Способ полевых испытаний оттаивающих грунтов

 

Изобретение относится к строительству и может использоваться для определения характеристик оттаивающего грунта в полевых условиях. Способ включает оттаивание кольцевой зоны грунта вокруг скважины под начальным радиальным давлением Ро с помощью термопрессиометра и последующее нагружение талого грунта до критического давления Ркр, под которым оттаивают дополнительную кольцевую зону грунта. Затем нагружают образовавшуюся двойную кольцевую зону, а деформационные характеристики оттаивающего грунта определяют с учетом относительной объемной деформации оттаивания первого и второго слоев грунта, и дополнительно определяют угол внутреннего трения оттаивающего грунта. Ро и Ркр определяют по формулам в зависимости от свойств грунта и природного давления. 1 з.п. ф-лы, 2 ил. Ј

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕCKVIX

РЕСПУБЛИК (51)5 Е 02 0 1/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ го давления. 1 з,п, ф-лы, 2 ил.

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4657043/33 (22) 01.03.89 (46) 15.05.91. Бюл. М 18 (71) Уральский электромеханический институт инженеров железнодорожного транспорта им. Я.M.Ñâåðäëîaà (72) Ю.P.Îðæåõoâñêèé, Г.Н.Дерябин, А,Н.Алехин и В.Г,Елпанов (53) 624.131.37 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 1079749, кл, Е 02 0 1/00, 1982.

Авторское свидетельство СССР

N 933874, кл. Е 02 0 1/00, 1980, (54) СПОСОБ ПОЛЕВЫХ ИСПЫТАНИЙ QTТАИВАЮЩИХ ГРУНТОВ (57) Изобретение относится к строительству и может использоваться для определения

Изобретение относится к строительству и может быть использовано для определения характеристик оттаивающих грунтов при инженерно-геологических изысканиях.

Цель изобретения — повышение точности определения расширения диапазона определяемых характеристик оттаивающего грунта.

На фиг.1 изображена схема испытаний; на фиг.2 — график зависимости объемной деформации оттаивающего грунта (Н) от давления (Р), Способ осуществляют следующим образом.

В мерзлом грунте 1 бурят скважину 2 диаметром, равным диаметру камеры 3 прессиометра (ориентировочно 89-108 мм), которую устанавливают в скважине 2 после

„„Я „„1649033 А1 характеристик оттаивающего грунта в полевых условиях. Способ включает оттаивание кольцевой зоны грунта вокруг скважины под начальным радиальным давлением Ро с помощью термопрессиометра и последующее нагружение талого грунта до критического давления РкР, под которым оттаивают дополнительную кольцевую зону грунта. Затем нагружают образовавшуюся двойную кольцевую зону, а деформационные характеристики оттаивающего грунта определяют с учетом относительной объемной деформации оттаивания первого и второго слоев грунта, и дополнительно определяют угол внутреннего трения оттаивающего грунта. Р0 и РкР определяют по формулам в зависимости от свойств грунта и природноокончания ее бурения и чистки, Камера 3 оборудована нагревательными элементами

4 и датчиком 5 деформаций.

После установки всех элементов, при помощи которых осуществляют предлагаемый способ, включают нагревательные элементы 4, а в камере 3 прессиометра устанавливают давление, равное начальному давлению Р0 которое определяют следующим образом. Сначала рассчитывают критическое давление РкР, которое обеспечит возникновение во всем оттаявшем к концу испытаний массиве радиуса Йг (рекомендуемое значение Rz =4г0) радиальных напряжений, не меньших, чем бытовое давление РБ. Расчеты производят на основе известного выражения для распределения радиальных напряжений 02 в отта1649033

2 Ркр + Ркр1

Po =3

50 или

1 (3) 55 явшей зоне, описывающего предельное равновесие массива;

-А п„(г) — (Р< С ctgp)() С ctgp, (1) о где r — радиальная координата;

P — давление на стенке скважины; р и С вЂ” соответственно угол внутреннего трения и сцепления оттаявшего грунта 10 (а = 2 вп р/(1 + sin р)).

Если конкретные значения С и р исследуемого грунта не известны, то в формулу(1) подставляют их максимально возможные для данной разновидности грунта значения, 15 определяемые по СНиП.

Минимальное значение о< возникает на внешней границе двойной оттаявшей зоны, т.е. в точке Rz. Если это напряжение будет больше или равно Р6, то тем более будет 20 справедливо для точек внутри массива. Подставляя в (1) в качестве r величину Й, качестве о — величину Р6, а в качестве Pвеличину Ркр, получают выражение для Ркр, ф.

Ркр = (Р6+ С . сто P) (Йг/го) — С . стц У, (2) Далее, используя (1), определяют величину радиального напряжения (давления

Ркр, ДействУюЩего в точке R1, т.е. на внУт- 30 ренней границе второй кольцевой зоны (реКОМЕНдуЕМОЕ ЗНаЧЕНИЕ R1 =2Го), КОГда К стенке скважины приложено давление Ркр.

-С

Ркр1 = (Ркр + С Clg ф) (й1/го) —. С ctg ф °

Так как Р, я < Ркр и, кроме того, з/И1 = R1/го (в силу геометрического подобия), то давление Ркр1 (а также любое дав- 40

ЛЕНИЕ, бОЛЬШЕЕ ЧЕМ Ркр1) ПРИ ДЕйСтВИИ На стенку скважины обеспечивает выполнение условия Oi > P6 для первого кольцевого оттаивающего слоя радиуса R1.

Величина начального критического дав- 45 ления Ро определяется выражением при дополнительном условии

Є— Ркр1 0,1 МПа. (4)

Если это условие не выполняется, то все

ВЕЛИЧИНЫ В фОрМуЛЕ (3), т.Е. Ркр1, Ркр И СОответственно Ро следует пропорционально увеличить так, чтобы выполнялось неравенство (4). При атом, очевидно, новые (увеличенные) значения давлений Ркр2 и Ро по-прежнему будут обеспечивать выполнение условия сг Р6 .

При давлении Ро будет происходить оттаивание первого кольцевого слоя 6 до доСтИжЕНИЯ РаДИУСа Й1 = 2Го ОттаИВаНИЯ, После стабилизации и измерения деформаций Ч1 оттаивания первого кольцевого Слоя производят ступенчатое нагружение талого грунта до давления Ркр и замеряют возникающие при этом деформации U1 стенки скважины. Затем снова включают нагревательные элементы 4 и происходит оттаивание второго кольцевого слоя 7 до значения R2 = R1 /го. При этом в точке R1, г которую можно теперь рассматривать как условную "стенку скважины" будет действовать давление Р,р1 . После отключения нагревательных элементов и стабилизации деформаций Чр оттаивания производят дополнительное нагружение двойной талой зоны (слоев) 6 и 7 на.величину 0,05 — 0,1 МПа с измерением возникающих деформаций Uz стенки скважины.

Таким образом, в результате испытаний получены два значения относительной объемной деформации Ч1 и Чр одного и того же грунта при различных давлениях Ро и Ркр (относительные объемные деформации рассчитывают по величине соответствующих перемещений стенки скважины). Это позволяет построить искомую линейную зависимость деформации оттаивания от давления (фиг.2).

Пример. Грунт — суглинок с удельным весом 18 кН/м, глубина испытаний — 5,5 м. з бытовое давление на глубине испытаний:

Р6=.185,5 =100 кН!м =-100 кПа=0,1 МПа, По приложению 1 СНиП 2.02.01 — 83 определяют максимальные значения прочностных характеристик для суглинка: С =

=0,046 МПа и р= 26о. Тогда С с19 p =

=0,095 МПа; а = 0,61. По формулам (1), (2) и (3) определяют:

Р„р1 =(0,1+ 0,095) (— ) — 0,095 = го

= 0,195 4О 1 — 0,095 =0,395 МПа;

-0.61

Ркр - (0.395 + 0,095) — — 0,095 =

ro

=0,21 МПа;

2 Ркр + Ркр1

Ро = — — =0,33 МПа, 3

1649033 та;

РоU< ЛР>

0г ЛРг

Таким образом, оттаивание первого кольцевого слоя до значения R> = 2г, будет происходить под давлением Р„= 0,33 МПа, оттаивание второго кольцевого слоя будет происходить под давлением на его внутрен- 5 ней границе, равным Ркр = 0,21 МПа, при этом на стенке скважины будет поддерживаться давление Ркр = 0,395 МПа.

Возможность определения угла р внутреннего трения вытекает из следующего.

Деформация U стенки скважины при нагружении талого грунта может быть представлена в виде где Л P — дополнительное (по отношени р к действующему при оттаивании) давление на талый грунт;

v — коэффициент Пуансона талого грун25

Š— модуль деформации талого грунта;

R — радиус талой зоны..

Имея значения деформации 01 и Ог, относящихся к разным значениям радиуса талой зоны, а также R1 и йг соответственно 30 получают:

Левая часть этого выражения непосредственно измеряется в ходе испытания, а правая при известных Й1 и R2 зависит (через а) только от p. Искомое значение р 40 может быть найдено любым приближенным методом решения трансцендентных ypasнений, а также подбором или графически.

Формула изобретения 45

1. Способ полевых испытаний оттаивающих грунтов, включающий оттаивание кольцевой зоны грунта вокруг скважины под начальным радиальным давлением с помощью термопрессиометра, измерение стабилизированных деформаций оттаивания, нагружение талой зоны с измерением деформаций талого грунта и определение деформационным характеристик оттаивающего грунта, отличающийся тем, что, с целью повышения точности определения и расширения диапазона определяемых характеристик оттаивающего грунта, нагружение талой зоны проводят до критического давления, после чего производят оттаивание под этим давлением дополнительной кольцевой зоны грунта с измерением стабилизированных деформаций оттаивания и нагружают двойную кольцевую талую зону с измерением деформаций талого грунта, причем деформационные характеристики оттаивающего грунта определяют с учетом относительной объемной деформации оттаивания первого и второго слоев грунта и дополнительно определяют угол внутреннего трения оттаивающего грунта по величине отношения деформаций первой и двойной кольцевых талых зон.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что начальное и критическое давление определяют по формулам

Ркр = (Рб + С ctg p) (Rz/(о) — С ctg p, где Ро и Р,р — соответственно начальное и. критическое давления, МПа;

Рь — бытовое давление на глубине испытаний, МПа;

Ip, Rl, R2 — соответственно радиусы скважины, первой и второй кольцевых зон, м;

С вЂ” сцепление талого грунта, МПа; p — угол внутреннего трения талого грунта, град., а=2 sin р/(1+ sin p), 1649033

1 !

I !

Р

Я.р

Фиг.2.

Составитель Г,Мартынова

Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор M.Äåì÷èê

Редактор А,Ревин

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101

Заказ 1502 Тираж 405 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5