Геотехнические исследования выполняются инженерами-геотехниками или инженерными геологами для получения информации о физических свойствах земляных работ и оснований для предлагаемых конструкций, а также для ремонта повреждений земляных работ и сооружений, вызванных подземными условиями. Этот тип расследования называется расследованием на месте. Кроме того, геотехнические исследования также используются для измерения удельного теплового сопротивления.грунтов или засыпных материалов, необходимых для подземных линий электропередачи, нефте- и газопроводов, захоронения радиоактивных отходов и хранилищ солнечного тепла. Геотехническое исследование будет включать в себя исследование поверхности и изучение недр участка. Иногда для получения данных о площадках используются геофизические методы . Исследование недр обычно включает отбор проб почвы и лабораторные испытания отобранных проб почвы.
Геотехнические исследования очень важны до того, как будет построено какое-либо сооружение - будь то дом вашей мечты, промышленная тень, мультиплекс, торговый центр, склад, многоэтажное здание или даже небольшие и большие инфраструктурные проекты, такие как сверхскоростной пассажирский экспресс. метро и тд. Есть много организаций, таких как ACTS, лаборатория испытаний строительных материалов Durocrete и фирма Geo-Engineering, которые проводят геотехнические исследования по всему миру со своей собственной командой экспертов - людей и машин.
Исследование поверхности может включать в себя геологическое картирование , геофизические методы и фотограмметрию , или это может быть так же просто, как прохождение профессионала-геотехника вокруг участка для наблюдения за физическими условиями на участке.
Чтобы получить информацию о почвенных условиях под поверхностью, требуются некоторые виды геологоразведочных работ. Методы наблюдения за грунтами под поверхностью, получения образцов и определения физических свойств грунтов и горных пород включают в себя испытательные карьеры, рытье траншей (особенно для обнаружения разломов и плоскостей оползней ), бурение и испытания на месте . Их также можно использовать для выявления загрязнения почвы до застройки, чтобы избежать негативного воздействия на окружающую среду. [1]
Отбор проб почвы
Буры бывают двух основных типов: большого и малого диаметра. Скважины большого диаметра редко используются из соображений безопасности и затрат, но иногда используются, чтобы позволить геологу или инженеру визуально и вручную исследовать стратиграфию почвы и горных пород на месте. Скважины малого диаметра часто используются, чтобы позволить геологу или инженеру исследовать грунт или обломки горных пород или извлекать образцы с глубины с помощью пробоотборников грунта , а также для проведения испытаний грунта на месте.
Образцы почвы часто классифицируются как нарушенные или нетронутые ; тем не менее, «нетронутые» образцы на самом деле не являются невозмущенными. Нарушенный образец - это образец, в котором структура почвы была изменена в достаточной степени, так что испытания структурных свойств почвы не будут репрезентативными для условий на месте, а будут представлены только свойства зерен почвы (например, гранулометрический состав, пределы Аттерберга). , характеристика уплотнения почвы для определения общей литологии почвенных отложений и, возможно, содержания воды) может быть точно определена. Ненарушенный образец - это образец, в котором состояние грунта в образце достаточно близко к условиям грунта на месте, чтобы можно было использовать тесты структурных свойств грунта для приближения свойств грунта на месте. Образцы, полученные невозмущенным методом, используются для определения стратификации грунта, проницаемости, плотности, консолидации и других инженерных характеристик.
Сбор почвы в открытом море представляет собой множество сложных переменных. На мелководье работать можно с баржи. На более глубокой воде потребуется корабль. Глубоководные пробоотборники грунта обычно представляют собой варианты пробоотборников типа Кулленберга, модификацию базового гравитационного пробоотборника с использованием поршня (Lunne and Long, 2006). Также доступны донные пробоотборники, которые медленно вдавливают трубку для сбора в почву.
Пробоотборники почвы
Образцы почвы отбираются с помощью различных пробоотборников; некоторые предоставляют только искаженные образцы, в то время как другие могут предоставлять образцы относительно невозмущенных.
- Лопата . Образцы можно получить, выкопав грунт с участка. Образцы, взятые таким образом, являются образцами с нарушениями.
- Пробные ямы - это относительно небольшие траншеи, выкопанные вручную или машинным способом, используемые для определения уровней грунтовых вод и отбора проб из нарушенных пород.
- Шнек с ручным / машинным приводом. Этот пробоотборник обычно состоит из короткого цилиндра с режущей кромкой, прикрепленной к стержню и ручке. Пробоотборник продвигается за счет комбинации вращения и направленной вниз силы. Образцы, взятые таким образом, являются образцами с нарушениями.
- Шнек непрерывного действия. Метод отбора проб с использованием шнека в качестве штопора. Шнек ввинчивается в землю, а затем поднимается. Почва удерживается на лопастях шнека и сохраняется для тестирования. Отобранный таким образом образец почвы считается нарушенным.
- Пробоотборник с раздельной ложкой / SPT. Используется в «Стандартном методе испытаний для стандартного испытания на проникновение (SPT) и отбора проб грунта с помощью раздельной бочки» (ASTM D 1586 [2] ). Этот пробоотборник обычно представляет собой полую трубку длиной 18-30 дюймов и внешним диаметром 2,0 дюйма, разделенную пополам по длине. К нижнему концу прикреплен приводной башмак из закаленного металла с отверстием 1,375 дюйма, а также односторонний клапан и адаптер буровой штанги на головке пробоотборника. Он врезается в землю с помощью 140-фунтового (64 кг) молота, падающего на 30 дюймов. Подсчитываются и регистрируются подсчеты ударов (удары молота), необходимые для продвижения пробоотборника на 18 дюймов. Обычно используемые для несвязных грунтов, образцы, взятые таким образом, считаются нарушенными.
- Модифицированный пробоотборник California. в «Стандартной практике для толстостенных, кольцевых, раздельных стволов, приводного отбора проб грунтов» (ASTM D 3550). Подобно пробоотборнику SPT, цилиндр пробоотборника имеет больший диаметр и обычно облицован металлическими трубками для хранения проб. Образцы из модифицированного пробоотборника California считаются нарушенными из-за большого отношения площадей пробоотборника (площадь стенки пробоотборника / площадь поперечного сечения образца).
- Пробоотборник Shelby Tube. Используется в «Стандартной практике отбора проб грунтов из тонкостенных труб для геотехнических целей» (ASTM D 1587 [3] ). Пробоотборник состоит из тонкостенной трубки с режущей кромкой на носке. Головка пробоотборника прикрепляет трубку к буровой штанге и содержит обратный клапан и отверстия для сброса давления. Обычно используемый в связных грунтах, этот пробоотборник продвигается в слой почвы, обычно на 6 дюймов меньше длины трубки. Вакуум, создаваемый обратным клапаном, и сцепление образца в трубке заставляют образец удерживаться, когда трубка отозван. Стандартные размеры ASTM: наружный диаметр 2 дюйма, длина 36 дюймов, толщина 18 единиц; наружный диаметр 3 дюйма, длина 36 дюймов, толщина 16 единиц; и наружный диаметр 5 дюймов, длина 54 дюйма, толщина 11 мм. при условии, что они пропорциональны стандартизированной конструкции трубок, а длина трубок должна соответствовать полевым условиям.Почва, отобранная таким образом, считается ненарушенной.
- Поршневые пробоотборники. Эти пробоотборники представляют собой тонкостенные металлические трубки с поршнем на конце. Пробоотборники проталкиваются на дно скважины , при этом поршень остается на поверхности почвы, а трубка скользит мимо него. Эти пробоотборники будут возвращать ненарушенные образцы в мягких грунтах, но их трудно продвигать в песках и жестких глинах, и они могут быть повреждены (компрометируя образец), если встречается гравий. Ливингстон пробоотборник , разработанный Д. А. Livingstone , является широко используемым Поршень пробоотборника. Модификация пробоотборника Ливингстона с зубчатой головкой для забивки керна позволяет вращать его для прорезания подповерхностного растительного материала, такого как небольшие корни или заглубленные ветки.
- Пробоотборник Pitcher Barrel. Этот пробоотборник похож на поршневые пробоотборники, за исключением того, что в нем нет поршня. Рядом с верхней частью пробоотборника есть отверстия для сброса давления, чтобы предотвратить повышение давления воды или воздуха над образцом почвы. Подходящими образцами почвы для этого пробоотборника являются глина, ил, песок, частично выветрившиеся породы.
Испытания на месте
- Стандартное испытание на проникновение является испытанием на проникновение динамического на месте предназначена для предоставления информации о свойствах почвы, а также сбор пробы почвы нарушенной для анализа размеров зерен и классификации почв.
- Динамический конус пенетрометра тест является на месте испытаний , в котором вес вручную поднимается и опускается на конус , который проникает в почву. количество мм на удар регистрируется, и это используется для оценки определенных свойств почвы. Это простой метод тестирования, и для получения хорошей корреляции обычно требуется резервное копирование лабораторных данных.
- Статическое зондирование выполняются с использованием зонда Instrumented с коническим наконечником, толкаемый в почву гидравлический при постоянной скорости. Базовый прибор CPT сообщает о сопротивлении наконечника и сопротивлении сдвигу вдоль цилиндрического цилиндра. Данные CPT коррелировали со свойствами почвы. Иногда используются инструменты, отличные от основного датчика CPT, в том числе:
- Пьезоконусный пенетрометрический зонд усовершенствован с использованием того же оборудования, что и обычный зонд CPT, но зонд имеет дополнительный инструмент, который измеряет давление грунтовых вод по мере продвижения зонда.
- Сейсмический зонд-пенетрометр с пьезоконусом усовершенствован с использованием того же оборудования, что и зонд CPT или CPTu, но зонд также оснащен геофонами или акселерометрами для обнаружения поперечных волн и / или волн давления, создаваемых источником на поверхности.
- Полнопоточные пенетрометры (Т-образные, шаровые и пластинчатые) зонды используются в чрезвычайно мягких глинистых почвах (таких как отложения морского дна) и продвигаются таким же образом, как и CPT. Как следует из их названия, Т-образная штанга - это цилиндрическая штанга, прикрепленная под прямым углом к бурильной колонне, образующая что-то похожее на букву Т, шар представляет собой большую сферу, а пластина представляет собой плоскую круглую пластину. В мягких глинах грунт обтекает зонд подобно вязкой жидкости. Давление из-за напряжения покрывающей породы и давление поровой воды одинаковы на всех сторонах зондов (в отличие от датчиков CPT), поэтому коррекция не требуется, что уменьшает источник ошибок и повышает точность. Особенно желательно на мягких почвах из-за очень низкой нагрузки на измерительные датчики. Полнопоточные датчики также можно переключать вверх и вниз для измерения сопротивления восстановленного грунта. В конечном итоге специалист-геотехник может использовать измеренное сопротивление проникновению для оценки прочности на сдвиг без дренажа и повторной формовки.
- Испытание со спиральным зондом Исследование грунта и испытание на уплотнение с помощью испытания с помощью спирального зонда (HPT) стало популярным для обеспечения быстрого и точного метода определения свойств почвы на относительно небольших глубинах. Тест HPT привлекателен для осмотра фундамента на месте, поскольку он легкий и может быть проведен быстро одним человеком. Во время испытания зонд погружается на желаемую глубину, и крутящий момент, необходимый для поворота зонда, используется в качестве меры для определения характеристик почвы. Предварительные испытания ASTM показали, что метод HPT хорошо коррелирует со стандартным тестированием на проникновение (SPT) и тестированием на проникновение конуса (CPT) с эмпирической калибровкой.
Тест дилатометра с плоской пластиной (DMT) - это зонд с плоской пластиной, который часто совершенствуется с использованием станков CPT, но также может быть расширен по сравнению с обычными буровыми станками. Диафрагма на пластине прикладывает поперечную силу к грунтовым материалам и измеряет деформацию, вызванную различными уровнями приложенного напряжения на желаемом интервале глубин.
Испытания газа на месте могут проводиться в скважинах после заканчивания и в отверстиях для зондирования, сделанных в стенках пробных карьеров в рамках исследования площадки. Тестирование обычно проводится с помощью портативного измерителя, который измеряет содержание метана в процентах от его объема в воздухе. Также измеряются соответствующие концентрации кислорода и углекислого газа. Более точный метод, используемый для долгосрочного мониторинга, заключается в установке стояков для мониторинга газа в скважинах. Обычно это трубы из ПВХ с прорезями, окруженные гравием одного размера. Верхняя часть трубопровода длиной от 0,5 до 1,0 м обычно не имеет прорезей и окружена бентонитовыми гранулами для герметизации ствола скважины. Клапаны установлены, а установки защищены запирающимися крышками кранов, которые обычно устанавливаются заподлицо с землей. Мониторинг снова осуществляется с помощью портативного счетчика и обычно проводится раз в две недели или раз в месяц.
Лабораторные тесты
На почвах можно проводить самые разные лабораторные тесты для измерения самых разных свойств почвы. Некоторые свойства почвы являются неотъемлемой частью состава почвенной матрицы и не зависят от нарушения образца, в то время как другие свойства зависят от структуры почвы, а также от ее состава и могут быть эффективно проверены только на относительно неповрежденных образцах. Некоторые тесты почвы измеряют непосредственные свойства почвы, в то время как другие измеряют «индексные свойства», которые предоставляют полезную информацию о почве без прямого измерения желаемого свойства.
- Пределы Аттерберга
- Пределы Аттерберга определяют границы нескольких состояний консистенции пластичных грунтов. Границы определяются количеством воды, которое необходимо почве на одной из этих границ. Границы называются пределом пластичности и пределом жидкости, а разница между ними - показателем пластичности. Предел усадки также является частью пределов Аттерберга. Результаты этого теста могут быть использованы для предсказания других инженерных свойств. [4]
- Соотношение подшипников в Калифорнии
- ASTM D 1883. Испытание для определения пригодности образца грунта или заполнителя в качестве дорожного полотна. Плунжер вставляется в уплотненный образец и измеряется его сопротивление. Этот тест был разработан Caltrans , но он больше не используется в методике проектирования дорожного покрытия Caltrans. Он по-прежнему используется как дешевый метод оценки модуля упругости. [5] [6]
- Испытание на прямой сдвиг
- ASTM D3080. Испытание на прямой сдвиг определяет прочностные свойства образца после истощения. К одной плоскости сдвига при нормальной нагрузке прикладывают постоянную скорость деформации и измеряют реакцию на нагрузку. Если это испытание проводится с различными нормальными нагрузками, можно определить общие параметры прочности на сдвиг. [7]
- Тест индекса расширения
- В этом тесте используется повторно сформированный образец почвы для определения индекса расширения (EI), эмпирического значения, требуемого нормами строительного проектирования , при содержании воды 50% [ требуется пояснение ] для экспансивных почв, таких как экспансивные глины . [8]
- Гидравлические испытания на проводимость
- Существует несколько тестов для определения гидравлической проводимости почвы . К ним относятся методы постоянного напора, падающего напора и постоянного расхода. Испытываемые образцы грунта могут быть любого типа, включая переформованные, ненарушенные и уплотненные образцы. [9]
- Одометр тест
- Это можно использовать для определения параметров уплотнения (ASTM D2435) и набухания (ASTM D4546).
- Анализ размера частиц
- Это делается для определения градации почвы . Более крупные частицы отделяются в части для ситового анализа , а более мелкие частицы анализируются с помощью ареометра . Различие между крупными и мелкими частицами обычно составляет 75 мкм. При ситовом анализе образец встряхивается через все более мелкие ячейки, чтобы определить его градацию. Анализ ареометра использует скорость осаждения для определения градации частиц. [10]
- Тест R-Value
- Калифорнийское испытание 301 В этом испытании измеряется поперечный отклик уплотненного образца почвы или заполнителя на вертикально приложенное давление при определенных условиях. Этот тест используется Caltrans для проектирования дорожного покрытия, заменяя испытание на коэффициент несущей способности в Калифорнии.
- Испытания на уплотнение почвы
- Стандартный Проктор (ASTM D698), Модифицированный Проктор (ASTM D1557) и Калифорнийский тест 216 . Эти испытания используются для определения максимального удельного веса и оптимального содержания воды, которого может достичь почва при заданном усилии уплотнения.
- Всасывающие испытания почвы
- ASTM D5298.
- Испытания на трехосный сдвиг
- Это тип испытания, который используется для определения прочности грунта на сдвиг. Он может имитировать ограничивающее давление, которое почва видит глубоко в земле. Он также может моделировать осушенные и недренированные условия.
- Неограниченный тест на сжатие
- ASTM D2166. В ходе этого испытания образец грунта сжимается для измерения его прочности. Модификатор «неограниченный» противопоставляет это испытание испытанию на трехосный сдвиг.
- Содержание воды
- Этот тест показывает содержание воды в почве, обычно выражаемое в процентах от веса воды к сухому весу почвы. [11]
Геофизические исследования
Геофизические методы используются в инженерно-геологических изысканиях для оценки поведения площадки при сейсмическом событии. Измеряя скорость поперечной волны в грунте, можно оценить динамический отклик этого грунта. [12] Существует ряд методов, используемых для определения скорости поперечной волны на площадке:
- Метод перекрестных отверстий
- Скважинный метод (с сейсмическим КПН или заменяющим его устройством)
- Отражение или преломление поверхностных волн
- Ведение журнала приостановки (также известное как ведение журнала PS или ведение журнала Oyo)
- Спектральный анализ поверхностных волн (ПАВ)
- Многоканальный анализ поверхностных волн (MASW)
- Рефракционный микротремор (ReMi)
Другие методы:
- Электромагнитный (радар, удельное сопротивление)
- Оптический / акустический телезритель
Смотрите также
- Геотехническая инженерия
- Инженерная геология
- Геотехника
- Система веса винта Nippon
- Механика грунта
- Почвенный тест
Рекомендации
- ^ Точка, Рангун. «Консультанты по оценке загрязненных земель, Ноттингем» . Рангун-Пойнт . Проверено 9 апреля 2019 .[ мертвая ссылка ]
- ^ ASTM D1586-08a Стандартный метод испытаний для стандартного испытания на проникновение (SPT) и разрезного ствола
- ^ D1587 -08 Стандартная практика отбора проб грунтов из тонкостенных труб для геотехнических
- ^ «D4318-10 Стандартные методы испытаний предела жидкости, предела пластичности и индекса пластичности грунтов» . ASTM International . Проверено 16 января 2011 .
- ^ «D1883-07e2 Стандартный метод испытаний на CBR (коэффициент несущей способности в Калифорнии) лабораторно уплотненных грунтов» . ASTM International . Проверено 16 января 2011 .
- ^ "КАЛИФОРНИЯ СООТНОШЕНИЕ ПОДШИПНИКОВ (CBR) И ДИЗАЙН ДОРОЖНОГО ДВИЖЕНИЯ" . Руководство идиотов по содержанию дорог . Архивировано из оригинала на 2007-02-08 . Проверено 7 февраля 2007 .
- ^ «D3080-04 Стандартный метод испытаний грунтов на прямой сдвиг в условиях консолидированного дренажа» . ASTM International . Проверено 7 февраля 2007 .
- ^ «D4829-08a Стандартный метод испытаний индекса расширения почв» . ASTM International . Проверено 16 января 2011 .
- ^ «D5084-10 Стандартные методы испытаний для измерения гидравлической проводимости насыщенных пористых материалов с использованием пермеаметра с гибкими стенками» . ASTM International . Проверено 16 января 2011 .
- ^ "D422-63 (2007) Стандартный метод испытаний для анализа размеров частиц почв" . ASTM International . Проверено 7 февраля 2007 .
- ^ Влажность почвы
- ^ Каванд, А (06.06.2006). «Определение профиля скорости поперечной волны осадочных отложений в городе Бам (юго-восток Ирана) с использованием измерений микротремора». Характеристика участков и геоматериалов . Шанхай, Китай: ASCE . DOI : 10.1061 / 40861 (193) 25 .
Внешние ссылки
- UC Davis Видео о типичных методах бурения и отбора проб в геотехнической инженерии.