Геотехнические исследования

редактировать

A USBR почвовед усовершенствовал пробоотборник грунта с прямым проталкиванием Giddings Probe.

Геотехнические исследования проводит инженеры-геологи или инженеры-геологи для получения информации о физических свойствах грунта земляных работ и фундаментов для предлагаемых конструкций и для ремонта повреждений земляных работ и конструкции, вызванные подземными условиями. Этот тип расследования называется расследованием на месте. Кроме того, геотехнические исследования также используются для измерения удельного теплового сопротивления грунтов или материалов обратной засыпки, 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 в себя отбор проб почвы и лабораторные испытания отобранных проб почвы.

Исследование поверхности может включать геологическое картирование, геофизические методы и фотограмметрию, либо это может быть так же просто, как прохождение профессионала-геотехника вокруг участка для наблюдения за физическими условия на сайте.

Для получения информации о почвенных условиях под поверхностью требуется некоторая форма геологоразведки. Методы наблюдения за грунтами под поверхностью, получения образцов и определения физических свойств грунтов и горных пород включают в себя испытательные ямы, рытье траншей (особенно для обнаружения разломов и плоскостей скольжения ), бурение и др. и испытания на месте. Их также можно использовать для выявления загрязнения почвы перед застройкой, чтобы избежать негативного воздействия на окружающую среду.

Содержание

1 Отбор проб почвы
- 1.1 Пробоотборники почвы
2 Испытания на месте
3 Лабораторные испытания
4 Геофизические исследования
5 См. Также
6 Ссылки
7 Внешние ссылки

Отбор проб почвы

Буры бывают двух основных типов: большого и малого диаметра. Скважины большого диаметра редко используются из соображений безопасности и затрат, но иногда они 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 на глубине с помощью пробоотборников грунта, а также для проведения испытаний грунта на месте.

Образцы почвы часто классифицируются как нарушенные или ненарушенные ; 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) могут быть точно определены. 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 почвы, проницаемости, плотности, консолидации и других инженерных характеристик.

Сбор почвы в открытом море связан с множеством 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 пробирку 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, представляют собой нарушенные образцы.
Пробные ямы - это относительно небольшие траншеи, выкопанные вручную или с помощью машины, используемые для определения уровней грунтовых вод и отбора нарушенных образцов из.
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 разделительной ложкой / SPT. Используется в «Стандартном методе испытаний для стандартного испытания на проникновение (SPT) и отбора проб грунта с помощью раздельной бочки» (ASTM D 1586). 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 башмак привода из закаленного металла с отверстием 1,375 дюйма, а также односторонний клапан и адаптер буровой штанги на головке пробоотборника. Он вбивается 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, взятые таким образом пробы 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 выстлан металлическими трубками для хранения проб. Образцы из модифицированного пробоотборника California считаются нарушенными из-за большого отношения площадей пробоотборника (площадь стенок пробоотборника / площадь поперечного сечения пробы).
Пробоотборник Shelby Tube. Используется в «Стандартной практике отбора проб грунтов из тонкостенных труб для геотехнических целей» (ASTM D 1587). Пробоотборник состоит из тонкостенной трубки с режущей кромкой на носке. Головка пробоотборника прикрепляет трубку к буровой штанге и содержит обратный клапан и отводы давления. Обычно используемый в связных грунтах, этот пробоотборник продвигается в слой грунта, 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 единиц. ASTM допускает другие диаметры, как при условии, что они пропорциональны стандартизированной конструкции трубок, а длина трубки должна соответствовать полевым условиям. Образцы почвы, отобранные таким образом, считаются ненарушенными.
Поршневые пробоотборники. Эти пробоотборники представляют собой тонкостенные металлические трубки, содержащие поршень на наконечнике. Пробоотборники проталкиваются на дно скважины, при этом поршень остается на поверхности почвы, в то время как 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 ( компрометация образца), если встречается гравий. Кернер Ливингстона, разработанный Д. A. Livingstone - это широко используемый поршневой пробоотборник. Модификация пробоотборника Ливингстона с зубчатой головкой для отбора керна позволяет вращать его для прорезания подповерхностного растительного материала, такого как небольшие корни или закопанные ветки.
Пробоотборник для кувшина. Этот пробоотборник похож на поршневые пробоотборники, за исключением того, что в нем нет поршня. Рядом с верхней частью пробоотборника имеются отверстия для сброса давления, чтобы предотвратить повышение давления воды или воздуха над образцом почвы. Подходящими образцами грунта для этого пробоотборника являются глина, ил, песок, частично выветрившиеся породы.

Испытания на месте

A стандартное испытание на проникновение - это испытание на динамическое проникновение на месте, предназначенное для получения информации о свойствах почвы, при одновременном отборе образца нарушенной почвы для анализа размера зерен и классификации почвы.
A - это испытание на месте, в котором груз вручную поднимается и опускается на конус, проникающий в землю. количество мм на удар регистрируется, и это используется для оценки определенных свойств почвы. Это простой метод тестирования, который обычно требует подкрепления лабораторными данными, чтобы получить хорошую корреляцию.
A Испытание на проникновение конуса выполняется с помощью измерительного зонда с коническим наконечником, который гидравлически вдавливается в почву с постоянной скоростью. 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:
Датчик пенетрометра с пьезоконусом усовершенствован с использованием того же оборудования, что и обычный датчик CPT, но в датчике есть дополнительный инструмент, который измеряет давление грунтовых вод в качестве датчика.
Сейсмический датчик пенетрометра с пьезоконусом усовершенствован с использованием того же оборудования, что и датчик CPT или CPTu, но датчик также оснащен геофонами или акселерометрами для обнаружения поперечных волн и / или волн давления, создаваемых источник на поверхности.
Полнопоточные пенетрометры (Т-образные, шаровые и пластинчатые) зонды используются в чрезвычайно мягких глинистых почвах (например, отложениях морского дна) и продвигаются таким же образом, как и CPT. Как следует из их названий, Т-образный стержень представляет собой цилиндрический стержень, прикрепленный под прямым углом к бурильной колонне, образующий что-то вроде буквы Т, шар представляет собой большую сферу, а пластина представляет собой плоскую круглую пластину. В мягких глинах грунт обтекает зонд, как вязкая жидкость. 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 снижает 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 грунта восстановленным формам. В конечном итоге геотехнический специалист может использовать измеренное сопротивление проникновению для оценки недренированной и восстановленной прочности на сдвиг.
Испытание грунта с помощью спирального зонда Исследование грунта и испытание на уплотнение с помощью спирального зонда (HPT) стало популярным для обеспечения быстрого и точного метода определения свойств грунта на относительно небольших глубинах. Тест HPT привлекателен для осмотра фундамента на месте, поскольку он легкий и может быть проведен быстро одним человеком. Во время испытаний 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 тестом на проникновение конуса (CPT) с эмпирической калибровкой.

Тест дилатометра с плоской пластиной (DMT) - это зонд с плоской пластиной, который часто используется с установками CPT, но также может быть усовершенствован по сравнению с обычными буровыми установками. 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, а также в пробных скважинах, сделанных в боковых частях пробных карьеров в рамках исследования площадки. Тестирование обычно проводится портативным измерителем, 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 м до 1,0 м обычно не имеет прорезей и окружена гранулами бентонита для герметизации ствола скважины. Клапаны установлены и установки защищены запираемыми крышками кранов, которые обычно устанавливаются заподлицо с землей. Мониторинг снова осуществляется с помощью портативного счетчика и обычно проводится раз в две недели или ежемесячно.

Лабораторные испытания

На почвах можно проводить широкий спектр лабораторных испытаний 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 ее состава и могут быть эффективно проверены только на относительно ненарушенных 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 испытания могут быть использованы для предсказания других инженерных свойств.
Коэффициент несущей способности для Калифорнии: ASTM D 1883. Испытание для определения пригодности образца грунта или заполнителя в качестве дорожного основания. В уплотненный образец вставляют поршень и измеряют его сопротивление. Этот тест был разработан Caltrans, но он больше не используется в методике проектирования дорожного покрытия Caltrans. Он до сих пор используется как дешевый метод оценки модуля упругости.
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.
Испытание на индекс расширения: В этом испытании используется повторно сформированный образец грунта для определения индекса расширения (EI), эмпирическое значение, требуемое при содержании воды 50% для расширяющихся грунтов, таких как расширяющиеся глины.
Испытания на гидравлическую проводимость: Существует несколько тестов для определения гидравлической проводимости грунта. Они включают методы постоянного напора, падающего напора и постоянного расхода. Испытываемые образцы грунта могут быть любого типа, включая повторно сформированные, ненарушенные и уплотненные образцы.
Тест одометра: Его 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 ситового анализа, а более мелкие частицы анализируются с помощью ареометра. Различие между крупными и мелкими частицами обычно составляет 75 мкм. При ситовом анализе проба встряхивается через все более мелкие ячейки, чтобы определить градацию. Анализ ареометра использует скорость осаждения для определения градации частиц.
Тест R-Value: Калифорнийский тест 301 Этот тест измеряет поперечный отклик уплотненного образца почвы или заполнителя на вертикально приложенное давление при определенных условия. Этот тест используется Caltrans для проектирования дорожного покрытия, заменяя тест на коэффициент несущей способности в Калифорнии.
Испытания на уплотнение почвы: Стандартные тесты Проктора (ASTM D698), Модифицированные Прокторы (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.
Испытания на всасывание 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.
Испытание на неограниченное сжатие: ASTM D2166. В ходе этого испытания образец грунта сжимается для измерения его прочности. Модификатор «неограниченный» противопоставляет этот тест тесту на трехосный сдвиг.
Содержание воды: Этот тест обеспечивает содержание воды в почве, обычно выражаемое в процентах от веса воды к сухому весу почвы.

Геофизические исследования

Геофизические методы используются в инженерно-геологических исследованиях для оценки поведения площадки при сейсмическом событии. Измеряя скорость поперечной волны грунта, можно оценить динамический отклик этого грунта. Существует ряд методов, используемых для определения скорости поперечной волны на площадке:

Межскважинный метод
Скважинный метод (с сейсмическим CPT или заменяющим устройством)
Отражение или преломление поверхностной волны
Каротаж взвесей (также известный как каротаж PS или каротаж Oyo)
Спектральный анализ поверхностных волн (SASW)
Многоканальный анализ поверхностных волн (MASW)
Рефракционный микротремор (ReMi)

Другие методы:

Электромагнитное (радар, удельное сопротивление)
Оптическая / акустическая съемка с помощью телезрителя

См. Также

Ссылки

Внешние ссылки

Видео UC Davis о типичных методах бурения и отбора проб в геотехнической инженерии.