Введение

Геотехническое испытание свойств грунта, определение геотехнических свойств грунта.

Стандартное динамическое зондирование (SPT) – это полевое динамическое испытание проникновения, предназначенное для получения информации о геотехнических свойствах грунта. Это наиболее часто используемое буровое испытание при инженерно-геологических изысканиях, проводимое во всем мире. Процедура испытания описана в стандартах ISO 22476-3, ASTM D1586 и австралийских стандартах AS 1289.6.3.1. Испытание позволяет получить образцы для идентификации и определяет сопротивление проникновению, которое может быть использовано при геотехническом проектировании. Для геотехнических целей доступны различные местные и широко опубликованные международные зависимости, связывающие число ударов или значение N с инженерными свойствами грунтов.

Процедура испытаний

Скважину следует углублять постепенно для обеспечения периодического или непрерывного отбора проб. Интервалы обычно составляют 1,5 м (5 футов) или меньше в однородных слоях. Испытания и отбор проб должны проводиться при каждом изменении геологического слоя. После достижения скважиной проектной глубины и удаления избыточного шлама, можно приступать к испытаниям и отбору проб. Для испытания используется пробоотборник с толстыми стенками, с внешним диаметром 5,01 см (2 дюйма), внутренним диаметром 3,5 см (1,375 дюйма) и длиной не менее 60 см (24 дюйма). Пробоотборник вдавливается в грунт на дне скважины ударами молота массой 63,5 кг (140 фунтов), падающего с высоты 75 см (30 дюймов). Пробоотборник вдавливается в грунт на общую глубину 45 см, при этом фиксируется количество ударов, необходимое для проникновения на каждый интервал в 15 см (6 дюймов) до глубины 45 см (18 дюймов). Сумма количества ударов, необходимых для проникновения на второй и третий интервалы по 15 см (6 дюймов), называется "стандартным сопротивлением грунта" или "показателем N". Показатель N характеризует плотность грунта и используется во многих эмпирических геотехнических расчетах. Испытание может быть прекращено при выполнении одного из следующих условий: (1) нанесено в общей сложности 50 ударов на любом из интервалов в 15 см (6 дюймов), (2) нанесено в общей сложности 100 ударов на общей глубине 45 см (18 дюймов), или (3) не наблюдается продвижение пробоотборника в течение 10 последовательных ударов.

Применение

Большим достоинством этого метода является его простота, низкая стоимость и широкое распространение. Параметры прочности грунта, которые можно оценить по результатам НПТ, являются приближенными, но могут служить полезным ориентиром в грунтовых условиях, где более сложные лабораторные исследования нецелесообразны или невозможны. Дополнительным преимуществом испытания является получение нарушенного образца грунта для определения влажности, а также для идентификации и классификации. Хотя качество образцов обычно не подходит для лабораторных испытаний инженерных свойств из-за нарушения структуры грунта, приводящего к изменению этих свойств, использование тонкостенного пробоотборника может уменьшить степень нарушения в мягких грунтах. При проведении испытаний в гранулярных грунтах ниже уровня грунтовых вод грунт может разрыхлиться. В определенных случаях может быть полезно продолжать погружение пробоотборника на большее, чем предусмотрено, расстояние, добавляя необходимые буровые штанги. Хотя это не является стандартным пенетрационным испытанием и не должно рассматриваться как таковое, оно может дать представление о том, действительно ли отложения настолько рыхлые, как показывает стандартное испытание. НПТ также может использоваться для эмпирической оценки склонности песчаных слоев к разжижению, основанной на исследованиях, проведенных Гарри Сидом, Т. Лесли Юдом и другими. При использовании для этой цели значение N следует нормализовать к стандартному уровню перегрузки.

Проблемы

Стандартное проникновение позволяет получить сильно нарушенный образец, который, как правило, не подходит для испытаний, измеряющих свойства структуры грунта in situ, такие как плотность, прочность и характеристики консолидации. Для преодоления этого ограничения испытание часто проводят с использованием более крупного пробоотборника с несколько иной формой наконечника, что позволяет минимизировать нарушение образца и делает определение структурных свойств значимым для всех грунтов, кроме очень мягких. Однако это приводит к показателям, которые сложно перевести в значения SPT N – предложено множество вариантов перевода, некоторые из которых зависят от типа грунта, что затрудняет использование показателей, полученных с использованием нестандартных пробоотборников. Показатели ударов при стандартном проникновении не являются простым физическим свойством грунта и, следовательно, должны быть соотнесены с интересующими свойствами грунта, такими как прочность или плотность. Существует множество корреляций, ни одна из которых не отличается высокой точностью. Использование данных SPT для прямого прогнозирования потенциала разжижения затруднено из-за неточности корреляций и необходимости "нормализации" данных SPT с учетом перегрузки, метода отбора проб и других факторов. Кроме того, метод не позволяет получать точные данные для слабых слоев грунта по нескольким причинам: результаты ограничены целыми числами для заданного интервала погружения, но при очень низких показателях ударов, из-за дискретности результатов и возможности получения нулевого значения, обработка данных становится затруднительной. В рыхлых песках и очень мягких глинах процесс погружения пробоотборника значительно нарушает структуру грунта, в том числе вызывая разжижение рыхлых песков, что приводит к результатам, основанным на свойствах нарушенного, а не ненарушенного грунта. Для компенсации недостатков стандартного проникновения предложены различные методы, включая конусное зондирование, испытания на сдвиг с помощью штампа in situ и измерения скорости сдвиговых волн.