Геотехнические изыскания - Geotechnical investigation

А USBR Ученый-почвовед представляет пробоотборник грунта с прямым проталкиванием Giddings Probe.

Геотехнические изыскания выполняются инженеры-геотехники или же инженерные геологи для получения информации о физических свойствах грунта земляные работы и основы для предлагаемых конструкций и для ремонта повреждений земляных работ и сооружений, вызванных подземными условиями. Этот тип расследования называется расследованием на месте. Кроме того, геотехнические изыскания также используются для измерения термическое сопротивление 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 исследование недр участка. Иногда, геофизические методы используются для получения данных о сайтах. Исследование недр обычно включает в себя отбор проб почвы и лабораторные испытания отобранных проб почвы.

Исследование поверхности может включать геологическое картирование, геофизические методы и фотограмметрия, или это может быть так же просто, как прохождение профессионала-геотехника вокруг участка для наблюдения за его физическими условиями.

Чтобы получить информацию о грунтовых 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 испытательные ямы, рытье траншей (особенно для определения местоположения недостатки и самолеты скольжения ), скучно, и на месте тесты. 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 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 с глубины с помощью пробоотборники почвы, а также для проведения испытаний грунта на месте.

Образцы почвы часто классифицируются как нарушенный или же невозмутимый; 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 почвы, 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 Кульленберга, 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 представляют собой относительно небольшие траншеи, выкопанные вручную или машинным способом, используемые для определения уровня грунтовых вод и отбора проб из нарушенных грунтовых вод.
• 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 почвы с раздельным стволом» (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 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, 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. Пробы из модифицированного пробоотборника California считаются нарушенными из-за большого отношения площадей пробоотборника (площадь стенки пробоотборника / площадь поперечного сечения пробы).
• 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 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 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 вставляются в нижнюю часть скважина, при этом поршень остается на поверхности почвы, в то время как трубка скользит мимо него. Эти пробоотборники возвращают ненарушенные образцы в мягких грунтах, но их трудно продвигать в песках и жестких глинах, и они могут быть повреждены (компрометируя образец) при обнаружении гравия. В Кернер Ливингстона, разработан Д. А. Ливингстон, является широко используемым поршневым пробоотборником. Модификация пробоотборника Ливингстона с зубчатой ​​головкой для удаления керна позволяет вращать его для прорезания подповерхностного растительного материала, такого как небольшие корни или закопанные ветки.
• Пробоотборник Pitcher Barrel. 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 почвы для этого пробоотборника являются глина, ил, песок, частично выветрившиеся породы.

На месте тесты

• А стандартный тест на проникновение представляет собой испытание на динамическое проникновение на месте, предназначенное для получения информации о свойствах грунта, а также сбора образца нарушенного грунта для анализа размера зерен и классификации грунта.
• А динамический конусный пенетрометр представляет собой испытание на месте, в котором груз вручную поднимают и опускают на конус, проникающий в землю. 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.
• А тест 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:
• 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 с пьезоконусным пенетрометром 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-образный стержень представляет собой цилиндрический стержень, прикрепленный под прямым углом к ​​бурильной колонне, образующий что-то похожее на букву 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 восстановленного грунта. В конечном итоге 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 теста со спиральным зондом (HPT) стало популярным как средство быстрого и точного 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 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 тестированием на проникновение конуса (CPT) с эмпирической калибровкой.

Тест дилатометра с плоской пластиной (DMT) - это зонд с плоской пластиной, который часто совершенствуется с использованием установок 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 в желаемом интервале глубин.

Испытания газа на месте могут проводиться в скважинах после заканчивания и в отверстиях для зондирования, 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. Верхние 0,5–1,0 м трубопроводов обычно не имеют прорезей и окружены бентонит гранулы 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 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 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.

Геофизические исследования

Геофизический методы используются в инженерно-геологических изысканиях для оценки поведения объекта в сейсмический мероприятие. Измеряя почву поперечная волна скорости, можно оценить динамический отклик этой почвы.^[12] Существует ряд методов, используемых для определения скорости поперечной волны на площадке:

• Crosshole метод
• Скважинный метод (с сейсмическим КПН или заменяющим его устройством)
• Отражение или преломление поверхностных волн
• Ведение журнала приостановки (также известное как ведение журнала P-S или ведение журнала Oyo)
• Спектральный анализ поверхностных волн (SASW)
• 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

внешняя ссылка

• UC Davis Video по типовым методам бурения и отбора проб в геотехнической инженерии.