard for monitoring water pressure in a rock mass with piezometers. It sites ASTM D4750, «Standard Test Method for Determining Subsurface Liquid Levels in a Borehole or Monitoring Well (Observation Well)».^[7]

Above the water table[edit]

At any point above the water table, in the vadose zone, the effective stress is approximately equal to the total stress, as proven by Terzaghi’s principle. Realistically, the effective stress is greater than the total stress, as the pore water pressure in these partially saturated soils is actually negative. This is primarily due to the surface tension of pore water in voids throughout the vadose zone causing a suction effect on surrounding particles, i.e. matric suction. This capillary action is the «upward movement of water through the vadose zone» (Coduto, 266).^[8] Increased water infiltration, such as that caused by heavy rainfall, brings about a reduction in matric suction, following the relationship described by the soil water characteristic curve (SWCC), resulting in a reduction of the soil’s shear strength, and reduced slope stability.^[9] Capillary effects in soil are more complex than in free water due to the randomly connected void space and particle interference through which to flow; regardless, the height of this zone of capillary rise, where negative pore water pressure is generally peaks, can be closely approximated by a simple equation. The height of capillary rise is inversely proportional to the diameter of void space in contact with water. Therefore, the smaller the void space, the higher water will rise due to tension forces. Sandy soils consist of more coarse material with more room for voids, and therefore tend to have a much shallower capillary zone than do more cohesive soils, such as clays and silts.^[8]

Equation for calculation[edit]

If the water table is at depth d_w in fine-grained soils, then the pore pressure at the ground surface is:^[4]

,

where:

• p_g is the unsaturated pore water pressure (Pa) at ground level,
• g_w is the unit weight of water (kN/m³),

• d_w is the depth of the water table (m),

and the pore pressure at depth, z, below the surface is:

,

where:

• p_u is the unsaturated pore water pressure (Pa) at point, z, below ground level,
• z_u is depth below ground level.

Measurement methods and standards[edit]

A tensiometer is an instrument used to determine the matric water potential () (soil moisture tension) in the vadose zone.^[10] An ISO standard, «Soil quality — Determination of pore water pressure — Tensiometer method», ISO 11276:1995, «describes methods for the determination of pore water pressure (point measurements) in unsaturated and saturated soil using tensiometers. Applicable for in situ measurements in the field and, e. g. soil cores, used in experimental examinations.» It defines pore water pressure as «the sum of matric and pneumatic pressures».^[11]

Matric pressure[edit]

The amount of work that must be done in order to transport reversibly and isothermally an infinitesimal quantity of water, identical in composition to the soil water, from a pool at the elevation and the external gas pressure of the point under consideration, to the soil water at the point under consideration, divided by the volume of water transported.^[12]

Pneumatic pressure[edit]

The amount of work that must be done in order to transport reversibly and isothermally an infinitesimal quantity of water, identical in composition to the soil water, from a pool at atmospheric pressure and at the elevation of the point under consideration, to a similar pool at an external gas pressure of the point under consideration, divided by the volume of water transported.^[12]

See also[edit]

• Frost weathering
• Geotechnical engineering
• Water potential
• Well engineering

References[edit]

Соседние файлы в предмете Бурение нефтяных и газовых скважин

• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #

  27.08.201928.97 Mб14Горизонтальные скважины.pdf

• #
• #
• #

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

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].

а)                                                             б)

     

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).

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

а)                                              б)

    

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 [4-6], 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:

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]

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.

Таблица 2 – Величина коэффициента времени от расположения фильтра и консолидации

Степень консолидации (%)	Положение фильтра
На поверхности конуса	На основании конуса	5 радиусов выше основания конуса	10 радиусов выше основания конуса
20	0,014	0,038	0,294	0,378
30	0,032	0,078	0,503	0,662
40	0,063	0,142	0,756	0,995
50	0,118	0,245	1,110	1,460
60	0,226	0,439	1,650	2,140
70	0,463	0,804	2,430	3,240
80	1,040	1,600	4,100	5,240

При определении коэффициента консолидации  используется следующая процедура:
1. Наносится график зависимости нормального значения порового давления  от времени в логарифмическом или  масштабе, где  – текущее, начальное и гидростатическое поровое давление, соответственно.
2. Вычислить  из положения уровня грунтовых вод.
3. Вычислить разницу между начальным поровым давлением  и гидростатическим поровым давлением  и из графика (рис. 3) найти время для 50% диссипации порового давления .
4. Используя значения  и  из табл. 2 вычислить коэффициент консолидации.
Приведенная процедура применима для нормальных и слегка переуплотненных глинистых грунтов (.

Нормирование в отечественной практике

В ГОСТ 19912-2012 «Грунты. Методы полевых испытаний статическим и динамическим зондированием» испытания могут проводиться следующими типами зондов в зависимости от принципа измерения (рис. 6):
— механический (Тип 1) – зонд для статического зондирования, в котором используется система внутренних штанг для передачи усилия на наконечник.
— электрический (Тип 2) – зонд для статического зондирования, в котором измерения проводят с помощью электрических датчиков.
— специальный зонд – зонд, позволяющий измерять кроме показателей сопротивления грунта внедрению зонда дополнительные характеристики грунта и параметры процесса зондирования.

а)                                    б) 

 

Рис. 6. Схемы конструкций зондов и их основные параметры по ГОСТ 19912:

а – механический зонда (Тип 1); б – электрический зонд (Тип 2)

1 – конус; 2 – кожух; 3 – штанга; 4 – муфта трения

Согласно Таблице обязательного Приложения Б зонды должны иметь следующие основные параметры:

Таблица 3 – Основные параметры зондов по ГОСТ 19912

В процессе статического зондирования определяются следующие параметры:

— удельное сопротивление грунта под конусом зонда ;

— общее сопротивление грунта на боковой поверхности (для механического);

— удельное сопротивление грунта на участке боковой поверхности (муфте трения) (для электрического);

Однако в примечании указано, что при использовании специальных зондов может измеряться плотность, влажность, естественный гама-фон, поровое давление, температура, электрическое сопротивление и другие характеристики грунта.

В настоящем стандарте отмечено, что в соответствии с действующими нормативно-техническими документами и техническим заданием на изыскания могут использоваться специальные зонды, имеющие дополнительные измерительные устройства и датчики (порового давления, температуры, радиоактивного каротажа, электрического сопротивления, сейсмодатчик, инклинометр и др.), позволяющие измерять дополнительные характеристики грунта или контролировать процесс зондирования.

Выводы:

В России отсутствует стандарт, регламентирующий полевые испытания методом статического зондирования с измерением порового давления. Несмотря на то, что в терминах и определениях ГОСТ 19912-2012 отмечено, что при использовании специального зонда можно измерить рассеивание порового давления, методика проведения данного испытания не дана. В то время как в ISO 22476-1-2012 четко регламентирована методика проведения измерения рассеивания порового давления – «диссипационный» тест.

ГОСТ 19912-2012 предусматривает измерение только лобового сопротивления и сил трения без измерения порового давления. Это приводит к тому, что при использовании ГОСТ 19912-2012 может быть построен профиль лобового сопротивления и сил трения. В то время как в зарубежной практике стало обычным измерение порового давления. Измерение данного дополнительного параметра позволяет точнее оценить стратиграфию и интерпретировать результаты измерений с целью определения деформационных и прочностных характеристик грунта.

В зарубежной практике инженерно-геологических изысканий широко используются номограммы, предложенные Робертсоном для определения вида грунта по результатам статического зондирования. Вид грунта определяется по данным измерения лобового сопротивления, сил трения и порового давления. Однако ГОСТ 19912-2012 не предусматривает измерение порового давления и применение отмеченных номограмм невозможно.

---

Количество просмотров публикации: Please wait

Все статьи автора «Мирзоев Дмитрий Вадимович»