Способ испытания грунта методом статического зондирования

Авторы патента:

Закатов Денис Сергеевич (RU)

Шарафутдинов Рафаэль Фаритович (RU)

Исаев Олег Николаевич (RU)

G01N33/24 - грунтов (G01N 33/42 имеет преимущество)

E02D1/02 - Основания и фундаменты; котлованы; насыпи (для гидротехнических сооружений E02B); подземные и подводные сооружения

Владельцы патента RU 2711261:

Акционерное общество "Научно-исследовательский центр "Строительство", АО "НИЦ "Строительство" (RU)

Изобретение относится к строительству, а именно к способам испытания грунта. Способ испытания грунта методом статического зондирования, включающий периодическое погружение зонда в массиве грунта с остановками и измерение сопротивления грунта внедрению зонда во времени. При остановке зонда измеряют во времени полное давление грунта на боковую поверхность зонда, по которому определяют параметры релаксации и коэффициент трения грунта. Технический результат заключается в упрощении определения параметров релаксации, эффективных параметров релаксации, коэффициента трения грунта и природного порового давления при статическом зондировании грунта. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

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

Известен релаксационно-ползучий способ испытания грунта методом статического зондирования, при котором в процессе прекращения задавливания зонда на заданной глубине, нагрузка на зонд и скорость его погружения в результате релаксации и ползучести окружающего зонд грунта плавно снижаются с уменьшающейся интенсивностью. В процессе испытания могут дополнительно измеряться осадка, температура зонда, поровое давление и др. Продолжительность испытания, как правило, составляет не менее 5-10 мин и определяется задаваемым условным критерием стабилизации одного из измеряемых параметров или задаваемым временем стабилизации /1/.

Недостатками известного способа является следующее:

1) Способ не позволяет определять параметры релаксации грунта, используемые для прогноза изменения контактного давления подземной конструкции (фундамента) с грунтом. Объясняется это тем, что в процессе стабилизации измеряемые сопротивления грунта под конусом зонда и вдоль его боковой поверхности (муфты трения) отражают одновременно протекающие в грунте как процессы ползучести (длительное деформирование грунта во времени под действием нагрузки), так и релаксации (снижение напряжений при неизменных деформациях) грунта. Ползучесть грунта происходит в результате перемещения зонда в процессе его стабилизации, которая обусловлена начальным изгибом (на момент прекращения задавливания зонда) и последующим выпрямлением штанг (в процессе стабилизации зонда) и, как следствие, перемещением зонда.

В связи с этим в сопротивлениях грунта под конусом зонда и вдоль его боковой поверхности нельзя выделить части, отражающие отдельно процессы релаксации и ползучести грунта и соответственно определить по ним параметры релаксации.

2) Способ не позволяет определять эффективные параметры релаксации и природное поровое давление в грунте, используемые для расчетов оснований, фундаментов и подземных сооружений.

В настоящее время параметры релаксации грунта оценивают в лабораторных условиях, на образцах грунта, отобранных из инженерно-геологических скважин. Это длительно и трудоемко. Природное поровое давление в грунте сегодня определяется с помощью стационарных пьезометров, устанавливаемых в скважину, что достаточно дорого и длительно.

Кроме того, известный способ не позволяет определять коэффициент трения грунта на контакте боковой поверхности зонда с грунтом, поскольку в процессе испытаний не измеряется давление грунта на боковую поверхность зонда - коэффициент трения грунта равен отношению сопротивления грунта вдоль боковой поверхности зонда к давлению грунта на боковую поверхность зонда. Коэффициент трения грунта используется для определения сопротивления грунта вдоль боковой поверхности трубопроводов, трубчатых свай, рабочих органов землеройной техники, при их перемещении (задавливании) или в статическом состоянии (в состоянии покоя).

В настоящее время коэффициент трения грунта оценивают в лабораторных условиях, на образцах грунта, отобранных из инженерно-геологических скважин. Это длительно и трудоемко. Также используют обобщенные таблицы с приближенными значениями, учитывающие только вид грунта, что существенно снижает точность определения коэффициента трения грунта.

Техническая задача заключается в возможности определения параметров релаксации, эффективных параметров релаксации, коэффициента трения грунта и природного порового давления методом статического зондирования в полевых условиях.

Поставленная задача определения параметров релаксации, эффективных параметров релаксации, коэффициента трения грунта и природного порового давления грунта реализуется таким образом, что в способе испытания грунта, включающем периодическое погружение зонда в массиве грунта с остановками и измерение сопротивления грунта внедрению зонда во времени, согласно изобретению, при остановке зонда измеряют во времени полное давление грунта на боковую поверхность зонда, по которому определяют параметры релаксации и коэффициент трения грунта. Также при дополнительном измерении порового давления возможно определении эффективных параметров релаксации, коэффициента трения грунта и природного порового давления в грунте.

Предлагаемый способ отличается тем, что при остановке зонда измеряют во времени полное давление грунта на боковую поверхность зонда, по которому определяют параметры релаксации и коэффициент трения грунта. Кроме того, при остановке зонда измеряют во времени полное давление грунта на боковую поверхность зонда и поровое давление, по которым определяют эффективные параметры релаксации, коэффициент трения грунта и природное поровое давление в грунте.

Таким образом, выполняют измерения во времени полного и порового давления, по которым возможно определить физико-механические свойства грунтов в полевых условиях для выполнения геотехнических расчетов.

Способ поясняется чертежом, где на фиг. 1 представлен график релаксации полных давлений грунта; фиг. 2 - график релаксации полных давлений грунта и порового давления.

Определение параметров релаксации грунта осуществляется следующим образом.

Во время задавливания зонд останавливают на заданной глубине и фиксируют во времени t с определенным интервалом (например, 1 секунда) в течение заданного промежутка времени (5-10 мин) давление на боковой поверхности зонда σ_i. Затем по полученным данным строят график изменения давления во времени (фиг. 1).

Далее, по формуле (1), используя методы математической статистики, вычисляют время релаксации полного давления T_r (характеризует интенсивность снижения давления во времени) и конечное полное давление σ_k (характеризует контактное полное давление, соответствующее равновесному состоянию системы «зонд - грунт»).

где σ_i - полное давление в момент времени i; σ_k - полное конечное давление; σ₀ - полное начальное давление; t - время; T_r - время релаксации полного давления.

Параметры релаксации T_r и σ_k определяют в результате статистического регрессионного анализа, путем аппроксимации пар данных σ_i и t уравнением (1).

Определение коэффициента трения грунта осуществляется следующим образом.

Одновременное измерение нормального давления грунта на боковой поверхности зонда σ_i и удельного сопротивления грунта на муфте трения ƒ_s позволяет определить коэффициент трения материала зонда о грунт μ.

Коэффициент трения скольжения материала зонда о грунт находится по формуле (2):

где ƒ_s - удельное сопротивление грунта вдоль муфты трения, измеряемое при задавливании зонда; σ - нормальное давление грунта на боковой поверхности задавливаемого зонда, измеряемое при задавливании зонда.

Коэффициент трения покоя рассчитывается по формуле (2а):

где ƒ_ss - удельное сопротивление грунта вдоль муфты трения, измеряемое в процессе стабилизации зонда (через 5-10 мин); σ_s - нормальное давление грунта на боковой поверхности задавливаемого зонда, измеряемое в процессе стабилизации зонда (через 5-10 мин).

Если одновременно с измерением нормального давления грунта во времени на боковую поверхность зонда, на этом же участке, дополнительно измеряют поровое давление, то становится возможным определить эффективные параметры релаксации и природное поровое давление.

Определение эффективных параметров релаксации грунта осуществляется следующим образом.

Во время задавливания зонд останавливают на заданной глубине и фиксируют во времени t с определенным интервалом (например, 1 секунда) в течение заданного промежутка времени (5-10 мин) давление на боковой поверхности зонда σ_i и поровое давление на контакте «зонд-грунт» .

По полученным данным строят графики изменения полного и порового давлений во времени (фиг. 2) и вычисляют эффективные давления по формуле (3).

где - эффективное давление в момент времени t; σ_i - полное давление в момент времени i; - поровое давление в момент времени i.

Эффективные параметры релаксации и определяют в результате статистического регрессионного анализа, путем аппроксимации пар данных и t уравнением (4)

где - эффективное давление в момент времени i; - конечное эффективное давление; - начальное эффективное давление; t - время; - время релаксации эффективного давления.

Определение природного порового давления грунта осуществляется прямым или расчетным способами.

Прямой способ

Стабилизацию зонда выполняют не менее четырех часов, до тех пор пока изменение порового давления не прекратится. Стабилизированное значение порового давления принимают за природное поровое давление грунта.

Расчетный способ

В результате статистического регрессионного анализа, путем аппроксимации пар данных и t уравнением (5) рассчитывают природное (до задавливания зонда) поровое давление грунта:

где - поровое давление в момент времени i; - природное поровое давление; - начальное поровое давление; t - время; - время релаксации порового давления.

Источники информации

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

1. Способ испытания грунта методом статического зондирования, включающий периодическое погружение зонда в массиве грунта с остановками и измерение сопротивления грунта внедрению зонда во времени, отличающийся тем, что при остановке зонда измеряют во времени полное давление грунта на боковую поверхность зонда, по которому определяют параметры релаксации и коэффициент трения грунта.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при остановке зонда измеряют во времени полное давление грунта на боковую поверхность зонда и поровое давление, по которым определяют эффективные параметры релаксации, коэффициент трения грунта и природное поровое давление в грунте.

Изобретение относится к области мелиорации земель. В способе определения наименьшей влагоемкости (НВ) черноземных и каштановых почв степного и сухостепного типов почвообразования адаптируют аналитическое определение наименьшей влагоемкости почвы – сложно определяемого почвенного параметра по экспериментально устанавливаемым почвенным характеристикам – значениям содержания в почве физической глины ((Wг)i, % МСП) и гумуса ((gгум)i, %), плотности сложения почвы (γi, т/м3) и мощности гумусового горизонта (hгум, м) с использованием зависимостей: для определения послойных значений НВ почв (WHB)i, % МСП: где i - номер почвенного слоя; - средняя по почвенному профилю плотность сложения почвы, т/м3; для определения среднепрофильных значений НВ % МСП: а) в случае проведения измерений по слоям одинаковой мощности: , б) при проведении погоризонтных измерений (WHB)i с разной мощностью генетических горизонтов по зависимости вида: , где j - глубина рассматриваемого профиля, м; n - количество слоев почвы одинаковой мощности; hгор A, hгор В1, hгор В2, hгор Вс - мощность генетических горизонтов А, В1, В2 и Вс в пределах рассматриваемого метрового почвенного профиля, м; в) при известных средних или осредненных значениях по: .

Лизиметр // 2709475

Изобретение относится к приборам, применяемым в сельском хозяйстве при балансовых исследованиях на мелиорируемых землях, в частности для определения инфильтрации поливных, талых и дождевальных вод.

Полевой бесконтактный профилограф для спиралевидного сканирования // 2707907

Изобретение относится к сельскохозяйственному приборостроению. Полевой бесконтактный профилограф содержит массивное основание, на которое установлен стержень.

Способ определения заселенности почв грибами родов pythium, fusarium и helminthosporium с использованием модифицированного метода флотации // 2707538

Изобретение относится к биотехнологии и может быть использовано для определения уровня заселенности почв грибами родов Pythium, Fusarium и Helminthosporium возбудителей питиозной, фузариозной и обыкновенной корневых и прикорневых гнилей сельскохозяйственных культур.

Способ количественного определения вермикулита в почвах // 2707128

Изобретение относится к агрохимии, предназначено для использования в растениеводстве при расчете оптимальных доз калийных удобрений, вносимых в почвы под сельскохозяйственные культуры.

Способ комплексной оценки состояния окружающей среды // 2705814

Изобретение относится к экологии и может быть использовано в системе мониторинга окружающей среды в зоне освоения нефтегазовых месторождений в районах Крайнего Севера.

Способ агрохимического обследования земель сельскохозяйственного назначения // 2705549

Способ агрохимического обследования земель сельскохозяйственного назначения относится к сельскому хозяйству, а именно к агрохимическому картографированию земель сельскохозяйственного назначения.

Способ оценки аллелопатического почвоутомления для конкретных культур // 2704100

Изобретение относится к области сельского хозяйства, в частности к земледелию и растениеводству. В способе последовательно формируют, по меньшей мере, два образца семян зерновых культур: опытный и контрольный вариант образцов семян зерновых культур, обеспечивают контакт опытного образца семян с почвой с добавлением воды до достижения наименьшей влагоемкости почвы; обеспечивают контакт контрольного образца семян с песком с добавлением воды до достижения наименьшей влагоемкости песка; осуществляют выдержку указанных опытных и контрольных образцов семян до проращивания, удаляют почву и песок с пророщенных семян и помещают очищенные опытные и контрольные образцы пророщенных семян в идентичные прозрачные емкости с водой, уплотняют пророщенные семена в емкостях посредством вибрационного воздействия в вертикальной плоскости и последующего ударного воздействия на дно емкости.

Способ определения тепловых свойств пород сланцевых толщ // 2704002

Изобретение относится к области исследований свойств пород сланцевых толщ. При осуществлении способа определяют литологические типы пород в интервалах глубин сланцевой толщи.

Способ определения времени задержки прорастания яровых зерновых культур под влиянием токсикоза почв и пестицидов // 2703950

Изобретение относится к области сельского хозяйства. В способе формируют, по меньшей мере, один обработанный раствором пестицида опытный образец семян зерновых культур и один необработанный контрольный образец семян зерновых культур, обеспечивают контакт опытного обработанного образца семян с почвой с добавлением воды до достижения наименьшей влагоемкости почвы; обеспечивают контакт контрольного образца семян с песком с добавлением воды до достижения наименьшей влагоемкости песка; осуществляют выдержку указанных опытных и контрольных образцов семян до проращивания, удаляют почву и песок с пророщенных семян и помещают очищенные опытные и контрольные образцы пророщенных семян в идентичные прозрачные емкости с водой, уплотняют пророщенные семена в емкостях посредством вибрационного воздействия в вертикальной плоскости и последующего ударного воздействия на дно емкости, при этом после вибрационного воздействия на образцы семян в емкости помещают идентичные по массе грузы, определяют насыпные объемы опытного (V2) и контрольного (V3) образцов пророщенных семян по высоте размещения груза от дна емкости, по которым определяют величину суммарного ингибирования семян опытного образца токсикозом почв и пестицидом (Иi) по формуле: Иi=((V3-V2i)/(V3-V1))*100%, где V1 - поправочный коэффициент, характеризующий насыпной объем набухших семян злаковых колосовых зерновых культур, проращивание которых осуществлялось в течение 24 часов; V2i - насыпной объем проросших семян опытного образца; V3 - насыпной объем проросших семян контрольного образца, i - порядковый номер опытного образца; по значениям насыпных объемов V2i, где i - порядковый номер опытного образца, строят кинетические зависимости изменения длины проростков для выбранной культуры при проращивании обработанных семян этой культуры на исследуемой почве от времени (toi, мин); определяют величину временного сдвига (%) для каждого образца и выбранной почвы (Ti) Ti=[(toi-tпi)/tпi]*100%, где Ti - временной сдвиг (%), tпi - время прорастания семян в песке, мин, tоi - время прорастания семян в почве до той же длины проростков, что и в песке, мин; формируют зависимость временного сдвига (Ti) от величины суммарного ингибирования (Иi) при развитии семян, определенную по насыпному объему (V2i); определяют время задержки прорастания опытного образца семян в почве по формуле Δto=1080*Ti/100, где Δto - время задержки прорастания обработанных семян в почве (мин), Ti - временной сдвиг, который определили при помощи экспериментальной кривой для величины найденного суммарного ингибирования (%).

Датчик провала грунта // 2708928

Изобретение относится к строительству и может быть использовано для мониторинга проблемных грунтов природного залегания, насыпных, основания фундаментов зданий и сооружений, основания дорог, тротуаров, мониторинга порыва трубопроводов и т.п.

Способ определения характеристик набухания грунта // 2708768

Изобретение относится к строительному грунтоведению и применяется при инженерно-геологических изысканиях для строительства на набухающих грунтах, в частности, для определения свободного набухания и давления набухания грунтов.

Способ определения давления набухания грунта // 2708767

Изобретение относится к строительному грунтоведению и применяется при инженерно-геологических изысканиях для строительства на набухающих грунтах, в частности для определения давления набухания грунтов.

Способ определения характеристик набухания грунта // 2707624

Способ регулирования характеристик физических и механических свойств дисперсного несвязного грунта методом гранулометрического синтеза // 2707112

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано для устройства оснований зданий и сооружений из дисперсного несвязного грунта с требуемыми характеристиками физических или механических свойств.

Способ проведения инженерно-геологических изысканий // 2706284

Изобретение относится к области строительства и предназначено для инженерно-геологических изысканий и проектирования оснований зданий и сооружений. Техническим результатом является сокращение сроков строительства зданий и сооружений путём совмещения этапов инженерно-геологических исследований и проектирования оснований зданий и сооружений, повышение точности исследования свойств грунтов.

Способ и устройство для определения сил трения и модуля сдвига грунтов в полевых условиях // 2705851

Изобретение относится к средствам инженерно-геологических изысканий и предназначено для оценки свойств грунтов вращательным срезом в зонах предполагаемого строительства.

Способ оценки модуля деформации грунта // 2704074

Изобретение относится к области строительства и предназначено для оценки физико-механических характеристик грунтов оснований, обеспечивающих методы расчета оснований, фундаментов и подземных сооружений исходной информацией.

Способ геологического исследования хвостохранилищ и устройство для его реализации // 2700139

Изобретение относится к геологии и горному делу и может быть использовано при геологическом исследовании и изучении хвостохранилищ, эфельных отвалов, иных массивов, сложенных на основе тонко дробленых и/или измельченных минеральных масс, в том числе, химически опасных продуктов.

Устройство для измерения твердости почвогрунтов // 2699755

Изобретение относится к области определения физических свойств почвогрунтов и найдет применение при проведении изысканий на мелиоративных объектах, в агропромышленном комплексе и при строительстве.