Методические рекомендации Методические рекомендации по определению деформационных и прочностных свойств глинистых пород методом прессиометрии

МИНИСТЕРСТВО ГЕОЛОГИИ СССР

ВС ЕС ОЮЗНЫЙ НАУЧНО-ИСС ЛЕДОВАТЕЛЬС КИЙ ИНСТИТУТ
ГИДРОГЕОЛОГИИ И ИНЖЕ НЕРНОЙ ГЕОЛОГИИ (ВСЕГИН ГЕО)

МЕ ТОДИЧ ЕСКИ Е РЕКОМЕНД АЦИИ
ПО ОПРЕДЕЛЕНИЮ ДЕФОРМАЦИОННЫХ
И ПРОЧНОСТНЫХ СВОЙСТ В
ГЛИНИСТЫХ ПОРОД
МЕТОДОМ ПРЕССИОМЕТРИИ

Москва 1 971

Сос т авители: Г . К . Бондарик, С. Л . Коренева , Д. С. Горячева

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Задачей исследова н ия грун тов методом прессиометрии яв ляется определение их прочностных и деформационных свойств непосредственно н а месте з алеган ия.

В ре з ультате проведения прессиометрическ их испытаний получают график вида d = f ( P ) зависимости из м енения диаметра камеры прибора от давления, называемый прессиометрической кривой . Э тот график аналогичен (по своей форме и содержанию) графику осадки штампа в зависимости от прилагаемой удельной нагрузки. На графике выделяется два участка: участок прямолинейной и участок криволинейной з ависимости деформаций от напряжений. Характерными точками кривой, изображенной на графике, явл яются критические нагрузки, соответствующие пределу пропорциональности P_e и пределу прочности грунта P_t .

Предел пропорционал ь ности P_e отвечает нагрузке, при кот о рой нарушается линейная завис имость между деформациями и напряжениями. Предел прочности P_t соответствует такому минимальному давле н ию, при котором деформ ации неограниченно возрастают во времени. Каждый из участков прессиометри ческо й кривой отвечает определенной фазе деформирования грунтов в ходе испытаний. Участок деформаций, п ропорциональных нагрузке, отражает в из вестной мере процесс уплотнен ия грунтов и, следовательно, характеризует их сжимаемость. Участ ок криволинейной зависимости между деформация ми и напряжениями отражает в основном процесс разрушения грунт а в зоне влияния пресси ометра. Этот процесс начинается с возникновения мик росд вигов в отдельных точках массива при P = P_e и за ве ршается образованием сплошной поверхности сдвига и выпиранием грунта в скважин у при P = P_t .

Таким образом, участок прессиометрической кривой, заключенный между критическими нагрузками P_e и P_t , может служить характеристик о й прочностных свойств испытуем ого грунта.

Экспериментальными исследованиями установлен о, что меж ду показателями прочн ости глинистых пород ( c , φ) и критич е скими точками на прессиометрической кривой ( P_e и P_t ) существует за в исимо сть, которая может быть представле на уравнениям и вида

,                                                      (1 .1 )

,                                                   (1 .2)

(при глубине проведен и я испытаний свыше 5 м )

или

,                                                   (1 .3)

(при глубине проведе н ия испы таний м еньше 5 м),

где с -         с цепление, кг/см²;

φ -        угол в н утреннего трения, град;

P _быт -   бытовое давление, кг/см²;

P_e -       предел пропорциональ н ости, кг/см²;

P_t -       предел прочности, кг/см².

Сжимаемость при прессиометрических испытаниях определяется на основани и формул теории упругости в предположении, что между напря жен ия ми и деформациями существует линейная з ависимость, удовлетворяющая закону Гука. Величина модуля деформации Е при таких испытания х определяется формулой Лям э

,                                                             (1 .4)

где d ₀ - начальный диаметр скважины;

Δ P - приращение давления на участке пропорциональных деформаций;

Δ d - приращение диаметра скважины на участке пропорциональных деформаци й.

Восполь з овавшись формулами ( 1.1- 1.4), можно определить по результатам одного п рессиометрического испытания показатели прочно сти φ и c и модуль деформации Е грунта.

Прессиометрия является скоростным методом ис с ледования механ ических свой ст в грунтов. По сравнен ию с лабораторными методами их исследования описываемый метод дает выигрыш во времени примерно в 4 раза, а по сравнению с методом пробных нагрузок - примерно в 50 раз. По сметным данным, стоимость одного испытания грунтов п ресси ометром составляет ориентировочно 6-8 рублей, в то время как опре деление прочности и деформируемости грунт а в условиях лабо рато рии оценивается в 73-90 рублей, а стоимость одного испытания статическим и нагрузками на штамп составляет 500-6 00 рублей.

Современные конструкции п рессиом етров позволя ют проводить испытания в скважинах глубиной до 25 м в породах, залегающих выш е уровня грунтовых вод.

Прессиоме т рией могут быть опробованы грунты различного ли тологического состава:

- глинистые любой консистенции от текучей до твердой ,

- щ ебн исто-глин истые с содержанием включен ий до 30 % при их размере 5-7 см.

М и нимальная мощно сть слоя, в котором возможно проведение испы таний, соот вет ст вует длине снаряда п рес си ом етра.

При описываемом методе на грунт передается н а грузка в направлении параллельном напластованию, а н е перпендикуля рно к нему, как это име ет место при передаче нагрузки от сооружен ия.

В связи с этим при испытании прессио м ет ром анизотропных по механическим свойствам грунто в, необходимо знать коэфф ициент ан изотропии, представляющий собой отношение соотв етст вующих показателей свойств, определенных по напластовани ю и перпендикулярно к нему. Величина этого коэффициен та может быть определена в лабораторных условиях при сопоставлении результатов испытании образцо в, вырезанных параллельно и перпендикулярно напластование грунта.

2. СХЕМЫ ПРЕССИОМЕТРОВ

П рессиометры (приборы для создания бокового да вления ) предназначаются для определен ия прочн остных и деформационных показателей грунта в скваж инах небольшого диаметра (от 57 до 1 43 мм).

Прессио м ет р любой конструкции состоит из двух частей: зонда (снаряда), опускаемого в скважину, и измерительной ап паратуры, расположенной на поверхности з емли б лиз испытуемой скважины.

Измерительная аппаратура включает в себя манометры для измерения давления, создаваемого в камере, а также специальные приборы, р ег истрирующие деформац ии стенок скважины.

Зонд представляет собой металлический стер ж ень с натянутой на него резиновой «рубашкой», плотно зак репленной по торцам (рабочая ка м ера при бора). При увеличении давления внутри зонда диаметр резиновой оболочки м ожет быть увеличен в 2-2,2 раза.

Таблица 1

Конструк ц ии п рессиомет ра	Макс и мальное давление на породу, кг/см2	Точность и зм ерения давления от верхн. предела изм ерений, %	Точность измерения де ф ормаций, мм	Максимальная глубина провед е ния испытаний, м	Диа м етр с кважины, км	Интервал глубины скваж и ны н а котором пр илож ено давлен ие	Вес прибора	При ме чание (область применения прибора)
Т рехкамерн ые
Пресс и ом ет р Л. Мен ара	20-500	1 -4	0,000 1	50	32- 11 5	450-600	До 100	От ры хлых до скальных
Пр есси ом ет р ГП И Фундамент проект П С-1	8	± 4	± 1	1 5	11 0	500	До 1 00	Для песча н о- глини сты х
П рессиом етр Ураль ского полит ехнического института П-89	5	± 4	Нет данных	5	89	400	20	-« -
Од н окамерные
Макет малого пресс и ом етра ВСЕ ГИ НГЕО	5	± 1 ,5	Н ет д анных	5	32	550	1 0	-« -
Прессиометр НИИОСП	250		0,0003	5	46	750	3,5	Для скальных г ру нтов
Пр ессиом етр ИГП- 21 конс трукции СК Б-ВС ЕГИНГЕО	24	± 4	± 3,0	25	1 08	500	До 1 00	Для ры х лых грунт ов

По конструктивным особеннос т ям существующие прессиом етры в зависимости от устройства зонда можно разделить на две группы (табл. 1). К первой группе отн осится трехкамерные приборы, которые являются модернизацией прессиометра Л. М енара, запатен тованного во Франции в 1 957 г. Это прессиометры конструкции ГПИ Ф унд ам ен тпроект ПС-1 , Уральского политехнического института (УПИ ) - П- 89, ЦНИИ С Ми нтран сстро я. Ко второй группе отн осятс я однокамерные прессиометры конструкции НИИ ОСП для скальных пород и пресси ом етр ИГП- 21 для песчано-глинисты х пород. Принципиальное раз личие между приборами обеих групп состоит в том, что в трехкамерных приборах радиальные деформации грунта определяют расчетом по изменен ию объема рабочей камеры зонда, в то время как в однокамерных измеряют линейные деформации в отдельных точках центральной части камеры прибора. Для измерения радиальных деформаций в однокамерных приборах использует э лектрические датчики, а для из мерения объемных деформаций в тре хкамерны х приборах применяется гидравлическая схема.

Зонд трехкамерных приборов состоит из одной рабочей и двух вспомогательных камер, расположенных по обе стороны от рабоч е й камеры (рис. 1).

Определение величины деформац и й производится лишь по средней камере, вспомогательн ые камеры служат для поддержания цилиндрического поля напряжений вокруг рабочей камеры, а также для предупрежден ия де формирования эластичных мембран, от деляющих рабочую кам еру от вспомогательных.

Перед опытом камеры прессиометра заполняют рабочей жидкостью (водой, маслом). Изменение уровня жидкости в центральной камере соответствует изменению ее объема в ходе опыта.

И з мерительная установка трех камерного прессиометра состоит из двух мерных цилиндров, двух ман ометров и баллона со сжатым г азом для создания давления в камерах зонда. Один из мерных цилиндров соединен шлангами со средней камерой. Он служит для передачи давления и измерен ия объемных деформаций рабочей камеры. Другой мерный цилиндр соединен со вспомогат ельными камерами и служит только для создания рабочего давления.

Рис. 1. С хема пр есси ом ет ра ПС-1 конструкци и Фун дам ентп роект а

1 - баллон со сжа т ым газом, 2 - кран для подачи углекислот ы, 3 - нагнетательные кра ны, 4 - соосные нагнет ате льные т рубы, 5 - мерные цилин дры, 6 - вы со кон ап орные шланги, 7 - вспомога тельные камеры, 8 - рабочая камера, 9 - кран выпускн ой, 1 0 - кран ост ановки давления

Рис. 2. Схем а п ресс иометра ИГП- 21 к он струкции СКБ - ВСЕГИНГЕО

1 - баллон со сжа т ым воздухом, 2 - реду ктор, 3 - кран вып ускной, 4 - маномет р, 5 - блок измерений, 6 - а мперметр, 7 - лебедка, 8 - воздушный шла нг, 9 - электрокабель, 1 0 - металлические оголовки для предотвраще ния выпора грунт а в скважину, 11 - эла сти чная ра боч ая камера зо нда

В од н окамерных приборах (рис. 2) зонд прессиометра имеет лишь одну ра бочую камеру с деформаторами, расположен ными в центре кам еры . Измерительн ая установка в таких приборах представлен а датчиками, преобразующими механическую энергию, затрачиваемую на расши рение камеры , в электрическую. Из менение силы тока или напряжения в электрической цепи в ходе опыта фиксируется на пове рхности соответствующими приборами (вольтметром или амперметром), прог радуи рованны ми в единицах измерения диаметра камеры прибора.

Давление в однокамерных приборах создается сжатым газом.

3. МЕТОДИКА ПРЕССИОМЕТРИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЙ

3.1. Проведение испытаний трехкамерным прессиометром (на примере прессиометра ПС-1)

Измерительную аппаратуру прессиометра устанавливают около скважины. Зонд прессиометра опускают в скважину на заданную глубину. Глуби н а погружения зонда отмечается по меткам на шланге, соединяющем рабочую камеру зонда с мерным цилиндром. После погружения зонда в скважину (см. р ис. 1) открывают нагнетательные краны 3 и заполня ют водой камеры 7, 8 зонда, шланги 6 и мерные цили ндры 5 до нулевой отметки. При з аполнении камер нужно следить за тем, чтобы вода не содержала пузырьков воздуха, которые в процессе испытания могут внести ошибку в замеры объемн ой деформации. Для этого при заполнении системы водой кран для выпуска воздуха 9 открывают. После заполнения системы водой краны нагнетания воды 3 и выпуска воз духа 9 закрывают. Для создания давления в камерах зонда открывают краны подачи сжатого газа 2, а затем открывают вентиль у баллона со сжатым газом. При установлении заданной ступен и давления учитывают вес столба жидкости, заполняющей п рессиом етр, проводя т замеры объемных деформаций по изменению уровня в мерном ц илиндре рабочей камеры. Полученные результаты заносят в журнал пресси ометрических испытаний.

По окончании испытаний открывают краны нагнетания воды, не снимая при этом и з быточного давления газа. Под действием газа вода вытесняется из системы. Затем открывают кран выпуска воздуха 9 и закрывают кран баллона со сжатым воздухом 1. После этого камеры принимают первоначальные размеры и могут быть извлечены из скв аж ины или перемещен ы на другую отметку для нового испытания.

В процессе проведения прессиометр и чески х испытаний заполняют журнал наблюден ий, который составляется по следующей форме

Дата проведения опыта ................... Абс. отм . у стья скважины ................ Диаметр бурения .............................. Глубина проведения опыта ............. Краткое описание породы ..............
№ опыта	Вр ем я (час, м ин)	Показания мано м етра, кг/см2	Отсчет по шкале трубки, см3	Приращение объема, см3	Примечание

3.2. Проведение испытаний однокамерным прессиометром (на примере прессиометра ИГП-21)

На расстоя н ии от скважины око ло 0,5 м устан авливают лебедку прибора 7, на которой укрепляют измерительный блок 5. Рабочую кам еру зонда прессиомет ра 11 соединяют воз душ ный шл ангом 8 с баллоном сжатого воздуха 1, электрокабелем 9 с измеритель ным блоком (см. рис. 2).

Закончив все соединения с н аряда с измерите льным блоком , лебедку прибора устанавливают над устьем скважины и опускают снаряд н а заданную глубину. Перед его с пуском устанавли вают нуль на счетчике, смонтированном на лебедке 7. Поскольку при использовании однокамерных при боров радиальные деформации породы фиксируются в центре з онда, глубина испытания определяется расстоянием от центра снаряда прессиом етра до пове рх ности земли.

Перед началом н агружени я проверяют наличие давления газа в баллоне, з акрыв предварительно вен тиль редук тора 2. Номер баллона со сжатым воз духом и величин у давления в нем перед н ачалом опыта записывают в ж урнал. Плавно поворачивая винт редуктора 2 соз дают заданное давление в снаряде, контролируя его по манометру 4 блока из мерений 5.

После дос т ижения требуемого давления подачу газа прекращают, закрыв вентиль редуктора 2. Наблюдения за из менением диаметра рабочей кам еры зонда проводят по ам перметру 6, п ро градуированн ому в единицах измерения диаметра камеры 6.

После завершения опы т а закрывают вентиль редуктора и плавно от крывают вентиль 3 с надписью «атмосфера», обеспечивающий сообщение газа, нах одивш егося в рабочей камере, с атмосферой. В том случае, если испытания проводят в мягк опластичны х водонасыщенны х грунтах, возможн о прилипание зон да прессиометра к стенк ам с кважины. Для того, чтобы оторвать сн аряд и извлечь его на поверх ность после окончания опыта необходимо вновь повысить давление в камере при бора на 2-3 атмосферы, а затем медлен но сбро сить его до нул я.

Запи с ь н аблюдений в процессе опыт а ведут в ж урнале, в котором отмечают дату проведения опыта, местоположение скважины, глубину проведе ния испытаний, а также приводят краткое описание породы и положение уровня грунтовых вод. Запись наблюдений, проводимых в процессе испытаний, производится по следующей форме.

№ опыта	Давление в камере прибора, кг/см2	Время отсчета (сек, мин)	Диаметр камеры прессиометра, мм	Приращение диаметра, мм	Примечание

4. ТАРИРОВКА ПРИБОРА

Тарировка прессиометра необходима для того, чтобы знать, какая часть давления, созданного в нем, затрачивается на расширен и е рез иновой рубаш ки камеры, а также для определения систематической погреш ности измерительной системы прибора.

Тарировку однокамерных приборов типа ИГП-2 1 производят на поверхн ости земли с помощью 1 ,5-метровых отрезков труб различных диаметров (1 08, 1 27, 1 68 мм и т.д.). Отрезок трубы устанавливают в вертикальном положении и в него опускают зонд прессиометра с таким расчетом, чтобы стенки камеры не касались стенок трубы. Затем, плавно вращая вентиль редуктора, повышают ступенями давление в камере прибора. Величина каждой ступени нагружения при тарировке не должна превы шать 0,25 кг/см². Прекращение деформирования камеры указывает на то, что с тенки ее плотно прижаты к трубе.

В трубе каждого диаметра проводят не менее трех тариро во чных опытов. После проведения испытаний в трубах раз личного диаметра строят суммарную тари ровочную кривую. Образец журнала тарировочны х испытаний привед ен в табл. 2. Систематическую погрешность прибора определяют из выражен ия

Δ d = d_α - d_π ,

где Δ d - погрешность измерения диаметра камеры прибора;

d _α - пока з ание амп ерме тра, мм;

d _π - внутренний диаметр трубы.

Тарировку т рехкамерны х прессиометров т ипа П- 89 производят в скважине на различных глубинах для учета веса столба жидкости в соединительных трубах.

При тарировке на рабочую камеру прибора одевают кожух и опускают ее в скваж ин у на глубину 1 м. Прибор заполняют жидкостью и с помощью насоса в камере прессиометра ступенями в 0,5 кг/ см² поднимают давление до 5 кг /см². Д еформацию камеры на каждой ст упени нагрузки фиксируют по изменению уровн я жидкост и в водоизмерительной трубке. З атем тарировку повторяют при новой длине соединительных т руб, т .е. на глубинах 2; 3; 4; 5 м и т.д. Образец журнала тарировочн ых испытаний приведен в табл. 3.

Таблица 2

Длина труб, м	Диаметр камеры (в мм) прессиометра при давлении (кг/ см2)
	0,25	0,50	0,75	1, 0	1 ,25	1, 50	1, 75
1 08	96	99	1 02	1 02	1 02	1 02	1 02
1 27	97	1 00	11 2	1 27	1 27	1 27	1 27
1 68	96	110	11 2	1 45	1 65	1 67	1 67

Таблица 3

Длина труб , м	Приращение объема камеры (см3) прессиометра при давле н ии (кг/см2)
	0,5	1 ,0	1 ,5	2,0	2,5	3,0	3,5	4 ,0	4,5	5,0
1	1 00	110	11 0	11 0	110	-
2	1 05	230	235	235	235	-
3	1 05	325	550	570	5 1 0	570
4	1 05	325	6 15	620	620	620
5	1 05	325	6 1 5	7 1 0	7 1 0	7 1 0

5. ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К СКВАЖИНАМ ПРИ ПРЕССИОМЕТРИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЯХ ПОРОД

Перед началом бурения скважин для прессио м етрически х испытаний необходимо собрать сведения о геологическом строен ии изучаемой территории. В том случае, если в разрезе преобладают устойчивые, плотные породы, скважины бурят до зад ан но й глубины и консервируют. При этом после окончан ия бурения скважину нужн о закры ть, чтобы в нее не попала вода. Разрыв во времени между окончанием проходки скважины и началом испытаний не должен превышать 1 -2 суток. В текучих глинах и сыпучих песках испытания проводятся параллельно с бурением скважин. Последовательнос ть работ при этом следующая: скважину проходят на глубину, соответствующую намеченному интервалу опробования, и обсаживают трубами. Затем в нее опускают прессиоме тр и обсадные трубы приподнимают на высоту снаряда. После проведения опыта снаряд извлекают, скважину разбуривают и обсаживаю т трубами до следующего, заранее намеч енного интервала. При проходке и опробовании сыпучих песков более удобн ой является конструкция из двух колонн обсадных труб. Первая колонн а обсадных труб опускается на глубину, соответствующую началу интервала опробования, а вторая колонна закрепляет лишь интервал, намеченн ый для испытаний. После опускания прессиометра на задан ную глубину, вторую колонну труб поднимают на высоту снаряда.

Для того, чтобы не прои з ошло разрыхления пород в интервал е опробования, разница между диаметром второй колонны и диаметром прессиомет ра должна составлять 1 -1,5 см. Проходка скважин для проведения прессиометрических испыт ани й мож ет быть осуществлена как ручным, так и механ ическим способом.

Поскольку при инженерно-геологических и з ысканиях широко применя ется ударно-канатное бурение, то для целей прессиометрирования могут быть использованы станки Д-5-25, БУК -57, БУК С-1 , рассчитанные на бурение скважин глубиной до 25 м. К скважинам, пробуренным для прессиометрическ их испытаний, предъявляются следующие требования.

1 . Скважины должны быть строго вертикальны.

2. Бурение следует вести всухую, сохраняя естественную влажность пород.

Даже незначительное количество воды, подлитой в скважину при проходке, может вызвать насыщение стенки скважины водой и повы ш ение липкости породы. Последнее обстоят ельство затрудняет извл ечение снаряда прессиометра посл е завершения опыта. Значительное количество воды, подливаемой в скважи ну при проходке, может привести к резкому изменению свойств исследуемых глинистых пород, особе нно если в их составе содержится монтмориллонит .

3. Порода в стенках скважины должна быть как можно мень ш е нарушена в процессе бурения.

В связи с этим исключается применение шнекового, колонкового и вибрационного бурения. После ручного бурения с применением змеевика стенки скважины должны быть зачищены ложкой. Как при ручном, так и п ри механическом бурении ин тервалы, намечаемые для прессиометрирования, рекомендуется проходить обуривающим или забивным грунтоносом.

4. Допускаемое расхождение диаметра скважины и диаметра зонда прессиометра не должно превышать 25-30 мм. Если диаметр скважины будет значитель но больш е диаметра прибора, то это может привести к разрыву эластичной оболочки зонда. Минимальная мощность слоя, который может быть опробован описываемым методом, должна быть не менее длины зонда прессиометра. В зависимости от из ученности и сложн ости разреза испытания проводят либо по каждой выделенной литологической разности пород, либо через определенные интервалы по глубине через 0,5-1 ,0 м в плотных породах и через 1 -1,5 м в пластичных глинах.

5. Бурение скважин должно сопровождаться отбором образцов для определения объемного веса и влажности.

6. ЛИКВИДАЦИЯ СКВАЖИН

Скважины , в которых п роводились прессиометрически е испытания и которые не предназн ачаютс я для дал ьнейш ей эксплуатации, ликвидируют. Предварительно проверяют техническое состояние скваж ины и частично или полностью и звлек ают обсадные трубы. Отработанные скважины тампонируют жирн ой глиной или цементным раствором. В пределах водоносных пластов скважину зас ыпают фильтрую щим материалом (щебнем, гравием, галькой и т.д.). Тампонаж ведут одновременно с подъемом извлекаемых из скважины обсадных труб. О тампонаже составля ется технический отчет, содержащий описание произведенных работ и указ ание местоположения скважины, а также акт о ликвидации скважины.

7. СХЕМЫ ИСПЫТАНИЙ

Испытания прессиометром целесообразно проводить по двум схемам: по схеме быс т рого и по схеме медленного наг ружения.

При испытаниях по схе ме быстрого наг ружени я величину деформации фиксируют через 1 0 сек. При испытаниях по схеме медленного нагружения величину деформации пород от каждой ступени фиксируют через 1 мин до наступления условн ой стабилизации.

Медленное на г ружение следует применять при проведении испытаний в слабых водонасыщ енны х грунтах текучей и мягкопластичной консистенции. В этих грунтах пе ровое давление в процессе нагружения достигает значительной величины. Однако при проведении испытаний по схеме медленного нагружения (одно прессиометрическо е испытание продолж ается 20 - 40 мин) пе ровое давление в таких грунтах успевает в значительной степени рассеяться. Это позволяет использовать для определения показателей прочности грунтов формулы, не учитывающие величины пе рового давления.

В плотных грунтах, где п о ровое давление в процессе нагружения проявляется слабо, благодаря их высокой структурной прочности, величиной порового давления можно пренебречь и проводить испытания по более экономичной методике быстрого нагружения. Если величина по рового давления, возникающего в породах при нагружении, н еизвестна, то испытания следует проводить по методике медленного наг руже ния , так как эта методика гарантирует получение более правильных рез ультатов испытаний.

При региональных инж е нерно-геологических исследованиях началу массовых прессиом ет ри че ски х испытаний грунтов должн а предшествовать серия соп оставительных опытов, проведенны х по методике медленного и быстрого нагруж ен ия (по 1 0 опытов для каждого вида г рун та). Одинак овый или близкий наклон прессиометри ческ их кривых на участке п роп орциональны х деформаций при быстром и медленном нагруж ении может слу жить косвенным показателем того, что по ровое давление в грун тах п роявля ется слабо и, следовательно, грунты могут быть опробован ы по схеме быстрого н аг руж ения.

8. РЕЖИМ НАГРУЖЕНИЯ

Давление в камере прессиометра увеличивается ступен я ми. Величину каждой ступени нагружения устанавливают в зависимости от консистенции испытуемых грунтов (табл. 4).

Таблица 4

Консистенция	Пока за тель консистенции	Величина ступени давле н ия, р кг/см2
Мя гкоп ластичн ая	1 > В > 0,5	0,25 - 0,5
Полутвердая	0,5 > В > 0,8	0,5 - 1 ,0
Твердая	0,8 > В > 0	1 ,0 - 2,0

Исход я из приведенных рекомендаций табл. 4, первые две ступени н агружени я долж ны быть минимальными (0,25; 0,5; 1 ,0 кг/см²) .

В дальнейшем давление рекомендуетс я повышать равными ступенями (0,5; 1 ,0; 2 к г/см²). Величин у ступени нагружения выбирают сог ласно состоянию глинистых грунтов, но таким образом, чтоб ы число ступеней было не меньше 6-8. Конечную ступен ь нагрузки ж елательно ум еньшить на 25-50 % по сравнению с предыдущей, от которой был получен резкий скачок в приросте деформ аций.

На каждой ступени давления производят наблюдени я за деформациями грунтов:

- через 1 0 сек по схеме быстрого нагружения;

- через 1 мин по схе м е медленного нагруж ения .

При испытаниях по схеме медленного нагружения дл я нагрузок, превышающих предел пропорциональности, ведут дополнительные на блюдения за деформациями через каждые 1 0 сек в течение первой минуты деформирования.

Переход с одной ступени давления на другую осуществляют только после достижения условной стабилизации деформаций. За условную стабилизацию при испытаниях по схеме быстр о го нагружения приним ают изменение величины приращения деформации на постоянное число делений в каждые три последующие промежутка времени. Это значит, что т ри последую щих отсчета должны быть либо одинаковыми (зату хающа я деформация), либо должны возрастать на одну и ту же величин у (деформация с постоянной скоростью). В табл. 5 приведены примеры условной стабилизации деформаций при испытаниях грунтов методом быст рого нагружения.

При проведении опыт а по схеме медленного нагружения за услов ную стабилизации принимают изменение величины деформации не более, ч ем на 1 мм за одну минут у.

В табл . 6 приведен пример установления условной стабилиз ации деформаций от н агрузки P_n (кг/см²) при и спытании грун тов методом медленного нагружения.

Опыт, проведенный по методике быстрого нагружения, считают з аконченным, если очередная ступень нагружения при принятой час тоте наблюдения вызывает нез атухаю щие деформации (табл. 7).

Опыт, проведенный по методике м едленного деформирования, счи тают законченным, если в течение первой минуты при очередной с тупени нагружения наблюдались приращения деформаций, значительно большие, чем от предыдущей ступени нагружения. Однако наблюдаемый скачок может быть случайным. Поэтому для установления момента о кончания опыта при медленном деформировани и наблюдения на зафиксированной ступени нагрузки проводят через 10 сек для установления незатухающего характера деформаций. В табл. 7 приведены примеры деформирования пород при критической нагрузке, равной пределу прочности грунта.

Таблица 5

Деформация, затухающая во времени при нагру з ке Pn			Деформация, равномерно возрастающая во времени при нагрузке Pn
П ромежуток времени между замерами, сек	Диаметр камеры прессиометра, мм	Приращение диаметра камеры прессио м етра, мм	Промежуток времени между замерами, сек	Диаметр камеры п рессиом етра, мм	Приращение диаметра камеры прессиометр а, мм
1 0	1 44		1 0	1 50
20	1 47	3	20	1 54	4
30	1 48	1	30	1 57	3
40	1 48	0	40	1 59	2
50	1 48	0	50	1 61	2
			60	1 63	2

Таблица 6

Деформация, затухающая во времени при нагрузке Pn			Деформация , в озрастающа я во времени (не более 1 мм/мин) при н агрузке Pn
Промежуток в р емени между замерами, мин	Диаметр прессиометра , мм	Приращение диаметра камеры прессиометра, мм	Промежуток времени между за мерами, мин	Диаметр прессио м ет ра, мм	Приращение диаметра камеры прессиоме т ра, мм
1	1 31		1	14 4
2	1 33	2	2	1 46	2
3	1 34	1	3	1 47	1
4	1 34	0	4	1 48	1
5	1 34	0

Таблица 7

Быстрое н агруж ение				Медленное нагружение
Давление, кг/с м2	Промежуток времени между замерам и, сек	Диаметр ка м еры прессиоме тра, мм	Приращение диаметра камеры прессиометра, мм	Давление, кг/см2	Промежуток времени м ежду замерами, м ин, сек	Д иаметр камер ы прессиометра, мм	Прираще ни е диаметра камеры прессиометра, мм
Pt	1 0	1 70	-	Pt	1′1 0″	1 68	2
	20	1 74	4		1′ 20″	1 71	3
	30	1 80	6		1′ 30″	1 76	5
	40	1 84	4		1′ 40″	1 79	3
	50	1 87	3		1′ 50″	1 81	2

9. ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ИСПЫТАНИЙ

9.1. Общие положения

В результате испытаний получают графики вида d = f ( P ) зависим ости деформаций камеры прессиометра от созданн ого в нем давления.

Характер этих графиков определяется составом и состоя н ием исследуемых пород.

Типичный график прессиометричес ки х испытаний в грунтах, им еющих сцепление С и угол внутреннего трения φ , предста в лен н а рис. 3. На графике выделяют несколько участков соответствующих:

- расширению камеры прессиометра до соприкосновения со стен к ами скважины (ОА);

- обжатию неровностей п оверхности скважины, образовавшихся в процессе бурен ия (АВ);

- уплотнению грунта под действием прессиометра (ВС);

- разрушению грунта под действием прессиометра (СД ).

Важнейшим этап о м обработки пре ссиометрических испытаний являет ся нахождение по графику d = f ( P ) следующих параметров: пр е дела пропорцион альности P_e; предел а прочности P _t ; начального диаметра скважины d ₀ .

Пред е л пропорциональн ости P_e четко выделяется на прессиометрическо й кривой при опробовании грунт ов, обладающих углом внутрен него трения φ и оцепл ением C . В этом случае в е личина P_e определяется проведением касательной к прессиом етрическ ой кривой на участке пропорциональных деформац ий (отрезок BC , рис. 3).

Рис. 3. Прессио м ет рическая кривая d = f ( P )

OA - рас ш ирение камеры прес сиом етра до соприк основения со стенками скважины; AB - обжатие неровностей поверхности скважины ( P _обж ) ; BC - уплотнение грунта под действием прессиометра; CD - разрушение грунта; P_e - предел пропорциональности; P _t - предел прочности; d ₀ - начальный диаметр с кважины; P_бок - боковое дав ление

При испытании пластичны х глин с м алыми значениями угла внутрен него трения φ предел пропорциональ ности P_e на прессиометрической кривой выражен нечетко. В этом случае определение величины P_e следует проводить по графику d = f ( P ) , построенному в логарифмическом масштабе. При таком построении участок пропорциональных деформаций на прессиометрической кривой выделяется однозначно. Пресси ометрические кривые, получе нные при ис пытании м ягко пласт ичны х и теку чеп ластичны х глин, для которых угол внутреннего трения близок или равен 0, могут не иметь предела пропорциональности (P_e = 0 ). В э том случае прочность глини ст ых грунтов определяется т олько сцеплением С.

Предел прочнос т и соответст вует такому минимальному давлению на учас тке раз рушения прессиометрической кривой (т очка Д отрезка СД, рис. 3), при котором деформации возрастают во времени при пост оянн ой нагрузке.

Начал ь ный диаметр скважины d ₀ определяется по прессиометрической кривой d = f ( P ) и соответствует давлению, отвечающему нача лу пропорциональных деформ аций (см. р ис. 3).

После о п ределен ия по графику d = f ( P ) значен ий предела пропорциональности P_e и предел а прочности P _t в полученные величины вносят поправки. Поправки учитывают:

- величину давления, рас х одуемого на расширение собственно камеры пресси омет ра Δ P_e и Δ P _t ;

- величину давления, расходуемого на обжатие стенок скважины, нарушенных в процессе бурения P_обж ;

- величину давления, затрачиваемого на восстановление природного бокового давления P_бок .

Величина давления, затрачиваемого на расширение собственно камеры прессиометра при давлении в приборе, равном пределу пропорциональности P_e и пределу прочности P _t , определяется по тарировочном у графику (см. р ис. 3).

Поправка на обжатие стенок скважины определяется по прессиометрической кривой и соответс т вует начальном у криволинейному ее участку (отрезок AB , рис. 3).

Величи н а давления, затрачиваемого на восстановление природного бокового давления, может быть определена теорет ически по фо рм уле

P _бок = 0,1 · γ · h · ε ,

где γ - об жи мный вес, г/см³;

h - глубина проведения опыта, м ;

ε - коэффициент бокового давления .

Значение коэффициента бокового давления ε при расчетах определяется из соотношения  в зависимости от ве л ичины коэффициен та П уассона.

Коэффициент Пуассона для раз н ых грунт ов (по СНиП II-Б, 1- 62) имеет следующие значения:

глины ................. 0,42

суглинки ............ 0,35

супеси ................ 0 ,30

Практикой пр е ссиометрическ ого опробования пород установлено, что в плотных грунтах процесс восстановления природн ого давления фиксируется на графике в виде горизонтальной ступени, соответствующей начальном у участку уплотн ения. В пластичных грунтах гориз онт альная ступень, как правило, отсутствует; грунт начин ает деформироват ься при восстановлении бытового давления. В связи с этим в мягкопластичны х грунтах величина P_бок определяется условно по формуле P _бок = 0,1 · γ · h · ε . В т вердых, прочных глинах величина P _бок определяется по графику испытаний и соответ ствует концу горизон тальной ступени на графике d = f ( P ) .

Общая поправка к величинам P _e и P _t может быть определена как сумма п оправок Δ P _e ( Δ P _t ) , P _обж , P _бок . Тогда исправленные значения предела прочности P _{t испр.} и предела пропорциональности P _{e испр.} определяются выражениями:

P _{e испр.} = P _e - (Δ P _e + P _обж + P _бок ),

P _{t испр.} = P _t - (Δ P _t + P _обж + P _бок ),

где P _e -       предел пропорциональности, определен н ый по прессиометри ческой кривой;

P _t -       предел прочности, определенный по прессиометричес ко й кривой;

P _обж -     давление, затрачиваемое на обжатие неровностей стенок скважины;

P _бок -      боковое давление на глубине проведения опыта;

Δ P _e -      давле н ие, з атрачиваемое на расширение собственно камеры прессиометра при P = P _e ;

Δ P _t -      давление, за т рачиваемое на расширение камеры при давлении в прессиометре P = P _t .

Исправленные значения P _{e испр} и P _{t испр} используются для расчета показа т елей прочност и глинистых пород: угла внутреннего т рения φ и сцепления C .

В зави с им ости от того, проводятся ли испытания пород пресси ом етром выше или ниже критической глубины, расчет угла внутреннего трения выполняют по разным формулам. Критической называется глубина, при которой влияние поверхности не сказывае тся на характере поля напряжений, возникающ его в области влияния прессиом етра. Критическая глубина зависит от свойств опробуемых грунтов и от раз меров зонда прессиометра. Если опыт проводится выш е критическ ой глубины, то применяется зависимость вида

При проведении опыта ниже критич ес кой глубины угол вн утреннего трения определяется из выражения

.

Для облегчения вычислений величины угла внутреннего трения построены номограммы (рис. 4 и 5), представляющие собой графики зависимости угла внутреннего трения от от н ошения бытового давлен ия к пределу пропорц иональности

.

На основании э кспериментальных исследован ий, проведенных п рессиометром ИГП -21 (длина рабочей камеры 800 мм, диаметр 1 00 мм) в глинист ых грунтах , критическая глубина может быть принята равной 5 м. Таким образом, при глубине проведения испытаний меньше 5 м угол внутреннего трения определяют по графику, приведенному на рис. 4, а при глубине проведения испытаний более 5 м угол внутреннего трения определяют по графику, приведенному на рис. 5.

Сцепление глинис т ых грунтов независимо от глубины проведения ис пыт аний вычисляют по формуле

.

С ц епление глинистых грунтов при φ = 0 определяется выражением

Рис . 4 . Номограм ма для определения угла внутреннего трен ия (при глубине проведения опыта h м енее 5 м)

Рис. 5 . Номограмма для определения угла внутреннего трения (при глубине проведения опыта h более 5 м )

В формулах для определе н ия значен ий сцепления C (кг/ см²) и угла внутреннего трения φ приводится величина бытового давления P _быт . Бытовое давление рассчитывают по формуле

P _быт = 0,1 γ h ,

где γ -      средневзвешен н ое зн ачение объемного веса для всей вы шележащей толщи пород; ;

h -     глуби н а проведения опыта.

Модуль деформации глинистых грунтов, обладающих сцепле н ием и трением, определяется на участке пропорциональных деформ аций по формуле Лямэ

,

где μ -     коэффициент Пуассо н а;

d ₀ -      начальный диаметр скважины, см;

ΔP -    приращение давления на участке пропорциональных деформаций, к г/ см²;

Δd -    приращение диаметра на участке пропорциональных деформаций, см.

В пластичных глинистых грунта х прессиом етрическая кривая не имеет предела пропорциональности. Модуль деформ ации таких грунтов определяют условно в интервале нагруз ок, равных 1 /3-1 /4 предела прочности грунта, т.е. P_{e усл} = ( 1 /3 ÷ 1 /4) P_t .

При прессио м етрически х испытаниях сжим аемость пород определяют в направлении параллельном напластованию. Для определения сжимаемости пород в направлении перпендикулярном напластованию, необходимо учитывать коэффициент анизотропии K_A , равный отношению . Коэффициент анизотропии можно определить при проведении компрессионных испытаний гру н тов в направлении параллельном и перпендикулярном напластованию.

9.2. Примеры обработки результатов испытаний в связных породах, обладающих сцеплением и трением ( С ≠ 0; φ ≠ 0)

Расчет показателей прочности глинистых пород производится по-разному в зависимости от глубины проведения испытаний и, следовательно, от степени вли я ния поверхности на характер поля напряжений, возникающего в массиве вокруг камеры прессиом етра.

Рис . 6 . Графики п рес сиом етрич еских испыт аний

а - в покровных суглинках тугопластичной консистенции; б - в мягкопластичных глинах; в - в ту гопластичных моренных суглинках; г - в текучих гл инах

Ниже ра с см атривают ся примеры обработки график ов прессиометрических испытан ий, проведенных на глубинах до 5 и свыше 5 м.

9.2. 1 . Глубина проведен ия опыта выше критической ( h < 5 м )

Испытания прессиометром проведены в покровных суглинках р-на г. Подольска ( γ = 2,0 г/с м³ , w = 30 %, B = 0,4). Глубина проведения опыта 1 м.

Последовательность обработки материалов следующ а я.

1 . По данн ым полевых испытаний строят график (рис. 6а ) зависимости диаметра камеры прессиометра d от давления P d = f ( P ) и составляют рабочую таблицу (см. табл. 8), в которую в носят результаты расчетов.

В колонку 1 таблицы з аписывают глубину проведения испытаний h = 1 м. В колон к у 2 внос ят значение объемного веса γ = 2 кг /см³ . В колонку 3 внос ят значение бытового давления, определ енного по формуле

P _быт = 0,1γ h = 0,1 · 2 · 1 = 0,2 кг/см².

2. По прессиометрической кривой определяют предел пропорциональности P_e . Для э того из точки A , о т вечающей началу пропорциональных деформаций, проводят касательную к прессиометрической кривой. Точка B , в которой эта кривая расходитс я с касательной, соответствует давлению предела пропорциональности. Опустив перпендикуляр из точки B на ось давлений, получают величину равную 2 кг/см².

3. Суммарную поправку ξ P_e к величине предела пропорциональности определяют сложением величин

ξ P_e = P _обж + P _бок + Δ P_e .

P _обж - давление, затрачиваемое на обжатие стенок скважины, определяется отрезком СА, заключенн ым между участком пропорциональных деформаций АВ и начальным отрезком кривой ОС (точка C является точкой расхождения тарировочной и прессиометрической кривой);

P _обж = 0,2 5 кг/см².

Величину P _бок рассчи т ывают по формуле

P _бок = εP _быт .

Для суглинков ε - коэффициент бокового давления, который равен 0,5. Тогда

P _бок = 0,5 · 0,2 = 0,1 кг/см².

Таблица 8

№ п.п.	Глубина опы та h , м	Объе м ный вес γ , г /см 3	Бытово е да вление P быт , кг /см2	Предел п р опорцион альн ости Pe , кг/см2	П оправки к Pe , кг/см2			Су м ма рная поправк а ξ Pe , кг/см2	И справлен но е зна чен ие пропорц. Pe испр = Pe - ξ Pe	P быт Pe исп	Угол вну т реннего т ре ния φ , град	tg φ
					P обж	P бок	ΔPe
1	2	3	4	5	6	7	8	9	1 0	11	1 2	1 3
	1 ,0	2,0	0,2	2	0,25	0, 1	0,35	0,7	1 3	0, 1 54	24 ° 30′	0,45

Предел прочности Pt , кг/см2	Поправк и к Pt , кг/ см2			Сум м арна я попра вк а к вел ич ин е Pt ξ Pt	И с правленное значе ние предела п рочн ости Pt испр = Pt - ξ Pt	Сцепление C , к г/см2	Н ача льный диамет р скважины d 0 , см	Приращение д иа мет ра н а участ ке пропорц. деф орм. Δd , см	Модуль де фор мации Е, к г/см2	П ри ращ ен ие давл ен ия на уча стк е пропорц. деформац . Δ P , к г/см2
	P об ж	P бо к	Δ Pt
1 4	1 5	1 6	1 7	1 8	1 9	20	2 1	22	23	24
5,0	0,25	0, 1	0,7	1 ,05	3,95	0, 1 9	11 ,4	0,4	57,0	1 ,5

ΔP_e - поправка на ра сш ирение собственно камеры п ресси ом етра при P = P_e . Эту поправку определ я ют по тари ровочном у графику (см. рис. 6, а ) ΔP_e = 0,35 к г/см² .

Суммарная поправка ξ P_e = 0,25 + 0,1 + 0,3 5 = 0,7 кг/см² .

4. Исправле н ное значени е предела пропорциональности устанавливают по формуле P_{e испр} = P_e - ξ P_e

= 2 - 0,7 = 1 ,3 кг/см².

Находят величину отно ш ения ; P _быт = 0,2 к г/ см² , P _{е испр} = 1 ,3 к г/ см² , тогда .

По номограмме, приведен н ой на рис. 4, по известному отношени ю  находят в ели чину угла внутреннего трен ия φ = 24° 30′ и тангенс φ = 0,45.

5. Определ я ют предел прочности грунта P_t , отвечающий последней ступени нагруж ения, если при этом была получена незатухающая во време н и деформ ация. В рассм атриваемом случае P_t = 5 кг/см².

6. Вычисляют суммарную поправку к величине предельного давления ξ P_t , которая включает

ξ P_t = P _обж + P _бок + Δ P_t ; ξ P_t = 0,1 + 0,25 + 0,7 = 1 ,05 кг/см² .

P _обж и Р_бок - поправки, определенные при вычислении исправленного значения предела пропорциональности P _{е испр} ;

Р_{б ок} + P _{об ж} = 0,1 + 0,25 = 0,35 кг/см² .

Δ P_t - поправка на расширение собстве н но к ам еры пресси оме тра при P = P_t ;

ΔP_t = 0 ,7 кг/см² .

7. Исправленное значение предела прочности находят из выра ж ения

P_{t испр} = P_t - ξ P_t ; P_{t испр} = 5 - (0,1 + 0,25 + 0,7) = 3,95 кг/см².

8. Величину сцепления определяют из выражения

;

 кг/с м² .

9. Модуль деформации пород в пределах диапазона ступеней нагружения, соо тв етствующих участку пропорциональны х деформаций прессиометрической кривой, вычисляют по формуле Лямэ

,

гд е μ -   коэффициент Пуас сона (для суглинков μ = 0,35);

d ₀ -    начальн ы й диаметр скважины; на ходят по п рессиометрической крив ой для давления, соответств ующего началу участка пропорциональных деформаций; d ₀ = 11 ,4 см;

ΔP - приращение давлени я на участке пропорциональных деформаций (в интервале дав лений 0,5-2 кг/см²),

ΔP     = 2 кг/см² - 0,5 кг/см² = 1,5 кг/ см²;

Δd     - прираще ние диаметра скваж ины на участке пропорци ональных деформаци й; Δ d = 11,4 см - 11 ,0 см = 0,4 см. В рассматриваемом примере модуль деформации равен

  кг /см².

9.2.2. Г л убина проведения опыта ниже критичес кой (5 м)

При проведении и спыт аний ниже критической глубины в зависимости от консистен ции испытуемых грун тов наблюдаются два основных вида прессиометрически х графиков. В мяг копластичны х грунтах уплотн ение глин начинается сразу же после обжатия прибором стенок скважины. В плотных, тугопл астичны х грунтах процессу восстановления бокового давления на графике отвечает горизонтальная ступень, предшествующая участку пропорционал ьных деформаций. В зависимости от вида графиков методы обработки рез ультатов несколь ко отличаются. Это показано ниже на примерах.

Пример 1. Испытания проведены на глубине 6 м в мягкопластичных ( B = 0,57) г л инах ( dprQ _IV ), слагающих оползневой склон в р-не г. Хосты. Над 4- метровым слоем пластичных глин с объемным весом γ = 1 ,95 г/см³ залегает слой суглинков с объемным весом γ = 2,1 г/см³.

Последовательность ре з ультатов обработ ки испытаний следующая.

1. По данным полевых испытаний строят график (рис. 6, б) зависимости диаметра камеры прессиометра о т давления в приборе d = f ( P ) и составляют рабочую таблицу (табл. 9).

В колонку 1 таблицы записывают глуби н у проведен ия испытаний h = 6 м.

В колонку 2 таблицы вписывают средневзвешенное значение объемного веса для всей 6 - метровой толщи, вычисленное по формуле

;

Таб ли ца 9

№ п. п .	Глубина h , м	Об ъемн ый вес γ, г/см3	Бытовое давле н ие P быт , кг /см2	Пр еде л пропорцион. Pe , к г /см2	Поправ к и к Pe , кг/см2			Суммарная попра в ка к Pe , кг/см2	Исп. значе н . предела пропорцион. Pe исп р Pe - ξ Pe	P быт Pe исп	У гол в нут реннег о трения φ , град	tg φ	Предел прочност и Pt , кг/см2	По прав ки к величи не Pt , кг/см2			Суммарная попра в ка к Pt , ξ P t = P	Испр. значе ние предела прочности Pt исп Pt - ξ Pt	С ц еп ление C , к г /см3	Нач. диаметр скв ажины d 0 , см	Приращен. диаметра н а у ч-к е пропор. деформ. Δ d , с м	Прира щ. дав. на уч-ке про пор. д еф . Δ P , кг/см2	Коэф. Пуассон а μ	Моду ль дефо рм ации Е, кг/см2
					P обж	P бок	Pe
														P обж	P бок	ΔPt
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	1 0	11	1 2	1 3	14	15	16	17	1 8	1 9	20	2 1	22	23	24
1	6,0	2,0	1,2	3,75	0,5	0,65	1 ,0	2, 1 5	1, 5	0, 3	1 5	0,27	7,5	0,5	0,65	1 ,4	2,55	4,95	0,75	11,4	0,6	2,25	0,35	28,3

 г/с м³.

Бытовое давление н а глубине h = 6 м вычисляют по формуле

P _{б ы т} = 0,1 · γ · h = 0, 1 · 2 · 6 = 1 ,2 кг/см².

2. По п ресси ом етри ческ ом у графику определяют предел пропорцион альности P_e . Для этого из точки A , отвечающе й началу пропорцион альны х деформаций, проводят кас ательн ую к прессиометрической кривой . Точка B , в которой п рессиометрическ ая кривая расходится с касательн ой, соответствует давлению предела пропорциональности. Опус тив перпендикуляр из точки B на ось давления, получают величину P_e = 3,75 кг/см² .

3. Сум м арную поправку к величин е предела пропорциональности вычисляют как сумму поправок

ξ P_e = P _обж + P _бок + Δ P_e ,

где P _обж -     давление, затрачиваемое на обжатие стенок скважин ы; определяется по прессиометрической кривой и соответствует отрезку AB , заключенному ме ж ду учас тком пропорциональных деформ аций BC и начальным участком кривой, совпадающей с тарировочн ы м графиком OA ; P _обж = 0,5 кг/см²;

P _бок -    боковое давление на глубине проведения опыта h = 6 м; рассчит ы вают его по формуле P _бок = P _быт ε;

ε -         коэффициент бокового давле н ия, определяемый отношением ; .

Тогда P _бок = 1 ,2 · 0,54 = 0,65 кг/см².

Δ P_e -    поправка н а расширение собственно камеры прессиометра при P = P_e о пределяется по тарировочной кривой (рис. 6, б); Δ P_e = 1 ,0 кг/см².

Су м марная поправка равна

ξ P_e = 0,5 + 0,65 + 1 ,0 = 2,1 5 кг/см².

4. И справл енн ое значение предела пропорциональн ости находят из выр ажения

P _е испр = P _е - ξ P _е ; P _е и спр = 3,75 - 2,1 5 = 1 ,5 кг/см².

Результаты записывают в колонку 9 табл. 9.

5. По отношению  по графику, приведен н ому на рис. 5, определя ют величину угла внутренн его трения. При  угол внутреннего трения φ = 1 5°. Значение тангенса угла φ = 1 5° вписывают в колонку 1 2 табл. 9; tg 1 5° = 0,27.

6. Вычисляют предел прочности P_t , отвечающий с тупени наг руж ен ия, при которой деформации носят незатухающий характер. В рассматриваемом при мере P_t = 7 ,5 кг/см².

7. Определяют общую поправку к величине предела прочности грунта, включающую поправку на обжатие стенок скважины P _обж , поправку на восстановление бокового давления P _бок , поправку н а расширение собственно камеры прессиометра Δ P_t .

Величины д а вления обжатия P _{о бж} и бокового давления Р_{б ок} были установлены при вычислении исправленного з н ачения предела пропорциональности.

Поправку на расширение камеры прессиометра при P = P_t определяют по тарировоч н ому графику (см. р ис. 6, б ). В данном случае ΔP_t = 1 ,4 кг/см². Суммарная поправка ξP_t составит: 0,5 + 0,65 + 1 ,4 = 2,55 кг/см².

8. Исправлен н ое значение предела прочности вычисляют по формуле

P_{t испр} = P_t - ξP_t ;

P_{t испр} = 7, 5 - 2,55 = 4,95 к г/см².

9. Величину сцепления находят по уравнению

 кг/см².

1 0. Для расчета величины модуля общей деформации по формуле Лямэ необходимо о пределение начального диаметра скважины. Начальный диаметр скважины устанавливают по прессиометрической кривой. Ему на графике d = f ( P ) соответствует ордината, отвечающая началу участка п ропорциональ ны х деформаций (см. рис. 6, б). Из точки B опускают перпендикуляр на ось деформации и находят величину d ₀ ; d ₀ = 11 ,4 см.

11 . Определяют приращение диаметра скважины на участке п ропорциональных деформаций (на отрезке BC прессиометрической кривой)

Δd = 1 2 - 11 ,4 = 0,6 см.

1 2. Вычисляют приращение да влен ия на участке пропорциональных деформаций

Δ P = P_e - P_o ; Δ P = 3,75 - 1 ,5 = 2,25 кг/см²,

где P_e -    предел пропорциональности равный 3,75 кг/см² ;

P_o -   давление, соотв е тст вующее началу пропорциональн ых деформаций, р авное 1,5 к г/см².

1 3. Модуль деформации находят по формуле Лям э

;   кг /см².

Пример 2. И с пытан ие проведено в плотны х туг оп ласти чны х моренных с углинках с объемным весом 2,2 г/см³ на глубин е 5,5 м (Подмоско вье). Н ад моренны ми суглинками залегает 2- метровая толща межледниковых супесей с объемным весом 1 ,95 г/см³. При обработке п рессиом етрически х кривых соблюдается следующая последовательность.

1 . По данным полевых ис пытаний строя т график зависим ости (рис. 6, в ) диаметра кап еры прессиом етра d от давления в приборе d = f ( P ) и составляют рабочу ю таблицу (табл. 10 ), которую заполня ют в процессе вычисле ний показ ателей прочности и деформируемости.

В ко л онку 2 таблицы заносят глубину проведения испытаний h = 5,5 м.

В колонку 3 табли цы записывают средневзвешенное значение объемного веса:

;   г /см ³ .

Бы т овое давление на глубине 5,5 м составит

P _быт = 0,1 × 5,5 × 2,1 = 1 ,1 5 кг/см².

2. По прессио м ет рической кривой определяют предел пропорциональности P_e . Для этого из точки А, о т вечающей н ачалу пропорциональн ых деформаций, проводят касательную к прессиометрической кривой. Точка B , в которой прессио м етрическая кривая расходится с к асательной, соответст вует давлению предела пропорциональности P_e = 6,25 кг/см².

3. Суммарну ю поправку к величин е предела пропорцион альности находят суммированием

ξ P_e = P _обж + P _бок + Δ P_e ,

где P _обж - давле н ие, затрачиваемое на обжатие стенок скв ажины, нарушенных в проце с се бурения ; P _обж определяют по прессиометрической кривой (см. рис . 6, в ); он о соответствует отрезку AB ; в рассматривае м ом примере P _обж = 1, 5 - 0,5 = 1 кг/см²;

P _{б о к} - боковое давление на глуби н е проведения опыта; при наличии горизонтальной площадки на прессиометрической кривой, отвечающей восстановлению природного бокового давления, величину P _бок определяют по графику прессиоме т рически х испытаний (см. рис. 6, в ); P _бок = BC = 2,75 - 1 ,5 = 1 ,2 к г/см²;

ΔP _е - поправку на рас ш ирение собствен но камеры пресси ом етра при увеличении давления от 0 до P = P_e находят по тарировоч н ом у графику (см. р ис. 6, в ), Δ P_e = 0,8 кг/см².

Численное значение суммарной по п равки к величине предела пропорциональности составит

ξ P_e = 1 + 1 ,2 + 0,8 = 3 кг/см².

4. Исправле н ное значение предела пропорциональности вычисляют по разности

P_{e испр} = P_e - ξ P_e ; P_{e испр} = 6,35 кг/см² - 3 кг/см² = 3,3 5 к г/см².

5 . Для отношения  по номограмме (см. р ис. 5) определяют угол внутреннего трен ия.

При ; φ = 23° 30, tg φ = 0,398.

6. Устанавливают предел прочности, отвечающий последней ступени на г руж ения, если опыт доведен до конца в соответствии с требованиями раз дела 8. В рассматриваемом случае P_t = 9 кг/см².

7. Находят поправку к величине предела прочности ξ P _t , который заключает в себе ранее определен н ые величины P _обж = 1 ,0 кг/ см² и P _бок = 1,2 кг/с м² (ко лонки 6, 7 табл. 10), а также поправку Δ P_t на ра с ширение собствен но камеры прессиометра п ри увеличении давления от Р = 0 до Р = Р _t (см . р ис. 6, в); ΔP_t = 1 ,1 5 кг/см², P_{t испр} = P_t - ξ P_t ; P_{t испр} = 1 кг/см² + 1 ,2 кг/см² + 1 ,1 5 кг/см² = 3,35 кг/см².

8. Исправленное значение величины предела прочности определяют по формуле

P_{t испр} = P_t - ξ P_t ; P_t = 9 - 3,35 кг/см² = 5,65 к г/см².

9. Получив исправленные значения P_{e испр} , P_{t испр} , а также величину P _{б ыт} и угол внутреннего трения, рассчитывают величи н у сцепления пород по формуле

 кг/см².

1 0. Для расчета величины модуля общей деформации необх одимо знать начальный диаметр скважины - d ₀ . Его определяют по прессиом етрическ ой кривой (см. рис. 6, в ). Величина равна ординате, отвечающей началу пропорциональных деформаций. В рассматриваемом случае d ₀ = 11 см.

Таблица 10

№ п. п .	Глубина h , м	Об ъемн ый вес γ, г/см3	Бытовое давле н ие P быт , кг /см2	Пр еде л пропорциональн. Pe , к г /см2	Поправ к и к величине Pe , кг/см2			Суммарная попра в ка к Pe , кг/см2	Исправленное значе ние Pe исп р	P быт Pe испр	У гол в нут реннег о трения φ , град.	tg φ	Предел прочност и Pt , кг/см2	По прав ки к величи не Pt , кг/см2			Суммарная попра в ка ξ P t , кг/см2	Исправленное значе ние Pt исп р	С ц еп ление C , к г /см2	Начальный диаметр скв ажины d 0 , см	Приращ. диам. н а у частк е пропорц. деформации Δ d , с м	Прира щение давления на участке про порц. д еформации Δ P , кг/см2	Модуль деформации Е, кг/см2
					P обж	P бок	Δ Pe							P обж	P бок	Δ Pt
1	2	3	4	5	6	7	8	9	1 0	11	1 2	1 3	1 4	15	16	17	18	1 9	20	2 1	22	23	24
1	5,5	2, 1	1,1 5	6,25	1 ,0	1 ,2	0,8	3,0	3,35	0,3	23 °30′	0,398	9,0	1 ,0	1 ,2	1 ,15	3,35	5,65	0,32	11 ,0	0,5	3,5	1 04

Таблица 11

№ п. п .	Глубина h , м	Об ъемн ый вес γ, г/см3	Бытовое давле н ие P быт , кг /см2	Пр еде л прочности Pt , к г /см2	Поправ к и к Pt , кг/см2			Суммарная попра в ка к ξ Pt , кг/см2	Исправленное значе ние предела прочности Pt исп р	С ц еп ление C , к г /см2	Начальн. диаметр скв ажины d 0 , см	Приращение диаметра Δ d , с м	Прира щение давления Δ P , кг/см2	Модуль деформации Е, кг/см2
					P обж	P бок	Δ Pt
1	2	3	4	5	6	7	8	9	1 0	11	1 2	1 3	14	1 5
1	8	2,0	0,6	2,75	0,2	0,4	1, 0	1, 6	1,1 5	0,36	11,6	0,7	0,4	1 0

11 . Приращение диаме тра скважины на участке пропорциональных деформаций вычисляют по прессиометрической кривой (см. рис. 6, в), Δ d = 0,5 см.

1 2. Рассчитывают приращение давления на участке пропорциональных деформаций, в данн ом случае он о составит Δ Р = 3,5 кг /см² .

1 3. Модуль деформации подсчитывают по формуле

;   кг /см².

9.3. Пример обработки результатов прессиометрических испытаний в глинах, обладающих только сцеплением ( φ =0)

Испытани я проведены на глубине 3 м в текучепластичных аллювиальных глинах ( B = 0, 75) с объемным весом γ = 2 г/см³. Последовательность обработки результатов испытаний след ующа я.

1 . П рессиометрическая кривая для рассматриваем ого примера приведена на рис. 6, г. К ак и в предыдущ ем примере составлена рабочая таблица (табл. 11).

2. В первую колонку рабочей таблицы (см . т абл. 11) записывают глубину проведения опыта h = 3 м. Во вторую колонну вносят значение объемного веса γ = 2 г/см³. В третью колонку вписывают величину бытового давления, определенного по формуле

P _быт = 0,1 γh ; P _быт = 0, 1 · 2 · 3 = 0,6 кг/см² .

3. По п рессиом етрической кривой (рис. 6, г ) определяют вел ичину предела прочности P_t = 2,75 кг/см² .

4. Вычисляют суммарную поправку к величине предела прочности ξ P_t , кот орая включает:

- поправку на обжатие сте н ок скважины, нарушенных в процессе бурения P _обж = 0,2 кг/с м² ;

- поправку на восстановление природного бокового давления P _{бо к} = 0, 1 · γ · h = 0, 4 кг/см²;

- поправку на расширение собственно камеры прес си ометра при Р = P_t ; ΔP_t = 1 ,0 кг/см².

5. Исправленное значение предела прочности P_{t и спр} находят по формуле

P_{t испр} = P_t - ξ P_t ;

P_{t и спр} = 2,75 - 1 ,6 = 1 ,1 5 кг/см².

6. Сцепление вычисляют по формуле

 кг/см².

7. Поскольку в глини ст ых грунтах, об ладающих только сцеплением , прессиом етрическая кривая не имеет предела пропорциональности ( P = 0 ), то определяют условны й модуль деформации таких грунтов в ин тервале нагрузок от 0 до 1 /3 - 1 /4 P_t . Приращение давления ΔP в этом случае составит 0, 4 кг/ см².

Приращение диаметра скважины на условном отре з ке пропорциональны х деформаций составит 11 ,7 - 11 ,0 = 0,7 см.

8. Величину модуля дефор м ации вычисляют по формуле

;

  кг /см².

10. ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ ПРОВЕДЕНИИ ИСПЫТАНИЙ

В зависимости от состояния опробуемых пород прессиометричес к ие испытания могут осуществляться как во время проходки скважин, так и после полного з авершения бурения.

В целях предотвращения несчастных случаев в процессе бурения скважин и во время проведения прессио м етрически х испытаний необходимо озн акомление всех работающих с правилам и техники безопасности. Все вновь поступающие рабочие обязательно проходят производственный инструкт аж по технике безопасности и десятидневную стажиров ку под руководством опытн ого инженера, хорошо знающего правила безопасности ведения э тих работ. Ведение буровых и прессиометрически х испытаний должно точно соответствовать ин струкциям.

Работы на буровых станках должны проводи т ься с соблюдением специальных правил техники безопасности, установленных для каждого типа буровы х станков.

Правила техники безопасности при проведении прессиометрических испытаний включают в себя следующие положени я :

1. В бригаду, про и зводящую прессиометрические испытания, должны входить инженер (техник) и рабочий. Члены бригады з анимают следующ ие места:

инженер (техник) - у измерительного блока прессио м етра (руководит пресси омет ри ческим и испытаниями, работами, а также выполняет измерительные и счетно-вычислительные операции);

рабочий - у лебедки (производит спус к о-подъе мны е операции).

2. В целя х исключения взрыв а баллона с воздухом запрещается:

а) подавать избыточ н ое давление,

б) бр о сать баллоны,

в) работать п ри температуре свыше 35 °С,

г) находиться напротив вентиля баллона лицам, присутствующим при испытаниях.

3. Наполнение баллонов воздухо м может производить инженер или техник, обязательно выполняя при этом все требования « Правил устройства безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением».

4. Устанавливать п рибо р в рабочее положение можно только после тщательного осмотра и проверки исправности всех его частей.

5. При установке прибора устье скважины дол ж но быть з акрыт о деревянным щитком.

6. Во избежание прихвата снаряда во время спус ко -подъем ны х операций необходимо прибор устанавливать строго вертикально.

7. За стальной трос во время подъема или опускания снаряда нельзя браться руками без рукавиц.

8. Запрещается всем присутствующим на испытании во время проведения опыта склоняться над устьем скважины.

9. Инженерно - технический персонал и общественные организации должны систематически наблюдать за строгим соблюдением правил техники безопасности.

При их нарушении ответственность несут во время своей рабоче й смены буровой мастер, а на площадке прессиом етрически х испытаний - инженер.

1 0. Для оказания медицинской помощи пострадавшим каждая бригада должна иметь апт ечку с набором необходимых медикамент ов и перевязочных средств.

СОДЕРЖАНИЕ

1. Общие положения . 1 2. Схемы прессиометров . 2 3. Методика прессиометрических испытаний . 5 3.1. Проведение испытаний трехкамерным прессиометром (на примере прессиометра ПС-1) 5 3.2. Проведение испытаний однокамерным прессиометром (на примере прессиометра ИГП-21) 6 4. Тарировка прибора . 7 5. Требования, предъявляемые к скважинам при прессиометрических испытаниях пород . 8 6. Ликвидация скважин . 9 7. Схемы испытаний . 9 8. Режим нагружения . 9 9. Обработка результатов испытаний . 11 9.1. Общие положения . 11 9.2. Примеры обработки результатов испытаний в связных породах, обладающих сцеплением и трением (С ≠ 0; φ ≠ 0) 16 9.3. Пример обработки результатов прессиометрических испытаний в глинах, обладающих только сцеплением ( φ =0) 26 10. Техника безопасности при проведении испытаний . 27