Способ испытания мерзлых грунтов термопрессиометром Советский патент 1980 года по МПК E02D1/00 G01N3/10 

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 перемещений стенки скважины в результате воздействия на стенку расширяющейся эластичной оболочкой термопресснЬметра 1. При испытании термопрессиометром мерзлого грунта с оттаиванием определяются деформационные и прочностные характеристики оттаявшего грунта. Для этого величина зоны оттаиван из условий точности измерений должна превышать 2-3 диаметра скважины, что приближенно устанавливается по количеству тепла, передаваемого термопре сиометром в грунт, и времени оттаивания. Однако для определения характеристик грунтов приближенного значе ния величины зоны оттаивания недоста точно . Наиболее близким является способ, включающий прогрев термопрессиометром мерзлого грунта до образования оттаявщей зоны вокруг зонда термопрессиометра и измерение оттаявшей зоны, а также измерение радиальных перемещений стенок скважины ;при нагружении термопрессиометром оттаявшей, зоны 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 npoi-рев, гарантирующий достаточную зону оттаивания; предварительное измерение шупом иск-лючается из-за значительного нарушения им естественного сложения грунта; измерение шупом зоны оттаивания включает в себя погружение шупа в скважину и цикл работ по ручному врезыванию ножевых элементов в грунт, что создает дополнительные- трудоемкие операции. Цель изобретения - повышение достоверности определения деформативных характеристик различных,в том числе и крупнообломочныхгрунтов, а также сокращения трудозатрат и времени. Поставленная цель достигается тем что прогревают термопрессиометром мерзлый грунт до образования оттаявшей зоны вокруг зонда тер1«юпрессиометра, измеряют оттаявшую зону, затем измеряют радиальные перемещения стенок скважины прм кагружении термопрессиометром оттаявшей зоны давлением, измерение величины оттаявшей зо ны производят одновременно с оттаиванием , путем измерений температуры по верхности скважины ниже зонда термопрессиометра на линии изотерм проходящей в массиве грунта на расстоянии 3-х диаметров скважины от центра оси зонда в горизонтальной плоскости, а при достижении в точке измерения температуры границы зоны оттаивания, производят термопрессиометрическое измерение. Расстояние от зонда прессиометра, на котором производится измерение температуры стенки скважины, определяется для каждого типа термопрессио метров предварительно, один раз, путем лабораторных исследований теп лообменных характеристик зонда тер мопрессиометра с промерзшим грунтом. Для этого в замороженном образце грунта изготавливается вертикальная скважина, в которой устанавливае ся зонд термопрессиометра. В массив же грунта, в горизонтальной плоскоети, проходящей через центр оси зонда, на расстоянии трех диаметров сква жины от центра, устанавливают грунто вый термометр (проволочный, полупроводниковый, термоэлектрический или другой). При прогреве зондом образца грунта по грунтового термометру фиксируют момент наступления температуры таяния грунта. Одновременно термо метрами, измерупощими температуру поверхности скважины около зонда, фикс руется распределение температуры про рева грунта вдоль поверхности скважи с дальнейшим определением положения изотермл с температурой таяния грунта либо по показанию одного терлйэмет ра, либо интерполяцией показаний меж ду несколькими термометрами. Для это го термометры, измерякнцие температур поверхности скважины, в количестве 4-5 шт. заранее устанавливсиот на поверхности скважины на различных фик сированных расстояниях в пределах размера 2-3 диаметров скважины ниже корпуса зонда. Экспериментально установлено, что при использовании типовых термопрессиометров, имеющих форму вытянутого цилиндра, изотермы теплового потока, распространяющегося в грунте, на некотором удалении от термопрессиометра принимают форму, близкую к эллипсоидальной с полостью - сква:«иной, расположенной вдоль оси эллипсоида. При повторных прогревах одного грунта образуется форма изотерм, полобная полученным при лабораторном тарирозанном испытании. Значительная величина отношения теплопроводимостей грунта и воздуха - 40/1-60/1 и, вытекающая отсюда, параллельность стенки скважины в продольном сечении, ад иабагическим линиям температурящего поля грунта исключают заметные искажения формы изотерм в поверхностном слое грунта скважины. Перенос тепла конвекцией з скважине незначителен в связи с малым диa.мeтpo s скважины, тем,, что скважина сверху покрыта зондомр а также потому, что поверхность скважины в месте измере1- кй тамператур прогревается сверху,а изотермы поверхности скважины расположены горизонтально Известно, что йзотермьг,близкие к , в значительной части грунтов соответствуют границе зоны оттаивания. Местонахождение этих изотерм в массиве окружающего зонд грунта определяет положение границы зоны оттаивания, В грунтах, в которых температура льдообразования ниже нуля, главным образом глинистые грунты, о .местонахождении зоны,оттаивания судят по изотерме, соответствующей тем-пературе льдообразования данного грунта. Для каждого отдельного типа зондов термопрессиометров необходимо одно ггредварительное исследование теплообменных характеристик зонда с грунтом. Пример. Производилось опытное определение дефоркативных характеристик грунта-песка средней крупности, полностью водонасыш.енного, с коэффициентом пористости L 0,6f имеющего температуру льдообразования . Предварительные испытания проводились в мерзлотной лаборатории УПК им. С.М, Кирова на образцах диаметром 0,8 м и высотой 3 м. Тип устройства моделирования промерзания грунта - ИПГ-2 1. Стальной контейнер с грунтом, имеющий толщину стекки 8 мм, помещен в 1адэрЬзильную камеру и промораживается сверху. Температура в верхней части морозильной камеры над образцом . , в нижней части . Температура на поверхности образца минус 4®С, на глубине 2 и темпера ура образца минус 0,. В центре образца изготовлена вертикальная скважина диаметром 96 м:л и глубиной 2,5 м, Фронт яромерзания образца находится на глубине 2,5 м от поверхности образца. Плоскость фронта промерза -;ия практически горизонтальна. Вдоль поверх