Стандартный тест на проникновение

Стандартное испытание на проникновение ( SPT ) — это динамическое испытание на проникновение на месте, предназначенное для получения информации о инженерно-геологических свойствах грунта . Это испытание является наиболее часто используемым испытанием подземного разведочного бурения, проводимым во всем мире. Процедура испытаний описана в ISO 22476-3, ASTM D1586. ^[1] и австралийские стандарты AS 1289.6.3.1.В ходе испытания предоставляются образцы для целей идентификации и определяется мера сопротивления проникновению, которую можно использовать в целях геотехнического проектирования. Для целей геотехнической инженерии доступны различные местные и широко опубликованные международные корреляции, которые связывают количество ударов или значение N с инженерными свойствами грунтов.

Процедура испытания

Скважину следует продвигать постепенно, чтобы обеспечить прерывистый или непрерывный отбор проб. Интервалы обычно составляют 1,5 м (5 футов) или меньше в однородных пластах. Тесты и отбор проб следует проводить при каждом изменении пластов.

После того, как скважина продвинулась на желаемую глубину и были удалены излишки буровой породы, можно провести испытания и отбор проб.

В тесте используется толстостенная пробирка для отбора проб с внешним диаметром 5,01 см (2 дюйма), внутренним диаметром 3,5 см (1,375 дюйма) и длиной не менее 60 см (24 дюйма). Трубка для отбора проб вбивается в землю на дне скважины ударами молотка массой 63,5 кг (140 фунтов), падающего на расстояние 75 см (30 дюймов). Трубку с образцом вбивают в землю на глубину 45 см и записывают количество ударов, необходимых для того, чтобы трубка проникла в каждые 15 см (6 дюймов) интервал до глубины 45 см (18 дюймов). Сумма количества ударов, необходимых для второго и третьего интервалов проникновения в 15 см (6 дюймов), называется «стандартным сопротивлением проникновению» или «значением N». Значение N указывает на плотность грунта и используется во многих эмпирических формулах геотехнической инженерии.

Испытание может быть остановлено, если выполнено любое из следующих условий: (1) в любом из интервалов в 15 см (6 дюймов) было нанесено в общей сложности 50 ударов, (2) в течение каждого интервала было нанесено в общей сложности 100 ударов. общая глубина 45 см (18 дюймов), или (3) не наблюдается продвижения трубки для отбора проб в течение 10 последовательных ударов.

Использование

Большим достоинством теста является то, что он прост, недорог и широко используется. Параметры прочности грунта, которые можно получить по результатам SPT, являются приблизительными, но могут служить полезным ориентиром в грунтовых условиях, где более сложные лабораторные испытания нецелесообразны или невозможны.

Еще одним преимуществом теста является сбор образца нарушенной почвы для определения содержания влаги, а также в целях идентификации и классификации. Хотя качество проб, как правило, не подходит для лабораторных испытаний технических свойств из-за нарушений в почве, вызывающих изменения технических свойств, использование тонкостенных трубчатых пробоотборников может привести к меньшим нарушениям в мягких грунтах.

Когда испытание проводится на зернистых почвах ниже уровня грунтовых вод , почва может стать разрыхленной. В определенных обстоятельствах может оказаться полезным продолжить движение пробоотборника за пределы указанного расстояния, добавляя при необходимости дополнительные буровые штанги. Хотя это не стандартный тест на проникновение и его не следует рассматривать как таковой, он может, по крайней мере, дать представление о том, действительно ли депозит настолько рыхлый, как может показать стандартный тест.

SPT также может использоваться для эмпирического определения восприимчивости песчаного слоя к разжижению почвы на основе исследований, проведенных Гарри Сидом, Т. Лесли Юдом и другими. При использовании для этой цели значение N должно быть нормализовано к стандартному уровню напряжения вскрышных пород.

Корреляция с механическими свойствами почвы

Несмотря на многочисленные недостатки, обычной практикой является сопоставление результатов SPT со свойствами грунта, важными для геотехнического 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.

Приблизительную зависимость между значением SPT N, относительной плотностью и объемной плотностью крупнозернистого материала можно увидеть в таблице ниже. Это цитируется в публикации инженерного руководства Инженерного корпуса армии США по проектированию шпунтовых свай, разработанной Терзаги и Пеком (1948) и Тенгом (1962). ^[2]

Относительная плотность	SPT N-значение	Объемная 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 обычно не подходит для испытаний, измеряющих свойства структуры грунта на месте, такие как плотность, прочность и характеристики консолидации. Чтобы преодолеть это ограничение, тест часто проводят с использованием более крупного пробоотборника с несколько иной формой наконечника, поэтому повреждение образца сводится к минимуму, а тестирование структурных свойств имеет смысл для всех почв, кроме мягких. Однако это приводит к получению подсчетов ударов, которые нелегко преобразовать в N-значения SPT – было предложено множество преобразований, некоторые из которых зависят от типа отобранной пробы почвы, что делает проблематичным использование подсчетов ударов с помощью нестандартных пробоотборников.

Стандартное количество ударов при тестировании на проникновение не представляет собой простое физическое свойство почвы и, следовательно, должно быть соотнесено с интересующими свойствами почвы, такими как прочность или плотность. Существует множество корреляций, ни одна из которых не очень высокого качества. ^[3] Использование данных SPT для прямого прогнозирования потенциала разжижения страдает от грубости корреляций и необходимости «нормализации» данных SPT для учета давления вскрыши, метода отбора проб и других факторов. ^[4] Кроме того, метод не может собрать точные данные для слабых слоев почвы по нескольким причинам:

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

Для компенсации недостатков стандартных испытаний на проникновение были предложены различные методы, включая испытание на проникновение конуса , испытания на сдвиг лопастей на месте и поперечной волны измерения скорости .

См. также

Ссылки

АСТМ Д1586/Д1586М–18. 2018. Стандартный метод испытаний для стандартного теста на проникновение (SPT) и отбора проб почвы из разделенного ствола. ASTM International, Западный Коншококен, Пенсильвания.
Браатведт, И. (2008) Руководство по практической геотехнической инженерии в Южной Африке. 4-е изд. Кейптаун: VIVO Design Associates.
Хольц Р.Д. и Ковач В.Д. (1981) Введение в геотехническую инженерию. Нью-Джерси: Прентис-Холл.
Кнаппет, Дж. А. и Крейг, РФ (2012) Механика грунтов Крейга. 8-е изд. Абингдон: Спон Пресс.
Университет Миссури – Заметки Ролла по SPT.

^ «ASTM D1586 / D1586M - 18 Стандартный метод испытаний для стандартного испытания на проникновение (SPT) и отбора проб почвы из разделенного ствола» .
^ Инженерный корпус армии США, Инженерное руководство EM 1110-2-2504, Таблица 3-1, от 31 марта 1994 г.>
^ Кулхави, Ф.Х.; Мейн, PW (август 1990 г.). Руководство по оценке свойств грунтов при проектировании фундамента . Итака, Нью-Йорк: Научно-исследовательский институт электроэнергетики. стр. 2–17–2–26. ЭЛ-6800.
^ Юд, ТЛ; 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: краткий 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: несколько имен: список авторов ( ссылка )
^ Зацува, Моносагу (2005). «Осторожно, мягкий грунт и стандартный тест на проникновение» (на японском языке). Архивировано из оригинала 20 января 2013 г.

[1] «ASTM D1586 / D1586M - 18 Стандартный метод испытаний для стандартного испытания на проникновение (SPT) и отбора проб почвы из разделенного 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, PW (август 1990 г.). Руководство по оценке свойств грунтов при проектировании фундамента . Итака, Нью-Йорк: Научно-исследовательский институт электроэнергетики. стр. 2–17–2–26. ЭЛ-6800.

[4] Юд, ТЛ; 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: краткий 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: несколько имен: список авторов ( ссылка )

[5] Зацува, Моносагу (2005). «Осторожно, мягкий грунт и стандартный тест на проникновение» (на японском языке). Архивировано из оригинала 20 января 2013 г.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]