Стандартный тест на проникновение

Геотехнические испытания свойств грунта

Стандартный тест на проникновение ( SPT ) — это динамический тест на проникновение на месте, разработанный для предоставления информации о геотехнических инженерных свойствах грунта . Этот тест является наиболее часто используемым испытанием подземного разведочного бурения, проводимым во всем мире. Процедура испытания описана в ISO 22476-3, ASTM D1586 ^[1] и австралийских стандартах AS 1289.6.3.1. Тест предоставляет образцы для целей идентификации и обеспечивает меру сопротивления проникновению, которая может использоваться в целях геотехнического проектирования. Различные местные и широко опубликованные международные корреляции, которые связывают количество ударов или значение N с инженерными свойствами грунтов, доступны для целей геотехнической инженерии.

Процедура испытания

Скважина должна продвигаться вперед постепенно, чтобы обеспечить прерывистый или непрерывный отбор проб. Интервалы обычно составляют 1,5 м (5 футов) или меньше в однородных слоях. Испытания и отбор проб должны проводиться при каждом изменении слоев.

После того, как скважина будет пробурена на необходимую глубину и излишки шлама будут удалены, можно приступать к проведению испытаний и отбору проб.

В тесте используется толстостенная пробоотборная трубка с внешним диаметром 5,01 см (2 дюйма) и внутренним диаметром 3,5 см (1,375 дюйма) и длиной не менее 60 см (24 дюйма). Пробоотборная трубка забивается в землю на дне скважины ударами молотка массой 63,5 кг (140 фунтов), падающего с расстояния 75 см (30 дюймов). Пробоотборная трубка забивается в землю в общей сложности на 45 см, и регистрируется количество ударов, необходимых для проникновения трубки через каждые 15 см (6 дюймов) интервала до глубины 45 см (18 дюймов). Сумма количества ударов, необходимых для второго и третьего 15 см (6 дюймов) интервалов проникновения, называется «стандартным сопротивлением проникновению» или «значением N». Значение N дает представление о плотности грунта и используется во многих эмпирических геотехнических инженерных формулах.

Испытание может быть остановлено, если выполняется любое из следующих условий: (1) в течение любого из 15 см (6 дюймов) интервалов было нанесено в общей сложности 50 ударов, (2) в течение всей глубины 45 см (18 дюймов) было нанесено в общей сложности 100 ударов или (3) не наблюдается никакого продвижения пробоотборной трубки в течение 10 последовательных ударов.

Использует

Большим достоинством теста является то, что он прост, недорог и широко используется. Параметры прочности грунта, которые можно вывести из результатов SPT, являются приблизительными, но могут дать полезное руководство в грунтовых условиях, где более продвинутые лабораторные испытания нецелесообразны или невозможны.

Другим преимуществом теста является сбор образца нарушенной почвы для определения содержания влаги, а также для целей идентификации и классификации. Хотя качество образца, как правило, не подходит для лабораторных испытаний на инженерные свойства из-за нарушения почвы, вызывающего изменения инженерных свойств, использование тонкостенного трубчатого пробоотборника может привести к меньшему нарушению в мягких почвах.

Когда испытание проводится в зернистых почвах ниже уровня грунтовых вод , почва может стать рыхлой. В определенных обстоятельствах может быть полезно продолжить движение пробоотборника за пределы указанного расстояния, добавляя дополнительные буровые штанги по мере необходимости. Хотя это не стандартный тест на проникновение и не должен рассматриваться как таковой, он может, по крайней мере, дать представление о том, действительно ли отложение настолько рыхлое, как может показать стандартный тест

SPT также можно использовать для эмпирического определения восприимчивости слоя песка к разжижению грунта на основе исследований, проведенных Гарри Сидом, Т. Лесли Юдом и другими. При использовании для этой цели значение N должно быть нормализовано до стандартного уровня напряжения налегания.

Корреляция с механическими свойствами почвы

Несмотря на множество недостатков, обычной практикой является корреляция результатов SPT со свойствами грунта, важными для геотехнического инженерного проектирования. Результаты SPT представляют собой полевые измерения на месте и часто являются единственными доступными результатами испытаний. Таким образом, использование корреляций стало обычной практикой во многих странах.

Одно приблизительное соотношение между значением N SPT, относительной плотностью и насыпной плотностью для крупнозернистого материала можно увидеть в таблице ниже. Это цитируется в инженерном руководстве Корпуса инженеров армии США по проектированию шпунтовых свай, разработанном после Терзаги и Пека (1948) и Тенга (1962). ^[2]

Относительная плотность	SPT N-значение	Насыпная плотность (кг/м ³ )
Очень свободный	0 - 4	< 1 600
Свободный	4 - 10	1 530 - 2 000
Середина	10 - 30	1 750 - 2 100
Плотный	30 - 50	1 750 - 2 245
Очень плотный	> 50	> 2 100

Проблемы

Стандартный тест на проникновение восстанавливает сильно нарушенный образец, который, как правило, не подходит для испытаний, измеряющих свойства структуры почвы на месте, такие как плотность, прочность и характеристики консолидации. Чтобы преодолеть это ограничение, испытание часто проводится с более крупным пробоотборником с немного другой формой наконечника, поэтому нарушение образца сводится к минимуму, а испытание структурных свойств имеет смысл для всех грунтов, кроме мягких. Однако это приводит к количеству ударов, которое нелегко преобразовать в значения N SPT — было предложено много преобразований, некоторые из которых зависят от типа отобранной почвы, что делает проблематичным использование количества ударов с нестандартными пробоотборниками.

Стандартные подсчеты ударов при испытаниях на проникновение не отражают простое физическое свойство почвы, и поэтому должны быть соотнесены с интересующими свойствами почвы, такими как прочность или плотность. Существует несколько корреляций, ни одна из которых не является очень качественной. ^[3] Использование данных SPT для прямого прогнозирования потенциала разжижения страдает от грубости корреляций и от необходимости «нормализовать» данные SPT для учета давления наносов, техники отбора проб и других факторов. ^[4] Кроме того, этот метод не может собирать точные данные для слабых слоев почвы по нескольким причинам:

Результаты ограничены целыми числами для определенного интервала вождения, но при очень низком количестве ударов детализация результатов и возможность нулевого результата делают обработку данных затруднительной. ^[5]
В рыхлых песках и очень мягких глинах процесс перемещения пробоотборника приведет к значительному нарушению почвы, в том числе за счет разжижения рыхлых песков, что даст результаты, основанные на свойствах нарушенной почвы, а не на свойствах неповрежденной почвы.

Для компенсации недостатков стандартного испытания на проникновение было предложено множество методов, включая испытание на проникновение конуса , испытания на сдвиг крыльчаткой на месте и измерения скорости сдвиговой волны .

Смотрите также

Ссылки

ASTM D1586/D1586M–18. 2018. Стандартный метод испытаний для стандартного испытания на проникновение (SPT) и отбора проб грунтов с помощью разрезного ствола. ASTM International, Западный Коншококен, Пенсильвания.
Браатведт, И. (2008) Руководство по практическому геотехническому проектированию в Южной Африке. 4-е изд. Кейптаун: VIVO Design Associates.
Хольц, Р.Д. и Ковач, В.Д. (1981) Введение в геотехническую инженерию. Нью-Джерси: Prentice-Hall.
Кнаппет, Дж. А. и Крейг, Р. Ф. (2012) Механика грунтов Крейга. 8-е изд. Абингдон: Spon Press.
Университет Миссури – Заметки класса Ролла по SPT.

^ "ASTM D1586 / D1586M - 18 Стандартный метод испытаний для стандартного испытания на проникновение (SPT) и отбора проб грунтов с помощью разрезного ствола".
^ Инженерный корпус армии США, Инженерное руководство EM 1110-2-2504, Таблица 3-1, от 31 марта 1994 г.>
^ Кулхави, Ф. Х.; Мейн, П. В. (август 1990 г.). Руководство по оценке свойств грунта для проектирования фундамента. Итака, Нью-Йорк: Научно-исследовательский институт электроэнергетики. С. 2–17 по 2–26. EL-6800.
^ Юд, TL; Член Asce, IM Idriss, председатель; научный сотрудник Asce, Рональд Д. Андрус, сопредседатель; Аранго, Игнасио; Кастро, Гонсало; Кристиан, Джон Т.; Добрый, Ричардо; Финн, У. Д. Лиам; и др. (2001). «Сопротивление почв разжижению: сводный отчет семинаров NCEER 1996 г. и NCEER / NSF 1998 г. по оценке устойчивости почв к разжижению». Журнал геотехнической и геоэкологической инженерии . 127 (10): 297–313 . doi :10.1061/(ASCE)1090-0241(2001)127:10(817).{{cite journal}}: CS1 maint: multiple names: authors list (link)
^ Зацува, Моносагу (2005). «気をつけよう，軟弱地盤と標準貫入試験» [Осторожно, мягкий грунт и стандартный тест на проникновение] (на японском языке). Научно-исследовательский институт общественных работ. Архивировано из оригинала 20 января 2013 года.

[1] "ASTM D1586 / D1586M - 18 Стандартный метод испытаний для стандартного испытания на проникновение (SPT) и отбора проб грунтов с помощью разрезного ствола".

[2] Инженерный корпус армии США, Инженерное руководство EM 1110-2-2504, Таблица 3-1, от 31 марта 1994 г.>

[3] Кулхави, Ф. Х.; Мейн, П. В. (август 1990 г.). Руководство по оценке свойств грунта для проектирования фундамента. Итака, Нью-Йорк: Научно-исследовательский институт электроэнергетики. С. 2–17 по 2–26. EL-6800.

[4] Юд, TL; Член Asce, IM Idriss, председатель; научный сотрудник Asce, Рональд Д. Андрус, сопредседатель; Аранго, Игнасио; Кастро, Гонсало; Кристиан, Джон Т.; Добрый, Ричардо; Финн, У. Д. Лиам; и др. (2001). «Сопротивление почв разжижению: сводный отчет семинаров NCEER 1996 г. и NCEER / NSF 1998 г. по оценке устойчивости почв к разжижению». Журнал геотехнической и геоэкологической инженерии . 127 (10): 297–313 . doi :10.1061/(ASCE)1090-0241(2001)127:10(817).{{cite journal}}: CS1 maint: multiple names: authors list (link)

[5] Зацува, Моносагу (2005). «気をつけよう，軟弱地盤と標準貫入試験» [Осторожно, мягкий грунт и стандартный тест на проникновение] (на японском языке). Научно-исследовательский институт общественных работ. Архивировано из оригинала 20 января 2013 года.