Кіріспе

Жерге арналған жер жұмыстары мен іргетастардың физикалық қасиеттері туралы ақпарат алу үшін жүргізілетін жұмыстар Геотехникалық зерттеулерді геотехникалық инженерлер немесе инженерлік геологтар жер астындағы құрылыстардың физикалық қасиеттері туралы ақпарат алу үшін және жер астындағы жағдайлардан туындаған жер жұмыстары мен құрылыстарға зақым келтіруді жөндеу үшін жүргізеді; зерттеудің бұл түрі жер қойнауын зерттеу деп аталады. Геотехникалық зерттеулер сондай-ақ жер асты электр желілеріне, мұнай және газ құбырларына, радиоактивті қалдықтарды жоюға және күн энергиясын сақтау қондырғыларына қажетті топырақтардың немесе толтыру материалдарының жылулық кедергісін өлшеу үшін қолданылады. Геотехникалық зерттеуге жер бетін зерттеу және жер асты зерттеулері жатады. Кейде геофизикалық әдістер сайттар туралы деректерді алу үшін қолданылады. Жер қойнауын зерттеу әдетте топырақтан үлгі алуды және алынған топырақ үлгілерін зертханалық зерттеуді қамтиды. Геотехникалық зерттеулер кез келген құрылысты салудан бұрын өте маңызды, бір үйден бастап үлкен қоймаға дейін, көп қабатты ғимаратқа және көпірлер, жоғары жылдамдықты темір жол және метро сияқты инфрақұрылымдық жобаларға дейін. Жер бетін зерттеуге геологиялық карталау, геофизикалық әдістер мен фотограмметрия кіруі мүмкін немесе геотехникалық маманның жер бетінде жүріп, жер бетіндегі физикалық жағдайларды байқауы сияқты қарапайым болуы мүмкін. Жер астындағы топырақ жағдайы туралы ақпарат алу үшін жер астындағы барлаудың қандай да бір түрі қажет. Жердің астындағы топырақты бақылау, үлгі алу және топырақ пен тау жыныстарының физикалық қасиеттерін анықтау әдістері сынақ шұңқырларын, траншеяларды (әсіресе ақаулар мен слайд жазықтығын анықтау үшін), бұрғылау және ин-ситу сынақтарын қамтиды. Бұл әдістерді пайдалану арқылы топырақтың ластануын анықтау және қоршаған ортаға кері әсерін болдырмау мүмкін.

Топырақтан үлгі алу

Бұрынғы бұрғылар екі түрлі болады: үлкен диаметрлі және кіші диаметрлі. Үлкен диаметрлі бұрғылаулар қауіпсіздік мәселесі мен шығыны үшін сирек қолданылады, бірақ кейде геолог немесе инженерге топырақ пен тау жыныстарының стратиграфиясын визуалды және қолмен тексеруге мүмкіндік береді. Шағын диаметрлі бұрғылаулар көбінесе геологтарға немесе инженерлерге топырақ немесе тау жыныстары кесінділерін тексеруге немесе топырақ үлгілерін алушыларды қолдана отырып, тереңдікте үлгілерді алуға және топырақ сынақтарын орындауға мүмкіндік беру үшін қолданылады. Зерттеулердің арақашықтығы мен тереңдігіне қатысты ұсыныстар Еврокодтың 7 геотехникалық жобалаудың 2-бөлігіндегі Б.3 қосымшасында келтірілген. Топырақ үлгілері жиі бұзылған немесе бұзылмаған деп жіктеледі; дегенмен "бұзылмаған" үлгілер шынымен бұзылмаған емес. Топырақтың құрылымы жеткілікті өзгерген жағдайда, топырақтың құрылымдық қасиеттерін зерттеу in situ жағдайларын білдірмейді және топырақ түйіршіктерінің қасиеттерін ғана (мысалы, түйіршіктер көлемінің таралуы, Аттерберг шектері, топырақтың тығыздалуы, топырақ кендерінің жалпы литологиясын және мүмкін су құрамын анықтау үшін) дәл анықтауға болады. Топырақтың құрылымындағы қасиеттерді зерттеу үшін топырақтың құрылымындағы қасиеттерді зерттеуді қолдануға мүмкіндік беретін топырақтың жағдайы топырақтың жағдайына жеткілікті жақын болған жағдайда, топырақтан алынған топырақ топырақтың құрылымындағы қасиеттерді зерттеу үшін топырақтан алынған топыраққа жеткілікті жақын болады. Топырақтың қабатталуы, өткізгіштігі, тығыздығы, бірігуі және басқа да инженерлік сипаттамаларын анықтау үшін бұзылмаған әдіспен алынған үлгілер қолданылады. Теңіз топырағын жинау көптеген күрделі факторларды енгізеді. Жайық суларында баржамен жұмыс істеуге болады. Терең суларда кеме қажет болады. Терең су топырағының үлгі алу құрылғылары әдетте Кулленберг типті үлгі алу құрылғыларының нұсқалары болып табылады, бұл поршеньді пайдаланатын негізгі ауырлық корыштауыштың модификациясы. Сонымен қатар, теңіз түбінен алынған сынамаларды алу үшін құбырды топыраққа кіргізіп отыратын құрылғылар да бар.

Топырақтан үлгі алу құрылғылары

Топырақтан алынған үлгілер алуан түрлі үлгі алу аппараттары арқылы алынады; кейбіреулері тек бұзылған үлгілерді ғана береді, ал басқалары салыстырмалы түрде бұзылмаған үлгілерді береді. Қашар. Үлгілерді жерді қазып алу арқылы алуға болады. Осылайша алынған үлгілер бұзылған үлгілер болып табылады. Сынақ шұңқыры - жер асты суларының деңгейін анықтау және бұзылған үлгілерді алу үшін қолданылатын, қолмен немесе машинамен қазылған салыстырмалы түрде шағын транш. Қолмен/машинамен жұмыс істейтін Auger. Бұл үлгі алу құрылғысы әдетте қысқа цилиндрден тұрады, оның кескіш жиегі таяқ пен тұтқаға бекітіледі. Үлгілеуші айналу және төмен қарай күштің комбинациясы арқылы алға жылжытылады. Осылайша алынған үлгілер бұзылған үлгілер болып табылады. Ұшуды жалғастырушы. Үлгі алу әдісі: шлангті кұмшу ретінде пайдалану. Құбыр жерге бұралып, содан кейін көтеріледі. Топырақ шүмектің қақпақтарына жабысып, сынақ үшін сақталады. Осылайша алынған топырақ бұзылған деп саналады. Бөлінетін қасық / SPT үлгі алу құрылғысы. "Төмендердің стандартты ену сынағы (SPT) және бөлшекті бөшкелік үлгі алудың стандартты сынақ әдісі" (ASTM D 1586) пайдаланылады. Бұл үлгі алу құрылғысы әдетте 18" 30" ұзындығы, сыртқы диаметрі 2,0" болатын, ұзындығы бойынша екіге бөлінген қуыс түтікше болып табылады. Төменгі жағына 1,375" аралықтағы қатты металл қозғалтқыш аяғы және сынама алушының басында бір бағыттағы клапан мен бұрғы таған адаптері бекітіледі. Ол жерге 30 балғамен соғылады". Үлгі алу құрылғысын жалпы 18" алға жылжыту үшін қажетті соққылар (шекең соққылары) саналады және есептелді. Жалпы, ұштаспайтын топырақ үшін қолданылады, осы жолмен алынған үлгілер бұзылған деп саналады. Калифорниялық үлгі алу құрылғысының модификациясы. "Қиын қабырғалы, сақиналы, бөлінген баррельді, топырақты үлгіні алудың стандартты тәжірибесі" (ASTM D 3550) Нөмірсіз металлдан алынған сынамаларды алу құрылғысына ұқсас, сынама алу құрылғысының баррелі үлкен диаметрге ие және әдетте сынамаларды ұстауға арналған металл түтіктермен қапталған. Модификацияланған Калифорниялық сынама алу құрылғысынан алынған сынамалар сынама алу құрылғысының үлкен ауданына байланысты (сынама алу құрылғысының қабырғасының ауданы / сынаманың көлденең қимасының ауданы) бұзылған деп саналады. Шелби түтігі үлгі алушысы. "Геотехникалық мақсаттар үшін топырақтың жұқа қабырғалы түтіктерінен үлгі алудың стандартты практикасында" (ASTM D 1587) қолданылады. Бұл үлгі алу құрылғысы аяқ аяғының шетінде кескіш жиегі бар жұқа қабырғалы түтікшеден тұрады. Үлгілеуші басында түтік бұрғылау таяғына бекітіледі, онда қайтару клапаны мен қысымды желдеткіштер бар. Жалпы, бұл үлгі алу құрылғысы топыраққа ұзындығы түтікшеден 6" кішірек орналасады. Ретротро клапанның пайда болған вакуумы мен сынаманың түтікке кіруі оның түтікке шығарылған кезде ұсталуына себеп болады. Стандартты ASTM өлшемдері: 2" ОД, 36" ұзындығы, 18 қалыңдығы; 3" ОД, 36" ұзындығы, 16 қалыңдығы; және 5" ОД, 54" ұзындығы, 11 қалыңдығы. ASTM басқа диаметрлерге рұқсат береді, егер олар стандартталған түтік конструкцияларына пропорционал болса және түтік ұзындығы далалық жағдайларға сәйкес келсе. Осылайша алынған топырақ шашыранбайтын деп саналады. Пістондар үлгілері. Бұл үлгі алу құрылғылары ұшында поршень бар жұқа қабырғалы металл түтіктер болып табылады. Үлгі алушылар бұрғылау орнының түбіне ілінеді, ал штанга топырақ бетінде қалады, ал түтік оның жанынан өтеді. Бұл үлгі алушылар жұмсақ топырақтағы кедергісіз үлгілерді қайтарады, бірақ құм мен қатты балшықтарда ілгерілеу қиын, ал шагыл кездескен жағдайда зақымдалуы мүмкін (үлгіге нұқсан келтіру). Ливингстонның корсері (Livingstone corer) - Д. А. Ливингстон әзірлеген, кең таралған поршеньді үлгі алу құрылғысы. Ливингстонның тісті тістеуішпен жасалған модификациясы оны бұрауға мүмкіндік береді, ол жер асты өсімдіктерінен, мысалы, кішкентай тамырлардан немесе көмілген бұтақтардан кесіп шығады. Қазандықтан үлгі алу. Бұл үлгі алу құрылғысы поршеньді үлгі алу құрылғыларына ұқсас, тек поршень жоқ. Жерден алынған сынаманың үстінде су немесе ауа қысымының пайда болуын болдырмау үшін сынама алушының жоғарғы жағында қысымды азайтатын тесіктер бар. Бұл үлгі алу үшін топырақ үлгісі: саз, балшық, құм, жартылай ауаға батқан тау жыныстары.

Жер бетіндегі сынақтар

Стандартты ену сынағы - топырақтың қасиеттері туралы ақпаратты беру үшін жасалған, сонымен бірге дән өлшемін талдау және топырақты жіктеу үшін топырақтың бұзылған үлгісін жинау үшін жасалған, ин-ситу динамикалық ену сынағы. Динамикалық конуспенентрометрлік сынақ - бұл жер бетінде жүргізілетін сынақ, онда салмақ жер бетін енетін конуспен қолмен көтеріліп, түсіріледі. бір соққыдан түскен мм-дің саны тіркеледі және ол топырақтың кейбір қасиеттерін бағалау үшін қолданылады. Бұл қарапайым әдіс, әдетте жақсы байланыс үшін зертханалық деректерді қолдауға болады. Конуспен ену сынағы (CPT) топыраққа тұрақты жылдамдықпен гидравликалық түрде итеріп, конус тәрізді ұшы бар аспаппен жасалған зондпен жүргізіледі. Негізгі CPT аспаптары цилиндрлік түтік бойымен ұшы мен қисаю кедергісін көрсетеді. CPT деректері топырақ қасиеттерімен байланысты. Кейде негізгі CPT зондтан басқа аспаптар қолданылады, соның ішінде: Пьезоконды ену өлшегіш зондты қарапайым CPT зондты қолдана отырып, алға жылжытады, бірақ зондқа қосымша аспап қосылады, ол зонд алға жылжыған кезде жер асты суының қысымын өлшейді. Сейсмикалық пьезокондық ену өлшегіш зонд CPT немесе CPTu зондтарымен бірдей жабдықтарды пайдалана отырып жетілдірілген, бірақ зонд геофондармен немесе акселерометрлермен жабдықталған, олар жер бетіндегі көзден пайда болған қисайту толқындары мен / немесе қысым толқындарын анықтайды. Толық ағындылық пенетрометр (Т-баған, шар және пластина) зондтары өте жұмсақ саз топырақта (мысалы, теңіз түбіндегі шөгінділер) қолданылады және CPT сияқты тәсілмен алға жылжытылады. Олардың атаулары білдіргендей, T-бар - бұрғылау жіпінің тік бұрыштамасында орнатылған цилиндрлі бар, ол T-ға ұқсайды, шар үлкен сфера, ал тақта - жалпақ дөңгелек тақта. Жұмсақ балшықтарда топырақ сынаманың айналасына сіркелі сұйықтыққа ұқсас ағып тұрады. Ашығудың артуына байланысты қысым және тесікті су қысымы зондтардың барлық жағында бірдей (CPT-ден айырмашылығы), сондықтан түзету қажет емес, қателік көзін азайтып, дәлдікті арттырады. Әсіресе, жұмсақ топырақтағы өлшем сенсорларына өте аз жүктеме беретіндігіне байланысты. Толық ағынды зондтарды қайта қалыпқа келтірілген топырақтың кедергісін өлшеу үшін жоғары және төмен айналдыруға болады. Соңында геотехникалық маман өлшенген ену кедергісін сусыз және қайта қалыпталған қию беріктігін бағалау үшін пайдалана алады. Геликалық зондты сынақ арқылы топырақты зерттеу және тығыздау сынағы (HPT) салыстырмалы түрде терең емес тереңдікте топырақтың қасиеттерін анықтаудың жылдам және дәл әдісін ұсыну үшін танымал болды. HPT сынағы жер бетінде тепкілеуді тексеру үшін қолайлы, өйткені ол жеңіл және бір адам тез жүргізе алады. Сынау кезінде зондты қажетті тереңдікке дейін жетелеп, оны айналдыру үшін қажетті айналым моменті топырақтың сипаттамаларын анықтау үшін қолданылады. ASTM-тің алдын ала сынақтары HPT әдісі стандартты ену сынағы (SPT) және эмпирикалық калибрлеумен конус ену сынағы (CPT) әдістерімен жақсы сәйкес келетінін анықтады. Электр томографиясы топырақ пен тау жыныстарының қасиеттерін және құрылыс жобаларында жер асты инфрақұрылымын зерттеу үшін пайдаланылуы мүмкін. Планталық дилатометрлік сынақ (ПДТ) - бұл CPT қондырғыларын пайдалана отырып жиі жетілдірілген, бірақ дәстүрлі бұрғылау қондырғыларынан да жетілдірілуі мүмкін. Плитадағы диафрагма топырақ материалдарына бүйірлік күш береді және қажетті тереңдік аралығында әр түрлі деңгейдегі әсер ету үшін туындаған тартылысты өлшейді. Газдарды сынақтан өткізу кезінде бұрғылау орындарында және сынақ орнының қабырғаларында жасалған сынақ орнында газды сынақтан өткізуге болады. Сынау әдетте ауадағы метанның пайыздық көлемін өлшейтін портативті өлшегішпен жүргізіледі. Ондағы оттегі мен көмірқышқыл газ концентрациясы да өлшенеді. Ұзақ мерзімді бақылау үшін қолданылатын дәл әдіс газды бақылау құбырлары бұрғылау орнына орнатылуы керек. Бұл, әдетте, бір өлшемді шагылмен қоршалған, ойықты uPVC құбырлар. Құбырдың жоғарғы 0,5 м-ден 1,0 м-ге дейінгі бөлігі әдетте тесіктен шығарылмайды және бұрғылау тесігін бекіту үшін бентонит гранулдарымен қоршалады. Клапандар орнатылған және тұйықталатын тұйық қалқалармен қорғалған қондырғылар әдетте жермен бірқалыпты орнатылған. Бақылауды портативті өлшегішпен жүргізеді және әдетте екі апта сайын немесе ай сайын жүргізіледі.

Зертханалық сынақтар

Топыраққа әр түрлі зертханалық зерттеулер жүргізіп, топырақтың әр түрлі қасиеттерін өлшеуге болады. Топырақтың кейбір қасиеттері топырақ матрицасының құрамына тән және олар үлгідегі бұзылудан зардап шекпейді, ал басқа қасиеттер топырақтың құрылымына және оның құрамына байланысты және олар салыстырмалы түрде бұзылмаған үлгілерде ғана тиімді сыналуы мүмкін. Топыраққа қатысты кейбір сынақтар топырақтың тікелей қасиеттерін өлшеуге мүмкіндік береді, ал басқалары "индекстік қасиеттерді" өлшеуге мүмкіндік береді, бұл жерде топырақ туралы пайдалы ақпарат беріледі, ал қажетті қасиетті тікелей өлшеуге болмайды. Аттерберг шектері Аттерберг шектері пластикалық топырақтың бірнеше консистенциялық күйлерінің шекараларын анықтайды. Шекаралар топырақтың осы шекаралардың бірінде болуы керек су мөлшерімен анықталады. Бұл шекаралар пластикалық шек және сұйық шек деп аталады, ал олардың арасындағы айырмашылық пластикалық индекс деп аталады. Қысылу шегі де Аттерберг шектерінің бір бөлігі болып табылады. Бұл сынақтың нәтижелері басқа инженерлік қасиеттерді болжауға көмектеседі. Калифорниялық подшипник қатынасы ASTM D 1883. Топырақ немесе жиынтық үлгілердің жолдың астыңғы қабаттары ретінде жарамдылығын анықтау үшін жүргізілетін сынақ. Сүргіткіш тығыздалған үлгіге ілінеді және оның кедергісі өлшенеді. Бұл сынақты Caltrans әзірледі, бірақ ол Caltrans асфальт құрылымын жобалау әдісінде қолданылмайды. Ол әлі күнге дейін тұрақты модульді бағалаудың арзан әдісі ретінде қолданылады. ASTM D3080 тестілеуі бойынша тікелей қию сынағы. Тікелей қию сынағы үлгідегі консолидацияланған, сусыздалған беріктік қасиеттерін анықтайды. Бір қисайту жазықтығына тұрақты тартылу жылдамдығы қолданылады, ал жүктемеге жауап өлшенеді. Егер бұл сынақ әр түрлі қалыпты жүктемемен жүргізілсе, ортақ қию беріктігі параметрлерін анықтау мүмкін. Бұл сынақ кеңейтілген топырақ үлгісін қолданып, кеңейтілген топырақ, мысалы, кеңейтілген балшық үшін 50% су құрамында, кеңейтілген топырақ индексін (EI) анықтау үшін қолданылады. Гидравликалық өткізгіштікті тексеру Топырақтың гидравликалық өткізгіштігін анықтау үшін бірнеше тесттер бар. Олар тұрақты бас, құлайтын бас және тұрақты ағынды әдістерді қамтиды. Сыналған топырақ үлгілері кез келген типті болуы мүмкін, оның ішінде қайта қалыптандырылған, қозғалмаған және тығыздалған үлгілер. Одометрлік сынақ Бұл әдісті консолидация (ASTM D2435) және ісіктің (ASTM D4546) параметрлерін анықтау үшін қолдануға болады. Бөліктердің өлшемін талдау Топырақтың сұрыпталуын анықтау үшін жүргізіледі. Қалың бөлшектер талшықтың талдау бөлігінде бөлінеді, ал ұсақ бөлшектер гидрометрмен талданады. Қалың және ұсақ бөлшектерді ажырату әдетте 75 мкм-де жасалады. Сілтеуіштің талдау әдісі бойынша үлгі оның сұрыпталуын анықтау үшін бірте-бірте кішірейіп бара жатқан торлар арқылы шайқалады. Гидрометрлік талдау бөлшектердің сұрыпталуын анықтау үшін шөгінділеу жылдамдығын пайдаланады. R-құндылық сынағы California Test 301 Бұл сынақ топырақ немесе агрегаттан жасалған тығыздалған үлгілердің белгілі бір жағдайларда тік қысымға жақтау реакциясын өлшеуге арналған. Бұл сынақты Caltrans тас жолды жобалауда Калифорнияның арқалық қатынас сынағының орнына қолданады. Топырақтың тығыздалу сынақтары Стандартты Проктор (ASTM D698), Модификацияланған Проктор (ASTM D1557) және Калифорния сынағы 216. Бұл сынақтар топырақтың берілген тығыздау күшін қамтамасыз ету үшін ең жоғары бірлік салмағын және ең жақсы су құрамын анықтау үшін қолданылады. Топырақтың сору сынақтары ASTM D5298. Үшбұрышты қию сынағы Бұл топырақтың қию беріктігі қасиеттерін анықтау үшін қолданылатын сынақ түрі. Ол топыраққа терең батып жатқан жердің қысымын елестете алады. Сонымен қатар, сусыз және сусыз жағдайларды елестете алады. ASTM D2166 стандартты шектеусіз қысымды сынау. Бұл сынақ топырақ үлгісін қысып, оның беріктігін өлшеуге арналған. "Қоймалмаған" модификаторы осы сынақты үшбұрышты қисайту сынағына қарама-қарсы етеді. Су мөлшері Бұл сынақ топырақтың су мөлшері, әдетте, топырақтың құрғақ салмағына су салмағының пайыздық үлесі ретінде көрсетіледі.