Практика геология

Таблица 29 Значение корректирующего коэффициента Kr при испытаниях песчаных и

глинистых грунтов прессиометром.

Примечание — Для глинистых элювиальных грунтов допускается уменьшение коэффициента Kr на 20 %.

В процессе испытания ведут журнал, форма которого приведена ниже (таблица 30).

Журнал испытания грунта радиальным прессиометром

191

III.2.5. Испытания грунтов методом вращательного среза

Сущность метода

Испытания грунта вращательным срезом проводят для определения следующих характеристик прочности: сопротивления грунта срезу τ, угла внутреннего трения φ, удельного сцепления с и оценки пространственной изменчивости прочности грунтов.

Метод вращательного среза (Рис.52) заключается в создании и измерении крутящих моментов, затрачиваемых на преодоление сопротивления породы вращению крестообразного рабочего органа – крыльчатки ниже забоя скважины или в массиве. Другими словами, испытание заключается в срезе породы по цилиндрической поверхности, образуемой вращением прямоугольника вокруг оси симметрии. Этот сдвиг происходит перпендикулярно напластованию породы. Испытание вращательным срезом проводят в условиях практического отсутствия дренирования.

Метод применяется для глинистых пород от полутвёрдой до текучей консистенции, органо-минеральных и органических грунтов – илов и торфов, а также заторфованных пород с крупнообломочными включениями размерами 2—10 мм в количестве не более 15% по массе (таблица 31). В породах с содержанием крупнообломочного материала более 15% этот метод не применяется. т.к. они оказывают существенное влияние на результаты опыта.

Испытания на срез не требуют больших материальных затрат и трудовых ресурсов и проводятся с использованием портативного оборудования. Преимущество перед методами кольцевого среза и поступательного среза состоит в том, что в отличие от этих методов, методом вращательного среза возможно проводить испытания не только выше, но и ниже уровня подземных вод.

193

Рис. 52. Схема испытания грунта на срез крыльчатым зондом в буровой скважине: 1 – рабочий наконечник (крыльчатка); 2 – колонна штанг; 3 – оперативный столик с устройством для создания и измерения крутящего момента; 4 – анкера; 5 – открытый ствол скважины.

194

Оборудование

В настоящее время применяются установки разработанные ФГУП «Фундаментпроект», НИИОСП, ПНИИИС, УПИ и другими организациями. Их параметры соответствуют требованиям приложения М к ГОСТ 20276-99 (таблица 32).

Фото. 1. Общий вид комплекта

196

В зависимости от вида испытываемого грунта и его состояния применяют следующие типы крыльчаток:

-малая крыльчатка (тип I) применяется при испытаниях суглинков и

глин с 0,5 < IL ≤ 0,75, а также пластичных супесей, органо-минеральных грунтов, в том числе с крупнообломочными включениями размерами 2—10

ммв количестве менее 15 % по массе;

-средняя крыльчатка (тип II) применяется при испытаниях глинистых

грунтов с IL ≤ 1, органоминеральных, в том числе с крупнообломочными включениями размером более 10 мм в количестве менее 15 % по массе;

-большая крыльчатка (тип III) применяется при испытаниях глинистых

грунтов с IL > 1, органо-минеральных и органических грунтов (без крупнообломочных включений).

В состав установки для испытания грунта вращательным срезом (рис.52,53) должны входить:

-рабочий наконечник с лопастями (крыльчатка);

-штанги;

-устройство для вдавливания крыльчатки в грунт и фиксации её на заданной глубине;

-устройства для создания и измерения крутящего момента.

Для испытания грунта в массиве установку дополняют устройством для отключения крыльчатки от штанг, позволяющим измерять трение штанг о грунт при неподвижной крыльчатке.

197

Рис. 53. Схема крыльчатого зонда конструкции УИГС-ЦНИИС-2: 1 – оперативный столик; 2 – штанги; 3 – крыльчатый наконечник; 4 – подвеска; 5 – центратор; 6 – соединительная муфта; 7 – анкера.

Предназначен для определения сжимаемости и сопротивляемос-ти пород сдвигу в стенках буровых скважин. Особенностью установки являются выдвижные лопасти, убирающиеся в щелевые вырезы, они выдвигаются с помощью внутренних поворотных труб. Внешние поворотные трубы служат для установки прибора на определённой глубине. Сдвигающие усилия

198

передаются на поворотные рычаги от ручной тали посредством заанкеренного тросика ступенями по 200-400 кг/см2.

Подготовка к испытанию

Устройство для измерения крутящего момента должно быть проградуировано. По результатам градуировки составляют график (таблицу) зависимости крутящего момента М, кН·см, от показаний измерительного устройства N, см, и вычисляют постоянную характеристику измерительного устройства п, кН, по формуле n = M / N.

Забой опытной скважины должен быть расположен на 0,4 — 0,5 м выше отметки испытания грунта (более 2÷2,5 d, где d – диаметр

крыльчатки ).

Собранную колонну штанг с крыльчаткой общей длиной на 0,8—1,2 м больше глубины отметки испытания грунта вертикально (по отвесу) опускают в скважину и плавно вдавливают в грунт, заглубляя крыльчатку до отметки испытания.

При испытании грунта в массиве крыльчатку вдавливают в грунт, применяя в случае необходимости рычаги, домкраты или специальные устройства, постепенно наращивая колонну штанг.

После погружения верх колонны штанг соединяют с головкой устройства для создания и измерения крутящего момента и записывают начальные показания приборов.

Проведение испытания

1.При испытании с земной поверхности определяют крутящий момент

М0 = n N, соответствующий преодолению трения штанг и стержня крыльчатки, путём вращения штанг со стержнем крыльчатки (без лопастей) в 0,5 – 1 м от точки испытания на той же глубине. При испытании грунта в скважинах можно не учитывать трение штанг крыльчатки по грунту и крутящий момент на преодоление этого трения М0 принимать равным нулю.

2.С помощью устройства для создания крутящего момента вращают колонну штанг с крыльчаткой с угловой скоростью 0,2 — 0,3 град/с. По мере вращения записывают показания приборов для измерения крутящего

момента до достижения максимального показания Nmax, соответствующего максимальному значению крутящего момента Mmax. Т.е. провернув крыльчатку, можно определить максимальный крутящий момент Мmах = n Nmax, соответствующий природной прочности грунта.

3.Далее продолжают вращение крыльчатки с угловой скоростью 2—3 град/с до условной стабилизации значений крутящего момента, достигаемой за 2—3 полных оборота штанги, и записывают установившееся положение Nуст, соответствующее установившемуся значению крутящего момента. Муст

=n Nуст , который соответствует прочности породы после разрушения в ней структурных связей.

199