Сущность методов
12.1.1 Испытания грунта вращательным, поступательным и кольцевым срезами проводят для определения следующих характеристик прочности: сопротивления грунта срезу t, угла внутреннего трения j, удельного сцепления с и оценки пространственной изменчивости прочности грунтов для песков, глинистых, органо-минеральных и органических грунтов, в том числе с крупнообломочными включениями размерами 2—10 мм в количестве не более 15 % по массе.
Условия применения методов приведены в таблице 12.1.
Таблица 12.1
| Условия применения метода | |||||||
| Метод испытаний | Грунты | Гидрогеологические условия | Место проведения испытания | Глубина испытания, м | Минимальный диаметр скважины, мм | Минимальный диаметр обсадных труб, мм | Минимальная площадка среза грунта, см2 |
| Вращательный срез | Суглинки, глины с IL > 0,50 Органо-минеральные и органические грунты | Выше и ниже уровня подземных вод | В массиве ниже забоя буровой скважины | 0,5-20 | 89-146 | 89-146 | 200-600 |
| То же | Суглинки глины с IL > 1 Органо-минеральные и органические грунты | То же | В массиве с поверхности | 0,3-20 | — | — | 200-600 |
| Поступательный срез | Пески (устойчивые в стенках скважины) Супеси с IL £ 1; суглинки, глины с IL £ 0,75, в том числе заторфованные | Выше уровня подземных вод | В стенках буровой скважины | 0,5-20 | 89-146 | 89-146 | 300-600 |
| То же | Пески, в том числе с примесью органических веществ (неустойчивые в стенках скважины или залегающие с поверхности дна акватории) | Выше и ниже уровня подземных вод | Ниже забоя буровой скважины | 0,5-50 | 146-168 | 146-168 | 150-300 |
| То же | Супеси с IL > 1; глины с IL > 0,75 Органо-минеральные и органические грунты (залегающие с поверхности грунтового массива или дна акватории) | То же | В массиве | 0,5-20 | — | — | 150-300 |
| » | Органо-минеральные и органические грунты (не залегающие с поверхности грунтового массива или дна акватории) | Выше и ниже уровня подземных вод | Ниже забоя буровой скважины | 20-30 | 146 | 146 | 300-600 |
| Кольцевой срез | Супеси с IL > 1; суглинки, глины с IL > 0,75 (залегающие с поверхности грунтового массива или дна акватории) | Выше уровня подземных вод | В стенках буровой скважины | 0,5-30 | 89-146 | 89-146 | 300-600 |
| То же | Органо-минеральные и органические грунты (залетающие с поверхности грунтового массива или дна акватории) | Выше и ниже уровня подземных вод | То же | По всей толще | 89-146 | 89-146 | 300-600 |
| » | Органо-минеральные и органические грунты (не залегающие с поверхности грунтового массива или дна акватории) | То же | То же | То же | 89-146 | 89-146 | 300-600 |
12.1.2 Характеристики определяют по результатам испытаний грунта в скважинах и в массиве вдавливающими и касательными нагрузками, передаваемыми на грунт через колонну штанг и рабочий наконечник различной конструкции в зависимости от способа передачи срезающего усилия.
12.1.3 Испытание вращательным срезом проводят в условиях практического отсутствия дренирования путем приложения горизонтальной касательной нагрузки и смещения грунта по цилиндрической поверхности, образуемой вращением крыльчатки ниже забоя скважины или в массиве.
Испытание поступательным срезом предварительно уплотненного или неуплотненного нормальным давлением грунта проводят путем приложения вертикальной касательной нагрузки и смещения грунта по боковой поверхности, образуемой в скважине вертикальным перемещением рабочего наконечника с поперечными лопастями.
Испытание кольцевым срезом предварительно уплотненного или неуплотненного нормальным давлением грунта проводят путем приложения горизонтальной касательной нагрузки и смещения грунта по цилиндрической поверхности, образуемой в скважине вращением рабочего наконечника с продольными лопастями.
12.1.4 Испытания поступательным и кольцевым срезами проводят по следующим схемам:
- консолидированный срез — для определения характеристик прочности песков средней плотности и рыхлых маловлажных и влажных, а также глинистых и органо-минеральных грунтов с показателем текучести 0 £ IL £ 0,75 в стабилизированном состоянии;
- неконсолидированный срез — для определения характеристик прочности водонасыщенных глинистых грунтов (Sr ³ 0,85) с показателем текучести IL > 0,50 в нестабилизированном состоянии.
Метод вращательного среза
12 .2 .1 Оборудование и приборы
12.2.1.1 В состав установки для испытания грунта вращательным срезом должны входить:
- рабочий наконечник с лопастями (крыльчатка);
- штанги;
- устройства для создания и измерения крутящего момента;
- устройство для вдавливания крыльчатки в грунт.
Для испытания грунта в массиве установку дополняют устройством для отключения крыльчатки от штанг, позволяющим измерять трение штанг о грунт при неподвижной крыльчатке.
12.2.1.2 Конструкция установки должна обеспечивать:
- вдавливание крыльчатки в грунт ниже забоя опытной скважины или в массив и фиксацию ее на заданной глубине;
- передачу крутящего момента на крыльчатку;
- градуировку устройства для измерения крутящего момента;
- фиксирование штанг на заданной глубине, исключающее самопроизвольное вертикальное и горизонтальное перемещения штанг и крыльчатки.
12.2.1.3 Установки должны иметь технический паспорт, инструкцию по эксплуатации и градуировочную таблицу предприятия—изготовителя измерительного устройства.
12.2.1.4 Поверки измерительного устройства необходимо выполнять при получении его с предприятия и перед выездом на полевые работы, но не реже одного раза в 3 месяца, а также после выявления и устранения неисправностей измерительного устройства или замены его деталей. Результаты поверок следует оформлять актами.
12.2.1.5 Периодически необходимо проверять прямолинейность штанг путем их сборки в звенья длиной 3 м на ровной поверхности. Отклонение звеньев штанг от прямой линии не должно превышать 3 мм в любой плоскости по всей длине проверяемого звена. Сопряжения звеньев штанг также должны обеспечивать прямолинейность.
12.2.1.6 В зависимости от вида и состояния грунта используют следующие типы крыльчатки (приложение М):
- тип I — при испытаниях глинистых грунтов с 0,5 < IL £ 0,75, органо-минеральных грунтов, в том числе с крупнообломочными включениями размерами 2—10 мм в количестве менее 15 % по массе;
- тип II — при испытаниях глинистых грунтов с IL £ 1, органоминеральных, в том числе с крупнообломочными включениями размером более 10 мм в количестве менее 15 % по массе;
- тип III — при испытаниях глинистых грунтов с IL > 1, органо-минеральных и органических грунтов (без крупнообломочных включений).
12.2.1.7 Устройство для измерения крутящего момента должно быть проградуировано. По результатам градуировки составляют график (таблицу) зависимости крутящего момента М, кН·см, от показаний измерительного устройства N, см, и вычисляют постоянную характеристику измерительного устройства п, кН, по формуле
. (12.1)
12.2.2 Подготовка к испытанию
12.2.2.1 При испытании грунта в скважине проходку опытной скважины осуществляют с учетом указаний 4.4.
Забой опытной скважины должен быть расположен на 0,4 — 0,5 м выше отметки испытания грунта.
12.2.2.2 Собранную колонну штанг с крыльчаткой общей длиной на 0,8—1,2 м больше глубины отметки испытания грунта вертикально (по отвесу) опускают в скважину и плавно вдавливают в грунт, заглубляя крыльчатку до отметки испытания.
12.2.2.3 При испытании грунта в массиве крыльчатку вдавливают в грунт, применяя в случае необходимости рычаги, домкраты или специальные устройства, постепенно наращивая колонну штанг.
12.2.2.4 После погружения верх колонны штанг соединяют с головкой устройства для создания и измерения крутящего момента и записывают начальные показания приборов.
12.2.3 Проведение испытания
12.2.3.1 С помощью устройства для создания крутящего момента вращают колонну штанг с крыльчаткой с угловой скоростью 0,2 — 0,3 град/с. По мере вращения записывают показания приборов для измерения крутящего момента до достижения максимального показания Nmax, соответствующего максимальному значению крутящего момента Mmax.
12.2.3.2 Далее продолжают вращение с угловой скоростью 2—3 град/с до условной стабилизации значений крутящего момента, достигаемой за 2—3 полных оборота штанги, и записывают установившееся положение Nуст, соответствующее установившемуся значению крутящего момента Мс.
12.2.3.3 При испытании грунта в скважинах можно не учитывать трение штанг крыльчатки по грунту и крутящий момент на преодоление этого трения М0 принимать равным нулю.
12.2.3.4 При испытании грунта в массиве для определения М0 отсоединяют крыльчатку от колонны штанг и определяют показание измерительного прибора N0 в соответствии с 12.2.3.2.
12.2.3.5 Испытания в массиве можно проводить до глубины, где отношение
При меньших значениях этого отношения испытание следует проводить в скважине.
12.2.3.6 В процессе испытания ведут журнал, форма которого приведена в приложении Б.
12.2.4 Обработка результатов
12.2.4.1 По данным испытаний вычисляют крутящие моменты Мmах, Mс и М0 по формулам:
Mmах = n Nmах, (12.2)
Мc = n Nуст, (12.3)
M0 = n N0, (12.4)
| где п — | постоянная измерительного устройства, кН, определяемая по результатам градуировки; |
| Nmах , Nуст — | максимальное и установившееся показания измерительного устройства, см; |
| N0 — | показание измерительного устройства, характеризующее трение штанг о грунт при отключенной крыльчатке, см. |
12.2.4.2 За сопротивление грунта срезу tmax, МПа, принимают значение, определяемое по формуле
(12.5)
где В — постоянная крыльчатки, см3, принимаемая в зависимости от типа крыльчатки по приложению М.
12.2.4.3 Для глинистых, органо-минеральных и органических грунтов с IL > 1 в нестабилизированном состоянии определяют угол внутреннего трения и удельное сцепление с, принимая условно j = 0 и с = tmax.
12.2.4.4 По значениям tmax оценивают характер пространственной изменчивости прочности грунтов в соответствии с ГОСТ 20522.
Метод поступательного среза
12.3.1 Оборудование и приборы
12.3.1.1 В состав установки для испытания грунта методом поступательного среза должны входить:
- рабочий наконечник со штампами-лопастями или двумя подвижными срезными пластинами;
- штанги (наружные и внутренние или наружные и внутренние с внутренними стержнями);
- устройство для создания и измерения нормального давления к плоскости среза грунта;
- устройство для создания и измерения касательной нагрузки;
- устройства для измерения деформаций сжатия и среза грунта и прикладываемой нагрузки.
12.3.1.2 Конструкция установки должна обеспечивать:
- погружение рабочего наконечника в грунт ниже забоя скважины или в массив;
- фиксирование штанг на заданной глубине, исключающее передачу нормального давления на штампы-лопасти;
- передачу и измерение нормального равномерного давления на распорный штамп;
- передачу и измерение ступенчатой или непрерывно возрастающей срезающей нагрузки на штампы-лопасти и срезные пластины;
- градуировку измерительных устройств.
Основные параметры установки приведены в приложении П.
12.3.1.3 Прямолинейность штанг наружных и внутренних стержней проверяют по 12.2.1.5.
12.3.2 Подготовка к испытанию
12.3.2.1 При испытании грунта в скважине проходку скважины осуществляют с учетом 4.4.
Забой опытной скважины, предназначенной для испытания грунта в ее стенках, должен быть на 1—2 м ниже отметки испытания.
В случае испытания грунта ниже забоя скважины отметка забоя должна быть на 1 м выше отметки испытания.
12.3.2.2 Производят операции в соответствии с требованиями 12.2.2.2, 12.2.2.3.
12.3.2.3 Проверяют подвижность штампов-лопастей и срезных пластин. Они должны перемещаться легко, плавно, без рывков.
12.3.2.4 При испытании грунта в стенках скважины выполняют профилирование этих стенок на отметке испытания двух—четырехкратным подъемом и вдавливанием (расходкой) рабочего наконечника на высоте 0,4 — 0,5 м. После расходки рабочий наконечник должен перемещаться в пределах профилированного участка скважины с минимальным трением о грунт.
12.3.2.5 При испытаниях грунта ниже забоя скважины или в массиве выполняют расходку срезных пластин путем двух—четырехкратного их максимального подъема и опускания с помощью нагрузочного рычага через колонну внутренних стержней. Затем срезные пластины осторожно поднимают вверх на высоту их хода и регистрируют максимальное сопротивление перемещению срезных пластин колонны внутренних стержней и трение срезных пластин о грунт q, кН. После этого срезные пластины возвращают в исходное положение. Монтируют механизмы для создания и измерения нормального давления и касательной нагрузки.
12.3.2.6 Устанавливают приборы для измерения деформаций грунта и записывают их начальные показания.
12.3.3 Проведение испытания
12.3.3.1 Испытание грунта в неконсолидированном режиме проводят не менее чем при трех различных значениях нормального давления, приведенных в таблице 11.4. Нагружение грунта при этом производят сразу в одну ступень.
12.3.3.2 После передачи нормальной нагрузки производят срез грунта за время не более 3 мин с момента окончания приложения нормального давления.
При передаче касательной нагрузки ступенями их значения должны составлять 10 % значения нормальной нагрузки, при которой производят срез; приложение ступеней должно следовать через каждые 5 — 15 с.
При непрерывно возрастающей касательной нагрузке скорость среза следует принимать в интервале 2—5 мм/мин так, чтобы испытание было закончено в течение указанного времени.
12.3.3.3 После окончания испытания грунт разгружают, штампы-лопасти и срезные пластины возвращают в исходное положение, а лопастной прессиометр-сдвигомер демонтируют.
12.3.3.4 При консолидированном режиме испытания сначала следует произвести предварительное уплотнение грунта, а затем срез грунта ступенчатой или непрерывно возрастающей касательной нагрузкой.
12.3.3.5 Предварительное уплотнение грунта производят при нормальных давлениях р, при которых далее определяют сопротивление грунта срезу t. Значения давлений и ступени нагружения принимают по таблице 12.2.
Таблица 12.2
| Грунты | Глубина испытания, м | Нормальное давление p, МПа | Ступени давления | ||
| p1 | p2 | p3 | Dр, МПа | ||
| Пески крупные и средней крупности плотные | 0,5-10 | 0,1 | 0,3 | 0,5 | 0,1 |
| Глины с IL < 0 | 11-30 | 0,1 | 0,35 | 0,6 | |
| Пески крупные и средней крупности средней плотности; мелкие плотные и средней плотности | 0,5-10 | 0,1 | 0,2 | 0,3 | 0,05 |
| Супеси и суглинки с IL £ 0,5, глины с 0 < IL £ 0,5 | 11-30 | 0,1 | 0,25 | 0,4 | |
| Пески средней крупности и мелкие рыхлые | 0,5-10 | 0,1 | 0,15 | 0,2 | 0,025 |
| Пески пылеватые независимо от плотности супеси, суглинки и глины с IL > 0,5 | 11-30 | 0,1 | 0,2 | 0,3 | до р = 0,1 и далее 0,05 |
| Органо-минеральные и органические грунты | 0,5-10 11-30 | 0,05 0,1 | 0,01 0,15 | 0,15 0,2 | 0,025 до р = 0,1 и далее 0,05 |
12.3.3.6 Каждую ступень давления при предварительном уплотнении выдерживают не менее, мин:
5 — для песков;
30 — для глинистых грунтов.
Конечную ступень выдерживают до условной стабилизации деформации сжатия грунта.
За критерий условной стабилизации деформации сжатия принимают приращение осадки грунта, не превышающее 0,1 мм за время, указанное в таблице 12.3.
Таблица 12.3
| Грунты | Время условной стабилизации деформации, мин | |
| сжатия | среза | |
| Пески крупные со степенью влажности 0 < Sr £ 0,8; средней крупности и мелкие с Sr £ 0,5 | 30 | 1 |
| Пески средней крупности и мелкие со степенью влажности 0,5 £ Sr £ 0,8; пылеватые с Sr £ 0,5 Супеси с 0 £ IL £ 1; суглинки, глины с 0 £ IL £ 0,25, в том числе заторфованные | 60 | 3 |
| Пески пылеватые со степенью влажности 0,5 < Sr £ 0,8 Суглинки, глины с 0,25 < IL < 0,75, в том числе заторфованные | 120 | 5 |
12.3.3.7 В процессе предварительного уплотнения грунта следует зафиксировать в журнале испытаний значение деформации сжатия грунта.
Отсчеты по приборам на каждой ступени нагружения следует производить:
- при испытаниях песков — на промежуточных ступенях Dр в начале и конце ступени, а на конечной ступени давления р через 10 мин в течение первого получаса, через 15 мин в течение второго получаса и далее через 30 мин до условной стабилизации деформации грунта;
- при испытаниях глинистых и органо-минеральных грунтов — на промежуточных ступенях давления Dр через 10 мин, а на конечной ступени давления р через каждые 15 мин в течение первого часа и 30 мин в течение второго часа и далее через 1 ч до условной стабилизации деформации грунта.
12.3.3.8 При передаче касательной нагрузки ступенями их значения не должны превышать 10 % значения нормального давления, при котором производят срез. На каждой ступени нагружения записывают показания приборов для измерения деформаций среза через каждые 2 мин до ее условной стабилизации.
За критерий условной деформации среза принимают приращение перемещения срезных пластин в плоскости среза, не превышающее 0,1 мм за время, указанное в таблице 12.3.
При непрерывно возрастающей касательной нагрузке скорость среза должна быть постоянной и соответствовать указанной в таблице 12.4.
Таблица 12.4
| Грунты | Скорость среза, мм/мин |
| Пески | 1,0 |
| Супеси | 0,5 |
| Суглинки и глины | 0,2 |
| Глины, в том числе заторфованные | 0,1 |
12.3.3.9 Испытание следует считать законченным в соответствии с указаниями 11.4.5.
12.3.3.10 По окончании испытания необходимо записать максимальное сопротивление перемещению штампов-лопастей при определенном нормальном давлении на грунт Q1, кН, или максимальное перемещение срезных пластин и колонны внутренних стержней при определенном нормальном давлении на грунт Q2, кН, которое было зафиксировано в процессе испытания.
12.3.3.11 В процессе испытания ведут журнал, форма которого приведена в приложении Б.
12.3.4.1 По данным испытаний вычисляют сопротивления грунта срезу t1, МПа, при испытании грунта в стенках опытной скважины с помощью штампов-лопастей и t2, МПа, при испытании грунта ниже забоя опытной скважины или в массиве с помощью подвижных срезных пластин по формулам:
; (12.6)
, (12.7)
| где Q1 — | максимальное сопротивление перемещению штампов-лопастей при определенном нормальном давлении на грунт, кН; |
| q1 — | максимальное сопротивление перемещению штампов-лопастей и трению рабочего наконечника о грунт без нормального давления, кН; |
| А1 — | площадь среза грунта штампом-лопастью с поперечными зубьями, см2; |
| Q2 — | максимальное сопротивление перемещению срезных пластин и колонны внутренних стержней при определенном нормальном давлении на грунт, кН; |
| q2 — | максимальное сопротивление перемещению срезных пластин, колонны внутренних стержней и трению срезных пластин о грунт без нормального давления, кН; |
| А2 — | площадь среза грунта срезной пластиной, см2; |
| 0,95 — | коэффициент, учитывающий сопротивление грунта перед верхней гранью штампа-лопасти и срезной пластиной. |
12.3.4.2 Угол внутреннего трения j и удельное сцепление с определяют по графику, построенному по результатам не менее чем трех испытаний грунта поступательным срезом по 11.7.2 и 11.7.3.
Метод .кольцевого среза
12 .4.1 Оборудование и приборы
12.4.1.1 В состав установки для испытания грунта кольцевым срезом должны входить:
- рабочий наконечник с распорным штампом и продольными лопастями;
- штанги;
- устройство для создания и измерения крутящего момента;
- устройство для создания и измерения нормального давления;
- устройства для измерения деформаций сжатия и среза грунта.
12.4.1.2 Конструкция установки должна обеспечивать:
- вдавливание продольных лопастей в грунт;
- фиксирование штанг на заданной глубине, исключающее самопроизвольное вертикальное перемещение продольных лопастей и штанг в процессе испытания;
- передачу и измерение нормального равномерного давления на распорный штамп;
- передачу и измерение ступенчатого или непрерывно возрастающего крутящего момента на продольные лопасти:
- градуировку измерительных устройств.
Основные параметры установки приведены в приложении П.
12.4.1.3 Прямолинейность штанг проверяют по 12.2.1.5.
12.4.2 Подготовка к испытанию
12.4.2.1 При проходке опытной скважины следует соблюдать требования 4.4.
12.4.2.2 Производят операции в соответствии с требованиями 12.2.2.2.
12.4.2.3 После погружения верх колонны штанг соединяют с головкой устройства для создания и измерения крутящего момента, а распорный штамп — с головкой устройства для создания и измерения нормального давления.
12.4.2.4 На установке монтируют приборы для измерения деформации сжатия и среза грунта.
12.4.2.5 Распорный штамп нагружают ступенями нормальных давлений по 0,01—0,02 МПа до его соприкосновения со стенками скважины. При этом каждую ступень давления создают за 1—2 мин.
Момент соприкосновения распорного штампа со стенками скважины устанавливают по показаниям прибора для измерения деформации сжатия грунта. С учетом горизонтального перемещения стенок распорного штампа определяют диаметр скважины после предварительного уплотнения грунта D0.
12.4.3 Проведение испытания
12.4.3.1 Испытание в консолидированном режиме следует проводить по 12.3.3.4 — 12.3.3.10.
12.4.3.2 При неконсолидированном режиме испытания необходимо передать сразу в одну ступень нормальные давления р, при которых будет производиться срез грунта. Значения р следует принимать по таблице 12-2.
12.4.3.3 Срез грунта при неконсолидированном режиме испытаний надлежит осуществлять за время не более 5 мин, считая с момента окончания приложения нормального давления.
При передаче касательной нагрузки ступенями они должны составлять не более 10 % нормального давления р, при котором производят срез, приложение ступеней должно следовать через каждые 15—30 с.
При передаче непрерывно возрастающей касательной нагрузки скорость среза следует принимать в интервале 5—20 мм/мин так, чтобы испытание было закончено в течение указанного времени.
Момент окончания испытания устанавливают по 11.4.5.
12.4.3.4 В процессе испытания ведут журнал, форма которого приведена в приложении Б.
12.4.4 Обработка результатов
12.4.4.1 Поданным испытания вычисляют максимальный крутящий момент Mmax, кН·см, по формуле (12.2):
12.4.4.2 Сопротивление грунта срезу t, МПа, при каждом нормальном давлении вычисляют по формуле
, (12.8)
где D — диаметр кольцевой поверхности среза, см, определяемый по формуле
D = D0 + 2m, (12.9)
| где D0 — | диаметр скважины после предварительного уплотнения грунта, см; |
| т — | рабочая ширина лопасти, см; |
| Н — | высота распорного штампа. |
12.4.4.3 Угол внутреннего трения j и удельное сцепление с определяют по графику t = f(р), построенному по результатам не менее чем трех испытаний грунта кольцевым срезом по 11.7.2, 11.7.3.
ПРИЛОЖЕНИЕ А
(справочное)
Схемы испытаний грунта для определения характеристик деформируемости
а — плоским штампом в шурфе или дудке; б — плоским штампом в забое буровой скважины; в — винтовым штампом ниже забоя буровой скважины; г — винтовым штампом в массиве;
д — радиальным прессиометром; е — лопастным пресcиометром в стенке скважины;
ж — лопастным прессиометром ниже забоя буровой скважины; з — лопастным прессиометром в массиве; и — плоским дилатометром; к — самозабуривающимся лопастным прессиометром в скважине; л — самозабуривающимся лопастным прессиометром в скважине с обсадной трубой
ПРИЛОЖЕНИЕ Б
(рекомендуемое)
Дата: 2018-12-28, просмотров: 527.
