Работы, выполняемые для получения информации о физических свойствах грунтов земляных сооружений и фундаментов
Почвовед USBR продвигает пробоотборник почвы прямого действия Giddings Probe .
Геотехнические исследования проводятся инженерами-геотехниками или инженерами-геологами для получения информации о физических свойствах грунтов, земляных сооружений и фундаментов предлагаемых сооружений, а также для устранения повреждений земляных сооружений и сооружений, вызванных подземными условиями; этот тип расследования называется расследованием места происшествия. Геотехнические исследования также используются для измерения термического сопротивления грунтов или материалов засыпки, необходимых для подземных линий электропередачи, нефте- и газопроводов, захоронения радиоактивных отходов и хранилищ солнечной энергии. Геотехнические исследования будут включать в себя исследование поверхности и исследование недр участка. Иногда для получения данных о площадках используются геофизические методы . Разведка недр обычно включает отбор проб почвы и лабораторные исследования полученных образцов почвы.
Геотехнические исследования очень важны, прежде чем можно будет построить какое-либо сооружение, от отдельного дома до большого склада, многоэтажного здания и инфраструктурных проектов, таких как мосты, высокоскоростная железная дорога и метро .
Исследование поверхности может включать в себя геологическое картирование , геофизические методы и фотограмметрию , или же оно может быть простым, например, когда специалист-геотехник ходит по участку и наблюдает за его физическими условиями. Чтобы получить информацию о состоянии почвы под поверхностью, требуется определенная форма исследования недр. Методы наблюдения за почвами под поверхностью, получения образцов и определения физических свойств почв и горных пород включают испытательные ямы, рытье траншей (особенно для обнаружения разломов и плоскостей скольжения ), бурение и испытания на месте . Их также можно использовать для выявления загрязнения почв до начала разработки, чтобы избежать негативного воздействия на окружающую среду. [1]
Отбор проб почвы
Сверла бывают двух основных разновидностей: большого диаметра и малого диаметра. Буры большого диаметра используются редко из соображений безопасности и затрат, но иногда используются для того, чтобы позволить геологу или инженеру визуально и вручную исследовать стратиграфию почвы и горных пород на месте. Буровые скважины малого диаметра часто используются, чтобы позволить геологу или инженеру исследовать почву или шламовые породы или извлекать образцы на глубине с помощью пробоотборников почвы, а также проводить испытания почвы на месте. Рекомендации по расстоянию и глубине исследований представлены в приложении B.3 Еврокода 7 – Геотехническое проектирование – Часть 2 . [2]
Образцы почвы часто делятся на нарушенные и ненарушенные ; однако «ненарушенные» образцы не являются действительно ненарушенными. Нарушенный образец – это образец, в котором структура почвы изменилась настолько, что испытания структурных свойств почвы не будут репрезентативными для условий на месте, а будут отражать только свойства зерен почвы (например, распределение зерен по размерам , пределы Аттерберга). , характеристика уплотнения почвы, для определения общей литологии почвенных отложений и, возможно, содержания воды) могут быть точно определены. Ненарушенный образец — это образец, в котором состояние почвы в образце достаточно близко к условиям почвы на месте, что позволяет использовать испытания структурных свойств почвы для аппроксимации свойств почвы на месте. Образцы, полученные ненарушенным методом, используются для определения стратификации грунта , водопроницаемости , плотности, консолидации и других инженерных характеристик.
Сбор почвы в море связан со многими сложными переменными. На мелководье работы можно выполнять с баржи. На более глубокой воде потребуется корабль. Глубоководные пробоотборники почвы обычно представляют собой варианты пробоотборников типа Кулленберга, модификацию базового гравитационного керна с поршнем. [3] Также доступны пробоотборники с морского дна, которые медленно погружают трубку для сбора в почву.
Пробоотборники почвы
Пробы почвы отбираются с помощью различных пробоотборников; некоторые предоставляют только нарушенные образцы, тогда как другие могут предоставить относительно ненарушенные образцы.
Лопата. Образцы можно получить, раскопав почву на участке. Пробы, взятые таким образом, являются нарушенными.
Пробные ямы представляют собой относительно небольшие транши, вырытые вручную или машиной и используемые для определения уровня грунтовых вод и отбора проб из них.
Шнек с ручным/машинным приводом. Этот пробоотборник обычно состоит из короткого цилиндра с режущей кромкой, прикрепленной к стержню и ручке. Пробоотборник продвигается за счет сочетания вращения и направленной вниз силы. Пробы, взятые таким образом, являются нарушенными.
Шнек непрерывного полета. Метод отбора проб с использованием шнека в качестве штопора. Шнек ввинчивается в землю, а затем поднимается. Почва удерживается на лопастях шнека и сохраняется для испытаний. Почва, отобранная таким образом, считается нарушенной.
Сплит-ложка/Пробоотборник SPT. Используется в «Стандартном методе испытаний на стандартное проникновение (SPT) и отборе проб грунта из разделенного ствола» (ASTM D 1586 [4] ). Этот пробоотборник обычно представляет собой полую трубку длиной 18–30 дюймов и наружным диаметром 2,0 дюйма, разделенную пополам вдоль. К нижнему концу прикреплен приводной башмак из закаленного металла с отверстием 1,375 дюйма, а также односторонний клапан и адаптер буровой штанги на головке пробоотборника. Его вбивают в землю с помощью молота массой 140 фунтов (64 кг), падающего на 30 дюймов. Подсчитывается и регистрируется количество ударов (ударов молотка), необходимых для продвижения пробоотборника на общую высоту 18 дюймов. Пробы, взятые таким образом, обычно используются для несвязных грунтов и считаются нарушенными.
Модифицированный калифорнийский сэмплер. в «Стандартной практике отбора проб грунтов с толстыми стенками, кольцевыми футеровками, разъемными бочками1» (ASTM D 3550). По своей концепции он аналогичен пробоотборнику SPT, цилиндр пробоотборника имеет больший диаметр и обычно снабжен металлическими трубками для хранения проб. Пробы из модифицированного калифорнийского пробоотборника считаются нарушенными из-за большого соотношения площадей пробоотборника (площадь стенок пробоотборника/площадь поперечного сечения образца).
Пробоотборник для трубок Шелби. Используется в «Стандартной практике отбора проб грунта из тонкостенных трубок для геотехнических целей» (ASTM D 1587 [5] ). Этот пробоотборник представляет собой тонкостенную трубку с режущей кромкой на носке. Головка пробоотборника прикрепляет трубку к буровой штанге и содержит обратный клапан и вентиляционные отверстия. Этот пробоотборник, обычно используемый в связных почвах, продвигается в слой почвы, обычно на 6 дюймов меньше длины трубки. Вакуум, создаваемый обратным клапаном, и сцепление образца в трубке заставляют образец удерживаться, когда трубка Стандартные размеры ASTM: наружный диаметр 2 дюйма, длина 36 дюймов, толщина 18 дюймов; внешний диаметр 3 дюйма, длина 16 дюймов; внешний диаметр 5 дюймов, длина 54 дюйма, толщина 11 калибра; при условии, что они пропорциональны стандартным конструкциям трубок, а длина трубок должна соответствовать полевым условиям. Почва, отобранная таким образом, считается ненарушенной.
Поршневые пробоотборники. Эти пробоотборники представляют собой тонкостенные металлические трубки с поршнем на конце. Пробоотборники вставляются на дно скважины , при этом поршень остается на поверхности почвы, а трубка скользит мимо него. Эти пробоотборники возвращают нетронутые пробы из мягких почв, но их трудно продвигать в песках и жестких глинах, и они могут быть повреждены (поставив под угрозу образец), если встретится гравий. Пробоотборник Ливингстона, разработанный DA Livingstone , представляет собой широко используемый поршневой пробоотборник. Модификация бура Ливингстона с зубчатой головкой, позволяющей вращать его для прорезания подземных растительных материалов, таких как небольшие корни или закопанные ветки.
Пробоотборник Pitcher Barrel. Этот пробоотборник аналогичен поршневым пробоотборникам, за исключением того, что в нем нет поршня. В верхней части пробоотборника имеются отверстия для сброса давления, предотвращающие повышение давления воды или воздуха над образцом почвы. Подходящими образцами почвы для этого пробоотборника являются глина, ил, песок, частично выветрелые породы.
Испытания на месте
Стандартный тест на проникновение — это динамический тест на проникновение на месте, предназначенный для получения информации о свойствах почвы, а также для сбора образца нарушенной почвы для анализа размеров зерен и классификации почвы.
Испытание на динамическом конусном пенетрометре представляет собой испытание на месте, при котором груз вручную поднимается и падает на конус, проникающий в землю. Регистрируется количество мм на удар, которое используется для оценки определенных свойств почвы. Это простой метод тестирования, который обычно требует подкрепления лабораторными данными для получения хорошей корреляции.
Испытание на проникновение конуса (CPT) проводится с использованием зонда с коническим наконечником, который гидравлически вдавливается в почву с постоянной скоростью. Базовый прибор CPT сообщает о сопротивлении кончика и сопротивлении сдвигу вдоль цилиндрического ствола. Данные CPT коррелировали со свойствами почвы. Иногда используются другие инструменты, помимо базового датчика CPT, в том числе:
Пьезоконусный пенетрометрический зонд усовершенствован с использованием того же оборудования, что и обычный зонд CPT, но зонд имеет дополнительный инструмент, который измеряет давление грунтовых вод по мере продвижения зонда.
Сейсмический зонд-пенетрометр с пьезоконусом использует то же оборудование, что и зонд CPT или CPTu, но зонд также оснащен геофонами или акселерометрами для обнаружения поперечных волн и/или волн давления, создаваемых источником на поверхности.
Полнопоточные пенетрометры (Т-образные, шаровые и пластинчатые) используются в чрезвычайно мягких глинистых грунтах (таких как отложения морского дна) и развиваются так же, как и CPT. Как следует из названия, Т-образный стержень представляет собой цилиндрический стержень, прикрепленный под прямым углом к бурильной колонне, образующий букву Т, шар представляет собой большую сферу, а пластина представляет собой плоскую круглую пластину. В мягких глинах почва обтекает зонд подобно вязкой жидкости. Давление, вызванное напряжением горных пород и давлением поровой воды, одинаково на всех сторонах зондов (в отличие от CPT), поэтому корректировка не требуется, что уменьшает источник ошибок и повышает точность. Особенно желателен на мягких почвах из-за очень низких нагрузок на измерительные датчики. Полнопоточные зонды также можно переключать вверх и вниз для измерения сопротивления переформованного грунта. В конечном итоге геотехнический специалист может использовать измеренное сопротивление проникновению для оценки прочности на сдвиг недренированных и переформованных пород.
Испытание спиральным зондом Разведка почвы и испытание на уплотнение с помощью теста спирального зонда (HPT) стали популярными как быстрый и точный метод определения свойств грунта на относительно небольших глубинах. Испытание HPT привлекательно для проверки фундаментов на месте, поскольку оно легкое и может быть быстро проведено одним человеком. Во время испытаний зонд перемещается на желаемую глубину, а крутящий момент, необходимый для поворота зонда, используется в качестве меры для определения характеристик почвы. Предварительное тестирование ASTM показало, что метод HPT хорошо коррелирует со стандартным тестированием на проникновение (SPT) и конусным тестированием на проникновение (CPT) с эмпирической калибровкой.
Электрическую томографию можно использовать для исследования свойств почвы и горных пород, а также существующей подземной инфраструктуры в строительных проектах. [6]
Тест на дилатометр с плоской пластиной (DMT) представляет собой зонд с плоской пластиной, который часто используется с использованием станков CPT, но его также можно использовать с обычными буровыми установками. Диафрагма на пластине прикладывает боковую силу к материалам почвы и измеряет деформацию, возникающую при различных уровнях приложенного напряжения на желаемом интервале глубины.
Газовые испытания на месте могут проводиться в скважинах после завершения работ и в зондовых скважинах, пробуренных в бортах пробных шурфов в рамках исследования площадки. Тестирование обычно проводится с помощью портативного счетчика, который измеряет содержание метана в процентах по объему в воздухе. Также измеряются соответствующие концентрации кислорода и углекислого газа. Более точный метод, используемый для мониторинга в долгосрочной перспективе, заключается в установке в скважинах стояков для мониторинга газа. Обычно они представляют собой трубы из ПВХ с прорезями, окруженные гравием одного размера. Верхняя часть трубопровода толщиной от 0,5 до 1,0 м обычно не имеет прорезей и окружена бентонитовыми гранулами для герметизации скважины. Устанавливаются клапаны, а установки защищаются запираемыми крышками запорных кранов, которые обычно устанавливаются заподлицо с землей. Мониторинг также осуществляется с помощью портативного счетчика и обычно проводится раз в две недели или ежемесячно.
Лабораторные тесты
С почвами можно проводить самые разнообразные лабораторные исследования для измерения самых разных свойств почвы. Некоторые свойства почвы являются неотъемлемой частью состава почвенной матрицы и на них не влияет возмущение образца, в то время как другие свойства зависят от структуры почвы, а также ее состава, и могут быть эффективно проверены только на относительно ненарушенных образцах. Некоторые тесты почвы измеряют непосредственные свойства почвы, в то время как другие измеряют «индексные свойства», которые предоставляют полезную информацию о почве без прямого измерения желаемого свойства.
Пределы Аттерберга определяют границы нескольких состояний консистенции пластичных грунтов. Границы определяются количеством воды, которое почва должна иметь на одной из этих границ. Границы называются пределом пластичности и пределом жидкости, а разница между ними называется индексом пластичности. Предел усадки также является частью пределов Аттерберга. Результаты этого теста можно использовать для прогнозирования других инженерных свойств. [7]
ASTM D 1883. Испытание на определение пригодности образца почвы или заполнителя в качестве земляного полотна дороги. Поршень вдавливают в уплотненный образец и измеряют его сопротивление. Этот тест был разработан Caltrans , но он больше не используется в методе расчета дорожного покрытия Caltrans. Он до сих пор используется как дешевый метод оценки модуля упругости. [8] [9]
АСТМ Д3080. Испытание на прямой сдвиг определяет консолидированные, дренированные прочностные свойства образца. К одной плоскости сдвига прикладывают постоянную скорость деформации под нормальной нагрузкой и измеряют реакцию на нагрузку. Если это испытание проводится с различными нормальными нагрузками, можно определить общие параметры прочности на сдвиг. [10]
Тест индекса расширения
В этом тесте используется повторно сформированный образец почвы для определения индекса расширения (EI), эмпирического значения, требуемого нормами строительного проектирования, при содержании воды 50% [ необходимы разъяснения ] для экспансивных почв, таких как экспансивные глины . [11]
Испытания на гидравлическую проводимость
Существует несколько тестов для определения гидравлической проводимости почвы . К ним относятся методы постоянного напора, падающего напора и метода постоянного расхода. Испытуемые образцы почвы могут быть любого типа, включая переформованные, ненарушенные и уплотненные образцы. [12]
Это можно использовать для определения параметров консолидации (ASTM D2435) и набухания (ASTM D4546).
Гранулометрический анализ
Это делается для определения градации почвы . Более крупные частицы отделяются на ситовом анализаторе , а более мелкие частицы анализируются с помощью ареометра . Различие между крупными и мелкими частицами обычно проводится по размеру 75 мкм. При ситовом анализе образец встряхивается через ячейки все меньшего размера, чтобы определить его градацию. При анализе ареометром используется скорость седиментации для определения градации частиц. [13]
Калифорнийский тест 301. В этом тесте измеряется боковая реакция уплотненного образца почвы или заполнителя на вертикально приложенное давление в определенных условиях. Это испытание используется Caltrans для проектирования дорожного покрытия, заменяя испытание на соотношение подшипников в Калифорнии.
Стандартный тест Проктора (ASTM D698), модифицированный тест Проктора (ASTM D1557) и Калифорнийский тест 216. Эти тесты используются для определения максимального веса единицы и оптимального содержания воды, которого может достичь почва при заданном усилии уплотнения.
Это тип теста, который используется для определения свойств почвы на сдвиг. Он может имитировать ограничивающее давление, которое почва будет испытывать глубоко в земле. Он также может моделировать дренированные и недренированные условия.
Неограниченное испытание на сжатие
АСТМ Д2166. В ходе этого испытания образец почвы сжимается для измерения его прочности. Модификатор «неограниченный» противопоставляет это испытание испытанию на трехосный сдвиг.
Этот тест определяет содержание воды в почве, обычно выражаемое в процентах от веса воды к сухому весу почвы. [14]
Геофизические исследования
Геофизические методы используются в геотехнических исследованиях для оценки поведения объекта в случае сейсмического события. Измеряя скорость сдвиговой волны в почве , можно оценить динамическую реакцию этой почвы. [15] Существует ряд методов, используемых для определения скорости поперечной волны на объекте:
Метод перекрестного отверстия
Скважинный метод (с сейсмическим CPT или заменяющим его устройством)
Отражение или преломление поверхностных волн
Регистрация приостановки (также известная как регистрация PS или регистрация Oyo)
Спектральный анализ поверхностных волн (СПВВ)
Многоканальный анализ поверхностных волн (MASW)
Рефракционный микротремор (ReMi)
Другие методы:
Электромагнитные (радар, сопротивление)
Оптическое/акустическое обследование телезрителя
Анализ поверхностных волн
Сейсмическая обработка и моделирование
Инновационные решения для задач контроля дорожного покрытия, мостов и бетона.
Обнаружение кабелепроводов, кабелей пост-напряжения и арматурной/армирующей сетки, обнаружение токоведущих кабелей
Обнаружение и составление карты металлических или пластиковых коммуникаций, трубопроводов и пустот, газопроводов и силовых кабелей
^ Пойнт, Рангун. «Консультанты по оценке загрязненных земель, Ноттингем». Рангун-Пойнт . Проверено 9 апреля 2019 г.[ мертвая ссылка ]
^ Еврокод 7. Геотехническое проектирование. Часть 2.
^ Лунн, Том и Берре, Торальв и Андерсен, Кнут и Страндвик, Штейн и Сьюрсен, Мортен. (2011). Влияние процедур возмущения и консолидации образцов на измеренную прочность на сдвиг мягких морских норвежских глин. Канадский геотехнический журнал. 43. С.726-750.
^ ASTM D1586-08a Стандартный метод испытаний для стандартного испытания на проникновение (SPT) и разделения ствола
^ D1587-08 Стандартная практика отбора проб грунта из тонкостенных трубок для геотехнических работ.
^ Deep Scan Tech (2023): Deep Scan Tech обнаруживает скрытые конструкции на месте самого высокого здания Дании.
^ «D4318-10 Стандартные методы испытаний предела жидкости, предела пластичности и индекса пластичности почв» . АСТМ Интернешнл . Проверено 16 января 2011 г.
^ «D1883-07e2 Стандартный метод испытаний CBR (калифорнийского коэффициента несущей способности) грунтов, уплотненных в лабораторных условиях» . АСТМ Интернешнл . Проверено 16 января 2011 г.
^ «КОЭФФИЦИЕНТ ПОДШИПНИКА КАЛИФОРНИИ (CBR) И ПРОЕКТИРОВАНИЕ ДОРОЖНОГО ПОКРЫТИЯ» . Руководство для идиотов по содержанию дорог . Архивировано из оригинала 8 февраля 2007 г. Проверено 7 февраля 2007 г.
^ «D3080-04 Стандартный метод испытаний грунтов на прямой сдвиг в условиях консолидированного дренирования» . АСТМ Интернешнл . Проверено 7 февраля 2007 г.
^ «D4829-08a Стандартный метод определения индекса расширения почв» . АСТМ Интернешнл . Проверено 16 января 2011 г.
^ «D5084-10 Стандартные методы испытаний для измерения гидравлической проводимости насыщенных пористых материалов с использованием гибкого пермеаметра стенок» . АСТМ Интернешнл . Проверено 16 января 2011 г.
^ «D422-63 (2007) Стандартный метод определения размера частиц почв». АСТМ Интернешнл . Проверено 7 февраля 2007 г.
^ Влажность почвы
^ Каванд, А (6 июня 2006 г.). «Определение профиля скорости поперечной волны в осадочных отложениях в городе Бам (юго-восток Ирана) с использованием измерений микротремора». Характеристика участка и геоматериала . Шанхай, Китай: ASCE . дои : 10.1061/40861(193)25.
Внешние ссылки
Видео Калифорнийского университета в Дэвисе о типичных методах бурения и отбора проб в геотехнической инженерии.
