Требования к отбору, хранению, транспортировке и качеству образцов грунта

Отбор образцов грунта нарушенного сложения [16]. Образцы природных дисперсных, мерзлых и техногенных грунтов необходимо отбирать из открытых горных выработок бороздовым методом, а из скважин — точечным методом. Отбор образцов из открытых выработок следует выполнять из лунки на дне выработки или борозды на ее стенке после удаления засохшего или размоченного грунта.

Образцы грунта нарушенного сложения, для которых не требуется сохранение природной влажности, укладывают в тару, обеспечивающую сохранение мелких частиц грунта. Образцы, для которых требуется сохранение природной влажности, укладывают в тару с герметически закрывающимися крышками. Грунт должен заполнить тару полностью. Образцы грунта, предназначенные для определения влажности, необходимо взвесить сразу после отбора. Внутрь тары вместе с образцом укладывают этикетку, завернутую в кальку, покрытую слоем парафина с гудроном; вторую этикетку наклеивают на тару. На этикетке необходимо указать: наименование организации, проводящей изыскания; наименование объекта, выработки и ее номер; глубину отбора образца; краткое описание грунта; должность и фамилию лица, производящего отбор образцов, его подпись; дату отбора образца.

Отбор монолитов. При отборе монолитов из горных выработок применяют точечный метод отбора образцов. Монолиты, у которых сохраняется форма без жесткой тары, отбирают с помощью ножа, лопаты и пр. в виде куска грунта. Монолиты скального рыхлого и малопрочного, а также крупнообломочного грунта допускается отбирать способом насаживания тары на образец. Высота монолита должна быть не менее его диаметра. В сложных условиях допускается отбирать монолиты, состоящие из двух или более кусков с минимальной высотой каждого не менее 70 мм. При отборе монолитов из скважин применяют грунтоносы обуривающего, вдавливаемого, забивного и вибрационного типов, которые следует выбирать в зависимости от класса грунта и его разновидностей. Для отбора монолитов скальных и полускальных очень плотных и плотных грунтов следует применять одинарные колонковые трубы, для отбора рыхлых водопроницаемых грунтов следует использовать двойные колонковые трубы с внутренней невращающейся трубой. В табл. 3.6 и 3.7 приведены размеры и масса образцов грунта, необходимые для определения характеристик их свойств.

Таблица 3.6.

Размеры и масса образцов, необходимые для лабораторных испытаний грунтов [16]

Продолжение табл. 3.6

Окончание табл. 3.6

Примечание: d — диаметр образца: Л — высота образца: d_K — диаметр кольца; h_K — высота кольца; «5, — толщина стенки кольца; V- объем образца.

Таблица 3.7.

Минимальные размеры монолитов грунта (мм), отбираемых ил скважин

Монолит немерзлого грунта, отобранный без жесткой тары, следует немедленно туго обмотать слоем марли, пропитанной смесью парафина с гудроном, затем монолит надлежит покрыть слоем смеси парафина с гудроном, обмотать вторым слоем марли, пропитанной смесью парафина с гудроном, и еще раз покрыть слоем парафина с гудроном толщиной не менее 2 мм. До парафинирования на верхнюю грань монолита следует положить этикетку, завернутую в кальку, покрытую слоем парафина с гудроном. Смесь парафина с гудроном, применяемая для парафинирования, должна иметь температуру 55…60 °С.

Монолиты немерзлого грунта, отобранные в жесткую тару, должны быть немедленно упакованы. Открытые концы следует закрыть жесткими крышками с резиновыми прокладками. Место соединения крышки с тарой покрывают двойным слоем изоляционной ленты или парафинируют. До установки крышки на верхнюю грань монолита укладывают этикетку. Второй экземпляр этикетки прикрепляют на боковую поверхность жесткой тары.

Монолиты мерзлого грунта следует изолировать способом намораживания на них корки льда толщиной не менее 1 см. Для этого монолит следует многократно погрузить в охлажденную воду или облить охлажденной водой. После каждого погружения или обливания вода на поверхности монолита должна быть заморожена. До замораживания на верх монолита следует уложить этикетку, вторую этикетку необходимо прикрепить сверху монолита перед последним погружением в воду [18].

Решающее влияние на степень повреждения образцов при опробовании имеет чувствительность грунта к механическим воздействиям: слабые грунты более склонны к повреждению, в то время как менее чувствительные грунты, такие как большинство плотных глин, требуют более простых методов опробования. Оценить качество образцов можно, используя площадной коэффициент А.

'

где d о и d, — внешний и внутренний диаметры пробоотборника. Если A_r< 10%, то считается, что состояние образца ненарушенное.

Транспортирование и хранение образцов [16]. Образцы грунта, предназначенные для транспортирования в лаборатории, необходимо упаковывать в ящики (термосы). Монолиты немерзлых грунтов укладывают в ящики со слоем стружки или опилок на дне толщиной не менее 5 см. Монолиты мерзлых грунтов укладывают в специальные термосы, состоящие из наружного и внутреннего деревянных ящиков, пространство между которыми заполнено теплоизоляционным материалом (вата, сухой мох и др.). Мри укладке монолиты отделяют от стен ящика плотным слоем заполнителя толщиной 3…4 см и друг от друга слоем толщиной 2…3 см. В качестве заполнителя используют влажные (для монолитов немерзлого грунта) или сухие (для монолитов мерзлого грунта) древесные опилки, стружку.

В лабораторию, расположенную вблизи места отбора, образцы допускается транспортировать без ящиков, но с обязательным соблюдением мер зашиты от повреждения изоляционного слоя образцов и подсыхания грунта. Срок хранения упакованных образцов грунта нарушенного сложения, для которых требуется сохранение природной влажности, с момента отбора до начала лабораторных испытаний не должен превышать 2 суток. Сроки хранения монолитов немерзлого грунта с момента отбора до начала лабораторных испытаний в помещениях или камерах, не должны превышать: 1,5 месяца — для скальных грунтов, песков, глинистых грунтов твердой и полутвердой консистенции; 1 месяца — для других разновидностей грунтов. Образцы мерзлого грунта допускается хранить не более 10 сут.

Монолиты немерзлых грунтов, упакованные в ящики, необходимо транспортировать при положительной температуре окружающего воздуха, а монолиты мерзлых грунтов — при отрицательной температуре воздуха или транспортом, оборудованным холодильными камерами. Упакованные образцы грунта, доставленные в лабораторию без документации, принимать на хранение и производство лабораторных испытаний запрещается. Упакованные образцы грунта нарушенного сложения, для которых требуется сохранение природной влажности, а также упакованные монолиты следует хранить в помещениях или камерах, в которых воздух имеет относительную влажность 70…80% и температуру плюс 2… 10 °C; при хранении монолитов мерзлого грунта — относительную влажность 80…90% и отрицательную температуру.

Монолиты мерзлых грунтов допускается хранить в специальных горных выработках, пройденных в мерзлых грунтах. При хранении монолиты не должны подвергаться резким динамическим воздействиям, касаться друг друга и стоек полок; должны размещаться на полках помещения (камеры) всей нижней поверхностью в один ярус таким образом, чтобы этикетки находились сверху. При длительном хранении монолитов немерзлых грунтов их необходимо покрывать влажной тканью или опилками.

Наиболее сложно сохранить состав и свойства органических и органо-минеральных грунтов, так как даже при непродолжительном хранении в них интенсивно развивается микрофлора и идет минерализация органики. Максимальное количество микроорганизмов в торфах наблюдается в первый месяц хранения, с увеличением степени разложения их число уменьшается. Как в естественном, так и в нарушенном состоянии наиболее подвержен разложению верхний слой груша толщиной до 5… 10 см, после 10 см наблюдается некоторая относительная стабилизация количества микроорганизмов. Наименее устойчивы к распаду малоразложившиеся осоковые, пушицевые и шейхцериевые виды торфа, которые необходимо исследовать в первую очередь. Образцы, представленные сфагновыми видами, могут храниться значительно дольше. В то же время в верховом водонасыщенном торфе быстрее развиваются микроорганизмы, вызывающие газообразование и всплывание торфа, разложение белков и углеводов с выделением разнообразных продуктов метаболизма, таких как метан, углекислый газ, сероводород. Поэтому после хранения перед опытом необходимо убедится, что степень разложения образца не отличается от исходной, в обратном случае необходимо удалить верхний разложившийся слой торфа [56].

Категории методов отбора обращав и классы качества образцов для лабораторных испытании. Качество образцов грунта можно оценить, используя процедуру, предложенную К. Терцаги, согласно которой категория качества образцов (Specimen Quality Designation — SQD) изменяется от, А (лучшее) до Е (худшее). Образцы хорошего качества должны соответствовать категории от, А до В для глин с коэффициентом переуплотнения OCR < 3…5, образцы с удовлетворительным качеством соответствуют интервалу SQD от В до С. Если объемная деформация при реконсолидации находится в интервале от 0 до 4%, то результаты испытаний с целью определения параметров прочности и деформируемости не вызывают сомнений [5].

При проходке скважин, отборе керна, извлечении его из грунтоноса и вырезании из монолита образцов происходит частичное разрушение структурных связей, разуплотнение грунта при снятии бытовой нагрузки, процессы газовыделения из поровой жидкости, образование трещин или разрывов. Эффективные напряжения в образце после его извлечения на поверхность практически равны нулю и их вновь необходимо создать в образце перед началом механических испытаний.

На рис. 3.7 показано изменение напряжений в образце грунта, по мерс того как он извлекается из массива грунта и подготавливается к испытаниям. На точке F 'рис. 3.7 бытовые напряжения в образце значительно меньше по сравнению с начальными (точка А), при этом значение коэффициента пористости грунта выше исходного значения. Так как образцы в лаборатории имеют больший коэффициент пористости, чем в полевых условиях, то результаты лабораторных испытаний будут давать меньшие значения прочности и более высокую сжимаемость по сравнению с теми же грунтами в массиве.

Рис. 3.7. Схема изменения напряженного состояния грунта при его отборе и подготовке к испытаниям:

АР — опробование при бурении: АВбурение: ВС — отбор грунта пробоотборником: CDизвлечение из пробоотборника: DF. — изменение содержания воды и газа в образце грунта при доставке и хранении; EF подготовка к испытанию и установка образца в камеру стабиюметра

Согласно EN ISO 22 475−1 и EN 1997;2:2007 (Еврокод 7, часть 2, раздел 3) на практике рекомендуется использовать три категории методов опробования (А. В, С) в зависимости от необходимого качества образцов. Образцы грунтов, в свою очередь, разделены на 5 классов по качеству в соответствии с характеристиками, которые предположительно остаются неизменными в течение опробования, транспортирования и хранения (табл. 3.8):

• • категория А: образцы с классом качества от 1 до 5;
• • категория В: образцы с классом качества от 3 до 5;
• • категория С: могут быть получены образцы только 5-го класса качества [5].

Таблица 3.8.

Класс качества и категория отбора образцов грунта для лабораторных работ

Образцы грунта с 1 или 2 классом качества могут быть получены методами опробованиями категории А, что предполагает при отборе монолитов и подготовке образцов сохранение их структуры, влажности, коэффициентов пористости, без изменений в составе грунта. Категории, А соответствуют технологии отбора монолитов путем их обуривания с промывкой, применение тонкостенных поршневых пробоотборников и вырезание монолитов вручную.

Используя категорию В, нельзя получить образцы выше 3-го класса качества. В этом случае структура грунтов будет нарушена, но удастся сохранить их состав, естественную влажность и классифицировать грунты различных слоев. Изменчивость в геологическом строении может привести к снижению класса качества образцов.

Используя категорию С, нельзя получить образцы выше 5-го класса качества, так как структура грунта будет полностью изменена, влажность не будет соответствовать природной, классификация грунта в этом случае будет неточной. Кроме того, могут произойти изменения в гранулометрическом или химическом составе грунта.

При наличии признаков значительной деформации керн используется только для получения характеристик, соответствующих 2 3 классам и выше (табл. 3.9) [113]. Монолиты грунта, имеющие повреждения изоляционною слоя, дефекты упаковки или нарушение условий хранения, допускается принимать к лабораторным испытаниям только как образцы грунта нарушенного сложения.

Таблица 3.9.

Состояние грунта разных классов качества и комплекс лабораторных определений

Таким образом, при изысканиях при выборе методов опробования должны быть учтены требования методик дальнейших лабораторных испытаний и допустимая степень нарушенное™ образца. При изучении свойств залегающих на больших глубинах грунтов лабораторные компрессионные и трехосные испытания необходимо проводить при давлениях, соответствующих природным, как в эффективных, так и в полных напряжениях. Для получения достоверных результатов перед трехосными испытаниями необходимо приведение образца к природной плотности с восстановлением фазового состава (ВФС) [5].