Дослідження щільності і міцності гірських порід методами зондування
В
даний час при інженерних дослідженнях широке застосування отримали методи
статичного і динамічного зондування. Це дуже прості методи
досліджень переважно піщаних і глинистих порід, що дають широку інформацію
про їх щільності, міцності, деформаційних властивостях і однорідності. Крім
того, за допомогою цих методів можна встановлювати зміна геологічного
розрізу по глибині, виявляти глибину залягання і потужність слабких верств і зон
щільних, міцних і корінних порід, а також зміни ступеня ущільнення, і
зміцнення штучно відсипаний або намитих порід у часі. Методи
зондування дозволяють отримувати необхідні дані для проектування та оцінки
умов будівництва пальових фундаментів, шпунтових огорож та інших видів
будівельних робіт.
Досліди
полягають у задавліваніі або забиванні в гірські породи зонда з конічним
наконечником (рідко грунтоноса-пробовідбірником). При статичному зондуванні
зонд задавлівается в породи, при динамічному - забивається. За тим
опорам, які надають гірські породи проникненню в них зонда,
судять про їх щільності, міцності та інших властивостях. Природно, що такі
дослідження гірських порід не є достатньо точними, вони дають
попередні, головним чином наближені уявлення про їх властивості.
При поєднанні методів зондування з іншими видами геологічних робіт,
результативність їх, тобто точність і достовірність, значно підвищуються.
Статичний
і динамічне зондування - це польові експрес - методи, для інтерпретації
результатів яких на попередніх стадіях вишукувань їх треба обов'язково
поєднувати з розвідувальними роботами - геофізичними і гірничо-буровими, а на
детальних - використовувати як додаткові з метою підвищення детальності
вишукувань в цілому та вирішення спеціальних питань (наприклад, при проектуванні
пальових фундаментів та ін.)
ГОСТ
20069-74 і 19912-74 і «Вказівки щодо зондування гірських порід для будівництва»
(СН 448-72) рекомендують при інженерних дослідженнях для конкретних будівель і
споруд зондування робити в межах їх контурів або не більше ніж в 5 м від них. Для отримання
порівнянних даних частина точок зондування рекомендується розташовувати на
відстанях не більше 5 м
від розвідувальних виробок, з яких здійснюють відбір монолітів гірських порід
для лабораторних досліджень і виконують інші польові дослідження. Практика
показує, що дані зондування необхідно розглядати спільно з даними,
отримуються при бурінні свердловин та проходки гірничих виробок. Цього вимагають ГОСТ
20069-74 і 19912-74. Глибину зондування визначають виходячи з необхідності
дослідження певної товщі гірських порід як підстав будівель і споруд.
Гранична глибина зондування не повинна перевищувати 20-ти. Область застосування
статичного і динамічного зондування в залежності від виду і фізичного
стану гірських порід регламентується даними, наведеними в табл.1.
Таблиця
1.
Область
застосування статичного і динамічного зондування за СН 448-72
Вид і фізичний стан гірських порід
Спосіб зондування
статичний
динамічний
Піщані:
крупно-, середньо-, дрібно-та тонкозернисті вологі і ї
маловлажние;
крупно-, середньо-, дрібнозернисті водоносні;
Допускаються
тонкозернисті пиловані водоносні
Допускається
Не допускається *
Глинисті (супіски, суглинки і глини):
твердої, напівтверді і тугопластічной консистенції;
Допускаються
м'якопластичного, текучепластічной й текучої консистенції
Допускається
Не допускається *
Піщані і глинисті зі змістом великоуламкових
матеріалу
Не допускаються
при більш 25%
при більш 40%
Піщані водоносні
При визначенні динамічної стійкості
Не допускається *
Допускається
Всі види гірських порід в мерзлому стані
Не допускаються
Скельні і напівскельні
великоуламкових
*
Допускається за спеціально розробленою методикою при проведенні
експериментальних робіт.
При
статичному зондуванні основними показниками властивостей гірських порід є:
а)
загальне опір зондування Rобщ, кгс;
б)
опір занурення конуса Rкон кгс/см2;
в)
питомий опір занурення конуса Rуд. кон, кгс/см2;
г)
опір тертя по бічній поверхні зонда Rтр, кгс/см2.
Загальна
опір гірських порід - це те опір, що вони роблять
проникненню зонда. Воно рівне тому зусиллю (кгс), що передається зонду
гідравлічним домкратом або вагою вантажу.
При
використанні сучасних гідравлічних установок воно дорівнює
Rобщ
= PFц,
де
p - показання манометра, що відображає тиск в циліндрі гідравлічного
домкрата, кгс/см2; Fц - площа поршня гідравлічного домкрата, см2.Часть
зусиль, що витрачаються на вдавленням зонда, витрачається на подолання сил тертя
між зондом і породою. Якщо виключити ці опору, одержимо опір
гірських порід, що надається безпосередньо проникненню конуса, тобто
опір занурення конуса Rкон.
Rкон
= Rобщ - Rтр.
Сучасні
установки для статичного зондування дозволяють проводити вимірювання загального
опору зондування за показаннями манометра, а опору
проникненню конуса - за показаннями динамометра та індикаторів годинникового типу.
Питомий
опір статичного зондування конусом одно
Rуд
= Rкон/Fк,
де
Fк - площа поперечного перерізу конуса, см2.
Питомий
опір - це опір гірських порід проникненню конуса,
що припадає на одиницю його поперечного перерізу. Міжнародний конгрес з
механіки грунтів та фундаментобудівництва (IV в 1957 р. в Лондоні і V в 1961 р. в Парижі) було
рекомендовано використовувати для статичного зондування конус діаметром 36 мм, площею 10 см2, з
кутом при вершині 60 °.
Опір
гірських порід тертя по бічній поверхні зонда одно
Rтр
= Rобщ - Rкон
Сучасні
конструкції установок для статичного зондування дозволяють вимірювати або
загальне опір гірських порід і опір їх занурення конуса, або
опір проникненню конуса і величину тертя по бічній поверхні
зонда.
При
динамічному зондуванні гірських порід основними показниками є: а)
показник динамічного зондування N; б) глибина занурення зонда від
певної кількості ударів стандартного молота S (це число ударів прийнято називати
заставою); в) умовне динамічний опір гірських порід Rд, кгс/см2 (по
ГОСТ 19912-74 позначається після, тобто не так, як воно позначається
міжнародними індексами).
Показником
динамічного зондування прийнято називати число ударів молота, необхідне
для занурення зонда на певну глибину. У нашій країні ця глибина
прийнята рівною 10 см.
Звідси показник динамічного зондування дорівнює
N
= 10n/S,
де
n - число ударів у заставі; S - глибина занурення зонда від прийнятого числа
ударів молота в заставі.
Показник
динамічного зондування залежить не тільки від опору, що чиниться
гірськими породами проникненню зонда, а й від сил тертя, що розвиваються по
бічній поверхні зонда при його зануренні, і від збільшення його ваги з
глибиною. Тому при обробці результатів випробувань вводять відповідні
поправки на бічне тертя порід і на збільшення ваги зонда. Ці поправки
наводяться в методичних посібниках.
Основним
показником властивостей гірських порід при динамічному зондуванні вважається
умовне динамічний опір гірських порід Rд. Тільки цей показник
пропонується ГОСТ 19912-74 і «вказівками по зондування гірських порід для
будівництва »(СН 448-72). Його розраховують за формулою
Rд
= KП0Фn/S,
де
K - коефіцієнт для обліку втрат енергії при ударі, який визначається за спеціальною
таблиці; П0 - коефіцієнт для врахування впливу застосовуваного устаткування,
який визначається за спеціальною таблицею; Ф - коефіцієнт для врахування тертя штанг про
гірські породи, що визначається за даними двох випробувань, в одному з яких
зондування виробляється в процесі буріння; n - число ударів у заставі; S --
глибина занурення зонда від прийнятого числа ударів молота в заставі.
Для
статичного і динамічного зондування застосовують різноманітні установки і
верстати. Найбільш часто використовують установки конструкції ДПІ Фундаментпроект
марки С-979, башта-промбуда марки С-832 і ВСЕГІНГЕО марки СПК. Відомі
установки конструкції та інших організацій.
Інформація
для статті запозичена з книги: Ломтадзе В.Д. "Інженерна геологія.
Спеціальна інженерна геологія. "Л, Недра, 1978
Список літератури
Для
підготовки даної роботи були використані матеріали з сайту http://www.geoda.ru/
