Геотехнические исследования очень важны перед возведением любого сооружения, будь то отдельный дом, большой склад, многоэтажное здание или инфраструктурные проекты, такие как мосты, высокоскоростные железные дороги и метро .
Исследование поверхности может включать геологическое картирование , геофизические методы и фотограмметрия , или это может быть просто осмотр участка специалистом-геотехником для наблюдения за физическими условиями на участке. Чтобы получить информацию о состоянии почвы под поверхностью, требуется некоторая форма исследования под поверхностью. Методы наблюдения за почвой под поверхностью, получения образцов и определения физических свойств почвы и горных пород включают шурфы, рытье траншей (особенно для обнаружения разломов и плоскостей скольжения ), бурение и испытания на месте . Они также могут использоваться для выявления загрязнения в почве до разработки, чтобы избежать негативного воздействия на окружающую среду. [1]
Отбор проб почвы
Образец почвы, извлеченный из контрольного бурения с помощью пробоотборника с разрезной ложкой
Буровые скважины бывают двух основных видов: большого диаметра и малого диаметра. Буровые скважины большого диаметра используются редко из-за проблем безопасности и расходов, но иногда используются для того, чтобы геолог или инженер могли визуально и вручную исследовать стратиграфию почвы и горных пород на месте. Буровые скважины малого диаметра часто используются для того, чтобы геолог или инженер мог исследовать почву или шлам или извлекать образцы на глубине с помощью пробоотборников почвы, а также проводить испытания почвы на месте. Рекомендации по интервалу и глубине исследований представлены в приложении B.3 Еврокода 7 - Геотехническое проектирование - Часть 2. [ 2]
Образцы почвы часто классифицируются как нарушенные или ненарушенные ; однако «ненарушенные» образцы не являются по-настоящему ненарушенными. Нарушенный образец — это тот, в котором структура почвы была изменена достаточно, чтобы испытания структурных свойств почвы не были репрезентативными для условий in-situ, и только свойства зерен почвы (например, распределение размера зерен , пределы Аттерберга , характеристика уплотнения почвы, чтобы определить общую литологию почвенных отложений и, возможно, содержание воды) могут быть точно определены. Ненарушенный образец — это тот, в котором состояние почвы в образце достаточно близко к условиям почвы in-situ, чтобы можно было использовать испытания структурных свойств почвы для аппроксимации свойств почвы in-situ. Образцы, полученные ненарушенным методом, используются для определения стратификации почвы , проницаемости , плотности, консолидации и других инженерных характеристик.
Сбор грунта в открытом море сопряжен со многими сложными переменными. На мелководье работа может выполняться с баржи. На большей глубине потребуется судно. Глубоководные пробоотборники грунта обычно являются вариантами пробоотборников типа Кулленберга, модификацией базового гравитационного пробоотборника с использованием поршня. [3] Также доступны пробоотборники морского дна, которые медленно проталкивают трубку для сбора в почву.
Пробоотборники почвы
Образцы почвы отбираются с помощью различных пробоотборников; некоторые из них позволяют получить только нарушенные образцы, в то время как другие могут обеспечить получение относительно ненарушенных образцов.
Лопата. Образцы можно получить, выкопав почву с участка. Образцы, взятые таким образом, являются нарушенными образцами.
Шахты представляют собой сравнительно небольшие траншеи, вырытые вручную или с помощью техники и используемые для определения уровня грунтовых вод и взятия проб нарушенного грунта.
Ручной/машинный приводной шнек. Этот пробоотборник обычно состоит из короткого цилиндра с режущей кромкой, прикрепленной к стержню и ручке. Пробоотборник продвигается за счет комбинации вращения и направленной вниз силы. Образцы, взятые таким образом, являются нарушенными образцами.
Непрерывный полетный шнек. Метод отбора проб с использованием шнека в качестве штопора. Шнек ввинчивается в землю, а затем вынимается. Почва удерживается на лопастях шнека и хранится для испытаний. Почва, отобранная таким образом, считается нарушенной.
Пробоотборник Split-spoon / SPT. Используется в «Стандартном методе испытаний для стандартного испытания на проникновение (SPT) и отбора проб почв с помощью Split-Barrel» (ASTM D 1586 [4] ). Этот пробоотборник обычно представляет собой полую трубку длиной 18–30 дюймов и внешним диаметром 2,0 дюйма, разделенную пополам по длине. К нижнему концу прикреплен закаленный металлический приводной башмак с отверстием 1,375 дюйма, а к головке пробоотборника — односторонний клапан и адаптер буровой штанги. Он вбивается в землю с помощью молота весом 140 фунтов (64 кг), падающего на 30 дюймов. Подсчитывается и регистрируется количество ударов (ударов молотка), необходимых для продвижения пробоотборника в общей сложности на 18 дюймов. Обычно используемые для несвязных грунтов, образцы, взятые таким образом, считаются нарушенными.
Модифицированный калифорнийский пробоотборник. в «Стандартной практике отбора проб почв с толстой стенкой, кольцевой облицовкой, разделенным стволом, приводом»1 (ASTM D 3550). Похожий по концепции на пробоотборник SPT, ствол пробоотборника имеет больший диаметр и обычно облицован металлическими трубками для хранения образцов. Образцы из модифицированного калифорнийского пробоотборника считаются нарушенными из-за большого соотношения площади пробоотборника (площадь стенки пробоотборника/площадь поперечного сечения образца).
Пробоотборник Shelby Tube. Используется в «Стандартной практике отбора проб грунтов тонкостенными трубками для геотехнических целей» (ASTM D 1587 [5] ). Этот пробоотборник состоит из тонкостенной трубки с режущей кромкой на носке. Головка пробоотборника крепит трубку к буровой штанге и содержит обратный клапан и клапаны сброса давления. Обычно используемый в связных грунтах, этот пробоотборник продвигается в слой почвы, как правило, на 6" меньше длины трубки. Вакуум, создаваемый обратным клапаном, и сцепление образца в трубке приводят к тому, что образец удерживается при извлечении трубки. Стандартные размеры ASTM: 2" OD, 36" длина, толщина 18 калибра; 3" OD, 36" длина, толщина 16 калибра; и 5" OD, 54" длина, толщина 11 калибра. ASTM допускает другие диаметры, если они пропорциональны стандартизированным конструкциям трубки, а длина трубки должна соответствовать полевым условиям. Почва, отобранная таким образом, считается нетронутой.
Поршневые пробоотборники. Эти пробоотборники представляют собой тонкостенные металлические трубки, которые содержат поршень на конце. Пробоотборники вдавливаются в дно скважины , при этом поршень остается на поверхности почвы, в то время как трубка скользит мимо него. Эти пробоотборники возвращают нетронутые образцы в мягких почвах, но их трудно продвигать в песках и жестких глинах, и они могут быть повреждены (что приведет к повреждению образца) при попадании гравия. Коронка Livingstone, разработанная DA Livingstone , является широко используемой поршневой пробоотборной трубкой. Модификация керноотборника Livingstone с зубчатой головкой керноотборника позволяет вращать ее, чтобы прорезать подповерхностные растительные вещества, такие как небольшие корни или закопанные веточки.
Пробоотборник Pitcher Barrel. Этот пробоотборник похож на поршневые пробоотборники, за исключением того, что поршень отсутствует. В верхней части пробоотборника имеются отверстия для сброса давления, чтобы предотвратить нарастание давления воды или воздуха над образцом почвы. Подходящими образцами почвы для этого пробоотборника являются глина, ил, песок, частично выветренные породы.
На местетесты
Стандартное испытание на проникновение представляет собой динамическое испытание на проникновение на месте, предназначенное для получения информации о свойствах почвы, а также для сбора образца нарушенной почвы для анализа размера зерен и классификации почвы.
Динамический тест с использованием конусного пенетрометра — это тест на месте, в котором груз вручную поднимается и падает на конус, который проникает в землю. Количество мм за удар регистрируется и используется для оценки определенных свойств почвы. Это простой метод испытаний, и обычно для получения хорошей корреляции требуется подкрепление лабораторными данными.
Испытание на проникновение конуса (CPT) выполняется с использованием зонда с коническим наконечником, который гидравлически вдавливается в почву с постоянной скоростью. Базовый прибор CPT регистрирует сопротивление наконечника и сопротивление сдвигу вдоль цилиндрического ствола. Данные CPT были сопоставлены со свойствами почвы. Иногда используются другие приборы, помимо базового зонда CPT, в том числе:
Зонд пьезокониевого пенетрометра продвигается с использованием того же оборудования, что и обычный зонд CPT, но зонд имеет дополнительный прибор, который измеряет давление грунтовых вод по мере продвижения зонда.
Сейсмический пьезокониевый зонд-пенетрометр изготавливается с использованием того же оборудования, что и зонд CPT или CPTu, но зонд также оснащен геофонами или акселерометрами для обнаружения сдвиговых волн и/или волн давления, создаваемых источником на поверхности.
Зонды полнопоточных пенетрометров (Т-образные, шаровые и пластинчатые) используются в чрезвычайно мягких глинистых грунтах (например, отложениях морского дна) и продвигаются так же, как и CPT. Как следует из их названий, Т-образный стержень представляет собой цилиндрический стержень, прикрепленный под прямым углом к бурильной колонне, образуя нечто похожее на 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 давлением напора и давлением поровой воды, одинаково со всех сторон зондов (в отличие от CPT), поэтому коррекция не требуется, что снижает источник ошибок и повышает точность. Особенно желательно в мягких грунтах из-за очень низких нагрузок на измерительные датчики. Зонды полнопоточных также можно циклически поднимать и опускать для измерения сопротивления восстановленного грунта. В конечном итоге специалист по геотехнике может использовать измеренное сопротивление проникновению для оценки недренированной и восстановленной прочности на сдвиг.
Исследование почвы с помощью спирального зонда и испытание уплотнения с помощью спирального зонда (HPT) стало популярным для предоставления быстрого и точного метода определения свойств почвы на относительно небольших глубинах. Тест HPT привлекателен для инспекций фундаментов на месте, поскольку он легкий и может быть быстро проведен одним человеком. Во время тестирования зонд вводится на нужную глубину, а крутящий момент, необходимый для поворота зонда, используется в качестве меры для определения характеристик почвы. Предварительное тестирование ASTM определило, что метод HPT хорошо коррелирует со стандартным испытанием на проникновение (SPT) и испытанием на проникновение конуса (CPT) с эмпирической калибровкой.
Электрическая томография может использоваться для обследования свойств почвы и горных пород, а также существующей подземной инфраструктуры в строительных проектах. [6]
Тест плоской пластины дилатометра (DMT) представляет собой зонд плоской пластины, часто усовершенствованный с использованием установок CPT, но также может быть усовершенствован с помощью обычных буровых установок. Диафрагма на пластине прикладывает боковую силу к материалам почвы и измеряет деформацию, вызванную для различных уровней приложенного напряжения в желаемом интервале глубины.
Испытания газа на месте могут проводиться в скважинах по завершении и в зондовых скважинах, сделанных в боковых частях шурфов в рамках исследования участка. Испытания обычно проводятся с помощью переносного счетчика, который измеряет содержание метана как его процентное содержание в воздухе. Также измеряются соответствующие концентрации кислорода и углекислого газа. Более точный метод, используемый для мониторинга в долгосрочной перспективе, состоит в том, что в скважинах должны быть установлены стояки для мониторинга газа. Они обычно включают щелевые трубы из ПВХ, окруженные гравием одного размера. Верхние 0,5 м - 1,0 м трубопровода обычно не щелевые и окружены гранулами бентонита для герметизации скважины. Устанавливаются клапаны, а установки защищены запирающимися крышками запорных кранов, которые обычно устанавливаются заподлицо с землей. Мониторинг снова осуществляется с помощью переносного счетчика и обычно проводится раз в две недели или ежемесячно.
Лабораторные тесты
Несколько ареометров используются для регистрации распределения мелких частиц в образцах почвы
На почвах можно проводить широкий спектр лабораторных испытаний для измерения самых разных свойств почвы. Некоторые свойства почвы присущи составу почвенной матрицы и не зависят от нарушения образца, в то время как другие свойства зависят от структуры почвы, а также от ее состава и могут быть эффективно проверены только на относительно ненарушенных образцах. Некоторые испытания почвы измеряют прямые 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 для пластичных грунтов. Границы определяются количеством воды, которое необходимо грунту для того, чтобы достичь одной из этих границ. Границы называются пределом пластичности и пределом текучести, 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. Тест для определения пригодности образца почвы или заполнителя в качестве дорожного полотна. Плунжер вдавливается в уплотненный образец, и его сопротивление измеряется. Этот тест был разработан Caltrans , но он больше не используется в методе проектирования дорожного покрытия Caltrans. Он по-прежнему используется как дешевый метод оценки модуля упругости. [8] [9]
ASTM D3080. Прямой сдвиговой тест определяет консолидированные, дренированные прочностные свойства образца. Постоянная скорость деформации применяется к одной плоскости сдвига под нормальной нагрузкой, и измеряется реакция нагрузки. Если этот тест проводится с различными нормальными нагрузками, можно определить общие параметры прочности на сдвиг. [10]
Тест индекса расширения
В этом тесте используется образец повторно сформированного грунта для определения индекса расширения (EI), эмпирического значения, требуемого строительными нормами проектирования, при содержании воды 50% [ необходимо уточнение ] для расширяющихся грунтов, таких как расширяющиеся глины . [11]
Это можно использовать для определения параметров консолидации (ASTM D2435) и набухания (ASTM D4546).
Анализ размера частиц
Это делается для определения градации почвы . Более крупные частицы отделяются в части ситового анализа , а более мелкие частицы анализируются с помощью ареометра . Различие между крупными и мелкими частицами обычно делается при 75 мкм. Ситовой анализ встряхивает образец через постепенно уменьшающиеся ячейки для определения его градации. Анализ ареометром использует скорость осаждения для определения градации частиц. [13]
California Test 301 Этот тест измеряет латеральную реакцию уплотненного образца почвы или заполнителя на вертикально приложенное давление в определенных условиях. Этот тест используется Caltrans для проектирования дорожного покрытия, заменяя калифорнийский тест на коэффициент несущей способности.
Стандартный тест Проктора (ASTM D698), модифицированный тест Проктора (ASTM D1557) и Калифорнийский тест 216. Эти тесты используются для определения максимального удельного веса и оптимального содержания воды, которое может достичь грунт при заданном усилии уплотнения.
Это тип теста, который используется для определения свойств прочности грунта на сдвиг. Он может имитировать всеохватывающее давление, которое грунт будет испытывать глубоко в земле. Он также может имитировать дренированные и недренированные условия.
Испытание на неограниченное сжатие
ASTM D2166. Этот тест сжимает образец почвы для измерения его прочности. Модификатор «неограниченный» противопоставляет этот тест трехосному тесту на сдвиг.
Этот тест позволяет определить содержание воды в почве, обычно выражаемое в процентах от веса воды к сухому весу почвы. [14]
Геофизическая разведка
Геофизические методы используются в геотехнических исследованиях для оценки поведения участка в сейсмическом событии. Измеряя скорость сдвиговой волны почвы , можно оценить ее динамическую реакцию. [15] Существует ряд методов, используемых для определения скорости сдвиговой волны участка:
Метод межскважинного бурения
Скважинный метод (с сейсмическим зондом или заменяющим его устройством)
Отражение или преломление поверхностной волны
Ведение журнала приостановки (также известное как ведение журнала PS или ведение журнала Oyo)
Спектральный анализ поверхностных волн (САПВ)
Многоканальный анализ поверхностных волн (MASW)
Рефракционный микротремор (ReMi)
Другие методы:
Электромагнитный (радар, сопротивление)
Оптико-акустический обзор телезрителей
Анализ поверхностных волн
Обработка и моделирование сейсмических данных
Инновационные решения для задач проверки дорожных покрытий, мостов и бетона.
Обнаружение трубопроводов, натяжных тросов и арматурной сетки, обнаружение токоведущих кабелей
Обнаружение и картирование металлических или пластиковых коммуникаций, трубопроводов и пустот, газопроводов и силовых кабелей
^ Point, Rangoon. "Contaminated Land Assessment Consultants Nottingham". Rangoon Point . Получено 2019-04-09 .[ мертвая ссылка ]
^ Еврокод 7 - Геотехническое проектирование - Часть 2
^ Лунне, Том и Берре, Торалв и Андерсен, Кнут и Страндвик, Стайн и Сьюрсен, Мортен. (2011). Влияние возмущения образца и процедур консолидации на измеренную прочность на сдвиг мягких морских норвежских глин. Канадский геотехнический журнал. 43. стр. 726-750.
^ ASTM D1586-08a Стандартный метод испытаний для стандартного испытания на проникновение (SPT) и испытания с раздельным стволом
^ D1587 -08 Стандартная практика отбора проб грунтов тонкостенными трубками для геотехнических целей
^ Deep Scan Tech (2023): Deep Scan Tech обнаруживает скрытые конструкции на месте самого высокого здания Дании.
^ "D4318-10 Стандартные методы испытаний предела текучести, предела пластичности и индекса пластичности почв". ASTM International . Получено 16.01.2011 .
^ "D1883-07e2 Стандартный метод испытаний CBR (калифорнийский коэффициент несущей способности) лабораторно-уплотненных грунтов". ASTM International . Получено 2011-01-16 .
^ "КОЭФФИЦИЕНТ НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ КАЛИФОРНИИ (CBR) И ПРОЕКТИРОВАНИЕ ДОРОЖНОГО ПОКРЫТИЯ". Руководство для идиотов по обслуживанию автомагистралей . Архивировано из оригинала 2007-02-08 . Получено 2007-02-07 .
^ "D3080-04 Стандартный метод испытаний на прямой сдвиг грунтов в условиях консолидированного дренирования". ASTM International . Получено 07.02.2007 .
^ "D4829-08a Стандартный метод испытаний индекса расширения грунтов". ASTM International . Получено 2011-01-16 .
^ "D5084-10 Стандартные методы испытаний для измерения гидравлической проводимости насыщенных пористых материалов с использованием пермеаметра с гибкой стенкой". ASTM International . Получено 16.01.2011 .
^ "D422-63(2007) Стандартный метод испытаний для анализа размера частиц почв". ASTM International . Получено 2007-02-07 .
^ Содержание влаги в почве
^ Каванд, А (2006-06-06). «Определение профиля скорости сдвиговой волны осадочных отложений в городе Бам (юго-восток Ирана) с использованием измерений микросейсм». Характеристика участка и геоматериалов . Шанхай, Китай: ASCE . doi :10.1061/40861(193)25.
Внешние ссылки
Видеоматериал Калифорнийского университета в Дэвисе о типичных методах бурения и отбора проб в геотехнической инженерии.
