Способ испытания грунта методом статического зондирования
Владельцы патента RU 2711300:
Акционерное общество "Научно-исследовательский центр "Строительство", АО "НИЦ "Строительство" (RU)
Изобретение относится к строительству, а именно к способам испытания грунта и определению механических характеристик грунтов статическим зондированием при инженерно-геологических изысканиях. Сущность: осуществляют периодическое погружение с остановками зонда в массиве грунта и измерением сопротивления грунта внедрению зонда во времени. При остановке зонда измеряют давление грунта на боковую поверхность зонда, на участках зонда с разными радиальными деформациями грунта для определения модуля деформации и коэффициента бокового давления грунта в покое. Технический результат: возможность определения модуля деформации и коэффициента бокового давления грунта в покое методом статического зондирования в полевых условиях, уменьшение длительности и трудоемкости испытания. 2 ил.
Изобретение относится к строительству, а именно к способам испытания грунта, и определению механических характеристик грунтов статическим зондированием при инженерно-геологических изысканиях.
Известен способ испытания грунта методом статического зондирования, при котором погружают зонд в грунт под действием статической вдавливающей нагрузки и измеряют показатели сопротивления грунта внедрению зонда /1/.
Недостатком известного способа является то, что он не позволяет напрямую рассчитывать модуль деформации и коэффициент бокового давления грунта, используемые для расчетов оснований, фундаментов и подземных сооружений. В настоящее время возможно определение модуля деформации грунта методом статического зондирования только на основе эмпирических зависимостей, которые применимы лишь для определенного вида и генезиса грунтов и могут иметь большую погрешность. Объясняется это тем, что в процессе стабилизации при остановке зонда не измеряется давление грунта на боковой поверхности зонда на участках зонда с разными радиальными деформациями грунта.
Прямыми методами определения модуля деформации грунта в полевых условиях являются испытания с использованием штампа и прессиометра. Их применение требует проходки шурфов или скважин, что существенно увеличивает время и стоимость инженерно-геологических изысканий.
Коэффициент бокового давления грунта в покое определяют в лабораторных условиях на образцах грунта, отобранных из инженерно-геологических скважин. Это длительно, трудоемко, в процессе отбора, упаковки и транспортировки образцов возможно их расструктуривание; также при лабораторных испытаниях возникает необходимость восстановления природного напряженного состояния в образце.
Техническая задача заключается в возможности определения модуля деформации и коэффициента бокового давления грунта в покое методом статического зондирования в полевых условиях.
Поставленная задача определения модуля деформации и коэффициента бокового давления грунта в покое реализуется таким образом, что в способе испытания грунта, включающем периодическое погружение с остановками зонда в массиве грунта и измерением сопротивления грунта внедрению зонда во времени, отличающийся тем, что при остановке зонда измеряют давление грунта на боковую поверхность зонда, на участках зонда с разными радиальными деформациями грунта для определения модуля деформации и коэффициента бокового давления грунта в покое.
Способ отличается тем, что при остановке зонда измеряют давление грунта на боковую поверхность зонда, на участках зонда с разными радиальными деформациями грунта для определения модуля деформации и коэффициента бокового давления грунта в покое.
Таким образом, измеряют давление грунта на боковой поверхности зонда на участках зонда с разными радиальными деформациями грунта, что позволяет определить модуль деформации и коэффициент бокового давления грунта в состоянии покоя в полевых условиях для выполнения геотехнических расчетов.
Способ поясняется чертежом, где на Фиг. 1. - представлен пример зонда с тремя участками разного диаметра, на Фиг. 2. - представлен график зависимости перемещений стенки зонда от давления.
Зонд на Фиг. 1. состоит из наконечника 1, над наконечником расположена цилиндрическая часть 2 с диаметром равным диаметру наконечника, а над ней расположен усеченный конус 3. На боковой поверхности цилиндрической части и усеченного конуса расположены на разных уровнях датчики давления 4. Цилиндрическая часть 2 служит для измерения давления при деформациях равных диаметру наконечника d1. Часть в виде усеченного конуса служит для создания деформаций равных диаметрам d2 и d3, и измерения соответствующих давлений.
Определение модуля деформации грунта осуществляется следующим образом.
Для испытаний используют зонд, имеющий выше муфты трения участки с разными (не менее двух) диаметрами, на боковой поверхности которых измеряют давление грунта.
Рассмотрим пример использования зонда с тремя участками, имеющими соответственно три разных диаметра (Фиг. 1).
Испытание выполняют в следующей последовательности:
- зонд задавливают и останавливают, так чтобы на заданной отметке находился первый (нижний) участок зонда с меньшим диаметром d1, и фиксируют во времени t с определенным интервалом (например, 1 секунда) в течении заданного промежутка времени (5-10 мин) давление на боковой поверхности зонда (σν1 и σs1 - давления фиксируемые в процессе задавливания зонда и в конце его стабилизации);
- зонд додавливают и останавливают, так чтобы на заданной отметке находился второй (средний) участок зонда с средним диаметром d2, и фиксируют во времени t с определенным интервалом (например, 1 секунда) в течении заданного промежутка времени (5-10 мин) давление на боковой поверхности зонда (σν2 и σs2 - давления фиксируемые в процессе додавливания зонда и в конце его стабилизации);
- зонд повторно додавливают и останавливают, так чтобы на заданной отметке находился третий (верхний) участок зонда с большим диаметром d3, и фиксируют во времени t с определенным интервалом (например, 1 секунда) в течении заданного промежутка времени (5-10 мин) давление на боковой поверхности зонда (σν3 и σs3 - давления фиксируемые в процессе додавливания зонда и в конце его стабилизации)
По полученным данным строят график зависимости перемещений стенки зонда от давления (Фиг. 2).
Скоростной модуль деформации Eν (характеризует деформативность грунта при быстром нагружении в условиях задавливания зонда) в интервале давлений Δσi находится по формуле (1):
где Δri=ri+1-ri - приращение радиуса контакта «поверхность зонда - грунт» (деформация грунта); rt и ri+1 - радиус зонда на участке расположения i и i+1 датчиков (участки с диаметрами di и di+1); Δσνi=σν,i+1-σi - приращение давления на контакте «поверхность зонда - грунт»; σνi и σν,i+1 - давления, измеряемые i и i+1 датчиками при задавливании зонда.
Статический модуль деформации (характеризует деформативность грунта в покое - в условиях равновесия) в интервале давлений Δσsi находится по формуле (2):
где Δri=ri+1-ri - приращение радиуса контакта «поверхность зонда - грунт» (деформация грунта); ri и ri+1 - тоже что и формуле (1); Δσsi=σs,i+1-σsi - приращение давления на контакте «поверхность зонда - грунт»; σsi и σs,i+1 - давления, измеряемые i и i+1 датчиками в конце стабилизации зонда.
Определение коэффициент бокового давления грунта в покое осуществляется следующим образом.
Для испытаний используют тот же зонд, испытания выполняют в той же последовательности, что и при определении модуля деформации грунта.
Коэффициент бокового давления грунта в состоянии покоя находят по формуле (3):
где σho - природное горизонтальное напряжение в грунте; 
- природное вертикальное напряжение в грунте, где γi и hi - удельный вес и толщина i-го слоя грунта, расположенного выше глубины зондирования.
Природное горизонтальное напряжение в грунте σho рассчитывается в результате аппроксимации (см. фиг. 2) пар значений конечного давления σsi после стабилизации и соответствующего радиуса контакта «поверхность зонда - грунт» ri уравнением:
где, a, b и с - коэффициенты уравнения, определяемые в результате статистического регрессионного анализа, путем аппроксимации пар данных σki и ri уравнением (4).
Источники информации
1. ГОСТ 19912-2012 Грунты. Методы полевых испытаний статическим и динамическим зондированием.
Способ испытания грунта методом статического зондирования, включающий периодическое погружение с остановками зонда в массиве грунта и измерением сопротивления грунта внедрению зонда во времени, отличающийся тем, что при остановке зонда измеряют давление грунта на боковую поверхность зонда, на участках зонда с разными радиальными деформациями грунта для определения модуля деформации и коэффициента бокового давления грунта в покое.
