Приложение В. Лабораторные и полевые методы определения характеристик грунтов шельфа

Приложение В

Лабораторные и полевые методы определения характеристик грунтов шельфа

В настоящем приложении приведены методики определения необходимых характеристик, для которых отсутствуют нормативные документы, а также некоторые способы интерпретации данных статического зондирования, специально разработанные применительно к грунтам шельфа.

Содержание карбоната

В.1 Карбонатность (содержание карбоната кальция ) относится к числу необходимых для определения характеристик грунтов [1].

В.2 Содержание в грунтах следует определять газометрическим методом, при котором фиксируют количество углекислого газа , выделившегося при разложении навески грунта 10%-ным раствором соляной кислоты. Избыточное давление, генерируемое в закрытом сосуде при взаимодействии карбоната в грунте с соляной кислотой, пропорционально эквивалентному содержанию карбоната в образце. Испытания проводят с помощью манометрического кальциметра.

В.3 Для определения содержания карбоната высушенную, измельченную и просеянную сквозь сито с ячейками размером 0,425 мм пробу грунта массой г помещают в реактор прибора, где она реагирует с 20 мл 10%-ного раствора соляной кислоты. После завершения реакции, которая продолжается 10 мин, измеряют избыточное давление и определяют содержание карбоната кальция в грунте с помощью калибровочной зависимости.

Примечание - Приблизительная оценка содержания карбоната может быть выполнена [1, таблица 6.5], если это допускается программой лабораторных исследований.

Максимальная и минимальная плотности песка

В.4 Максимальная и минимальная плотности - важнейшие характеристики песчаного грунта, поскольку они входят в формулу для определения степени плотности

, (В.1)

где , , е - соответственно коэффициенты пористости в предельно рыхлом, предельно плотном и естественном сложении;

, (В.2)

где - плотность частиц грунта, - плотность скелета грунта.

В.5 Отбор образцов ненарушенного сложения в песчаных водонасыщенных грунтах практически невозможен. Поэтому отбирают образцы нарушенного сложения, в полевых условиях определяют природную влажность грунта и затем (по результатам статического зондирования) оценивают его степень плотности . Для лабораторных исследований прочностных и деформационных свойств подобных грунтов требуется формирование искусственных образцов, состояние которых максимально соответствует условиям природного залегания. При этом значение природной плотности вычисляют, используя результаты прямого определения и и аналитической оценки степени плотности .

В.6 Максимальная плотность несвязных грунтов может быть определена двумя путями: ударным методом и вибрационным. Для песчаных грунтов, в которых суммарное содержание пылеватых и глинистых фракций в высушенном грунте не превышает 15% по весу, значение следует определять вибрационным методом, при котором, в большинстве случаев, получают более высокие значения максимальной плотности.

В.7 Методика определения заключается в вибрировании образца (высушенного или с природной влажностью) в металлической форме (стакане) диаметром 100 мм и высотой 100 мм, с пригрузом массой 7475 г, при частоте колебаний 60 Гц и амплитуде ускорений, изменяющейся ступенями. Время вибрирования на каждой ступени - 8 мин. После каждой ступени измеряют осадку образца. На следующих ступенях амплитуду ускорений повышают с шагом 1-1,5g. Опыт продолжают до прекращения уплотнения образца или до начала его разуплотнения.

Максимальную плотность вычисляют делением массы грунта на его объем после уплотнения. Конечное значение максимальной плотности получают осреднением результатов нескольких испытаний.

В.8 Минимальную плотность песка следует определять одним из приведенных ниже методов. Суть испытания состоит в размещении образца высушенного грунта определенной массы в градуированном сосуде, с возможно меньшей плотностью. Настоящее приложение предусматривает три метода определения:

по методу А грунт осторожно помещают в сосуд с помощью воронки и/или совка;

по методу В на дно сосуда устанавливают вертикально отрезок металлической трубки, которую через воронку заполняют грунтом; затем трубку вертикально извлекают из сосуда в течение 2 с, при этом высыпающийся из трубы грунт укладывается в форму практически с минимальной плотностью;

по методу С пробу грунта помещают в градуированный цилиндр, который закрывают крышкой. Цилиндр переворачивают, затем быстро возвращают в исходное положение и фиксируют объем, который занял грунт.

Минимальную плотность вычисляют делением массы грунта на зафиксированный объем. Процедуру повторяют три раза с последующим осреднением результатов.

Форма частиц песка

В.9 Песчаные частицы размером более 2 мм следует относить к одному из четырех стандартных типов формы: угловатая, полуугловатая, полуокруглая, округлая. Общая оценка соответствует той форме, которая приписана наибольшему числу частиц.

Оценка качества образцов

В.10 Ввиду существенных проблем, связанных с отбором качественных образцов ненарушенного сложения в водонасыщенных грунтах шельфа, для повышения достоверности результатов лабораторного определения прочностных и деформационных характеристик рекомендуется выполнять оценку качества образцов, предназначенных для испытаний. Оценка может быть качественной и количественной.

Качественную (визуальную) оценку следует выполнять анализом и интерпретацией рентгеновских снимков образцов, в том числе находящихся в тонкостенных тубах.

Количественная оценка качества образца может быть выполнена путем измерения объемной деформации грунта в результате приложения эффективных бытовых давлений (вертикального к горизонтального ), соответствующих глубине отбора образца. Для этого на стадии консолидации образца определяют значение параметра

, (В.3)

где - изменение коэффициента пористости под действием приложенных давлений;

- начальный коэффициент пористости образца;

- объемная деформация при реконсолидации под действием приложенных давлений.

Качество образца устанавливают в соответствии с таблицей В.1.

Таблица B.1 - Оценка качества слабо- и среднепереуплотненных образцов ненарушенного сложения

Коэффициент переуплотнения OCR	Значение параметра при приложении эффективных бытовых давлений
1-2	До 0,04	0,04-0,07	0,07-0,14	Св. 0,14
2-4	До 0,03	0,03-0,05	0,05-0,10	Св. 0,10
Качество образца	1 (отличное - очень хорошее)	2 (хорошее - удовлетворительное)	3 (плохое)	4 (очень плохое)
Примечания 1 Критерии, приведенные в настоящей таблице, основаны на результатах испытаний морских глинистых грунтов консистенцией от мягкопластичной до текучей с глубины 0-25 м от поверхности дна. Для более твердых предуплотненных грунтов представленная оценка может рассматриваться только как ориентировочная. 2 Критерии, приведенные в таблице В.1, могут быть использованы для данных компрессионных испытаний со ступенчатым приложением нагрузки только в тех случаях, когда нагрузка на каждой ступени выдерживается не более 3 ч. При более длительном выдерживании нагрузки для определения значения потребуется установить момент завершения первичной консолидации под требуемой нагрузкой по графику .

Интерпретация данных статического зондирования грунтов шельфа

В.11 Статическое зондирование - в условиях шельфа наиболее информативный метод исследования грунтов, результаты которого позволяют с помощью известных корреляционных зависимостей выполнять оценку практически всех основных параметров, в том числе и тех, которые невозможно определить иными средствами.

В.12 Подразделение глинистых грунтов на разновидности и предварительную оценку плотности грунтов рекомендуется проводить по соотношению параметров, полученных при статическом зондировании: удельного сопротивления под конусом , то же, с учетом избыточного порового давления и коэффициента трения [1, рисунок М.1]. При отсутствии данных по избыточному поровому давлению допускается применение [1, рисунок М.1] для всех грунтов, за исключением слабых глинистых грунтов текучей консистенции.

В.13 При определении деформационных и прочностных характеристик грунтового основания следует учитывать его природное напряженное состояние, характеризуемое коэффициентом переуплотнения OCR. Для оценки OCR по результатам статического зондирования следует использовать эмпирические зависимости:

, (В.4)

где ,

- эффективное бытовое давление в точке измерения.

Для оценки коэффициента переуплотнения малоизученных грунтов может быть использована формула

, (В.5)

где k - коэффициент, значение которого варьирует от 0,2 до 0,5 для грунтов от меньшей степени переуплотнения к большей;

- полное бытовое давление в точке измерения.

В.14 Значение степени плотности рекомендуется определять по эмпирическим формулам:

- Балди (для среднесжимаемых песков)

, (В.6)

где , , - коэффициенты, определяемые по корреляции данных статического зондирования с данными компрессионных испытаний;

- Ланселота

. (В.7)

В.15 Оценку значения модуля деформации песчаных грунтов следует выполнять преимущественно на основе корреляционных зависимостей, связывающих параметр с компрессионным модулем деформации , соответствующим бытовому вертикальному эффективному напряжению в точке зондирования.

определяют по упрощенным зависимостям:

- для нормально уплотненных песков:

при МПа;

МПа при МПа;

- для переуплотненных песков при OCR > 2:

при МПа;

МПа при МПа.

По значению определяют компрессионный модуль деформации М с зачетом веса сооружения в интервале напряжений до

. (В.8)

Значение модуля деформации Е определяют как , или Е = kМ, где (рекомендуется k = 0,75).

В.16 Для глинистых грунтов рекомендуется использовать соотношения, позволяющие оценить значение компрессионного модуля деформации М в зависимости от значения и принадлежности грунта к той или иной классификационной группе (CL, ML, МН, СH, OL или ОН) согласно таблицам Е.5-Е.6 ГОСТ 25100-2011.

, (В.9)

- для низкопластичных глин CL:

МПа	;
0,7 МПа < < 2,0 МПа	;
МПа	;

- для низкопластичных пылеватых грунтов ML:

МПа	;
МПа	;

- для глинистых и пылеватых грунтов высокой пластичности МН, СН:

МПа

;

- для органических пылеватых грунтов OL:

МПа

;

- для торфа и органических глинистых грунтов , ОН: МПа

50 < w < 100	;
100 < w < 200	;
w > 200	,

где w - влажность, %.

В.17 Для оценки прочности (сопротивления недренированному сдвигу ) водонасыщенных глинистых грунтов шельфа используют зависимость

, (В.10)

где - показатель конуса по эмпирическим данным.

В.18 Для переуплотненных грунтов широко используют зависимость, связывающую характер изменения сопротивления недренированному сдвигу по глубине с коэффициентом переуплотнения OCR

, (B.11)

где для нормально уплотненных грунтов (OCR = 1,0);

- вертикальное эффективное напряжение на расчетной глубине;

- коэффициент переуплотнения;

- вертикальное напряжение предуплотнения;

m - показатель степени.

Значение параметра Р изменяется в диапазоне , а m - в диапазонах 0,7 < m < 0,8 при OCR > 2 и m 0,8 < m < 1,0 при OCR < 2.

Значения этих параметров определяют экспериментально по результатам испытаний, таких как испытания в условиях прямого среза с предварительной рекомпрессией.

В.19 Для определения угла внутреннего трения песка по значению сопротивления под конусом и вертикального эффективного давления в точке измерения рекомендуется использовать номограмму, приведенную на рисунке В.1.

Примечание - При использовании номограммы, представленной на рисунке В.1, следует иметь ввиду, что прочность песков характеризуется только углом внутреннего трения (с = 0).