Другие геотехнические методы

Аппарат Хенке

Метод основан на возбуждении в грунте крутильных колебаний и измерении зависимости между касательными напряжениями и деформациями сдвига грунта. Рабочая часть устройства состоит из двух тонкостенных концентрических цилин­ дров, залавливаемых непосредственно в забой скважины, а измерительная система располагается выше забоя. Гармонические или импульсные крутильные колебания прикладываются к внутреннему цилиндру, по регистрируемой реакции которого (в форме зависимости напряжение сдвига - деформация) определяется динамиче­ ский модуль сдвига (Henke, Henke, 1982). Аппарат имеет и лабораторный аналог (Henke, Henke, 1987), но не получил пока широкого применения.

Проф. Р. Вудс (Woods, 1978) указывал, что для оценки потенциала разжижения могут применяться пьезоконусные пенетрометры, циклический сдвиг зубчатых плит

ициклический лопастной срез. Он призывал обратить внимание на эти методы

иизучить их возможности. Из них только пьезоконус широко вошел в геотехниче­ скую практику потому, что не требовал создания новых систем, а лишь расширял возможности общепринятого метода. Вместе с тем разработаны и динамические варианты некоторых стандартных статических методов полевых испытаний грунтов.

Так, для определения коэффициентов жесткости и демпфирования грунтов при значительных деформациях разработаны динамические прессиометры — как пневматические, так и лопастные (Красный и др., 1982, Волков, Торбанов, 1988). По данным (Bodare, Massarch, 1982) использование лопастных вибропрессиометров дает наилучшие результаты при частотах более 80 Гц, целесообразно также их совмещение с сейсмопросвечиванием. Существуют также единичные разработки установок для динамических штамповых испытаний (Волков, 1982).

Сточки зрения автора возможно создание динамических вариантов и таких испытаний, как сдвиг в шурфе (по схеме одноплоскостного среза или, более суще­ ственно изменив конструкцию установки, по схеме простого сдвига), прессиометрия с использованием пульсирующего дилатометра Марчетти. То, что непенетрационные геотехнические методы полевых динамических испытаний грунтов не получили широкого распространения, связано, в первую очередь, с тем, что уже прочно вошедшие в изыскательскую практику менее трудоемкие методы обеспечивают

достаточно надежную с инженерной точки зрения информацию о динамических свойствах и разжижаемости грунтов. Строительная практика пока не требует других специальных методов полевых динамических испытаний грунтов. Но их разработ­ ка — интересная конструкторская и научная задача.

Подведем некоторые итоги. Полевые методы динамических испытаний грун­ тов также весьма разнообразны. Возможности некоторых из них с точки зрения генерации тех или иных амплитуд волн напряжений в грунтах схематически предста­ влены на рис. 47. Наилучшим методом определения динамических модулей грунта in situ считается, по-видимому, сейсмопросвечивание. Менее точным, но и менее трудоемким, является сейсмокаротаж — скорости поперечных волн, измеренные в одном и том же массиве этими двумя методами, несколько различаются. При сов­ ременной технологии полевых испытаний оценка динамической разжижаемости грунтов основывается практически исключительно на эмпирической корреляции с данными стандартной пенетрации (или динамического зондирования), которые зависят, в первую очередь, от плотности грунта.

При всем разнообразии описанных полевых и лабораторных методов испы­ таний проблема надежной оценки динамической неустойчивости грунтов остается нерешенной, и слишком во многих случаях ее прогноз оказывается далеким

грунтов. Исследования проводились в несколько стадий на двух опытных поли­ гонах, расположенных на природных аллювиальных песках в дельте р. Фрэзер (вблизи г. Ванкувер) и на намывных отложениях дамбы хвостохранилища (форт МакМаррей, Альберта). Программа работ включала (Robertson et al., 1995) оценку разжижаемости песков in situ комплексом полевых методов (стандартная и сейсмоконусная пенетрация, геофизические методы, самозабуривающийся прессиометр) и в лаборатории на образцах, приготовленных по общепринятым методикам, а также на образцах ненарушенного сложения, отобранных с применением замораживания. Но наиболее сложной и дорогостоящей частью проекта было полномасштабное моделирование разжижения песков в массиве для оценки возможности надежного прогноза такого события на основании полевых и лабораторных экспериментов, которое потребовало не только предварительного центробежного моделирования, но и значительных капиталовложений для защиты близрасположенных инженерных сооружений.

Еще одна важнейшая инициатива научного сообщества в области динами­ ки грунтов состоит в организации стационарных экспериментальных площадок для проведения полно — и крупномасштабных испытаний динамической устойчи­ вости грунтов и сооружений, опробования новых полевых методов исследования, способов строительства и улучшения оснований. Эти участки детально охарактери­ зованы в инженерно-геологическом и инженерно-сейсмологическом отношениях, оснащены ситемами регстрации сейсмических волн, а накопленные для них ба­ зы данных доступны для любого квалифицированного профессионала. В США система таких площадок (NGES — National Geotechnical Experimental Sites) была организована в 1992 г., а в настоящее время она включает 39 NGES, 5 из которых (в Калифорнии, Техасе (2), Иллинойсе и Массчусетсе) получает федеральную фи­ нансовую поддержку (Woods, 1995). Аналогичные стационарные экспериментальные площадки существуют в Канаде, Бразилии, Великобритании, Франции, Италии, Японии и Норвегии. Эта система служит мощным фактором развития между­ народного сотрудничества в области динамики грунтов между государственными предприятиями, частными фирмами и университетами, способствуя снижению затрат на такие дорогостоящие крупномасштабные эксперименты.