Кіріспе

Топырақтың геотехникалық қасиеттерін анықтау әдісі Конуспен ену немесе конуспенетрометрлік сынақ (CPT) – топырақтың геотехникалық қасиеттерін анықтау және топырақ стратиграфиясын анықтау үшін қолданылатын әдіс. Ол алғаш рет 1950 жылдары Нидерландтағы Делфт қаласындағы Топырақ механикасы зертханасында жұмсақ топырақты зерттеу мақсатымен әзірленген. Осы тарихына байланысты, бұл сынақ "Голланд конусы тесті" деп те аталады. Бүгінгі күні CPT – бүкіл әлемде топырақты зерттеуде ең көп қолданылатын және мойындалған топырақ әдістерінің бірі. Сынақ әдісі, жерге бақыланатын жылдамдықпен (әдетте 1,5–2,5 см/с аралығында) ұшы төмен қаратылған, құралдармен жабдықталған конусты итеруден тұрады. CPT-нің стратиграфиялық қабаттарды анықтаудағы дәлдігі конус ұшының мөлшерімен байланысты, әдеттегі конус ұштарының көлденең қимасы 10 немесе 15 см² болады, бұл 3,6 және 4,4 см диаметрге сәйкес келеді. 1984 жылы Калифорния штатының Лонг-Бич қаласындағы Жер Технологиясы Корпорациясында АҚШ-тың жылжымалы баллистикалық зымыран ұшыру жүйесі (MGM 134 Midgetman) топырақ/құрылымды жобалау бағдарламасы үшін 1 см² көлденең қимасы бар өте ерте, ультрашағын азайту пентрометрі жасалып, қолданылды.

Тарих және дамуы

КПТ-ның алғашқы қолданылуы негізінен топырақтың геотехникалық қасиеттері, әсіресе көтергіштік қабілетін анықтауға бағытталды. Алғашқы конуспенетрометрлер конустық ұшы бар құралды топыраққа енгізу кезіндегі жалпы ену кедергісін қарапайым механикалық өлшеу арқылы жүргізілді. Жалпы өлшенген кедергіні конустық ұштан ("ұшқыш үйкеліс") және таяқ тізбегінен туындаған үйкелістен бөлу үшін әртүрлі әдістер қолданылды. Осы үйкеліс компонентін анықтау және 1960 жылдары топырақтың байланысу күшін бағалау үшін үйкеліс гильзасы қосылды. Электрондық өлшеулер 1948 жылы басталды және 1970 жылдардың басында одан әрі жетілдірілді. Көптеген қазіргі заманғы электрондық КПТ конустары поралық су қысымын өлшеу үшін сүзгісі бар манометрді де пайдаланады. Сүзгі әдетте конус ұшында (U1 позициясы), конус ұшының тікелей артында (ең көп таралған U2 позициясы) немесе үйкеліс гильзасының артында (U3 позициясы) орналасады. Поралық су қысымы деректері стратиграфияны анықтауға көмектеседі және негізінен осы факторларды ескере отырып, ұшқыш үйкеліс мәндерін түзету үшін қолданылады. Бұл пьезометрлік деректерді де жинаған КПТ сынағы CPTU сынағы деп аталады. КПТ және CPTU сынақ жабдықтары конусты жылжыту үшін, әдетте, ауыр балластық көлік құралына орнатылған гидравликалық цилиндрлерді немесе қарсы күш ретінде бұралатын анкерлерді пайдаланады. КПТ-ның Стандарттық ену сынағынан (SPT) артықшылығы – топырақ параметрлерінің үздіксіз профилі, деректер әдетте 20 см интервалмен, бірақ 1 см-ге дейін тіркеледі. Конуспенетрометрлік зондтар мен деректерді жинау жүйелерін өндірушілерге Hogentogler (қазір Applied Research Associates компаниясының Vertek бөліміне тиесілі), GeoPoint Systems BV және Pagani Geotechnical Equipment кіреді.

Қосымша in situ сынақ параметрлері

Механикалық және электрондық конустардан басқа, қосымша жер асты ақпаратын алу үшін жылдар бойы CPT-мен қолданылатын басқа да құралдар жасалды. CPT сынағы кезінде жиі қолданылатын құрал – сейсмикалық қию және сығылу толқындарының жылдамдықтарын өлшеуге арналған геофон. Бұл деректер топырақ сұйықтануын талдау және топырақтың кішкентай деформациядағы беріктігін бағалау үшін топырақ қабатының бойымен қима модулін және Пуассон коэффициентін анықтауға көмектеседі. Инженерлер қима толқынының жылдамдығы мен қима модулін топырақтың кішкентай жүктемелер мен дірілдерге реакциясын анықтау үшін пайдаланады. Лазерлік флуоресценция, рентгендік флуоресценция, топырақтың өткізгіштігі/кедергісі, pH, температура, мембраналық интерфейс зондтары және бейне түсіретін камералар сияқты қосымша құралдар да CPT зондымен бірге қолданылуда. Ұлыбритания, Нидерланды, Германия, Бельгия және Францияда қолданылатын тағы бір CPT құралы – триаксиалды магнитометрмен біріктірілген пьезокон. Ол сынақтардың, ұңғымалардың және қазбалардың жарылмаған оқ-дәрілерді (UXO) немесе жарамсыз жарылғыштарды кездестірмейтініне көз жеткізу үшін қолданылады. Конустағы магнитометр материалдың, бағытының және топырақ жағдайына байланысты зондтан шамамен 2 метрге дейінгі қашықтықта 50 кг немесе одан да ауыр темірлі заттарды анықтай алады.

Стандарттар мен қолдану

Геотехникалық қолданбалар үшін CPT 1986 жылы ASTM D 3441 стандартымен (ASTM, 2004) стандартталды. ISSMGE CPT және CPTU бойынша халықаралық стандарттарды ұсынады. Кейінгі ASTM стандарттары CPT-ді түрлі экологиялық жағдайларды сипаттау және жер асты суларын мониторингтеу шараларында қолдануды қарастырды. Геотехникалық топырақ зерттеулері үшін CPT, геотехникалық топырақ зерттеу әдісі ретінде SPT-ге қарағанда көбірек танымал. Оның жоғары дәлдігі, жылдам орнатылуы, үздірісті топырақ профилі және басқа топырақ сынақтарына қарағанда төмен құны себеп. CPT тікелей итеру бұрғылау қондырғысын пайдаланып, сейсмикалық құралдар сияқты қосымша жергілікті сынақ құралдарын қолдану мүмкіндігі осы процесті үдетуде.