ОЦЕНКА МОДУЛЯ ДЕФОРМАЦИИ В ПЕСЧАНЫХ ГРУНТАХ
Актуальность. Модуль общей деформации является одной из основных характеристик грунтов. Он используется в расчетах осадок фундаментов, устойчивости сооружений на подрабатываемых территориях и др. Широко распространенный метод компрессионного сжатия дает заниженные значения модуля деформации, поэтому в практике широко используются полевые методы определения модуля деформации. Однако, они являются трудоемкими и дорогостоящими. В том случае, когда на объекте необходимо провести большой объем штамповых испытаний или когда необходима информация в труднодоступных районах, необходимо разработать методику сокращения объема полевых работ, обеспечивающую получение надежной и достоверной информации.
Объект исследований: территория дожимной компрессорной станции нефтяного месторождения.
Идея, положенная в основу данной работы заключается в том, что первоначально изучается геологическое строение участка исследований, после чего проводится районирование, выделяются таксоны (ключевые участки). Для каждого таксона проводят определение модуля деформации компрессионным и штамповым методом. Затем рассчитывается корректировочный коэффициент для каждого таксона, и по данным компрессионного сжатия прогнозируется модуль деформации для территорий со сходными инженерно-геологическими условиями.
Оценка инженерно-геологических условий. В геологическом строении площадки проектируемого строительства принимают участие четвертичные аллювиальные отложения, перекрытые с поверхности техногенными грунтами. Коренные породы выработками до глубины 15,0 м не вскрыты.
Геолого-литологический разрез представлен (сверху вниз): насыпной грунт (ИГЭ 1) представлен песком мелким коричневым, средней плотности, малой степени водонасыщения, с включениями гравия и гальки до 3-12%, реже дресвы доломита до 5%, участками с частыми прослоями суглинка полутвердого. Грунт слежавшийся, отсыпан сухим способом, давность отсыпки - менее 5 лет. Слой встречается на площадке с поверхности повсеместно. Мощность 1,4-1,7 м. В период изысканий грунт до глубины 0,4 м сезонномерзлый. Показатели физико-механические свойств ИГЭ 1 приведены в таблице 1.
Таблица 1
Показатели физико-механических свойств насыпного грунта: песка мелкого малой степени водонасыщения (tQ) ИГЭ 1
|
Характеристика грунта |
Кол-во определений |
Интервал |
Нормативное значение |
Среднеквадратичное отклонение |
Коэффициент вариации |
Расчетные |
||
|
0,85 |
0,95 |
|||||||
|
Природная влажность, д.ед. |
10 |
0,090-0,139 |
0,113 |
0,016 |
0,142 |
|
|
|
|
Плотность, г/см3 |
10 |
1,68-1,76 |
1,71 |
0,025 |
0,015 |
1,70 |
1,70 |
|
|
Плотность частиц грунта, г/см3 |
10 |
2,65-2,66 |
2,65 |
0,005 |
0,002 |
|
|
|
|
Плотность сухого грунта, г/см3 |
10 |
1,51-1,60 |
1,54 |
0,025 |
0,016 |
|
|
|
|
Пористость, % |
10 |
39,46-42,86 |
42,15 |
0,992 |
0,024 |
|
|
|
|
Коэффициент пористости |
10 |
0,652-0,750 |
0,729 |
0,029 |
0,040 |
|
|
|
|
Коэффициент водонасыщения, д.ед. |
10 |
0,330-0,499 |
0,409 |
0,052 |
0,127 |
|
|
|
|
Угол естественного откоса, град |
сухого |
6 |
32-34 |
33 |
|
|
|
|
|
водонасыщенного |
6 |
30-32 |
31 |
|
|
|
|
|
|
Гранулометрический |
20-10 |
10 |
0,00-10,20 |
1,38 |
|
|
|
|
|
10,0-5,0 |
10 |
0,00-1,13 |
0,19 |
|
|
|
|
|
|
5,0-2,0 |
10 |
0,00-0,76 |
0,12 |
|
|
|
|
|
|
2,0-1,0 |
10 |
0,00-0,25 |
0,07 |
|
|
|
|
|
|
1,0-0,50 |
10 |
0,45-1,85 |
0,97 |
|
|
|
|
|
|
0,50-0,25 |
10 |
29,56-47,60 |
37,75 |
|
|
|
|
|
|
0,25-0,10 |
10 |
40,40-55,40 |
50,70 |
|
|
|
|
|
|
< 0,10 |
10 |
5,08-11,40 |
8,83 |
|
|
|
|
|
|
Коэффициент сжимаемости, 1/МПа |
6 |
0,055-0,063 |
0,059 |
0,004 |
0,068 |
|
|
|
|
Компрессионный модуль деформации, МПа |
6 |
21,9-24,9 |
23,0 |
1,499 |
0,065 |
|
|
|
|
Коэффициент внутреннего трения, д.ед. |
6 |
0,58-0,62 |
0,60 |
0,015 |
0,025 |
0,59 |
0,59 |
|
|
Угол внутреннего трения, градус |
6 |
30-32 |
31 |
0,816 |
0,026 |
31 |
30 |
|
|
Удельное сцепление, кПа |
6 |
0 |
0 |
|
|
|
|
|
Песок мелкий (ИГЭ 2) рыжевато-коричневый, коричневый, средней плотности, малой степени водонасыщения, с единичными включениями гравия, участками с редкими прослоями (до 1 см) суглинка. Слой встречается повсеместно под насыпным грунтом на глубине 1,4-1,7 м, мощностью 3,3-5,2 м. Показатели физико-механические свойств ИГЭ 2 приведены в таблице 2.
Таблица 2
Показатели физико-механических свойств песка мелкого малой степени водонасыщения (aQ) ИГЭ 2
|
Характеристика грунта |
Кол-во определений |
Интервал |
Нормативное значение |
Среднеквадратичное отклонение |
Коэффициент вариации |
Расчетные |
||
|
0,85 |
0,95 |
|||||||
|
Природная влажность, д.ед. |
16 |
0,046-0,067 |
0,057 |
0,006 |
0,105 |
|
|
|
|
Плотность, г/см3 |
16 |
1,62-1,78 |
1,68 |
0,046 |
0,027 |
1,67 |
1,66 |
|
|
Плотность частиц грунта, г/см3 |
16 |
2,65-2,67 |
2,66 |
0,006 |
0,002 |
|
|
|
|
Плотность сухого грунта, г/см3 |
16 |
1,53-1,70 |
1,59 |
0,044 |
0,028 |
|
|
|
|
Пористость, % |
16 |
36,03-42,60 |
40,21 |
1,670 |
0,042 |
|
|
|
|
Коэффициент пористости |
16 |
0,563-0,742 |
0,674 |
0,046 |
0,068 |
|
|
|
|
Коэффициент водонасыщения, д.ед. |
16 |
0,193-0,277 |
0,226 |
0,026 |
0,115 |
|
|
|
|
Коэффициент фильтрации, м/сут. |
3 |
1,09-2,87 |
2,10 |
|
|
|
|
|
|
Угол естественного откоса, град |
сухого |
6 |
32-34 |
33 |
|
|
|
|
|
водонасыщенного |
6 |
29-32 |
31 |
|
|
|
|
|
|
Гранулометрический |
1,0-0,50 |
16 |
0,10-1,85 |
1,17 |
|
|
|
|
|
0,50-0,25 |
16 |
31,10-48,35 |
41,88 |
|
|
|
|
|
|
0,25-0,10 |
16 |
40,55-62,65 |
48,79 |
|
|
|
|
|
|
0,10‑0,05 |
16 |
3,20-9,99 |
6,81 |
|
|
|
|
|
|
0,05-0,01 |
16 |
0,0-8,81 |
1,26 |
|
|
|
|
|
|
0,01-0,005 |
16 |
0,00 |
0,00 |
|
|
|
|
|
|
< 0,005 |
16 |
0,00-0,80 |
0,09 |
|
|
|
|
|
|
Коэффициент сжимаемости, 1/МПа |
9 |
0,050-0,069 |
0,057 |
0,007 |
0,123 |
|
|
|
|
Компрессионный модуль деформации, МПа |
9 |
19,8-24,8 |
23,2 |
2,082 |
0,090 |
|
|
|
|
Коэффициент внутреннего трения, д.ед. |
7 |
0,56-0,64 |
0,63 |
0,030 |
0,048 |
0,62 |
0,61 |
|
|
Угол внутреннего трения, градус |
7 |
29-33 |
32 |
1,512 |
0,047 |
32 |
31 |
|
|
Удельное сцепление, кПа |
7 |
1 |
1 |
0,000 |
0,000 |
1 |
1 |
|
Песок средней крупности (ИГЭ 3) коричневый, серовато-коричневый, серый, средней плотности, участками плотный, водонасыщенный, с редкими прослоями (до 1-2 см) суглинка мягкопластичного. Слой встречается повсеместно под песком мелким на глубине 4,8-6,7 м, вскрытой мощностью 3,3-10,2 м. Показатели физико-механические свойств ИГЭ 3 приведены в таблице 3.
Таблица 3
Показатели физико-механических свойств песка средней крупности водонасыщенного (aQ) ИГЭ 3
|
Характеристика грунта |
Кол-во определений |
Интервал |
Нормативное значение |
Среднеквадратичное отклонение |
Коэффициент вариации |
Расчетные |
||
|
0,85 |
0,95 |
|||||||
|
Природная влажность, д.ед. |
17 |
0,158-0,196 |
0,173 |
0,008 |
0,046 |
|
|
|
|
Плотность, г/см3 |
17 |
1,96-2,10 |
2,01 |
0,043 |
0,021 |
2,00 |
1,99 |
|
|
Плотность частиц грунта, г/см3 |
17 |
2,65-2,67 |
2,65 |
0,006 |
0,002 |
|
|
|
|
Плотность сухого грунта, г/см3 |
17 |
1,66-1,79 |
1,71 |
0,037 |
0,022 |
|
|
|
|
Пористость, % |
17 |
32,38-37,32 |
35,43 |
1,436 |
0,041 |
|
|
|
|
Коэффициент пористости |
17 |
0,479-0,595 |
0,549 |
0,034 |
0,062 |
|
|
|
|
Коэффициент водонасыщения, д.ед. |
17 |
0,801-1,000 |
0,837 |
0,061 |
0,073 |
|
|
|
|
Коэффициент фильтрации, м/сут. |
4 |
0,91-2,92 |
2,01 |
|
|
|
|
|
|
Угол естественного откоса, град |
сухого |
6 |
33-36 |
35 |
|
|
|
|
|
водонасыщенного |
6 |
31-33 |
32 |
|
|
|
|
|
|
Гранулометрический |
1,0-0,50 |
17 |
0,60-1,95 |
1,31 |
|
|
|
|
|
0,50-0,25 |
17 |
49,00-55,75 |
51,86 |
|
|
|
|
|
|
0,25-0,10 |
17 |
34,10-44,35 |
40,92 |
|
|
|
|
|
|
0,10‑0,05 |
17 |
2,50-9,20 |
5,51 |
|
|
|
|
|
|
0,05-0,01 |
17 |
0,00-2,00 |
0,39 |
|
|
|
|
|
|
Коэффициент сжимаемости, 1/МПа |
6 |
0,032-0,044 |
0,038 |
0,004 |
0,105 |
|
|
|
|
Компрессионный модуль деформации, МПа |
6 |
28,1-39,1 |
32,7 |
3,980 |
0,122 |
|
|
|
|
Коэффициент внутреннего трения, д.ед. |
6 |
0,66-0,74 |
0,71 |
0,030 |
0,042 |
0,70 |
9 |
|
|
Угол внутреннего трения, градус |
6 |
33-36 |
35 |
1,169 |
0,033 |
35 |
34 |
|
|
Удельное сцепление, кПа |
6 |
1-2 |
2 |
0,548 |
0,274 |
2 |
2 |
|
Проведено районирование территории, выделено 2 таксона. Исследование модуля деформации проводилось на территории таксона 2 (ключевой участок 2).
Методика испытания штампами. Согласно требованиям п.п. 5.8, 7.13, 8.16 СП 11-105-97, часть I для сооружений повышенного уровня ответственности (площадка насосов) проведены испытания грунтов статическими нагрузками винтовым штампом площадью 600 см2 (Рис 1.). Тип и площадь штампа определены в зависимости от испытываемого грунта согласно таблице 5.1 (ГОСТ 20276-2012). Подготовка к испытанию грунта штампом и проведение опыта выполнено в соответствии с ГОСТ 20276-2012. По данным испытаний построены графики зависимости осадки штампа от давления согласно п.п. 5.5.1 ГОСТ 20276-2012. Модуль деформации грунта Е, МПа, рассчитан соответственно п. 5.5.2 ГОСТ 20276-2012.
Результаты испытаний приведены в таблице 4.
Таблица 4
Результаты определения деформационных характеристик грунтов на ключевом участке №2
|
№ штампа |
Отметка поверхности земли, м |
Отметка основания штампа, м |
Глубина проведения испытания, м |
Компрессионный модуль деформации в интервале 0,1-0,2 МПа |
Модуль деформации по штамповым испытаниям |
Корректировочный коэффициент, mк |
|
|
Частные значения |
Среднее значение |
||||||
|
Насыпной грунт: песок мелкий малой степени водонасыщения (tQ), ИГЭ 1 |
|||||||
|
1 |
134,37 |
133,37 |
1,0 |
22,1 |
23,8 |
1,1 |
1,1 |
|
4 |
134,30 |
133,30 |
1,0 |
22,0 |
24,4 |
1,1 |
|
|
Песок мелкий малой степени водонасыщения (aQ), ИГЭ 2 |
|||||||
|
2 |
134,37 |
130,37 |
3,0 |
24,8 |
29,52 |
1,2 |
1,2 |
|
5 |
134,28 |
130,28 |
4,0 |
24,6 |
29,76 |
1,2 |
|
|
Песок средней крупности водонасыщенный(aQ), ИГЭ 3 |
|||||||
|
3 |
134,41 |
123,59 |
9,0 |
39,1 |
41,63 |
1,1 |
1,3 |
|
6 |
134,26 |
120,48 |
9,0 |
28,8 |
42,39 |
1,5 |
|
Из таблицы видно, что для каждого выделенного инженерно-геологического элемента на ключевом участке №2 рассчитаны корректирующие коэффициенты. Так, для ИГЭ 1 корректирующий коэффициент составляет mк = 1,1; для ИГЭ 2 он равен mк = 1,2; для ИГЭ 3 - mк = 1,3. Установлено, что с увеличением крупности песков корректирующий коэффициент возрастает: в песках мелких mк = 1,2; а в песках средней крупности mк = 1,3.
Заключение. Дана оценка инженерно-геологических условий территории исследований. Установлено, что по данным компрессионных испытаний в лабораторных условиях на участках №№ 1, 3, 4 и с использованием значения корректирующих коэффициентов, полученных на ключевом участке №2, можно прогнозировать модуль деформации для соответствующих ИГЭ без проведения полевых работ.
Это позволит уменьшить количество полевых испытаний с 18 до 6, что существенно сократит сроки проведения работ и снизит стоимость изысканий.
Рецензенты:
Ибламинов Р.Г., д.г.-м.н., зав. кафедрой минералогии и петрографии Пермского государственного национального исследовательского университета, г. Пермь;
Середин В.В., д.г.-м.н., профессор, заведующий кафедрой инженерной геологии и охраны недр Пермского государственного национального исследовательского университета, г. Пермь.
Библиографическая ссылка
URL: https://www.science-education.ru/article/view?id=23962 (дата обращения: 23.08.2026).