Способ испытания мерзлых грунтов термопрессиометром

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОЛ ИКАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

«»775221 (б1) Дополнительное и авт. свид-ву (22) Заявлено 27,1178 (2f) 2689198/29-33

Р11М. К,.

E 02 D 1/00

С 01 N 3/10 с присоединением заявки HP

Государственный комитет

СССР ио делан изобретений и открытий (23) Приоритет—

Опубликовано .30,1080, Бюллетень Ио 40 (53) УДК 624.131

382(088.8) Дата опубликования описания 30.10,80 (72) Авторы изобретения

E.Â.Ëåáåäåí и В.В.Лушников

Уральский ордена Трудового Красного Знамени политехнический институт им. С.N.Kèðîâà (71) Заявитель (84) СПОСОБ HCIlHTAHHH МЕРЗЛЫХ ГРУНТОВ

TEP NOIIP ECCHONETPON

Изобретение относится к области инженерно-строительных изысканий и используется для определения деформационных характеристик и прочностных свойств грунтов в полевых условиях.

Известен способ испытания оттаивающих грунтов с помощью термопрессиометра, взятый в качестве прототипа,, Сущность его заключается в образовании вокруг скважины, пройденной в мерзлом грунте, локальной оттаивающей зоны и измерений перемещения стенки скважины в результате воздействия на стенку расширяющейся эластичной 15 оболочкой термопрессиЬметра (1).

IIpz испытании термопрессиометром мерзлого грунта с оттаиванием определяются деформационные и прочностные характеристики оттаявшего грун- 20 та. Для этого величина эоны оттаивания из условий точности измерений должна превышать 2-3 диаметра скважины, что приближенно устанавливается по количеству тепла, передаваемого термопрес25 сиометром в грунт, и времени оттаивания. Однако для определения характеристик грунтов приближенного значения величины эоны оттаивания недостаточно. ЗО

Наиболее близким является способ, включающий прогрев термопрессиометром мерзлого грунта до образования оттаявшей эоны вокруг зонда термопрессиометра и измерение оттаявшей зоны, а также измерение радиальных перемещений стенок скважины,;при нагружении термопрессиометром оттаявшей. эоны давлением (1).

Недостатками этого способа является: невозможность использования механического зондирования в грунтах, содержащих твердые включения; отсутствие точной информации о величине зоны оттаивания во время проведения термопрессиометрического эксперимента и связанные с этим потери времени на избыточный прогрев, гарантирующий достаточную зону оттаивания; предварительное измерение шупом иск-. лючается из-за значительного нарушения им естественного сложения грунта измерение щупом эоны оттаивания включает в себя погружение шупа в скважину и цикл работ по ручному врезыванию ножевых элементов в грунт, что создает дополнительные-трудоемкие операции.

77Ы21

Цель изобретения — повышение достоверности определения деформативных характеристик различных,в том числе и. крупнаобламочныхгрунтов, а также сокращения трудозатрат и времени.

Поставленная цель достигается тем, что прагревают термопрессиометром

1мерзлый грунт до образования оттаявшей зоны вокруг зонда термопрессиаметра, измеряют оттаявшую зону, затем измеряют радиальные перемещения стенок скважины при нагружении термопрессиаметром оттаявшей зоны давлением, измерение величины оттаявшей зоны производят одновременно с оттаиванием, путем измерений температуры поверхности скважины киже зонда 35 термопрессиаметра на линии изотермы, проходящей в массиве грунта на расстоянии 3-х диаметров скважины ат центра аси зонда в горизонтальной плоскости, а при достижении в точке измерения температуры границы эоны оттаивания, производят термапрессиаметрическое измерение.

Pасстаяние ат зонда прессиаметра, на катарам производится измерение температуры стенки скважины, определяется для каждого типа термапрессиометров предварительно, один раэ, путем лабораторных исследований теплоабменных характеристик зонда термапрессиаметра с промерзшим грун- ЗО там, Для этого в замороженном образце грунта изготавливается вертикальная скважина, В которой устанавливается зонд термопрессиаметра. В массив же грунта, в горизонтальной плоскос- Ы ти, проходящей через центр оси зонда,на расстоянии трех диаметров сква— жины ат центра, устанавливают грунтовый термометр (проволочный, полупроводниковый, термоэлектрический или g другой) . При прогреве зондом образца грунта по грунтовому термометру фиксируют момент наступления температуры таяния грунта. Одновременно термометрами, измеряющими температуру поверхности скважины акала занда, фиксируется распределение температуры прогрева грунта вдоль поверхности скважины с дальнейшим определением положения изотерьы с тем,пературой таяния грунта либо по показанию одного термометра„ либо интерполяцией показаний между несколькими термометрами. Для этого термометры, иэмерякщие температуру поверхности скважины, в количестве

4-5 шт. заранее устанавливают на по- 55 верхности скважины на различных фик сированных расстояниях в пределах .Размера 2-3 диаметров скважины ниже корпуса зонда.

Экспериментальна установлено, чта при использовании типовых термопрессиометрав, имеющих форму вытянутого цилиндра, изатермы теплового потока, распространяющегося в грунте, на некотором удалении ат термапрессиометра принимают форму, близкую к зллипсаидальнай с полостью — скважиной, расположенной Вдаль аси эллипсаида.

При повторных прогревах одного грунта образуется форма изатерм, подобная полученным при лабораторном " тарираааннам испытании. Значительная

Величина отношения теплаправадима-..— тей грунта и воздух- — 40/1-60/1 и, Вытекающая отсюда, параллельность стeíêè скважины В продольном oeчени>адиабатическнм линиям темгератур.-",сга паля Грунта исключают заметнге искажения формы изатерм В псверхнастнам слое грунта скважины.

Перенос тепла канвекцией з скважине неэначителе;1 В сВяэи с малым диэметpGM сKВ8>хины,, тем,, -чта скважи на сверху покрыта зонqo-.», а также потому, = ."а паьерхнасть скв=..«ины в месте измере ::ия температур и агревается сверху,а изатермы паверхнас .и скважины расположены горизонтальна, Известно, чта изатермы,. близкие к

«

0 "C, в значительнсй части грунтов соответствую> границе зоны а таи Вания. Местонахождение этих нз терм в массиве окружающего зонд Грунта определяет полажение границы зоны оттаивания.

В грунтах, В которых температ,".в льдаабразавания ниже и уля Главнь>", образом глинистые грунты, а местгна.ХОЖДЕНИИ 3OHbr OTтаиваНИЯ Судя - Па изОтерме, сООтветствующей reMrlepGTQ— ре лъдаабраэсвания ДаннОГО Гp нтз

Для каждого отдельного T»!и . зандсв термонрессиометров нсабхсдима адно

>>редварительнае исследование r;=I-. ообменных характеристик зонда с Гру;:— там.

Н р и м å ð. Производилась опытное определение дефармативных характеристик грунта-песка средней крупности, полностью Воданасыщеннагс, с коэффициентом пористасти L 0,6„ имеюшега температуру льдоабразавания О C. Предварительные испытания проводил::= сь В мерзлотнай лаборатории УПИ им. C.!:.

Кирова на образцах диаметрам 0,8 м и Высотой 3 м. Тип устройства моделирования прамерзания грунта — ИПГ-2 (1) °

Стальной контейнер с грунтом, имеющий толщину стенRA 8 мм, пагяещен В мароэильную камеру и прамаражнвается сверху. Температура В верхней части морозильной камеры над образцом минус Я С, в нижней части +5ОС. Температура на поверхности образца минус

4 С, на глубине 2 и температypà образца минус 0,2ВC. 8 центре образца изготовлена вертикальная скважина диаметром 96 мм и глубиной 2,5 м.

Франт промерзания образца находится на глубине 2,5 м ат поверхности образца.

Плоскость фронта прамерза ИЯ прак>тически горизонтальна, Вдаль .-".Верх775221

Глубина установки от

Температура дс оттаивания, Ñ

Температура в момент прекраще- 2 ния оттаивания, OC

Р термометра

Формула изобретения поверхности, м

1,6

0,78 + 0,25

О,бб + 0,08

1 7

1,8

0,04

0,11 35

0 15

0,51

0,36

1 9

2,0

0,2

Филиал ППП Патент, r.Óæãoðoä, ул.Проектная, 4 ности скважины, на глубине 1,6 м

2,0 м. с интервалом 100 мм установлены 5 ° проволочных электротермометров.

На глубине 1,2 м, на расстоянии 288мм от оси скважины в грунте расположен один грунтовой термометр. Электротер-. мсметры используются совместно с циф5 ровым измерительным прибором — автоматическим мостом сопротивления типа

Р-380.

В скважине на глуоине 1,2 м установлен зонд термопрессиометра типа

ТП-89/1/.Длина зонда 600 мм,ближайшчй к зонду термометр,из числа установленных на поверхности скважины, находится от края зонда на расстоянии 100 мм.

В то время, когда температура, эа- 35 меренная термометром, установленным на глубине 1,2 м, достигла О С, термометры, установленные в скважине, показали значения представленные в таблице. 2О

Интерполяцией значений температуры, чзмереннсй термометрами в скважине, было устанснлено, что нулевая изотерма в стенке скважины находится на расстоянии 270 мм ст нижнего конца зонда, и, следовательно, если установиь один термометр для измерения температурй стенки скважины на этом расотоянии, тс при достижении температуры таяния зоны, расположенной на расстоянии трех диаметров скважины от оси зонда прессисметра, термсметр в скважине покажет ту же температуру. В дальнейшем эксперимент был повторен с другим грунтом — пылеватым суглинком, и были получены сходные результаты. 55

При определении деформативных характеристик талого грунта — песка средней крупности согласно приведенной методике, полученный н результате эксперимента модуль деформации Е оказался, равным 380 кгс/см, что с вполне удовлетворительной точностью совпадает с

ВИИИПИ Заказ 7674/37 результатами испытаний того же грунта в натурных условиях.

Использование предлагаемого способа испытания мерзлых грунтов по сравнению с сущестнующим способом механического зондирования, обеспечивает следующие преимещуства: исключаются работы по механическому зондированию шупом, благодаря чему сокращаются трудозатраты и уменьшается время испытания на 1,5-2 часа на одно прессиометрическое измерение; повышается достоверность результатсн измерений за счет исключения ошибок возможных при измерении шупом грунтон, содержащих твердые включения; становится возможным использование термопрессиометрического метода измерений для измерения деформативных характеристик крупнообломочных грунтов, в которых механическое зондирование невозможно.

Способ испытания мерзлых грунтов термопрессиометром, включающий прогрев термопрессиометром мерзлого грунта до образования оттаявшей зоны вокруг зонда термопрессиометра и измерение оттаявшей зоны, а также измерение оттаявшей зоны, а также измерение радиальных перемещений стенок скважины при нагруженин термопресснометром оттаявшей зоны давлением, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью поньйнения достоверности определения деформативных характеристик различных, в том числе и крупнообломочных, .грунтов, а также сокращения трудозатрат и времени испытаний, измерение величины оттаявшей зоны производят одновременно с оттаиванием, путем измерений температуры поверхности скважины ниже зонда термопрессиометра на линии изотерьы, проходящей в массиве грунта на расстоянии трех диаметров скважины от центра оси зонда в горизонтальной плоскости, а нри достижении в точке измерения температуры границы зоны оттаивания, производят термопрессиометрическое измерение.

Источники информации, принятые но внимание при экспертизе

1. Инструкция по инженерно-геологическим исследованиям и проектирова -. . нию оснований и фундаментов в условиях Среднего Приобья. ВИ-19-76 Гипротюменьнефтегаз, Тюмень, 1976. Утверждена и внедена в действие распоряжением 9 196-р (с. 65-67) Главтюменьнефтегаза от 9 июля 1976.

Тираж 713 Подписное