Приложение D (обязательное). Получение прессиометрических параметров

Приложение D
(обязательное)

Получение прессиометрических параметров

D.1 Получение скорректированной прессиометрической кривой

D.1.1 Общие положения

Значения давления и объема, считываемые во время испытания, должны быть скорректированы:

- для гидравлического напора p_h;

- потери давления зонда р_е;

- потери объема всего оборудования во время нагнетания жидкости

D.1.2 Коррекция гидравлического напора зонда

Во время испытания на данном уровне z_s давление в центральной камере должно быть равно сумме давления на регуляторе давления и гидростатического напора p_h между уровнем расположения устройства измерения давления и центром прессиометрического зонда (см. рисунок D.1)

.

D.1.3 Поправка на потерю давления зонда

Эта поправка касается потери давления р_е прессиометрического зонда в зависимости от V_r (см. В.4.3 и рисунок В.4). Эта экспериментальная кривая должна быть описана одной из следующих математических функций в зависимости от цели анализа испытания. Методы перечисляются, начиная от приближенного (грубый анализ) до детально разработанного (исследовательская работа):

- первый метод - линейная интерполяция между экспериментальными точками;

- второй метод - интерполяция типа степенной зависимости

,

где m - выбирают между 0 и 1;

b и с - получают методом среднеквадратической регрессии;

- третий метод - двойное гиперболическое регулирование.

Поскольку потеря давления зависит от типа мембраны и оболочки, щелевой трубы (при ее наличии) и объема нагнетаемой жидкости, скорректированное давление имеет вид

.

1 - прессиометрический зонд; 2 - прессиометрический ствол скважины; 3 - обсадная труба; 4 - уровень воды; 5 - поверхность дна акватории; 6 - устройство измерения давления жидкости; 7 - блок управления (CU); z - отметка уровня

Рисунок D.1 - Положение уровня зонда и блока управления во время испытания

D.1.4 Поправка на потерю объема

Коррекция потери объема, касающаяся экспериментальной кривой потери объема прессиометрического зонда, которая была показана в В.4.2.2, должна быть осуществлена с использованием коэффициента , полученного по методу линейной регрессии (см. В.4.2.1).

Для данного значения давления р_r объем V_r должен быть скорректирован с тем, чтобы учесть потери объема зонда, коммуникаций и измерительной системы

.

Примечание - Поправка на потерю объема не является обязательной в грунтах от мягкой до средней жесткости.

Вместо метода линейной регрессии предпочтение следует отдавать разработанным методам, например гиперболической модели или прямой линейной связи между экспериментальными точками.

D.1.5 Скорректированная прессиометрическая кривая

Уменьшенные значения объема и давления, считанные на каждом уровне давления за истекшее время 60 с, получают из следующих уравнений:

,

.

Прессиометрическая кривая должна быть построена в координатах давления по горизонтальной оси и объема по вертикальной оси (ЕН 1997-2:2007, пункт 4.4.3(5), таблица 4.1).

D.2 Оценка качества прессиометрического испытания

D.2.1 Анализ прессиометрического испытания

Скорректированную прессиометрическую кривую следует анализировать вместе с исправленной кривой ползучести, принимая во внимание следующее:

- наклон m_i участков прямой линии между экспериментальными точками

.

- и значения ползучести по Менарду (см. рисунки 5 и D.2).

Скорректированную прессиометрическую кривую следует анализировать вместе с исправленной кривой ползучести, принимая во внимание наклон m_i и значения ползучести по Менарду на каждом уровне поддерживаемого давления (см. рисунки 5 и D.2). В завершенном испытании последовательность считываний можно разделить на три последовательные группы:

- первая группа состоит из показаний считываний, полученных во время расширения зонда вплоть до касания поверхности зонда и стенки кармана; они обычно демонстрируют высокие значения ползучести по Менарду;

- вторая группа в нижнем диапазоне давлений состоит из показаний, которые соответствуют низкому наклону графика m_i и малым значениям давления ползучести по Менарду. Эта группа отражает псевдопластическую часть кривой;

- третья группа в верхнем диапазоне давлений демонстрирует все более высокие значения наклона и давления ползучести по Менарду. Эта группа идентифицирует пластическую фазу.

Давление ползучести по Менарду p_fM должно быть обнаружено в переходной зоне между последними двумя группами (см. D.3).

Модуль Менарда E_M должен быть получен из второй группы считываний (см. D.5).

Предельное давление по Менарду p_LM должно быть получено из третьей группы считываний (см. D.4).

Область на прессиометрической кривой между первой и второй группой используют для того, чтобы определять момент соприкосновения зонда со стенкой кармана.

D.2.2 Качество прессиометрического испытания

Разброс контрольных точек и форма прессиометрической кривой должны отражать качество испытательного кармана.

Если стенка испытательного кармана является почти безупречной и испытание выполнено в идеальных условиях, то первая группа показаний должна завершиться до начала снятия отсчетов первого уровня давления, что указывает на высокое качество испытания.

Чтобы установить все три параметра p_fM, p_LM и E_M требуются по меньшей мере две точки данных во второй группе и две точки данных в третьей группе.

Если в испытании одна группа считываний является неполной или пропущенной, то это оказывает следующее влияние на определение этих трех параметров;

- если прессиометрическая кривая включает в себя только вторую и третью группы считываний с меньшим числом, чем две точки данных во второй группе, то значения E_M и p_fM не могут быть получены;

- если прессиометрическая кривая включает в себя только первую и вторую группы показаний (т.е. одна или ни одной точки данных в третьей группе), то значения p_LM и p_fM не могут быть получены.

Примечание - Прессиометрическая кривая, которая включает в себя только две последние группы считываний, может быть получена из испытания, выполненного в рыхлом грунте или в слишком узком кармане. Слишком большой карман может дать прессиометрическую кривую, которая включает в себя только первые две группы считываний.

1 - начальная оценка; 2 - конечная проверка; 3 - двойная гиперболическая аппроксимирующая кривая; 4 - обратная прямая линия объема, соответствующая последним трем значениям; 5 - пример соответствия точек ползучести; i - начальный

------------------------------

^а Скорректированные точки результатов прессиометрического испытания, подобранные с двойной гиперболической кривой.

^b Точки данных прессиометрической ползучести (шкала объема увеличена в 10 раз).

^с Скорректированные точки данных прессиометрического испытания на 1/V шкале (шкала обратных величин объема на вертикальной оси, правая сторона).

^d Точки сохраняются для получения E_M после окончательной проверки для p_LM и p_fM.

^е Черная точка, оставленная для p_LM (D.4.2).

^f Две серые точки, первоначально ограничивающие псевдопластический диапазон (D.5.1).

Рисунок D.2 - Анализ кривой прессиометрического испытания. Пример

D.3 Прессиометрическое давление ползучести

Если имеются показания по меньшей мере как во второй, так и в третьей группе, то должна быть сделана количественная оценка давления ползучести p_fM с использованием следующих графических анализов:

- графический анализ диаграммы (р, ) Две прямые линии должны быть начерчены на графике (р, ): первая линия, связанная с точками данных второй группы, и вторая линия, связанная с точками данных третьей группы, как показано на рисунке D.2. Абсцисса пересечения двух прямых линий должна давать первое значение для p_fM, обозначаемое р_fMi;

- графический анализ диаграммы (р, ). Граничную линию для второй группы точек (псевдопластическая фаза) прессиометрической кривой и третьей группы точек (большие деформации) обозначают как абсциссу p_2i.

Значение давления ползучести должно лежать между p_fMi и p_2i. Чем ближе p_fMi и p_2i, тем выше качество испытания.

Эта величина должна быть подтверждена во время окончательной проверки (см. D.6) при рассмотрении значений p_LM и E_M, определяемых в следующих разделах.

D.4 Прессиометрическое предельное давление

D.4.1 Определение

Так как прессиометрическое предельное давление определяют при удвоении объема центральной измерительной камеры, который также называют объемом кармана, и в связи с тем, что фиксируемый объем не включает в себя исходный объем V_c центральной измерительной камеры (см. В.2.2.1), предельное давление должно быть откорректировано подавлению, для которого скорректированный объем, добавленный в центральную камеру зонда, определяется по выражению (см. рисунок D.2)

.

D.4.2 Прямое решение

Если во время испытания нагнетаемый объем становится таким, что объем центральной камеры прессиометрического зонда начинает превышать

,

то предельное давление должно быть получено путем линейной интерполяции.

D.4.3 Методы экстраполяции

D.4.3.1 Общие положения

Если во время испытания объем добавленной в камеру жидкости менее V_c + 2V₁, использовать прямой метод невозможно. Поэтому предельное давление должно быть экстраполировано.

Каждый из двух методов экстраполяции, изложенных в D.4.3.2 и D.4.3.3, должен быть применен к результатам испытания. Окончательное значение предельного давления, которое надо зафиксировать в протоколе испытания, должно быть установлено по методу, изложенному в D.4.4.

Для этих методов экстраполяция разрешается, только когда число ступеней давлений, приложенных свыше давления p_fM, по меньшей мере равно двум (см. D.6).

Если предельное давление не будет получено прямым методом или методами экстраполяции, то значение предельного давления должно быть указано в отчете как p_LM > р, где р - последнее приложенное скорректированное давление.

D.4.3.2 Метод обратной величины (1/V)

Пары считывания показаний (р, V) должны быть преобразованы в значения (р, 1/V), по которым строится график. Линейная регрессия должна быть выполнена на основе последних трех отсчетов.

Эта экстраполяция должна быть получена путем выражения

с

,

где А и В - коэффициенты, полученные путем метода наименьших квадратов Y на р.

Предельное давление должно быть установлено по уравнению

.

D.4.3.3 Двойной гиперболический метод

Прессиометрическая кривая должна быть аппроксимирована прямой линией, касательной к двум гиперболическим участкам, в соответствии с уравнением

.

Коэффициенты А₅ и А₆ являются абсциссами вертикальных асимптот каждой гиперболы.

Матрица четырех коэффициентов [А] = [A₁, А₂, А₃, А₄] должна быть получена для значений пределов асимптот А₅ и А₆ путем следующего преобразования

,

где

.

А₅ и А₆ найдены путем анализа наименьших квадратов по V на основе метода Гаусса-Ньютона.

Предельное давление p_LMDH должно быть установлено для V_L = V_c + 2V₁ из двойного гиперболического уравнения, представленного выше, с использованием аналитического выражения, представленного единственным положительным решением как 0 < p_LMDH < А₆ в уравнении третьей степени

.

Примечание - Сведения о математическом моделировании см. в [2]-[4].

D.4.4 Предельное давление путем экстраполяции, конечный шаг

Сумма ошибок для каждой экстраполированной кривой, полученной двумя методами, изложенными в D.4.3.2 и D.4.3.3, должна быть вычислена и разделена на число использованных точек. Предельное давление p_LM должно быть определено методом, обеспечивающим получение наименьшей средней ошибки.

D.5 Получение прессиометрического модуля Менарда

D.5.1 Выбор псевдопластического диапазона

Анализ скорректированной прессиометрической кривой следует начинать с вычисления наклона m_i каждого линейного участка между двумя смежными точками данных (см. рисунок 5)

,

где , - координаты для начала участка N i (i  1).

Наименьшее значение m_i, всегда положительное, обозначают m_Е. Координаты начальной точки этого участка (р_Е, V_E) и его конца (, ) используются для вычисления коэффициента следующим образом

,

где - допустимое отклонение для объема V, принятого первоначально 3 см³.

В первом приближении псевдопластический диапазон, по которому определяют прессиометрические модули, должен быть получен путем включения всех последующих участков, наклон которых меньше в раз минимального градиента m_Е, не равного нулю. Этот диапазон должен быть затем растянут в обоих направлениях от исходной точки первого такого участка до конца самого последнего участка. Координаты исходной точки псевдопластического диапазона должны быть обозначены как (р₁, V₁), а координаты конца этого диапазона - (р₂, V₂). Если число интервалов n становится слишком малым (например, n < 3), то интервал допустимого отклонения V должен быть увеличен. Должна быть сделана инженерная оценка, например путем рассмотрения р₂, близкого или равного p_fMi.

Примечание - В любой момент считывания на испытании и отчетности об испытании быстрая аппроксимация границ псевдопластического диапазона (р₁, V₁), (р₂, V₂) может быть получена путем анализа вариации DV/DP между удержаниями давления.

D.5.2 Прессиометрический модуль Менарда E_M

D.5.2.1 Общие положения

В соответствии с типом оболочки зонда прессиометрический модуль должен быть получен путем использования уравнений, приведенных в D.5.2.2 или D.5.2.3.

D.5.2.2 Гибкая оболочка

,

где - коэффициент Пуассона, обычно принимаемый 0,33.

Модуль E_M должен быть задан в мегапаскалях.

D.5.2.3 Щелевая труба

При использовании щелевой трубы модуль E_Mдолжен быть получен из уравнения в D.5.2.2 или из следующего уравнения

,

где

- объем центральной измерительной камеры после поверки;

- объем центральной измерительной камеры, включая щелевую трубу;

.

Примечание - Дополнительную информацию в отношении этого уравнения см. в [4].

Соответствующее уравнение, использованное согласно либо D.5.2.2, либо D.5.2.3, должно быть указано в отчете.

D.6 Окончательная проверка прессиометрических параметров

Перед завершением интерпретации прессиометрического испытания значения р₁, р₂, p_fM (в полевых условиях) или p_LM (в лаборатории) должны быть отмечены на горизонтальной оси прессиометрической испытательной кривой (см. рисунок 5 и D.2) и проверены с исправленной кривой в целях выявления любых погрешностей или некорректной экстраполяции и проверки выбора границ для трех параметров (p_fM, p_LM, E_M).

При получении предельного давления путем экстраполяции и его фиксации в протоколе испытания оно не должно быть ниже последнего значения откорректированного давления, приложенного к грунту.