Главная страница » Какой метод используется для определения модуля деформации грунта вскрытого скважиной

Какой метод используется для определения модуля деформации грунта вскрытого скважиной

  • автор:

Определение модуля деформации грунта

В качестве деформационной характеристики грунта час­то используют модуль общей деформации , характеризующий остаточные и упругие деформации. Его определяют различными методами, в том числе по компрессионной кривой, испытанием грун­та статической нагрузкой, с помощью прессиометров, а также по простейшим физическим характеристикам грунта.

Для линейно деформируемой среды уравнения закона Гука используются в ограниченном интервале изменения напряжений от до . Поэтому уравнение (2.21) следует записать в приращениях:

Принимая во внимание, что в условиях компрессионного сжатия , , а , получим выражение для модуля деформации:

Для определения коэффициента необходимы значения или в рассматриваемом интервале изменения напряжения. При отсутствии этих данных коэффициент может быть принят равным: для песков – 0,8; супесей – 0,7; суглинков – 0,5; глин – 0,4.

Значение модуля деформации можно определять также на приборах трехос­ного сжатия (стабилометрах) (рис. 2.4, 2.5).

Значение модуля деформации грунта, найденное по данным лабораторных компрессионных испытаний образцов грунта, нередко отличается от действительно­го. Нередко компрессионные испытания проводятся с образцами частично нарушенной, а не природной структуры, что сказывается на результатах компрес­сионных испытаний и может привести к получению занижен­ных значений модуля деформации грунта.

В связи с этим в практике изысканий для изучения деформационных свойств, наряду с лабораторными исследованиями, используют полевые методы испытания грунтов пробными статическими нагрузками (рис. 2.6). Испытания грунта проводят в горных выработках (расчистках, котлованах, шурфах, штреках, буровых скважинах и т.д.) или в массиве грунта при сохранении природного сложения грунта. В соответствии с ГОСТ 20276-99 штампы должны быть жесткими, круглой формы, следующих типов:

I — с плоской подошвой площадью 2500 и 5000 см 2 ;

II — с плоской подошвой площадью 1000 см 2 с кольцевой пригрузкой

по площади, дополняющей площадь штампа до 5000 см 2 ;

III — с плоской подошвой площадью 600 см 2 ;

IV — винтовой штамп площадью 600 см 2 .

Рис. 2.6. Испытание грунта ста­тическими нагрузками в шурфе

а – схема установки; б – зависимость осадка от интенсивности давления

На дно шурфа (рис. 2.6, а) или скважины устанавливают жесткий штамп 4, тщательно при­тирая его к основанию. Ступенчато возрастающая нагрузка на штамп прикладывается с помощью домкрата или тарированными грузами, а осадки измеряются с помощью прогибомеров, закрепленных на реперной системе. По данным испытаний строят график зависимости осадки штампа от давления (2.6, б).

На графике проводят осредняющую прямую методом наименьших квадратов или графическим методом (рис. 2.7).

За начальные значения и (первая точка, включаемая в ос4реднение) принимают давление, равное напряжению и соответствующую осадку; за конечные значения и – значения и , соответствующие четвертой точке графика на прямолинейном участке.

Рис. 2.7. График зависимости осадки штампа от давления :

1 – линейная часть графика; 2 – осредняющая прямая

Модуль деформации грунта вычисляют для линейного участка графика по формуле

где – коэффициент Пуассона, принимаемый равным 0,27 – для крупнообломочных грунтов; 0,30 – для песков и супесей; 0,35 – для суглинков; 0,42 – для глин; – коэффициент, принимаемый в зависимости от заглубления штампа h/D (h — глубина расположения штампа относительно поверхности грунта; D – диаметр штампа); коэффициент, принимаемый равным 0,79 для жесткого круглого штампа; Dp – приращение давления на штамп, равное ; DS – приращение осадки штампа, соответствующее Dp, определяемое по осредняющей прямой.

Коэффициент принимают равным 1 при испытаниях грунтов штампами в котлованах, шурфах и дудках. При испытаниях грунтов винтовым штампом в буровых скважинах ниже забоя и в массиве без бурения скважин коэффициент принимают в зависимости от отношения h/D по ГОСТ 20276-99 .

Выражение (2.24) получено из формулы осадки жесткого штампа на упругом основании, выведенной для условий дефор­маций упругого полупространства Буссинеском. Оно в опреде­ленной мере справедливо и для линейно деформируемого полу­пространства.

Разработаны и применяются методы определения модуля деформации грунта с использованием радиальных, лопастных прессиометров, плоских дилатометров, а также результатов статического зондирования.

Для предварительных расчетов оснований СНиП 2.02.01–83 (2004) допускает определять модуль деформации грунтов по физическим характеристикам (таб­лицам СНиП 2.02.01–83 или региональных нормативных доку­ментов).

Модуль деформации и коэффициент Пуассона являются показателями деформационных свойств грунта и используются при расчете осадок основания и кренов фундаментов зданий и сооружении.

Гидростатический метод определения модуля деформации грунтов

Дискуссия о том, как правильно определять модули деформации грунтов занимает специалистов много лет. И это не удивительно – ведь именно от этого показателя зависит, какое основание проектировщик предусмотрит у сооружения. Нередко речь идет об экономии десятков миллионов рублей.

В независимом электронном журнале «ГеоИнфо» дискуссия по этой проблеме была начата сравнительно недавно в статьях В.Барвашова и Т.Будановой . На этот раз свое видение решения проблемы получения максимально приближенного к реальности модуля деформации рассказывает И.Архангельский.

Хорошо известно, что чем больше площадь штампа, тем, как правило, выше значение модуля деформации для одних и тех же грунтов. Например, для ледниковых супесей северо-запада России модуль деформации по результатам испытаний штампом площадью 5000 см2 на 20% выше модуля деформации, полученного по результатам испытаний штампом площадью 600 см2. Наблюдения за осадками крупномасштабных энергетических сооружений показывают, что их фактическое значение оказывается ниже прогнозируемых, что обусловлено влиянием масштабного фактора на деформационные свойства грунтов. Соответственно, фактический модуль деформации грунтов оснований крупномасштабных сооружений всегда больше, чем установленный в полевых или лабораторных условиях.

В энергетическом строительстве учет масштабного фактора предусмотрен нормативными документами, в то время как в гражданском и промышленном строительстве масштабный фактор не учитывается.

При этом учет масштабного фактора ведется путем умножения модуля деформации на повышающий коэффициент. А, как говорил известный ученый в области механики грунтов Н.Н.Маслов, коэффициенты – это наше незнание.

Гораздо правильнее было бы учитывать масштабный фактор, применяя такой метод деформационных исследований, который охватывает весь изучаемый грунтовый массив, а не отдельный небольшой участок.

Выдающийся гидрогеолог В.А Мироненко в работе «Динамика подземных вод» предложил новый метод деформационных исследований. В его основе лежит главный принцип подземной гидростатики, согласно которому снижение напоров подземных вод приводит к росту эффективных напряжений и сжатию толщи грунтов.

Суть метода заключается в откачках воды из скважин и наблюдением за сжатием отдельных слоев по глубинным реперам. Зная понижение напоров, т.е. дополнительные нагрузки на грунты этих слоев, нетрудно найти их коэффициент сжимаемости. Точность такого определения оказывается несравненно выше, чем при точечных исследованиях вследствие устранения масштабных эффектов.

Метод целесообразно применять на ответственных объектах: атомных станциях, тепловых электростанциях, космодромах, высотных зданиях, крупных химических предприятиях и т.д. На подобных объектах всегда предусматриваются детальные гидрогеологические исследования, так что откачка воды не будет обременительной.

Хочется узнать мнение коллег. Считают ли они предложенный теоретически обоснованный метод жизненным. Стоит ли добиваться, чтобы на этот метод был разработан государственный стандарт?

Open Library — открытая библиотека учебной информации

Открытая библиотека для школьников и студентов. Лекции, конспекты и учебные материалы по всем научным направлениям.

Категории

Производство Полевые методы определения модуля деформации грунта.

Сжимаемость массива грунта. 17 Испытание грунта штампом.

Компрессионные испытания. Основной закон уплотнения.

На практике чаще всœего приходится иметь дело с небольшим интервалами нагрузок в пределах которых кривизна зависимости e–p проявляется очень слабо, на что обратил особое внимание Н. М. Герсеванов. Им был сформулирован следующий закон уплотнения: при небольших изменениях уплотняющих давлений изменение коэффициента пористости прямо пропорционально изменению давления

где m0 – коэффициент сжимаемости, [см 2 /кг; кПа -1 ]

Для расчета осадок удобнее пользоваться коэффициентом относительной сжимаемости mυ.

где mυ — ϶ᴛᴏ величина относительной деформации на единицу давления.

Имея mυ, получаем весьма простую формулу для расчета осадок натурного слоя грунта

где h – высота слоя; P – давление.

Между коэффициентом сжимаемости m0 (коэффициентом относительной сжимаемости mυ) и модулем деформации Е существует зависимость

где e0 – начальный коэффициент пористости;

β – величина, являющаяся функцией коэффициента поперечной деформации μ0:

Так как точность определœения μ0 обычно невысока, величина β часто принимается без расчета равной:

— для суглинков и супесей

Модуль деформации, определœенный по данным компрессионных испытаний, более или менее достоверно характеризует деформативность песков. Применительно же к глинистым грунтам он требует дополнительной корректировки. Получаемый «компрессионный» модуль деформации для глин и суглинков корректируется путем умножения его на специальный коэффициент («коэффициент Агишева»), принимаемый согласно СП 50-101-2004 (п. 5.3.6) равным от 2 до 6 (в зависимости от коэффициента пористости). Для объектов I и II уровней ответственности корректирующие коэффициенты следует устанавливать на основе сопоставления компрессионных испытаний с испытаниям того же грунта штампом.

Деформационные свойства грунтов (которые оцениваются модулем деформации грунтов) изучаются не только в компрессионном приборе, но и в стабилометре (когда грунт испытывается на трехосное сжатие).

Достоверность результатов трехосных испытаний достаточно высока, но оборудование для них (стабилометры) значительно сложнее компрессионных приборов, сложнее само испытание, серийное производство стабилометров в России не налажено, в связи с чем в отечественной практике трехосные испытания применяются мало.

Наиболее достоверным считается испытание штампом (рис. 3.8.1). Такое испытание производится в шурфе (котловане) или скважинœе путем создания давления на грунт (на дно шурфа или скважины) жестким круглым штампом стандартной площади (600, 1000, 2500, 5000 см 2 ) и замере осадок этого штампа. Нагрузка (и соответственно давление на грунт) прикладывается возрастающими ступенями, причем каждая ступень прикладывается после затухания осадки от предыдущей ступени.

Результаты штамповых испытаний используется в качестве эталона для корректировки результатов других, менее точных методов испытаний, в том числе компрессионных. При этом это очень дорогой и трудоемкий метод, который применяется по этим причинам довольно редко (на сложных, ответственных объектах или в особо сложных грунтовых условиях).

Схема штамповых испытаний:

схема испытания штампом: 1 – дно шурфа (котлована); 2 – штамп с площадью опирания на грунт 5000 см 2 ; 3 – гидродомкрат; 4 – конструкция, воспринимающая реактивные усилия.

Результаты испытаний грунта штампом оформляются в виде графика:

Рассматривая график испытаний, можно увидеть почти линœейную часть графика до некоторого давления P1. Это позволяет нам в этом диапазоне давлений считать грунтовый массив линœейно-деформируемым полупространством.

Это означает, что в этом диапазоне давлений напряженное состояние грунта можно описывать математическим аппаратом теории упругости, что позволяет нам определять модуль общей деформации из данных графика. Используя решение задачи об осадке жесткого штампа на упругом полупространстве, получена формула для определœения модуля общей линœейной деформации грунта:

где ω – коэффициент, учитывающий форму штампа (для квадратного ω=0,83, для круглого ω=0,78);

μ0 – коэффициент бокового расширения (коэффициент Пуассона);

p – давление, близкое к концу участка, кПа;

S – осадка в см при этом давлении;

D – диаметр штампа в см.

С помощью штамповых испытаний определяется модуль деформаций грунтов в полевых условиях (непосредственно на строительной площадке). Кроме штамповых испытаний к полевым относят:

Основные положения теории упругости следующие:

1 Тело является сплошным и изотропным (деформационные свойства в различных направлениях одинаковы).

2 Тело является упругим и со снятием нагрузки всœе деформации исчезают.

3 Напряжения в телœе отсутствуют, если нет внешней нагрузки.

4 Тело является "бесконечно" прочным, то есть в нем не возникает разрушений и трещин, изменяющих напряженное состояние.

5 Связь между напряжениями и деформациями является линœейной и описывается законом Гука.

Прессиометрическое испытание производится в полости пробуренных скважин на заданных глубинах. Оно состоит в нагружении грунта горизонтальной (радиальной) нагрузкой стенок скважины и замере радиальных смещений этих стенок. Нагружение и определœение смещений производится с помощью специального прибора – радиального прессиометра. Такой прессиометр представляет собой устройство, имеющее цилиндрическую камеру, способную расширяться в радиальном направлении. Эта камера вводится в скважину, производится испытание, т. е. радиальное расширение камеры с замером радиальных давлений и деформаций.

Достоверность результатов прессиометрических испытаний достаточно высока, но они отражают деформативность грунта не в вертикальном, а горизонтальном направлении, грунты же не всœегда изотропны. Вместе с тем, оборудование для таких испытаний (прессиометры) довольно сложно, а серийное производство прессиометров в России не налажено. Все это препятствует широкому применению таких испытаний в нашей стране.

Статическое зондирование — ϶ᴛᴏ вдавливание в грунт специального устройства – зонда (стержня диаметром 36 мм с коническим наконечником) с измерением сопротивления грунта под нижним концом и боковой поверхности этого зонда. Составлены таблицы, позволяющие по этим сопротивлениям приближенно определять модуль деформации грунта (как и прочностные характеристики). Преимущества зондирования – быстрота и возможность выполнения в полевых условиях большого числа измерений на глубинах до 20 м.

Читайте также

Сжимаемость массива грунта. 17 Испытание грунта штампом. Компрессионные испытания. Основной закон уплотнения. На практике чаще всего приходится иметь дело с небольшим интервалами нагрузок в пределах которых кривизна зависимости e–p проявляется очень слабо. [читать подробенее]

Сжимаемость массива грунта. 17 Испытание грунта штампом. Компрессионные испытания. Основной закон уплотнения. На практике чаще всего приходится иметь дело с небольшим интервалами нагрузок в пределах которых кривизна зависимости e–p проявляется очень слабо. [читать подробенее]

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *