Способ полевых испытаний оттаивающих грунтов Советский патент 1991 года по МПК E02D1/00 

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 (V) 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

окончания 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 Ро, которое определяют следующим образом. Сначала рассчитывают критическое давление Ркр, которое обеспечит возникновение во всем оттаявшем к концу испытаний массиве радиуса R2 (рекомендуемое значение R2 4г0) радиальных напряжений, не меньших, чем бытовое давление Ре. Расчеты производят на основе известного выражения для распределения радиальных напряжений л в оттаО

о о

00 00

явшей зоне, описывающего предельное равновесие массива:

г ог (г) - (Р ч- С ctg р) (Ј)-С ctg p, (1)

где г - радиальная координата;

Р давление на стенке скважины;

(р и С - соответственно угол внутреннего трения и сцепления оттаявшего грунта (a 2sinp/(1 +slnp)).

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

Минимальное значение ог возникает на внешней границе двойной оттаявшей зоны, т.е. в точке Ra. Если это напряжение будет больше или равно Рб, то тем более будет справедливо для точек внутри массива. Подставляя в (1) в качестве г величину R2, качестве - величину Ре, а в качестве Р - величину Ркр, получают выражение для РКр:

Л

Ркр (Рб + С ctg p) (R2/r0) - С ctg p, (2)

Далее, используя (1), определяют величину радиального напряжения (давления Ркр, действующего в точке RI, т.е. на внут- ренней границе второй кольцевой зоны (рекомендуемое значение Ri 2r0), когда к стенке скважины приложено давление Ркр:

РкР1(Ркр+С -ctgp)(Ri/ro) -C-ctgp.

Так как Рк ц, Ркр и, кроме того, R2/R1 RI/ГО (в силу геометрического подобия), то давление PKpi (а также любое дав- ление, большее чем РкрО при действии на стенку скважины обеспечивает выполнение условия От 5: Ре для первого кольцевого оттаивающего слоя радиуса RL

Величина начального критического дав- ления Ро определяется выражением

2РКр+Ркр1

г о -

или

Ро--Ј

2 Ркр + (Ркр + С ctg 0) (Р1/г0) -С- ШДО

Т

(3) при дополнительном условии

Ро- PKPI 0,1 МПа.(4)

Если это условие не выполняется, то все величины в формуле (3), т.е. Ркр1 . Ркр и со5

0

5

0

5

0

5

.Q

45

50

ответственно Р0 следует пропорционально увеличить так, чтобы выполнялось неравенство (4). При этом, очевидно, новые (увеличенные) значения давлений РКр2 и Р0 по-прежнему будут обеспечивать выполнение условия От Рб .

При давлении Р0 будет происходить оттаивание первого кольцевого слоя 6 до достижения радиуса Ri 2г0 оттаивания.

После стабилизации и измерения деформаций Vi оттаивания первого кольцевого слоя производят ступенчатое нагружение талого грунта до давления Ркр и замеряют возникающие при этом деформации Ui стенки скважины. Затем снова включают нагревательные элементы 4 и происходит оттаивание второго кольцевого слоя 7 до значения R2 Ri2/r0. При этом в точке RI, которую можно теперь рассматривать как условную стенку скважины будет действовать давление PKpi . После отключения нагревательных элементов и стабилизации деформаций V. оттаивания производят дополнительное нагружение двойной талой зоны (слоев) 6 и 7 на величину 0,05-0,1 МПа с измерением возникающих деформаций U2 стенки скважины.

Таким образом, в результате испытаний получены два значения относительной объемной деформации Vi и V2 одного и того же грунта при различных давлениях Р0 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/м3, глубина испытаний - 5,5 м. Бытовое давление на глубине испытаний: Рб -18-5,5 100кН/м3-100кПа 0,1МПа, По приложению 1 СНиП 2.02.01 - 83 определяют максимальные значения прочностных характеристик для суглинка: С 0,046 МПа и р 26°. Тогда С ctg p 0,095 МПа; а 0,61. По формулам (1), (2) и (3) определяют:

РкР1 (0,1+ 0,095) ()° 61 - 0.095 0,195 4° 61 - 0,095 « 0,395 МПа:

-0.61

Ркр - (0.395 4 0,095) «0,21 МПа;

- 0,095

Ро

2 РКП + Р

Р

-0,33 МПа.

Таким образом, оттаивание первого кольцевого слоя до значения Ri 2r0 будет происходить под давлением Р0 0,33 МПа, оттаивание второго кольцевого слоя будет происходить под давлением на его внутрен- ней границе, равным PKpi 0,21 МПа, при этом на стенке скважины будет поддерживаться давление Ркр 0,395 МПа.

Возможность .определения угла внут

реннего трения вытекает из следующего. Деформация U стенки скважины при нагру- жении талого грунта может быть представлена в виде

U r0Apl /-- - +1+0-a

где Д Р - дополнительное (по отношение к действующему при оттаивании) давление на талый грунт;

v - коэффициент Пуансона талого грунта;

Е - модуль деформации талого грунта;

R - радиус талой зоны.

Имея значения деформации Ui и LJ2, относящихся к разным значениям радиуса талой зоны, а также Ri и R2 соответственно получают:

U1/AP1 (К1/гоУ(1-д)-1

VU2 ДР2 (R2/ro)2 ()-

Левая часть этого выражения непосредственно измеряется в ходе испытания, а правая при известных RI И R2 зависит (через о) только от tp. Искомое значение р может быть найдено любым приближенным методом решения трансцендентных уравнений, а также подбором или графически.

Формулаизобретения

1. Способ полевых испытаний оттаивающих грунтов, включающий оттаивание

0

5

0

5

0

кольцевой зоны грунта вокруг скважины под начальным радиальным давлением с помощью термопрессиометра, измерение стабилизированных деформаций оттаивания, нагружение галой зоны с измерением деформаций талого грунта и определение де- формационныххарактеристик

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 допол- нительной 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

Ро--Ј

2 Ркр + (Ркр + С ctg Ф (Р1/го) С Ctg p

f1

Ркр (Рб + С ctg p)(R2/r0) - С ctg p,

где Ро и Ркр - соответственно начальное и критическое давления, МПа;

Рб - бытовое давление на глубине испытаний, МПа;

r0, Ri, R2- соответствен но радиусы скважины, первой и второй кольцевых зон, м;

С - сцепление талого грунта, МПа;

р - угол внутреннего трения талого грунта, град.,

а 2 (1 +sin p.

/////////////7/77/

/Ls/tty,

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

J

ОЫ

W