Тест на проникновение конуса

Грузовик CPT, принадлежащий Геологической службе США .

Конусное проникновение или испытание конусным пенетрометром ( CPT ) – это метод, используемый для определения инженерно-геологических свойств почв и определения стратиграфии почвы . Первоначально он был разработан в 1950-х годах в Голландской лаборатории механики грунтов в Делфте для исследования мягких почв. На основании этой истории его также назвали «тестом голландского конуса». Сегодня CPT является одним из наиболее используемых и признанных методов исследования почв во всем мире.

Метод испытания заключается в вдавливании в землю оснащенного инструментами конуса острием вниз с контролируемой скоростью (приемлемая скорость составляет 1,5–2,5 см/с). Разрешение CPT при выделении стратиграфических слоев связано с размером вершины конуса, при этом типичные вершины конуса имеют площадь поперечного сечения 10 или 15 см. ², что соответствует диаметрам 3,6 и 4,4 см. Очень ранняя ультраминиатюра 1 см. ² субтракционный пенетрометр был разработан и использовался в программе проектирования грунта и конструкции американской мобильной системы запуска баллистических ракет ( MGM-134 Midgetman ) в 1984 году в Earth Technology Corporation в Лонг-Бич, Калифорния.

История и развитие

Результат теста на проникновение конуса: сопротивление и трение слева, коэффициент трения (%) справа.

Ранние применения CPT в основном определяли логистику геотехнических свойств почвы и ее несущую способность . Оригинальные конусные пенетрометры включали простые механические измерения общего сопротивления проникновению при вдавливании инструмента с коническим наконечником в почву. Различные методы использовались для разделения общего измеренного сопротивления на компоненты, создаваемые коническим наконечником («трение кончика») и трение, создаваемое колонной стержней. втулка . фрикционная В 1960-х годах для количественной оценки этого компонента трения и помощи в определении прочности сцепления почвы была добавлена ^[1] Электронные измерения начались в 1948 году и получили дальнейшее развитие в начале 1970-х годов. ^[2] В большинстве современных электронных конусов CPT теперь также используется датчик давления с фильтром для сбора данных о давлении поровой воды . Фильтр обычно располагается либо на кончике конуса (так называемое положение U1), либо сразу за кончиком конуса (наиболее распространенное положение U2), либо за фрикционной втулкой (положение U3). Данные о поровом давлении воды помогают определить стратиграфию и в основном используются для корректировки значений трения на конце скважины с учетом этих эффектов. Тестирование CPT, при котором также собираются данные пьезометра, называется тестированием CPTU. Испытательное оборудование CPT и CPTU обычно продвигает конус с помощью гидроцилиндров, установленных либо на транспортном средстве с тяжелым балластом, либо с использованием ввинченных анкеров в качестве противодействующей силы. Одним из преимуществ CPT перед стандартным тестом на проникновение (SPT) является более непрерывный профиль параметров почвы, при этом данные регистрируются с интервалами обычно в 20 см, но не более 1 см.

Производителями конусных пенетрометров и систем сбора данных являются компания Hogentogler, приобретенная подразделением Vertek компании Applied Research Associates , ^[3]^[4] ГеоПойнт Системс Б.В. ^[5] и геотехническое оборудование Pagani. ^[6]

Дополнительные параметры испытаний на месте

Помимо механических и электронных конусов, за прошедшие годы было разработано множество других инструментов, применяемых CPT, для предоставления дополнительной информации о недрах. Одним из распространенных инструментов, применяемых во время испытаний CPT, является геофон, предназначенный для сбора данных о скоростях сейсмических поперечных волн и волн сжатия . Эти данные помогают определить модуль сдвига и коэффициент Пуассона через определенные промежутки времени в толще почвы для анализа разжижения почвы и анализа прочности почвы при низкой деформации. Инженеры используют скорость поперечной волны и модуль сдвига для определения поведения грунта при малых деформациях и вибрационных нагрузках. Дополнительные инструменты, такие как лазерно-индуцированная флуоресценция , рентгеновская флуоресценция , ^[7] почвы проводимость / удельное сопротивление , ^[8] Датчик pH , температуры и мембранного интерфейса, а также камеры для захвата видеоизображений также становятся все более совершенными в сочетании с датчиком CPT.

Дополнительный инструмент CPT, используемый в Великобритании, Нидерландах, Германии, Бельгии и Франции, представляет собой пьезоконус в сочетании с трехосным магнитометром . Это используется для того, чтобы гарантировать, что испытания, скважины и сваи не столкнутся с неразорвавшимися боеприпасами (НБ) или неразорвавшимися боеприпасами . Магнитометр в конусе обнаруживает черные материалы весом 50 кг и более в радиусе до 2 м от зонда в зависимости от материала, ориентации и состояния почвы.

Стандарты и использование

CPT для геотехнических применений был стандартизирован в 1986 году стандартом ASTM D 3441 (ASTM, 2004). ISSMGE предоставляет международные стандарты CPT и CPTU. Позже стандарты ASTM рассмотрели использование CPT для различных характеристик экологических объектов и деятельности по мониторингу подземных вод . ^[9]^[10]^[11] Для геотехнических исследований грунтов CPT более популярен по сравнению с SPT как метод геотехнического исследования грунтов. Его повышенная точность, скорость развертывания, более непрерывный профиль почвы и меньшая стоимость по сравнению с другими методами тестирования почвы. Возможность использования дополнительных инструментов для испытаний на месте с использованием буровой установки прямого толкания CPT , включая сейсмические инструменты, описанные выше, ускоряет этот процесс.

Ссылки

^ Бегеманн, Гонконг С., 1965, «Конус фрикционной рубашки как помощь в определении профиля почвы»; Материалы 6-го ICSMFE, Монреаль, Квебек, Канада, Том I, стр. 17-20.
^ Де Рейстер, Дж., 1971, «Электрический пенетрометр для исследований на месте»; Журнал отдела SMFE, ASCE, Vol. 97, СМ-2, стр. 457-472.
^ «КПТ оборудование» . Hogentogler & Co., Inc. Архивировано из оригинала 4 марта 2016 года.
^ «Конусы CPT и системы сбора данных — Vertek CPT» . Applied Research Associates, Inc., 2016 г.
^ «Geopoint.nl» . Геопойнт Системс Б.В. 2016.
^ «КПТ – Конусы и системы сбора данных» . Геотехническое оборудование Пагани. 2015. Архивировано из оригинала 22 июня 2021 г. Проверено 4 февраля 2017 г.
^ «Главная | Химический отдел» . chemistry.nrl.navy.mil . Архивировано из оригинала 21 августа 2007 г. Проверено 20 апреля 2015 г.
^ Струтинский А.И., Р. Сэндифорд, Д. Кавальер, 1991. Использование пьезометрического конусного испытания на проникновение с измерениями электропроводности (CPTU-EC) для обнаружения углеводородного загрязнения в насыщенных гранулированных почвах. Текущая практика исследований грунтовых вод и зон Вадоза, ASTM
^ АСТМ 6001
^ АСТМ 6067
^ Струтинский А.И., Т. Сэйни, 1990. Использование пьезометрического конусного теста на проникновение и отбора проб подземных вод пенетрометром для обнаружения шлейфа летучих органических загрязнителей. Нефтяные углеводороды и органические химикаты в подземных водах: предотвращение, обнаружение и восстановление. API/NWWA

Библиография

«Конусные пенетрационные испытания в геотехнической практике»; Т. Лунн, П. К. Робертсон и Дж. Дж. М. Пауэлл. Блэки академический и профессиональный. Лондон.
Мей, AC, 1987 «Испытание на проникновение конуса - методы и интерпретация», CIRIA, Баттервортс.
ASTM, 2004, «Стандартный метод испытаний на проникновение в грунт глубоким квазистатическим конусом и конусом трения»; Стандарт ASTM D 3441, ASTM International, Вест-Коншохокен, Пенсильвания, 7 стр.
ASTM D-5778 «Стандартный метод испытаний для проведения испытаний на проникновение в грунт с помощью электронного фрикционного конуса и пьезоконуса».
Международная эталонная процедура испытаний для CPT и CPTU - Международное общество механики грунтов и геотехнической инженерии (ISSMGE)
Мейн, Пол; Ост, Джей А.; Митчелл, Джеймс К.; Йылмаз, Реджеп (4–5 октября 1995 г.). «Национальный отчет США по ЕКПП» (PDF) . Труды Международного симпозиума по испытаниям на проникновение конусов, Vol. 1 (КПТ '95) . Линчёпинг, Швеция: Шведское геотехническое общество. стр. 263–276 . Проверено 26 сентября 2011 г.

[1] Бегеманн, Гонконг С., 1965, «Конус фрикционной рубашки как помощь в определении профиля почвы»; Материалы 6-го ICSMFE, Монреаль, Квебек, Канада, Том I, стр. 17-20.

[2] Де Рейстер, Дж., 1971, «Электрический пенетрометр для исследований на месте»; Журнал отдела SMFE, ASCE, Vol. 97, СМ-2, стр. 457-472.

[3] «КПТ оборудование» . Hogentogler & Co., Inc. Архивировано из оригинала 4 марта 2016 года.

[4] «Конусы CPT и системы сбора данных — Vertek CPT» . Applied Research Associates, Inc., 2016 г.

[5] «Geopoint.nl» . Геопойнт Системс Б.В. 2016.

[6] «КПТ – Конусы и системы сбора данных» . Геотехническое оборудование Пагани. 2015. Архивировано из оригинала 22 июня 2021 г. Проверено 4 февраля 2017 г.

[7] «Главная | Химический отдел» . chemistry.nrl.navy.mil . Архивировано из оригинала 21 августа 2007 г. Проверено 20 апреля 2015 г.

[8] Струтинский А.И., Р. Сэндифорд, Д. Кавальер, 1991. Использование пьезометрического конусного испытания на проникновение с измерениями электропроводности (CPTU-EC) для обнаружения углеводородного загрязнения в насыщенных гранулированных почвах. Текущая практика исследований грунтовых вод и зон Вадоза, ASTM

[9] АСТМ 6001

[10] АСТМ 6067

[11] Струтинский А.И., Т. Сэйни, 1990. Использование пьезометрического конусного теста на проникновение и отбора проб подземных вод пенетрометром для обнаружения шлейфа летучих органических загрязнителей. Нефтяные углеводороды и органические химикаты в подземных водах: предотвращение, обнаружение и восстановление. API/NWWA

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]