Сетевое издание
Современные проблемы науки и образования
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,006

Личный портфель

ОЦЕНКА МОДУЛЯ ДЕФОРМАЦИИ В ПЕСЧАНЫХ ГРУНТАХ

Сысолятин С.Г. 1 Хрулев А.С. 1
1 ФГБОУ ВПО Пермский государственный национальный исследовательский университет
Модуль общей деформации является одной из основных характеристик грунтов. Определение жесткости грунта или модулей деформации необходимо для решения одной из основных теоретических задач фундаментостроения, которой является прогноз осадки фундаментов, устойчивости сооружений на подрабатываемых территориях и др. Широко распространенный метод компрессионного сжатия дает заниженные значения модуля деформации. Модуль деформации грунта, найденный с использованием компрессионных кривых, отличается от действительного, т.к. при отборе образцов грунта всё же происходит какое-то нарушение его природной структуры, поэтому в практике широко используются полевые методы определения модуля деформации. Однако, они трудоемки и дорогостоящи. 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 и выделяются таксоны (ключевые участки). Для каждого таксона проводят определение модуля деформации компрессионным и штамповым методом. Затем рассчитывается корректировочный коэффициент для каждого таксона. По данным компрессионного сжатия прогнозируют модуль деформации для территорий со сходными инженерно-геологическими условиями. Это позволяет прогнозировать модуль деформации для соответствующих ИГЭ без проведения полевых работ и позволяет уменьшить количество полевых испытаний в несколько раз, что в свою очередь существенно сокращает сроки проведения работ и снижает стоимость изысканий.
грунт
модуль деформации
инженерно-геологический элемент
штамп
песок
1. Болдырев Г.Г., Арефьев Д.В., Гордеев А.В. Определение деформационных характеристик грунтов различными лабораторными методами // Инженерные изыскания. 2010. №8. С. 16-23.
2. Зиангиров Р.С., Кошелев А.Г. Определение модуля деформации грунтов методом нагружения штампа // Инженерные изыскания. 2010. №2. С. 26-31.
3. Каченов В.И., Середин В.В., Карманов С.В. К вопросу о влиянии нефтяных загрязнений на свойства грунтов // Геология и полезные ископаемые Западного Урала. 2011. № 11. С. 164-165.
4. Красильников П.А., Середин В.В., Леонович М.Ф. Исследование распределения углеводородов по разрезу грунтового массива // Фундаментальные исследования. 2015. № 2-14. С. 3100-3104.
5. Середин В.В. Исследование температуры пород в зоне трещины разрушения // Фундаментальные исследования. 2014. № 9-12. С. 2713-2717.
6. Середин В.В., Галкин В.И., Пушкарева М.В., Лейбович Л.О., Сметанин С.Н. Вероятностно-статистическая оценка инженерно-геологических условий для специального районирования // Инженерная геология. 2011. № 4. С. 42-47.
7. Середин В.В., Каченов В.И., Ситева О.С., Паглазова Д.Н. Изучение закономерностей коагуляции глинистых частиц // Фундаментальные исследования. 2013. № 10-14. С. 3189-3193.
8. Середин В.В., Леонович М.Ф., Красильников П.А. Прогноз фильтрации углеводородов в дисперсных грунтах при разработке нефтяных месторождений // Нефтяное хозяйство. 2015. №5. С.106-109.
9. Середин В.В., Стародумова А.О., Пушкарева М.В., Лейбович Л.О. Экспериментальное изучение распределения углеводородного загрязнения в геологической среде // Нефтяное хозяйство. 2014. №10. С.131-133.
10. Середин В.В., Сысолятин С.Г., Вагин А.Л., Хрулев А.С. Влияние напряженного состояния грунтов на модуль деформации // Инженерная геология. 2015. № 2. С. 12-16.
11. Середин В.В., Красильников П.А., Чижова В.А. Влияние вязкости поровой жидкости (углеводородов) на модуль деформации глины // Инженерная геология. 2015. № 4. С. 60-63.
12. Середин В. В., Ядзинская М. Р., Красильников П.А. Прогноз прочностных свойств песков, загрязненных углеводородами // Инженерная геология. 2014. № 6. С. 42-47.
13. Текучев Ю.Б., Конашинская Е.П. О полевых испытаниях грунтов штампами малой площади // Инженерные изыскания. 2010. №8. С.24-25.

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
значений

Норма­тивное значение

Средне­квадратичное отклонение

Коэффициент вариации

Расчетные
значения

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
состав по фракциям
в мм, %

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
значений

Норма­тивное значение

Средне­квадра­тичное от­клонение

Коэф­фици­ент ва­риации

Расчетные
значения

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
состав по фракциям
в мм, %

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
значений

Норма­тивное значение

Средне­квадра­тичное от­клонение

Коэф­фици­ент ва­риации

Расчетные
значения

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
состав по фракциям
в мм, %

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

Сысолятин С.Г., Хрулев А.С. ОЦЕНКА МОДУЛЯ ДЕФОРМАЦИИ В ПЕСЧАНЫХ ГРУНТАХ // Современные проблемы науки и образования. 2015. № 2-3. ;
URL: https://science-education.ru/ru/article/view?id=23962 (дата обращения: 19.04.2025).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Современные проблемы науки и образования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1,006
«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1,674
«Современные наукоемкие технологии» список ВАК ИФ РИНЦ = 0,940
«Успехи современного естествознания» список ВАК ИФ РИНЦ = 0,775
«Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований» ИФ РИНЦ = 0,593
«Международный журнал экспериментального образования» ИФ РИНЦ = 0,425
«Научное Обозрение. Биологические Науки» ИФ РИНЦ = 0,400
«Научное Обозрение. Медицинские Науки» ИФ РИНЦ = 0,801
«Научное Обозрение. Экономические Науки» ИФ РИНЦ = 0,871
«Научное Обозрение. Педагогические Науки» ИФ РИНЦ = 0,733
«Научное Обозрение. Технические Науки» ИФ РИНЦ = 0,695
«European journal of natural history» ИФ РИНЦ = 0,301
«Международный студенческий научный вестник»
Издание научной и учебно-методической литературы ISBN РИНЦ DOI
РЕЦЕНЗИИ и ОТЗЫВЫ
кандидатов и докторов наук
на статьи, авторефераты, диссертации, монографии, учебники, учебные пособия
Академия Естествознания готовит к изданию реестр новых научных направлений, разработанных российскими учеными