Полевые испытания грунтовnpp-geotek.com/f/polevyyeispytaniyagruntov.pdfpart...

FHWA-NHI Subsurface Investigations

Полевые испытания грунтов

Болдырев Г.Г., Пензенский государственный университет архитектуры и строительства, ООО «НПП Геотек»


Полевые испытания


2014 Symposium on Cone Penetration Testing ,

Las Vegas, Nevada

Курсы повышения квалификации:

Enhanced In-Situ Testing for Geotechnical Analyses and Foundation Design

Geotechnical Foundation Systems

http://www.pe.gatech.edu/courses/enhanced-situ-testing-geotechnical-analyses-and-foundation-design






http://www.pe.gatech.edu/courses/geotechnical-foundation-systems


Задачи, требующие своего решения

Разработка единой гео-информационной системы «Геолог-геотехник»

Гармонизация отечественных методов полевых испытаний с международными стандартами

Внедрение новых и известных технологий:

- статическое и динамическое зондирование с корреляцией взаимных результатов и результатами лабораторных испытаний;

- испытания штампами различной площади и конструкции;

- буровое зондирование песчаных и мерзлых грунтов;

- интерпретация результатов испытаний


САПР для геолога

GPS

Flash

Лабораторные испытания

Полевые работы

База данных Отчет в электронном формате

Проектирование


Основные стандарты полевых испытаний


Продолжение


Окончание


Еврокод-7, часть 1,2

1. EN 1997-2. Eurocode 7 - Geotechnical Design - Part 1: General rules.

2. EN 1997-1. Eurocode 7- Geotechnical Design - Part 2: Design assisted by laboratory and field testing.

3. EN 1998-1. Eurocode - 8. Design of structures for earthquake resistance - Part 5: Foundations, retaining structures and geotechnical aspects.

4. СП 11-105-97. Инженерно-геологические изыскания для строительства. Часть I. Общие правила производства работ. 1998.


Рекомендуемы методы полевых испытаний


Область определения параметров

Деформация

Прочность

Область измерений методами:

Область измерений методами: плоский штамп, винтовой штамп, прессиометр


Уровень деформаций

Деформация сдвига

Модуль сдвига, G

Геофизические

испытания

Разгрузка-нагрузка (PMT) Дилатометр (DMT)

Начало нагружения (PMT)

Пенетрационные испытания (SPT,CPT,CPTU,SCPTU)

Область анализа

деформаций

Область несущей Способности и устойчивости

Винтовой штамп


Методы полевых испытаний грунтов

Pual W.Mayne (CPT 10)


Прессиометры различного типа


Испытания методом кольцевого сдвига

График крутящего момента

Деформации сдвига

1

2

3

46

7

8

5

Схема испытаний

Схема разрушение песка при свдиге


Испытания винтовым штампом

Измерение прогиба штанг


Классические испытания штампом


Буровое зондирование

Установка буровая Дальномер лазерный

Датчики вертикальной. нагрузки и момента вращения

Отражатель лазерного изл.

Компьютер

Связь беспроводная

Колонна бурильная шнековая

Природный грунт:

суглинок, желтовато-

коричневый

Песок светло-серый, в

скважине природного

грунта (суглинок,

желтовато-коричневый).

Буровой инструмент

свежий (150мм)






изношенный (150мм)

Момент замены бурового

инстурумента


Природный грунт:

суглинок, желтовато-

коричневый






свежий (150мм)






изношенный (150мм)

Результаты измерений


Teхнология испытаний

Испытания на надежность Полевые испытания

Комбинированные испытания

Буровое зондирование Буровое зондирование + штамп

Моментомер

Блок осевого нагружения

Моментомер


Динамическое воздействие


Статическое

зондирование

Тип зонда: СPT, CPTU, SCPTU

Тип передачи информации: проводная и беспроводная


Что, измеряем?

qT = cone tip stress

fs = sleeve resistance

ub= porewater

pressure Friction ratio = fs/qT

voT

bq

q

uuB

0

Коэффицент трения

Боковое трение

Поровое давление

Лобовое сопротивление


Факторы,

влияющие на

реузультаты

измерений


Типичные результаты SCPTU измерений


Классификация грунтов СРТ


Классификация грунтов дилатометром Марчетти (DMT)

00

01,up

ppIIndexMaterial D

p0

p1

0.1 1 10 = ID

0.6 1.8

Глина Супесь Песок

Параметр


Начальное напряженное состояние


Давление предварительного уплотнения


Удельный вес – скорость поперечной волны

Unit Weight Estimation

10

12

14

16

18

20

22

24

26

28

10 100 1000 10000

Shear Wave Velocity, Vs (m/s)

Sa

tura

ted

Un

it W

eig

ht,

T (

kN

/m3)

Intact Clays

Fissured Clays

Silts

Peat

Sands

Gravels

WeatheredRocksIntact Rocks

Saturated Soil Materials:

T (kN/m3) = 8.32 log Vs - 1.61 Log z

with Vs (m/s) and depth z (m)

n = 727 r2 = 0.808 S.E. = 1.05

z (m) =

1

10

100


Коэффициенты консолидации


Оценка несущей способности фундаментов


Степень плотности из SPT

SPT Correlation for Relative Density

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 10 20 30 40 50 60 70 80

Normalized Resistance, (N1)60

Relative

Dens

ity,

DR (%)

Reid-Bedford*

Platte River*

Standard Concrete*

Coarse (Gibbs & Holtz '57)

Fine (Gibbs & Holtz '57)

Field Sites (Skempton '86)

Terzaghi & Peck '48

*Marcuson & Bieganowsky '77

60)(

100 601ND R

minmax

0max

ee

eeDR


Степень плотности из CPT

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

10 100 1000

Normalized Tip Stress, qT1

OCR = 1 10

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 100 200 300 400 500 600

Normalized Tip Stress, qT1

Relative

Dens

ity, DR (%

)

NC sands

OC sands

NC

(OCR=1)OCR =

10

26 Different Series

n = 677 data points

2.0

1

300100

OCR

qD T

R


Прочность и история напряжений

Эффективный угол внутреннего трения песка

корреляции из SPT, CPT, DMT, PMT

несцементированные, чистые кварцевые пески

Давление предварительного уплотнения глин,

p' = Pc'

корреляция CPT, CPTu, PMT, DMT, VST, SPT, Vs

недренированная прочность, Сu

коэффициент бокового давления, K0


Эффективный угол внутреннего трения из SPT

Triaxial Database from Frozen Sand Samples

20

25

30

35

40

45

50

55

0 10 20 30 40 50 60

Normalized (N1)60

Frict

ion

Ang

le,

' (d

eg

)

Sand (SP and SP-SM)

Sand Fill (SP to SM)

SM (Piedmont)

H&T (1996)

' = [15.4(N1)60]0.5+20


Эффективный угол внутреннего трения из CPT

25

30

35

40

45

50

55

10 100 1000

Normalized Tip Stress, qt/vo'

Frict

ion

Ang

le, '

(deg)

Frankston Sand

Ticino Sand

Edgar Sand

Hokksund Sand

Lone Star Sand

R&C (1983)

' = arctan[0.1 + 0.38 log (qt/vo')]


История напряжений в глинах

Давление предварительного уплотнения (Pc' = vmax' = p')

Коэффициент переуплотнения: OCR = (p'/vo')

Давление предварительного уплотнение это напряжение,

отделяющее область упругого деформирования от области с

остаточными деформациями

Параметр OCR связан с недренированной прочностью глин

K0 - OCR зависимость


Давление предварительного уплотнения

Sandy Clay (CL), Surry, VA: Depth = 27 m

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1.0

1 10 100 1000 10000

Effective Vertical Stress, svo' (kPa)

Void R

atio, e

Cc = 0.38

Cr = 0.04

vo'=300 kPa p'=900 kPa

Overconsolidation Ratio, OCR = 3


Коэффициенты компрессии


Определение давления предварительного уплотнения в лаборатории

Компрессионные приборы - p'

Ступенчатое нагружение = 2 недели на

образец

Стоимость $300 до $500

Необходимо несколько одометров

Дополнение к полевым определениям


p‘ – в поле

Теоретические решения, полученные

путем решения задачи о расширении

полости с использованием механики

критического состояния (CPT, CPTu, DMT)

Численное моделирование, используя

метод конечных элементов

Эмпирические методы (статистика) VST,

CPT, CPTu, DMT, PMT, SPT, Vs


p‘ из СРТ

10

100

1000

10000

100 1000 10000

Net Cone Stress, qt-vo (kPa)

Pre

cons

olid

ation

Str

ess

,

p'

(kPa)

Fissured

Intact Clays:

p' = (qt-vo)/3

}

qt


p‘ из СPTU

FissuredFissured

Fissured

10

100

1000

10000

10 100 1000 10000

Excess Porewater Pressure, u1 (kPa)

Preco

nsolid

ation

Str

ess

,

p'

(kPa

)

Fissured

u1

Intact Clays:

p' = (u1-uo)/2


p‘ – дмлатометр Марчетти

10

100

1000

10000

10 100 1000 10000

Net Contact Pressure, p0-u0 (kPa)

Pre

cons

olid

ation

Str

ess

,

p' (kPa)

Fissured

Intact Clays:

p' = 0.5(p0 - u0)

p0


p‘ из CPTUS


Сейсмический DMT

0

2

4

6

8

10

12

0 2 4 6 8

Lift-off Pressure

po (bars)

De

pth

(m

)

0

2

4

6

8

10

12

0 20 40 60 80

Travel Time of

Shear Wave (ms)

SDMT1

SDMT4

SDMT5

0

2

4

6

8

10

12

0 5 10 15

Expansion Pressure

p1 (bars)

SDMT 1

DMT 2

DMT 3

SDMT 4

SDMT 5


Измерение диссипации порового давления

Определение коэффициента консолидации, ch = T* a2 IR

0.5/t

Определение коэффициента фильтрации, k = ch w/D’

Определение времени завершения фильтрационной консолидации


Диссипиация порового давления Strain Path Solution for Type 2 CPTu Dissipation

(after Teh and Houlsby, 1991)

0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1.0

0.001 0.01 0.1 1 10 100

Modified Time Factor, T*

Nor

maliz

ed E

xce

ss P

ore P

ress

ures Strain Path

Approx. Curve

U = 50%

u2

U = 50%

T*50(u2) = 0.245


Коэффициент консолидации

Strain Path Solution

0.01

0.1

1

10

100

1000

0.1 1 10 100 1000

Measured Time t50 (minutes)

Coe

f. o

f Con

solidation

, c

h

(cm

2/m

in)

500

200

100

50

20

u2

Rigidity Index, IR

d = 3.57 cm (10 cm2)

For 15-cm2

cones, multiply

these by 1.5


Мобильная лаборатория


Устройство для отбора монолитов Iowa State University

Полевые испытания грунтовnpp-geotek.com/f/polevyyeispytaniyagruntov.pdfpart...

Documents