Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Метод, используемый для определения геотехнических свойств грунтов
Method used to determine the geotechnical engineering properties of soils
Испытание конусным проникновением или конусный пенетрометр (CPT) – это метод, применяемый для определения геотехнических свойств грунтов и выделения слоистой структуры грунта. Он был впервые разработан в 1950-х годах в Нидерландской лаборатории механики грунтов в Делфте для исследования мягких грунтов. В связи с этой историей его также называют «нидерландским конусным испытанием». Сегодня CPT является одним из наиболее широко используемых и признанных методов геотехнических изысканий во всем мире. Метод испытания заключается в вдавливании конуса с ориентированным вниз наконечником в грунт с контролируемой скоростью (принятая контролируемая скорость составляет от 1,5 до 2,5 см/с). Точность CPT в выделении стратиграфических слоев связана с размером наконечника конуса, при этом типичные наконечники имеют площадь поперечного сечения 10 или 15 см², что соответствует диаметрам 3,6 и 4,4 см. Очень ранний ультраминиатюрный пенетрометр с вычитанием площади 1 см² был разработан и использован в 1984 году в программе проектирования грунтов и конструкций мобильной системы запуска баллистических ракет США (MGM 134 Midgetman) компанией Earth Technology Corporation в Лонг-Бич, Калифорния.
The cone penetration or cone penetrometer test (CPT) is a method used to determine the geotechnical engineering properties of soils and delineating soil stratigraphy. It was initially developed in the 1950s at the Dutch Laboratory for Soil Mechanics in Delft to investigate soft soils. Based on this history it has also been called the "Dutch cone test". Today, the CPT is one of the most used and accepted soil methods for soil investigation worldwide. The test method consists of pushing an instrumented cone, with the tip facing down, into the ground at a controlled rate (controlled between 1.5 2.5 cm/s accepted). The resolution of the CPT in delineating stratigraphic layers is related to the size of the cone tip, with typical cone tips having a cross sectional area of either 10 or 15 cm2, corresponding to diameters of 3.6 and 4.4 cm. A very early ultra miniature 1 cm2 subtraction penetrometer was developed and used on a US mobile ballistic missile launch system (MGM 134 Midgetman) soil/structure design program in 1984 at the Earth Technology Corporation of Long Beach, California.
История и развитие
Ранние применения CPT в основном определяли логистику определения геотехнических свойств грунта, связанных с несущей способностью. Первоначальные конусовые зонды включали простые механические измерения общего сопротивления при вдавливании инструмента с коническим наконечником в грунт. Различные методы использовались для разделения общего измеренного сопротивления на составляющие, создаваемые коническим наконечником ("сопротивление наконечника") и трение, создаваемое штангей. В 1960-х годах была добавлена муфта трения для количественной оценки этой составляющей трения и определения прочности грунта на сдвиг. Электронные измерения начались в 1948 году и были значительно улучшены в начале 1970-х годов. Большинство современных электронных конусов CPT теперь также оснащены преобразователем давления с фильтром для сбора данных о давлении поровой воды. Фильтр обычно располагается либо на кончике конуса (так называемая позиция U1), либо непосредственно за кончиком конуса (наиболее распространенная позиция U2), либо за муфтой трения (позиция U3). Данные о давлении поровой воды помогают определить стратиграфию и в основном используются для коррекции значений сопротивления наконечника с учетом этих эффектов. Испытание CPT, которое также собирает данные пьезометра, называется испытанием CPTU. Оборудование для испытаний CPT и CPTU обычно продвигает конус с помощью гидравлических домкратов, установленных либо на тяжелом балластном транспортном средстве, либо с использованием ввинченных анкеров в качестве противодействия. Одним из преимуществ CPT перед стандартным динамическим зондированием (SPT) является более непрерывный профиль параметров грунта, при этом данные регистрируются с интервалами обычно 20 см, но и до 1 см. Производители конусовых зондов и систем сбора данных включают Hogentogler, приобретенную подразделением Vertek компании Applied Research Associates, GeoPoint Systems BV и Pagani Geotechnical Equipment.
The early applications of CPT mainly determined the logistics of soil geotechnical property of bearing capacity. The original cone penetrometers involved simple mechanical measurements of the total penetration resistance to pushing a tool with a conical tip into the soil. Different methods were employed to separate the total measured resistance into components generated by the conical tip (the "tip friction") and friction generated by the rod string. A friction sleeve was added to quantify this component of the friction and aid in determining soil cohesive strength in the 1960s. Electronic measurements began in 1948 and improved further in the early 1970s. Most modern electronic CPT cones now also employ a pressure transducer with a filter to gather pore water pressure data. The filter is usually located either on the cone tip (the so called U1 position), immediately behind the cone tip (the most common U2 position) or behind the friction sleeve (U3 position). Pore water pressure data aids determining stratigraphy and is primarily used to correct tip friction values for those effects. CPT testing which also gathers this piezometer data is called CPTU testing. CPT and CPTU testing equipment generally advances the cone using hydraulic rams mounted on either a heavily ballasted vehicle or using screwed in anchors as a counter force. One advantage of CPT over the Standard Penetration Test (SPT) is a more continuous profile of soil parameters, with data recorded at intervals typically of 20 cm but as small as 1 cm. Manufacturers of cone penetrometer probes and data acquisition systems include Hogentogler, which has been acquired by the Vertek Division of Applied Research Associates, GeoPoint Systems BV and Pagani Geotechnical Equipment.
Дополнительные параметры испытаний на месте
В дополнение к механическим и электронным конусам, за прошедшие годы был разработан ряд других инструментов, используемых при зондировании CPT, для получения дополнительной подповерхностной информации. Одним из распространенных инструментов, применяемых во время испытаний CPT, является комплект геофонов для измерения скоростей сейсмических сдвиговых и продольных волн. Эти данные позволяют определить модуль сдвига и коэффициент Пуассона по глубине для анализа возможности сжижения грунта и оценки прочности грунта при малых деформациях. Инженеры используют скорость сдвиговых волн и модуль сдвига для определения поведения грунта при малых напряжениях и вибрационных воздействиях. Все чаще вместе с CPT-зондом используются дополнительные инструменты, такие как лазерно-индуцированная флуоресценция, рентгенофлуоресцентный анализ, электропроводность/сопротивление грунта, pH, температура, мембранный зонд и камеры для видеосъемки. Еще одним инструментом, используемым в Великобритании, Нидерландах, Германии, Бельгии и Франции, является пьезоконус, объединенный с трехосевым магнитометром. Он предназначен для обеспечения безопасности при проведении испытаний, бурении скважин и забивке свай, чтобы избежать столкновения с неразорвавшимися боеприпасами (UXO) или бракованными снарядами. Магнитометр в конусе обнаруживает ферромагнитные материалы массой 50 кг и более в радиусе до 2 м от зонда, в зависимости от материала, его ориентации и условий грунта.
In addition to the mechanical and electronic cones, a variety of other CPT deployed tools have been developed over the years to provide additional subsurface information. One common tool advanced during CPT testing is a geophone set to gather seismic shear wave and compression wave velocities. This data helps determine the shear modulus and Poisson's ratio at intervals through the soil column for soil liquefaction analysis and low strain soil strength analysis. Engineers use the shear wave velocity and shear modulus to determine the soil's behavior under low strain and vibratory loads. Additional tools such as laser induced fluorescence, X ray fluorescence, soil conductivity/resistivity, pH, temperature and membrane interface probe and cameras for capturing video imagery are also increasingly advanced in conjunction with the CPT probe. An additional CPT deployed tool used in Britain, Netherlands, Germany, Belgium and France is a piezocone combined with a tri axial magnetometer. This is used to attempt to ensure that tests, boreholes, and piles, do not encounter unexploded ordnance (UXO) or duds. The magnetometer in the cone detects ferrous materials of 50 kg or larger within a radius of up to about 2 m distance from the probe depending on the material, orientation and soil conditions.
Стандарты и использование
CPT для геотехнических изысканий был стандартизирован в 1986 году стандартом ASTM D 3441 (ASTM, 2004). ISSMGE разрабатывает международные стандарты для CPT и CPTU. Последующие стандарты ASTM охватывают применение CPT при проведении различных экологических исследований площадок и мониторинга подземных вод. При геотехнических изысканиях грунтов CPT является более распространенным методом по сравнению с SPT, благодаря большей точности, скорости проведения работ, более детальному профилю грунта и сниженной стоимости по сравнению с другими методами испытаний грунтов. Возможность применения дополнительных инструментов для полевых испытаний с использованием буровой установки прямого бурения CPT, включая описанные выше сейсмические инструменты, способствует ускорению этого процесса.
CPT for geotechnical applications was standardized in 1986 by ASTM Standard D 3441 (ASTM, 2004). ISSMGE provides international standards on CPT and CPTU. Later ASTM Standards have addressed the use of CPT for various environmental site characterization and groundwater monitoring activities. For geotechnical soil investigations, CPT is more popular compared to SPT as a method of geotechnical soil investigation. Its increased accuracy, speed of deployment, more continuous soil profile and reduced cost over other soil testing methods. The ability to advance additional in situ testing tools using the CPT direct push drilling rig, including the seismic tools described above, are accelerating this process.