Прессиометрические испытания в Северной Америке: обзор. Часть 3

ПРЕССИОМЕТРИЧЕСКИЕ ИСПЫТАНИЯ В СЕВЕРНОЙ АМЕРИКЕ

Обзор соответствующей литературы говорит о том, что большинство прессиометрических испытаний в Северной Америке выполнялось с предварительным бурением скважины. Раннее тестирование с помощью самозабуривающегося прессиометра проводилось там в грунтах, в которые его можно было ввести с минимальными нарушениями их природного состояния и которые также подходят для испытаний in situ такими методами, как SPT, CPTu, крыльчаткой и плоским дилатометром (DMT). В таких грунтах прессиометрия не дает существенных преимуществ для геотехнического описания площадки по сравнению с другими типами испытаний, поэтому в то время преобладало использование других инструментов. В исследовательской же сфере прессиометрические тесты вызывали и продолжают вызывать большой интерес. Прессиометры также нашли свое применение в «нестандартных» материалах, то есть в первую очередь в мерзлых грунтах, во льду, в слабых и твердых скальных породах (Ladanyi, 1995), но было также проведено значительное количество испытаний и в других трудноизучаемых грунтах, таких как ледниковые морены, твердые глины, остаточные грунты и бытовые отходы.

Стандарты ASTM

Единственным стандартом ASTM, имеющим отношение к прессиометрическим испытаниям в Северной Америке, является ASTM D4719. Его текущая на момент выхода данного обзора версия была опубликована в 2007 году. Она касается испытаний прессиометром, вводимым в предварительно пробуренную скважину. (ASTM – American Society for Testing and Materials, ASTM International – Американское общество по испытаниям и материалам, ставшее международной некоммерческой организацией, разрабатывающей и издающей добровольные стандарты для материалов, продуктов, систем и услуг. – Ред.)

Сфера применения вышеуказанного стандарта резюмируется в ASTM следующим образом:

«Этот метод охватывает испытания грунтов с помощью прессиометра. Прессиометрическое испытание – это испытание in situ, определяющее зависимость «напряжение – деформация» и проводимое радиально расширяющимся цилиндрическим зондом, давящим на стенки ствола скважины. Для получения надежных результатов испытаний необходимо минимизировать нарушения стенок скважины...

Этот метод испытаний включает в себя процедуры бурения скважины, установки зонда и проведения прессиометрических испытаний как в несвязных, так и в связных дисперсных грунтах, но не включает испытания скальных пород под высоким давлением. Знание типа грунта, в котором предстоит проводить каждое прессиометрическое испытание, необходимо: во-первых, для выбора метода бурения или размещения зонда (или для того и другого); во-вторых, для интерпретации данных испытаний; в-третьих, для обоснованности результатов тестирования».

Далее указывается, что этот метод не распространяется на использование самозабуривающегося прессиометра и ограничивается применением прессиометра, который вставляется в предварительно пробуренную скважину или, при определенных обстоятельствах, вводится в грунт забиванием (by driving).

В настоящее время нет стандарта ASTM для разновидностей испытаний, направленных на определение основных параметров грунта.

В других местах мира (точне, в Западной Европе. – Ред.) методики прессиометрическиех испытаний и интерпретации их результатов определяются международным стандартом ISO 22476-4 (на момент публикации данной статьи – проектом, подготовленным техническим комитетом № 182 Международной организации по стандартизации ISO, точнее подкомитетом № 1 по геотехнике и техническим комитетом № 341 по геотехническим исследованиям и испытаниям Европейского комитета по стандартизации CEN). В указанном стандарте предусматривается более полный набор процедур. Он не ограничивается использованием прессиометра только в дисперсных грунтах, а включает и слабые скальные породы. Интересно отметить, что испытание прессиометром, помещаемым в предварительно пробуренную скважину, там называется «испытанием прессиометром Менара». На рисунке 8 показана схема соответствующего прибора.

Рис. 8. Схема прессиометра Менара, помещаемого в предварительно пробуренную скважину (по ISO, 2009)

В стандарте ASTM описываются методики тестов, а также даются рекомендации по наилучшим практическим способам подготовки ствола скважины к прессиометрическим испытаниям в зависимости от типа грунта (таблица 3). В таблице 4 приведены рекомендации из стандарта ISO. Этот международный стандарт также определяет максимально допустимое время между формированием испытательного кармана и фактическим испытанием, а также максимально допустимую длину участка скважины, проходимого на этапе непрерывного бурения или забивки перед испытанием во избежание дальнейшего нарушения дисперсного или скального грунта (таблица 5).

Таблица 3. Рекомендации по выбору методов и инструментов подготовки скважины (по ASTM D4719)

Таблица 4. Рекомендации по методам введения в грунт прессиометрического зонда (по ISO, 2009)

Таблица 5. Максимально допустимая длина участка скважины, проходимого на этапе непрерывного бурения или забивки перед испытанием (по ISO, 2009)

Спецификации ASTM изначально были разработаны с использованием французских стандартов в качестве шаблонов. Новый международный стандарт (ISO) включает вклад нескольких стран и пользователей с различным опытом, что делает этот документ более удобным и последовательным. А стандарт ASTM часто отстает в тех случаях, когда требуются обновления (например, каждые 7 лет), и пересматривается меньшим кругом пользователей. Применение же международного стандарта (ISO) в качестве рабочего документа для практики Северной Америки способствовало бы обмену информацией и результатами, которые могли бы быть использованы при разработке улучшенных методов помещения прессиометров в грунт, испытаний с их помощью и интерпретации получаемых данных.

Также следует указать на следующую разницу между стандартами ASTM D4719 и ISO 22476-4. В документе Международной организации по стандартизации (ISO) не упоминается об использовании петель циклов «разгрузка – повторное нагружение» как части прессиометрического испытания Менара, в то время как в стандарте ASTM указано, что такая петля приемлема и что результирующий модуль должен быть четко идентифицирован как модуль цикла «разгрузка – повторное нагружение». Однако в документе ASTM мало инструкций относительно того, как следует выполнять такие циклы и интерпретировать их результаты. Так, на одной из лекций по испытаниям Менара было заявлено о категорическом неодобрении использования «модуля повторного нагружения» для испытаний прессиометром, помещаемым в предварительно пробуренную скважину, потому что этот параметр «не является стандартным модулем» и «не является точно определенным» (Briaud, 2013).

Однако возможность оценивать модуль по результатам измерений зависимости «напряжение – деформация» во время расширения испытательной полости и циклов «разгрузка – повторное нагружение» является одним из наиболее значительных преимуществ прессиометрических испытаний в дисперсных и скальных грунтах in situ. Как показано в таблице 6, модули, полученные в результате испытаний прессиометрами, расценивают несколькими разными способами, что затрудняет достижение последовательного и уместного использования прессиометрических модулей при анализе деформаций. Было показано, что модуль цикла «разгрузка – повторное нагружение», по-видимому, относительно независим от метода размещения в грунте прессиометрического зонда, поскольку эти разгрузка и повторное нагружение, по существу, являются упругими. Однако петли «разгрузка – повторное нагружение» необходимо получать очень тщательно, чтобы гарантировать их надежную интерпретацию. Например, в литературе (Wroth, 1984) есть аргументированное мнение о том, что уменьшение (декремент) напряжения в петле «разгрузка – повторное нагружение» при прессиометрических испытаниях в недренированных условиях должно быть ограничено удвоенной прочностью на сдвиг. Для песков уменьшение (декремент) напряжения должно быть ограничено примерно 40% от исходного эффективного напряжения в начале разгрузки (Fahey, 1991). Кроме того, необходимо указать уровень приращения деформации, связанный с прессиометрическим модулем, поскольку этот модуль уменьшается с увеличением уровня приращения деформации (Clarke, 1995). При расширении в дренированных условиях также необходимо учитывать влияние уровня напряжения в начале разгрузки, поскольку с увеличением этого напряжения увеличивается жесткость.

Таблица 6. Варианты расценивания разными исследователями модулей, полученных по данным прессиометрических испытаний (по Clarke, 1995)

-

В следующей части обзора речь вновь пойдет о проблемах, связанных с прессиометрическими испытаниями в Северной Америке, но на конкретных примерах.

Список литературы, использованной авторами переведенного обзора [1], можно посмотреть в конце оригинальной статьи по ссылке: soilsandrocks.com.br/soils-androcks/SR37-3_211-231.pdf.

Источник для перевода

1. Benoit J., Howie J.A. A View of Pressuremeter Testing in North America // Soils and Rocks (International Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering). San Paulo, 2014. Vol. 37. № 3. P. 211–231. URL: soilsandrocks.com.br/soils-androcks/SR37-3_211-231.pdf.