По инициативе и при поддержке ООО «Петромоделинг» редакция журнала «ГеоИнфо» продолжает знакомить читателей с прессиометрическими испытаниями грунтов. Данная группа методов большинством изыскателей и проектировщиков воспринимается просто как «более дешевая и простая альтернатива штамповых испытаний». На деле же это уникальные методы испытаний грунтов в массивах. Они используются для определения как действующих горизонтальных напряжений и коэффициента горизонтального давления грунта в состоянии покоя К0 (без которого, как известно, невозможны оценка начального (природного) состояния геологической среды и дальнейшие расчетные обоснования конструкций), так и физико-механических откликов геологической среды на горизонтальные механические воздействия, например зависимостей между напряжениями и деформациями, а также прочности на сдвиг в недренированных условиях.
Понимание методов оценки напряженно-деформированного состояния грунтового массива очень важно для эффективного перехода к трехмерному моделированию геологической среды и построению ее инженерных цифровых моделей – базовой части информационной цифровой модели объекта капитального строительства, без которой любые информационные проектные построения просто «повисают в воздухе».
Предлагаем вниманию читателей вторую часть немного сокращенного адаптированного перевода статьи «Исследования озерных глин с использованием самозабуривающегося прессиометра на озере Тайху (Китай)» (ссылка на первоисточник имеется в конце). В этой части будут рассмотрены методы анализа данных, получаемых при испытаниях самозабуривающимся прессиометром, и некоторые результаты испытаний, выполненных авторами переведенной работы. Отметим, что нумерация рисунков и таблиц, соответствующая оригиналу, продолжит начатую в предыдущей части.
Техническая правка выполнена генеральным директором ГК «Петромоделинг» Алексеем Бершовым.
Что касается получения модуля сдвига, существует два разных метода: линейный анализ и нелинейный анализ. В первом случае модуль сдвига для цикла «разгрузка – повторное нагружение» Gur является постоянной величиной, тогда как во втором случае секущий модуль сдвига Gs меняется в зависимости от сдвиговой деформации.
Если принять, что грунт в процессе разгрузки является идеально упругим, то градиент цикла «разгрузка – повторное нагружение» в два раза превысит линейный модуль сдвига Gur [7, 16]. Болтон и Уиттл [26] показали, что зависимость напряжения сдвига (касательного напряжения τ) от относительной деформации γ (равной относительному изменению объема рабочей камеры прессиометра ΔV/V) может хорошо описываться степенной функцией:
Рис. 3. Репрезентативные графики по результатам испытания самозабуривающимся прессиометром
Прочность на сдвиг в недренированных условиях cu может быть получена с использованием метода, предложенного Гибсоном и Андерсоном [27], в котором устанавливается взаимосвязь между общим давлением, начальным горизонтальным напряжением и cu:
Рис. 4. Графики, иллюстрирующие зависимость «общее давление – деформация полости» при испытаниях самозабуривающимся прессиометром в скважине на разной глубине
На рисунке 5 показано распределение деформаций на пределе текучести для разных грунтов на разных глубинах. При этом:
Рис. 5. Распределение по глубине деформаций на пределе текучести для разных грунтов
Из этого рисунка видна общая тенденция к уменьшению деформации на пределе текучести с глубиной. Показано, что с увеличением глубины грунт в процессе нагружения быстрее вступает в пластическую стадию. Еще один вывод заключается в том, что пластичная илистая глина в целом имеет наименьшую деформацию на пределе текучести, а ил – наибольшую. Это может быть связано с более высокой структурной целостностью пластичной илистой глины. Также можно отметить, что деформация на пределе текучести при полевых испытаниях самозабуривающимся прессиометром получается намного больше, чем при лабораторных трехосных испытаниях, которые отражают напряженное состояние лишь одного локального участка в пространстве. Это может быть связано с тем, что текучесть по данным испытаний SBPM характеризует напряженное состояние зоны массива вокруг полости (камеры прессиометра) в зависимости от степени нарушения структурной целостности грунта.
Как было описано ранее, недренированная прочность на сдвиг cu при испытании самозабуривающимся прессиометром может быть получена с помощью метода, предложенного Гибсоном и Андерсоном [27]. Изменения cu с глубиной представлены на рисунке 6. Для сравнения приведены результаты серии лабораторных трехосных испытаний на сжатие в недренированных условиях. Обычно лабораторные данные бывают ниже по сравнению с полевыми. Это может быть связано с тем, что при взятии образцов нарушается структура грунта и снимается напряжение. Однако в целом соответствие между полевыми и лабораторными результатами может в некоторой степени доказать достоверность данных, полученных in situ.
Рис. 6. Результаты определения недренированной прочности на сдвиг с помощью лабораторных трехосных испытаний и полевых испытаний самозабуривающимся прессиометром в скважинах 1, 2 и 3
Общепринято допущение, что все испытания SBPM в глине проводятся в недренированных условиях. Для этого есть две причины. Во-первых, глина обычно имеет очень низкую водопроницаемость. Во-вторых, скорость нагружения относительно высока, из-за чего грунт может не успеть рассеять поровое давление в процессе приложения нагрузки. В этом исследовании также измерялось поровое давление воды u на стенке рабочей камеры прессиометра. На рисунке 7 представлены изменения значений u по глубине в разных слоях грунта. Показан также согласующийся с этими результатами график для гидростатического давления на участке, где уровень грунтовых вод находится примерно на 1 м ниже поверхности грунта.
Рис. 7. Результаты определения порового давления воды с помощью испытаний самозабуривающимся пресиометром в скважинах 1, 2 и 3, сопоставленные с гидростатическим давлением
Таким образом, можно сделать вывод, что точность результатов испытаний самозабуривающимся прессиометром можно хорошо продемонстрировать путем сравнения с результатами лабораторных испытаний, а также аналитических решений для распределений гидростатического давления.
—
В следующей части статьи будут рассмотрены оставшиеся результаты испытаний, выполненных авторами переведенной работы.
наверх
Поделиться
Поделиться
Скопировать ссылку
Оформить подписку