Saulius Gadeikis, Petras Klizas, Robert Mokrik, Kæstutis Jokðas GEOINZINERINIAI LAUKO TYRIMU METODAI

Transcription

1 Saulius Gadeikis, Petras Klizas, Robert Mokrik, Kæstutis Jokðas GEOINZINERINIAI LAUKO TYRIMU METODAI

2 VILNIAUS UNIVERSITETAS GAMTOS MOKSLŲ FAKULTETAS Saulius Gadeikis, Petras Klizas, Robert Mokrik, Kęstutis Jokšas GEOINŽINERINIAI LAUKO TYRIMŲ METODAI Mokomoji knyga Vilnius 01

3 Mokomosios knygos parengimą rėmė: Lietuvos m. Žmogiškųjų išteklių plėtros veiksmų programos prioriteto Mokymasis visą gyvenimą priemonė VP1. ŠMM 09 V Studijų programų plėtra Nacionalinėse kompleksinėse programose Apsvarstė ir rekomendavo išleisti Vilniaus universiteto Gamtos mokslų fakulteto Taryba (01 m. birželio mėn. 6 d.; protokolas Nr. 7) Recenzavo: doc. Vincentas Stragys doc. Rimantas Šečkus ISBN Saulius Gadeikis, 01 Petras Klizas, 01 Robert Mokrik, 01 Kęstutis Jokšas, 01 Vilniaus universitetas, 01

4 Turinys Įvadas...4 I dalis. INŽINERINĖ GEOLOGIJA 1. INŽINERINIŲ GEOLOGINIŲ LAUKO TYRIMŲ METODŲ IR JŲ TAIKYMO APŽVALGA (S. Gadeikis)...7. TIESIOGINIAI GRUNTŲ FIZIKINIŲ MECHANINIŲ SAVYBIŲ LAUKO TYRIMŲ METODAI (S. Gadeikis) Gruntų deformacinės savybės Bandymai statine plokšte (štampiniai bandymai) Presiometrija (bandymai presiometru) Dilatometrija (bandymai plokščiuoju dilatometru) Gruntų stiprumo savybės Grunto masyvo plokščias kirpimas kasinyje Grunto monolito plokščias kirpimas lauko prietaisais Grunto šoninės prizmės nustūmimas Grunto prizmės išstūmimas Grunto prizmės gniuždymas Sparnuotė arba mentelių metodas (bandymai lauko sparnuote) NETIESIOGINIAI GRUNTŲ FIZIKINIŲ MECHANINIŲ SAVYBIŲ LAUKO TYRIMŲ METODAI (S. Gadeikis) Gruntų tyrimai statiniu zondavimu Gruntų tyrimai dinaminiu zondavimu Gruntų tyrimai standartiniu penetracijos bandymu (arba dinaminis zondavimas su gruntotraukiu) POLIŲ BANDYMAI APKROVOMIS. POLIO IR GRUNTO SĄVEIKOS TYRIMAI (S. Gadeikis) Bendros žinios Polių bandymai statine apkrova Polių bandymai dinamine apkrova Literatūra (1 4 skyrių) II dalis. HIDROGEOLOGIJA 5. HIDROGEOLOGINIAI LAUKO TYRIMO METODAI (K. Jokšas ir P. Klizas) Hidrogeologinių tyrimų paskirtis Distanciniai ir geofiziniai tyrimo metodai Hidrogeologinių gręžinių įrengimo principai Išpumpavimas iš gręžinių ir požeminio vandens lygio matavimas Aeracijos zonos ir mažai laidžių uolienų tyrimai...04 Literatūra VANDENINGŲJŲ SLUOKSNIŲ FILTRACIJOS PARAMETRŲ TYRIMAI (R. Mokrik) Stacionari filtracija Nestacionari filtracija Kvazistacionari filtracija Stebimojo gręžinio išbandymas hidrauliniu smūgiu...34 Literatūra...36

5 Į v a d a s Inžinerinius geologinius ir hidrogeologinius (geoinžinerinius) tyrimus sudaro geologinių, hidrogeologinių, geofizinių, kartografavimo darbų, gruntų ir uolienų fizikinių, mechaninių ir filtracinių savybių tyrimų laboratoriniais ir lauko metodais civilinės, pramoninės paskirties objektų, kelių, tiltų, karjerų statybos, vandens paieškų ir tiekimo ir kt. poreikiams visuma. Vieni svarbiausių inžinerinių geologinių tyrimų darbų, kurie atliekami, norint įvertinti gruntų savybes, yra lauko tyrimų metodai. Lauko tyrimų metu gruntai tiriami tiesiogiai gamtinėmis slūgsojimo sąlygomis, įvertinant geologinių procesų ir būsimo statinio apkrovos įtaką gruntų struktūrai, tekstūrai, sudėčiai, cementacijos laipsniui, esant natūraliam hidrogeodinaminiam režimui, geostatiniam slėgiui ir kitiems gamtinės aplinkos veiksniams. Šiuolaikiniai gruntų mechanikos ir gruntotyros mokslo pasiekimai, didėjantis pastatų sudėtingumas, aukštingumas ir vis didesnis požeminės erdvės išnaudojimas kelia vis didesnius reikalavimus projektuotojams ir pamatų konstruktoriams, skatina vis gilesnių ir sudėtingesnių pamatų įrengimą, o tai, savo ruožtu, verčia gruntų tyrėjus ar inžinierius geologus taikyti vis sudėtingesnius ir kartu pažangesnius gruntų tyrimų metodus, leidžiančius gauti vis platesnį gruntų geotechninių savybių spektrą. Paskutiniais dešimtmečiais atsirado naujų gruntų lauko tyrimų metodų, kuriais gaunama informacija ne tik smarkiai pakeičia laboratorinius tyrimus, bet ir leidžia atsisakyti senesnių, mažiau informatyvių lauko tyrimų metodų. Lietuvoje dar nebuvo išleistas joks mokomosios paskirties leidinys skirtas geoinžineriniams lauko tyrimų metodams. Ilgą laiką paskaitose buvo naudojamasi tik rusiška metodine literatūra, vėliau ji iš dalies papildyta ir vakarietiška moksline literatūra. 007 m. buvo paruošta elektroninė mokomoji inžinerinės geologijos krypties knyga Inžinerinės geologijos lauko tyrimų metodai. Per paskutinius penkerius metus šis kursas buvo gerokai praplėstas, atnaujintas ir papildytas naujais tyrimų metodais ar jų modifikacijomis, taikant metodus gaunamos informacijos apie gruntų savybes interpretacijomis ir teoriniu pagrindimu. Hidrogeologijos mokslo taikomieji tikslai taip pat priklauso nuo ūkio poreikių ir technologijų kaitos. Dėl to mokslinė taikomoji literatūra, skirta šioms studijoms, greitai sensta. Vilniaus universiteto bakalauro studijų programos klausytojai gali naudotis dviem 1995 ir 003 m. Hidrogeologijos laboratorinių darbų leidimais. Tačiau lauko tyrimų sritis, kuri yra ne mažiau svarbi, iki šiol neturi leidinio, nors studijų metų vykdoma lauko tyrimų mokomoji praktika. Mokomosios knygos pirmą dalį Inžinerinė geologija, sudaro keturi skyriai. Pirmame skyriuje pateikiama bendra informacija apie inžinerinius geologinius tyrimus, jų sudedamąsias dalis, lauko tyrimų tikslus ir uždavinius, trūkumus ir pranašumus, supažindinama su lauko tyrimų metodų klasifikacija. Antrame ir trečiame skyriuose pateikiamas kiekvieno lauko tyrimų metodo aprašymas ir metodika, supažindinama su naudojama įranga, matavimo aparatūra, darbų metu gaunama informacija ir jos interpretacija tam tikroms gruntų savybėms nustatyti. Šiuose skyriuose aprašomi bandymai statine plokšte, presiometru, dilatometru, gruntų šlyties bandymai kasiniuose ir lauko tyrimų prietaisuose, gruntų prizmių nustūmimo, išstūmimo, gniuždymo metodai, daug dėmesio skiriama netiesioginiams lauko metodams statinio, dinaminio zondavimo ir standartiniam penetracijos bandymams. Ketvirtas skyrius skirtas poliniams pamatams, jų įrengimo technologijoms, gruntų ir pamato sąveikos tyrimams bei gruntų bandymams poliniais pamatais aprašyti. Mokomosios priemonės antrąją dalį Hidrogeologija sudaro trys skyriai. Penktame analizuojami aeracijos zonos uolienų drėgmės migracijos ir vandens judėjimo bei geofiltracinių parametrų nustatymo lauko sąlygomis ypatumai. Pateikiama dažniausiai taikomų metodų charakteristika, metodiniai reikalavimai, pranašumai ir trūkumai, gautų rezultatų patikimumo įvertinimas. Supažindinama su infiltrometrinių tyrimų metodiniais pagrindais ir naudojamų infiltrometrų tipais; šeštame skyriuje pateikiami vandeningųjų sluoksnių filtracinių parametrų skaičiavimo metodiniai pagrindai, pritaikyti skirtingoms filtracinėms schemoms. Pateikiamos stacionarios, nestacionarios ir kvazistacionarios filtracijos lygtys ir išpumpavimų rezultatų apdorojimo lentelės bei diagramos, tai turėtų palengvinti studentams įsisavinti hidraulinių išbandymų medžiagą; septintame skyriuje 4

6 analizuojami bendrieji hidrogeologinių ir inžinerinių geologinių lauko tyrimo darbų, požeminio vandens paieškinių, žvalgybinių ar monitoringinių tyrimų gręžinyje vykdymo reikalavimai. Pateikiami hidrogeologinių eksploatacinių ir stebimųjų gręžinių įrengimo principai ir labai svarbūs hidrogeologiniams tyrimams pjezometriniai matavimai. Ši mokomoji knyga gali būti naudinga ne tik hidrogeologams ar inžinieriams geologams ir geotechnikams, bet ir kitų gamtamokslinių, aplinkosauginių ir kt. sričių specialistams, besidomintiems geoinžineriniais lauko tyrimų metodais. 5

7 I dalis. INŽINERINĖ GEOLOGIJA

8 Unfortunately, soils are made by nature and not by man, and the products of nature are always complex. Deja, gruntai sukurti ne žmogaus, bet gamtos, ir gamtos kūriniai yra visada labai sudėtingi. Karl von Terzaghi, INŽINERINIŲ GEOLOGINIŲ LAUKO TYRIMO METODŲ IR JŲ TAIKYMO APŽVALGA Ši mokomosios knygos dalis yra skirta Lietuvoje ir pasaulyje daugiausia taikomiems inžineriniams geologiniams gruntų lauko tyrimų metodams, jų vykdymo metodikai, įrangai ir matavimo prietaisams aprašyti, tyrimų metu gaunamų duomenų naudojimui gruntų savybėms vertinti ir pritaikymui projektuojant įvairios paskirties statinių pamatus. Inžinerinių geologinių tyrimų svarba ir aktualumas. Pramoninės, civilinės, energetikos, transporto paskirties statinių, įvairių komunikacijos linijų projektavimas, statyba ir eksploatacija, teritorijos pastovumo vertinimas, įvairių geologinių ir technogeninių procesų vyksmo ir pavojingumo žmonėms ir statiniams prognozavimas neįmanomas be detalaus ir išsamaus geologinio būsimos statybos vietos įvertinimo. Ši projektuotojams ir statybos specialistams būtina informacija yra gaunama tik vykdant inžinerinius geologinius tyrimų darbus, kurių metu yra tiriamos labai įvairios geologinės sąlygos. Geologinės sąlygos apima ir įvairius gamtinius, antropogeninius procesus ir reiškinius, ir geologinę būsimo statinio pagrindo sandarą, ir būsimos statybos aikštelės reljefą, ir požeminius vandenis bei gruntų, slūgsančių po būsimu inžineriniu statiniu, fizikines mechanines savybes. Inžineriniai geologiniai tyrimai yra neatskiriama pastatų pamatų projektavimo ir statybos proceso dalis. Tai sudėtingi kompleksiniai darbai, kurie priklauso ir nuo gamtinių statybvietės sąlygų, ir nuo projektuojamo statinio pobūdžio. Galutinis šių tyrimų rezultatas tai visapusė informacija apie būsimos statybos vietos inžinerines geologines sąlygas ir jų kitimo dėl įvairių gamtinių ir antropogeninių poveikių prognozavimas. Šiai informacijai gauti vykdomi labai įvairūs inžinerinių geologinių tyrimų darbai ir, atsižvelgiant į būsimo statinio sudėtingumą, paskirtį, projektavimo ir tyrimų stadiją bei gamtines sąlygas, taikomi vieni ar kiti tyrimų metodai. Inžinerinių geologinių sąlygų tyrimai aprėpia nemažai darbų, kuriuos būtų galima suskirstyti į tokias rūšis: visų duomenų, kurie buvo gauti atliekant įvairius geologinius darbus ankstesnių tyrimų metu, surinkimas, sisteminimas ir analizė. Šie duomenys leidžia preliminariai įvertinti tyrimų, kurie bus atliekami, apimtis, parinkti racionaliausią lauko ir laboratorinių darbų metodiką ir metodus, galiausiai sutaupyti laiką ir sąnaudas, skiriamas šiems darbams atlikti, o svarbiausia pateikti kokybišką ir išsamią, inžinerinius geologinius tyrimus apibendrinančią ataskaitą. inžinerinis geologinis teritorijos kartografavimas ir inžinerinių geologinių žemėlapių sudarymas. Šie darbai leidžia įvertinti būsimos statybos teritorijos inžinerines geologines sąlygas: reljefą, geologinę sandarą, hidrogeologines sąlygas, geologinius procesus ir reiškinius bei gruntų fizikines mechanines savybes. Šių darbų rezultatas apibendrinamoji informacija apie tiriamą rajoną, leidžianti projektavimo specialistams parinkti tinkamiausias būsimų statybos objektų vietas. geofiziniai lauko tyrimo darbai: tai elektriniai, seisminiai, gravimetriniai, magnetometriniai ir branduoliniai tyrimų metodai. Jie leidžia gauti informaciją apie požemines gelmes neatliekant gręžimo ar kitų gruntų lauko tyrimo darbų. 7

9 hidrogeologiniai lauko tyrimų darbai yra gręžinių išpumpavimas, įpylimai į kasinius (šurfus) ir gręžinius, požeminio vandens lygio režimo stebėjimai ir kiti. Jie leidžia įvertinti įvairius vandeningųjų sluoksnių hidrogeologinius parametrus, gruntų filtracines savybes ir kita. gręžimo ir kasimo darbai reikalingi norint sužinoti tikras gruntų slūgsojimo sąlygas, išsiaiškinti tikslias sluoksnių ribas, požeminio vandens gylį, paimti grunto ir vandens bandinius laboratoriniams tyrimams. gruntų fizikinių ir mechaninių savybių laboratoriniai tyrimo darbai susiję su iš gręžinių paimtų grunto bandinių tyrimais laboratorijoje. Jų metu yra nustatoma gruntų sudėtis (granuliometrinė, mineraloginė, cheminė), fizikinės savybės (gamtinis tankis, drėgnis, kietųjų dalelių tankis, molinių gruntų plastiškumo savybės, organinės medžiagos ir karbonatų kiekis grunte ir kt.), stiprumo ir deformacinės savybės (sankiba, vidinės trinties kampas, deformacijų moduliai ir t. t). inžineriniai geologiniai lauko tyrimų darbai leidžia tirti gruntų savybes masyve, dažniausiai neimant bandinių, o bandant juos įvairiais prietaisais ir matuojant jų savybes bei tų savybių kaitą nepertraukiamai ir einant į gylį. Paskutiniais dešimtmečiais šie darbai inžinerinių geologinių tyrimų spektre užima vieną svarbiausių vietų. Jie nuolat tobulėja, labai dažnai pakeičia ir gręžimo darbus, ir geofizinius tyrimo metodus, ir laboratorinius gruntų tyrimus. Didžiausias šių lauko tyrimų darbų pranašumas yra tas, kad dažniausiai jie yra palygint greiti ir pigūs. Juos atliekant gaunama informacija apie gruntų savybes tiesiogiai laukuose ir tiesiogiai grunto masyve (angl. in situ). Inžinerinių geologinių lauko tyrimų pranašumai ir trūkumai. Inžinerinių geologinių tyrimų praktikoje daug informacijos apie gruntų savybes yra gaunama atliekant laboratorinius tyrimus. Gręžimo darbų metu paimti grunto pavyzdžiai yra konservuojami, transportuojami, o paskui tiriami specializuotose inžinerinės geologijos, gruntų mechanikos ar geotechnikos laboratorijose, naudojant įvairius specializuotus laboratorinius prietaisus, įrenginius ir taikant įvairiausią metodiką. Tačiau tokie laboratoriniai gruntų tyrimai turi nemažai trūkumų. Pagrindiniai būtų tokie: laboratorinių darbų metu tiriami sąlyginai mažų matmenų grunto bandiniai. Tokių bandinių tyrimai labai dažnai neatspindi tiriamo grunto masyvo, kuriame planuojame įrengti būsimo pastato ar statinio pamatus, savybių visumos; tiriant tik atskirus grunto bandinius, paimtus iš konkrečios erdvės taško, neįmanoma įvertinti viso grunto masyvo, kuris bus statinio pagrindas ar terpė, elgsenos. dažniausiai bandiniai imami gręžiant gręžinius, specialiais gruntotraukiais. Tokia bandinių paėmimo procedūra ne visada garantuoja jų kokybę, t. y. jų gamtinės būsenos išsaugojimą; didelių sunkumų sudaro, papildomų laiko ir darbo sąnaudų reikalauja ir paimtų grunto bandinių konservavimas, transportavimas bei saugojimas. Gana ilgas kelias nuo lauko tyrimų vietos iki laboratorijos sumažina tikimybę gauti kokybiškus ir patikimus laboratorinių tyrimų rezultatus. Reikia didelės patirties, kruopštumo ir atsakingumo, kad paimti grunto bandiniai laukuose būtų tinkamai supakuoti ir saugiai atvežti į gruntų tyrimų laboratorijas; tirdami gruntus tik laboratorijose, netenkame galimybės tirti juos gamtinės jų įtempimų būsenos, gamtinėmis jų slūgsojimo sąlygomis, nes ir geostatinis poveikis, ir požeminis vanduo bei jo režimas, ir geologinės praeities įtaka, ir įvairūs gamtiniai poveikiai yra eliminuojami iš paimtų gruntų aplinkos. labai dažnai gamtoje pasitaiko tokių gruntų, kuriuos tinkamai paimti iš gręžinio ar kasinio, užkonservuoti, atvežti iki laboratorijos ir išsaugoti bent kurį laiką nepakitusios gamtinės būsenos yra neįmanoma. Tada lauko tyrimo darbai tampa bene vieninteliai tinkami tiriant tokių silpnų, nepastovių, organinių gruntų savybes (pvz., minkštai plastiški, takūs molingi gruntai, nerišlūs, purūs, vandeningi smėliniai gruntai, dumblas, stipriai plyšiuotos uolienos). Gruntų laboratorinių tyrimų pakeitimas lauko tyrimų metodais daugeliu atvejų leidžia gerokai sumažinti darbo laiko sąnaudas, kartu sumažinti tokių darbų finansines išlaidas ir padidinti gaunamos informacijos tikslumą bei patikimumą. 8

10 Šiuo metu lauko tyrimai, o ypač kai kurie metodai, yra labai plačiai paplitę ir tapę vienais pagrindinių gruntų statybinių savybių nustatymo metodais. Iš kitos pusės, lauko metodai, palyginti su laboratoriniais ar kitais inžineriniais geologiniais tyrimų darbais, turi tam tikrų trūkumų. Pagrindiniai būtų šie: lauko tyrimai atliekami tik tam tikru, fiksuotu laiko momentu, o tai neleidžia pakankamai gerai įvertinti įvairių reiškinių, susijusių su gamtinės aplinkos pasikeitimais (pvz., sezoninis gruntinio vandens svyravimas ir pan.), taip pat su aplinkos sąlygų pasikeitimais, kuriuos sukelia šalia statomi pastatai ar kiti inžineriniai objektai; kai kurių lauko darbų kaina ir laiko sąnaudos, palyginti su laboratoriniais tyrimais yra labai didelės, o gaunama informacija apie gruntų savybes yra ta pati. Daugeliu atvejų, taikant tokius metodus, neįmanoma atlikti didelio kiekio lauko bandymų, kad gautume pakankamai duomenų, reikalingų statistiniam gruntų fizikinių mechaninių rodiklių apdorojimui; kai kurių lauko metodų teorinis pagrindimas yra nepakankamas, o svarbiausia nevienareikšmė gautų rezultatų interpretacija. Taigi, įvairūs gruntų lauko tyrimų metodai praktikoje dažniausiai yra neatsiejami nuo gręžimo, laboratorinių darbų ir kitų geologinių darbų. Patikimiausi gruntų savybių tyrimo rezultatai yra gaunami, kai visos inžinerinių geologinių darbų rūšys yra susijusios ir vykdomos tyrimuose kompleksiškai. Inžinerinių geologinių lauko tyrimų metodų rūšys, jų vykdymo reikalavimai ir darbų organizavimas. Šiuo metu nėra vieningos griežtos inžinerinių geologinių gruntų lauko tyrimų klasifikacijos. Įvairūs autoriai pateikia savus lauko tyrimų metodų suskirstymus, atsižvelgdami į tai, kaip tiriame gruntus, kaip interpretuojame gautus rezultatus, kokiems tikslams naudojama gauta informacija, kokius prietaisus naudojame ir pan. Vis dėlto, visus lauko tyrimų metodus sąlyginai būtų galima suskirstyti į tris grupes, kurios atspindi jų panaudojimo galimybes ir gruntų savybių įvertinimo laipsnį: 1. Metodai, kuriais tiesiogiai nustatomos gruntų mechaninės savybės. Šie metodai taikomi norint nustatyti gruntų deformacines ir stiprumo savybes tiesiogiai grunto masyve. Taikomi metodai: grunto bandymai statine plokšte arba štampiniai bandymai (angl. plate loading test PLT), dilatometrija arba bandymas plokščiuoju dilatometru (angl. flat dilatometer test DMT), presiometrija arba bandymas presiometru (angl. pressuremeter test PMT), gruntų plokščias kirpimas kasinyje ir lauko prietaisais, gruntų prizmės išspaudimas, nustūmimas, gniuždymas, mentelių arba sparnuotės metodas (angl. field vane test FVT).. Metodai, kuriais netiesiogiai nustatomos gruntų fizikinės ir mechaninės savybės. Tokių lauko tyrimų metu yra taikomas vadinamasis penetracijos arba zondavimo principas. Tokio proceso metu į gruntą vertikaliai spraudžiamas statine jėga ar kalamas dinamine jėga plieninis strypas su kūginiu ar kokiu kitu antgaliu ir stebimas antgalio ir atskirų jo dalių pasipriešinimas įsmigimui bei trinčiai. Taikomi metodai: statinio zondavimo bandymas ir jo modifikacijos (angl. cone penetration test CPT), dinaminio zondavimo metodas ir jo modifikacijos (angl. dynamic probing DP), standartinis penetracijos bandymas (angl. standard penetration test SPT). 3. Gruntų išbandymas natūraliais pamatais. Tai seklių ir įvairių gilių (polinių) pamatų bandymai įvairiomis apkrovomis, imituojant būsimo statinio apkrovas. Apibendrinta inžinerinių geologinių gruntų lauko tyrimų klasifikacija pateikta 1.1 lentelėje, o jų scheminis vaizdas 1.1 paveiksle. Lauko tyrimų darbų apimtys, paskirtis ir norimos gauti informacijos apie gruntų savybes lygis tam tikruose inžinerinių geologinių tyrimų etapuose gali būti skirtingas. Visada reikia atminti, kad lauko tyrimų darbai yra sudedamoji inžinerinių geologinių tyrimų dalis ir paprastai jie vykdomi kartu su kitais geologiniais darbais (gręžimas, geofiziniai tyrimai ir kt.). Lauko tyrimų panaudojimo būtinumą būtų galima suskirstyti taip: žvalgybinių tyrimų metu lauko metodai gali būti vykdomi tik iš dalies, t. y. siekiant gauti pirminius duomenis apie būsimos statybos aikštelės geologinę sandarą, parinkti būsimo statinio vietą ir sprendžiant specifinius projektavimo ir statybos uždavinius; 9

11 1.1 lentelė. Apibendrinta lauko tyrimų metodų klasifikacija Metodų grupės Metodo pavadinimas Metodo modifikacijos ir atmainos Metodo pavadinimas ir žymėjimas (angl.) Taikomas standartas Matuojami parametrai Nustatomi geotechniniai gruntų rodikliai Tiesioginiai Bandymas statine plokšte Dilatometrija (bandymas plokščiuoju dilatometru) Presiometrija (bandymas presiometru) Grunto masyvo plokščias kirpimas šurfe Grunto masyvo plokščias kirpimas lauko prietaisais Grunto šoninės prizmės nustūmimas Grunto prizmės gniuždymas Sparnuotė arba mentelių metodas Statinė plokštė šurfe ar kasinyje Statinė plokštė gręžinyje Įsukama statinė plokštė žemiau gręžinio kirtavietės Įsukama statinė plokštė grunto masyve Seisminis plokščiasis dilatometras Įleidžiamas (Menardo presiometras, OYO presiometras, aukšto slėgio dilatometras) Įsigręžiantis presiometras Įstumiamas presiometras Plate loading test EN ISO **; Nuosėdis, PLT ГОСТ apkrova Plate loading test in borehole PLT ГОСТ Nuosėdis, apkrova Screw plate loading test SPLT Screw plate load test SPLT Flat dilatometer test DMT Seismic flat dilatometer test SDMT Prebored pressuremeter PBP (MPM, LLT, HPD) Self bored pressuremeter SBP (Cambridge SBP, PAF) Push in pressuremeter PIP (FDT, CPMT) Field vane test FVT ГОСТ ГОСТ EN ISO ; ГОСТ EN ISO 476 4**; ГОСТ EN ISO 476 6**; ГОСТ EN ISO 476 8** ГОСТ ГОСТ EN ISO 476 9** ГОСТ Nuosėdis, apkrova Nuosėdis, apkrova A ir B slėgiai A ir B slėgiai, skersinių ir išilginių seisminių bangų greitis Slėgis, tūrinės deformacijos, spindulinės deformacijos Apkrova, horizontalios, vertikalios deformacijos Sukimo momentas E SP (E PLT ) E SP (E PLT ) E ISP (E SPLT ) E ISP (E SPLT ) I D, K D, E D, q D, grunto tipas, γ, K o, M, OCR, c u,, E, G o E PR (E PMT ) c,, τ c u, I F 10

12 1.1 lentelės tęsinys Metodų grupės Metodo pavadinimas Metodo modifikacijos ir atmainos Metodo pavadinimas ir žymėjimas (angl.) Taikomas standartas Matuojami parametrai Nustatomi geotechniniai gruntų rodikliai Netiesioginiai Statinis zondavimas Dinaminis zondavimas Standartinis penetracijos bandymas Statinis zondavimas mechaniniu zondu Statinis zondavimas elektriniu zondu (tenzozondas) Statinis zondavimas su porinio slėgio matavimu (pjezozondas) Seisminis statinis zondavimas Kūginis penetrometras* Lengvas Vidutinis Sunkus Ypač sunkus Mechanical cone penetration test CPTM Electrical Cone penetration test CPT Piezocone CPTU Seismic cone penetration test SCPT (SCPTU) Cone pressuremeter test CPMT Dynamic probing light DPL Dynamic probing medium DPM Dynamic probing heavy DPH Dynamic probing super heavy DPSH (A) ir DSPH (B) Standard penetration test SPT EN ISO EN ISO 476 1** EN ISO 476 1** EN ISO 476 EN ISO 476 3; ASTM D Kūginis stipris, šoninė trintis Kūginis stipris, šoninė trintis Kūginis stipris, šoninė trintis porinio slėgio parametrai Kūginis stipris, šoninė trintis porinio slėgio parametrai, skersinių ir išilginių seisminių bangų greitis Kūginis stipris, šoninė trintis, porinio slėgio parametrai, kameros išsiplėtimas Smūgių skaičius tam tikram intervalui Smūgių skaičius tam tikram intervalui Grunto tipas, sluoksnio storis, γ, I D, K o, S t, M, OCR, c u,, E, G, G o Sluoksnių ribos, I D Grunto tipas ir sluoksnių ribos, I D,, E * metodas tinka ir statiniam zondavimui ir presiometrijai. ** standartai dar ruošiami 11

13 1.1 lentelės tęsinys Metodų grupės Metodo pavadinimas Metodo modifikacijos ir atmainos Metodo pavadinimas ir žymėjimas (angl.) Taikomas standartas Matuojami parametrai Nustatomi geotechniniai gruntų rodikliai Gruntų išbandymas natūraliais pamatais Polių bandymai Polių bandymai Statine apkrova Dinamine apkrova Nuosėdis, apkrova Nuosėdis, apkrova Polio laikomoji geba Polio laikomoji geba E SP, E ISP (E PLT, E SPLT ) deformacijų modulis, skaičiuotas pagal bandymus statine plokšte ir įsukama statine plokšte, E PR (E PMT ) deformacijų modulis skaičiuotas pagal presiometrinius bandymus, c sankiba, τ kerpamasis stipris, I F jautrumo rodiklis, I D tankumo rodiklis, I D grunto tipo rodiklis (dilatometrija), K D šoninio slėgio koeficientas, E D dilatometrinis modulis; q D kvazistatinis dilatometrinis pasipriešinimas penetracijai, γ savitasis sunkis, K o rimties koeficientas (angl. coefficient of earth pressure at rest arba in situ coefficient of lateral earth pressure), c u nedrenuotas kerpamasis stipris, OCR pertankinimo koeficientas, M (E OED ) standumo modulis, efektyvusis vidaus trinties kampas, vidaus trinties kampas, E tamprumo arba Jungo modulis, G o pradinis maksimalus šlyties modulis, G šlyties modulis 1.1 pav. Kai kurių lauko tyrimų metodų scheminis vaizdas: 1 bandymas statine plokšte (štampu) kasinyje (PLT); bandymas statine plokšte (štampu) gręžinyje; 3 bandymas įsukama statine plokšte (štampu) žemiau gręžinio kirtavietės (SPLT); 4 bandymas įsukama statine plokšte (štampu) grunto masyve (SPLT); 5 presiometrija arba bandymas presiometru (PMT); 6 standartinis penetracijos bandymas (SPT); 7 statinis zondavimas (CPT, CPTU, SCPTU); 8 dilatometrija arba bandymas plokščiuoju dilatometru (DMT); 9 bandymas lauko sparnuote (FVT). Veikiančios jėgos: N ašinė apkrova, p slėgis, Q plakto masė, M sukimo momentas 1

14 1. lentelė. Pagrindinių lauko metodų efektyvumas ir tinkamumas gruntų geotechninėms savybėms vertinti (pagal Lunne ir kt., 1997, sutrumpinta autoriaus) Grunto savybių parametrai Grunto tipas Metodas Geologinis pjūvis u *φ cu ID M (mv) cv k Go σh OCR σ ε Žvyras Smėlis Dulkis Molis Durpė Dinaminis zondavimas (DP) B C C C C C B A B B B Mechaninis statinis zondavimas A/B C C B C C C C C A A A A (CPTM) Elektrinis statinis zondavimas A C B A/B C B B/C B C A A A A (CPT) Elektrinis statinis zondavimas su porinio slėgio A A B B A/B B A/B B B B/C B C A A A A matavimu pjezokūgis (CPTU) Seisminis zondavimas A A B A/B A/B B A/B B A B B B A A A A (SCPT/SCPTU) Dilatometrija (DMT) A C B B C B B B B C A A A A Standartinis penetracijos bandymas B C C B C C B A A A A (SPT) Presiometrija (PBP) B C B C B C B C C C B B B A B Presiometrija A B 1 (SBP) B B B B A 1 B A A/B B A/B B B A B Presiometrija PIP (FDP) B C B C C C A C C C B B A A Presiometrija PIP (CPMT) B B C B C C A B A C C C A A A A Sparnuotė (FVT) C A A B Statinė plokštė (PLT) C B B B C C A C B B B B A A A Įsukama statinė plokštė (SPLT) C C B B B C C A C B A A A A Pastabos. Tinkamumo lygis: A aukštas, B vidutinis, C žemas, netinka; * priklauso nuo grunto tipo; 1 kai yra porinio slėgio davikliai; kai yra deformacijų matavimo davikliai; u statinis porinis slėgis grunto masyve, efektyvusis vidaus trinties kampas, c u nedrenuotas kerpamasis stipris; M standumo modulis; c v konsolidacijos koeficientas; k filtracijos koeficientas; G o pradinis, maksimalus šlyties modulis; h horizontalusis slėgis; OCR pertankinimo koeficientas, slėgių ir įtempimų santykis; I D tankumo rodiklis projektinių, detalių inžinerinių geologinių tyrimų metu, t. y. pastatų techniniams projektams pagrįsti, yra atliekama dauguma lauko darbų. Jų metu gauta informacija gali būti tiesiogiai naudojama projektuojant pamatus; gana plačiai lauko tyrimai taikomi papildomų tyrimų metu. Šios stadijos metu jais yra tikslinami gruntų skaičiuojamieji rodikliai, planuojamas statybos darbų gamybos organizavimas (pvz., polių bandymai). 13

15 Reikėtų pažymėti, kad dažnai kai kurie lauko tyrimų darbai yra vykdomi atskirai nuo kitų inžinerinių geologinių tyrimų ir kartais leidžia tiriamą teritoriją įvertinti pakankamai patikimai ir tiksliai. Lauko tyrimų darbų organizavimui ir vykdymui keliami tokie bendri reikalavimai: kai kuriems lauko tyrimų darbams bandymų vietos parinkimas būsimos statybos aikštelėje turi remtis kitų geologinių darbų rūšių (gręžimas, geofiziniai tyrimai) ir kai kurių kitų lauko metodų (statinis ir dinaminis zondavimas) teikiama informacija. Lauko tyr imų vieta parenkama taip, kad pavyktų ištirti būdingiausias, tipines gruntų masyvo, kuris numatomas pamatų pagrindu, savybes; lauko tyrimų darbams vykdyti atitinkamas vietas parenkame priklausomai nuo geologinės sandaros. T. y., taikant tam tikrus metodus, būtina gerai ištirti ploto geologinę sandarą ir hidrogeologines sąlygas; lauko tyrimų darbai turi pirmiausia pateikti informaciją apie silpniausius gruntų sluoksnius tiriamame masyve; lauko tyrimų darbai turi būti racionaliai parinkti iškeltoms užduotims vykdyti. Kiekvieną lauko tyrimo darbą reikia vykdyti sprendžiant konkretų uždavinį, t. y., ar reikia įvertinti bendrą teritorijos būseną, ar gruntų savybes, ar vandeningų horizontų charakteristikas, ar statybos darbų vykdymo sąlygas. Pasirinktas lauko tyrimų metodas turi būti optimalus ir kaina, ir laiko sąnaudomis ir gaunama informacija pateiktai užduočiai įvykdyti; lauko tyrimų darbai ir jų vykdymo metodika turi būti maksimaliai priartinta prie būsimos statybos aikštelės gamtinių procesų vyksmo sąlygų, modeliuojami pagal gruntų būseną, kuri atsiras veikiant būsimoms apkrovoms. 1. lentelėje pateiktas gruntų geotechninių savybių vertinimas pagal pagrindinių lauko metodų efektyvumą ir tinkamumą (pagal Lunne ir kt., 1997). 14

16 . TIESIOGINIAI GRUNTŲ FIZIKINIŲ MECHANINIŲ SAVYBIŲ LAUKO TYRIMŲ METODAI.1. Gruntų deformacinės savybės Gruntų įtempimo būsena po pamato padu. Grunto masyvas, esantis po pastato padu, yra įtempimo būsenos ir veikiamas įvairių sudėtingų įtempimų. Kiekvieną grunto masyvo tašką, esantį įtempimų lauko viduje, grafiškai galima būtų pavaizduoti įtempimų elipse (.1 pav.). Skaičiuojant gruntų masyvo įtempimų būseną, pritaikomas tamprumo teorijoje priimtas sprendinys naudojant įtempimų elipsę. Ištirkime taško O, esančio grunto masyve, įtempimų būseną (.1 pav.). Jei iš to taško, kaip iš elipsės centro, išvesime vektorius, tai jie parodys įtempimų kryptį ir dydį. Pavyzdžiui, įtempimas nukreiptas kampu nuo statmens OD, išvesto AB plokštuma. Vektoriai, sutampantys su didžiąja ir mažąja elipsės ašimis, bus atitinkamai maksimalūs ( max) ir minimalūs įtempimai ( min). Jie dar vadinami pagrindiniais įtempimais. Bet kokį įtempimą, veikiantį taške O, išskyrus pagrindinius, galima suskirstyti į normalinius (jų kryptis sutampa su statmeniu plokštumai) ir tangentinius, nukreiptus išilgai plokštumos. Grunto masyvo įtempimas veikiant apkrovai, einant gilyn, mažėja (. pav.), o maksimalių įtempimų kryptis priklauso nuo taško koordinačių apkrautame masyve. Taškuose, esančiuose simetrijos ašyje, didžiausias pagrindinis įtempimas orientuotas vertikalia kryptimi. Tolstant nuo pastato ašies didžiausių pagrindinių įtempimų kryptys vis daugiau lenkiasi nuo vertikalios ašies. Taigi, įtempimai, veikiantys palei vertikalę z ir tolstantys nuo jos, keičia savo dydį nuo max iki min pagal simetrijos ašį. Jeigu, remdamiesi įtempimų elipsės teorija, sudėsime visos gruntų masyvo taškų eilės įtempimus z, išsidėsčiusius kvadratiniame tinklelyje, o paskui sujungsime lygiaverčių įtempimų taškus linijomis (izobaromis), tai gausime įtempimų z pasiskirstymą gruntų masyve (. pav.). Šių vertikalių įtempimų dydį ir izobarų konfigūraciją nulemia: pastato pamato forma, dydis ir pamato gylis; apkrovos dydis; geologinė sandara, esanti po pamato padu; gruntų geotechninės savybės; gruntinio vandens lygis..1 pav. Įtempimų elipsė (pagal Бондарик и др., 1967) 15

17 . pav. Lygiaverčių z įtempimų linijos (izobaros) (pagal Бондарик и др., 1967).3 pav. Apkrauto grunto masyvo deformacijų stadijos (pagal Бондарик и др., 1967) Gruntų masyvo deformacijos veikiant apkrovoms. Laikomoji geba. Apkrautas gruntų masyvas, esantis po pamato padu, spaudžiasi riboto šoninio plėtimosi sąlygomis. Suminės spaudimo ir šlyties deformacijos sudaro sudėtingą įsėdžių deformaciją. Vykstant pamato nusėdimui, yra skiriamos trys deformacijų stadijos (.3 pav.). Sutankinimo stadija atsispindi pradinėje grafiko dalyje (.3 pav., OL atkarpa). Ji apima nedideles apkrovas (iki p1). Pagrindinė deformacijų rūšis šioje stadijoje yra susispaudimo deformacija, kuri vyksta mažėjančiu greičiu. Priklausomybę tarp deformacijos ir apkrovos šioje stadijoje galima laikyti tiesine: S f p (.1) čia S nuosėdis (deformacija); p apkrova. Antra stadija, vadinama šlyties stadija, atsiranda tada, kada į gruntą perduodama apkrova, didesnė už apkrovą p1. Kaip matome iš grafiko (.3 pav.), tiesinė priklausomybė tarp deformacijos ir apkrovos išnyksta kai p > p1. Deformacijos didėja greičiau negu didinama apkrova dėl to, kad poslinkių deformacija tampa vyraujanti. Grunto masyvas šiuo momentu yra ribinės būsenos ir atskiros jo dalys pradeda slinkti viena kitos atžvilgiu palei šlyties plotus. Šioje stadijoje deformacijos vyksta pastoviu greičiu. Galiausiai, didėjant apkrovoms, kai p > p, prasideda irimo stadija arba išspaudimo. Jai būdingas ryškus grunto masyvo deformacijų padidėjimas, kurį lemia dalelių išspaudimas į šonus ir į viršų. Šiuo momentu pamatas sėda kartu su sutankinta grunto dalimi, kuri yra po juo. Grunto masyvo struktūra visiškai suyra. Deformavimasis progresuoja nepaliaujamai didėjančiu greičiu. Apkrovos pasiekia savo maksimalią reikšmę p, kuri vadinama laikymo gebos riba. Apkrova, perduodama nuo pastato į gruntą, turi būti tokia, kad gruntai būtų stabilios būsenos, t. y. deformacijos turi gesti. Taigi iš grafiko parenkame tokį kritinį tašką (taškas L iš.3 pav.), kuris atitinka nuosėdį S1 esant apkrovai p1. Ši apkrova vadinama kritine apkrova, o grunto pasipriešinimas slėgiui, atitinkantis šią apkrovą, vadinamas leistina apkrova. Šio kritinio taško parinkimas, kartu ir grunto leistinos apkrovos nustatymas priklauso ir nuo statiniui keliamų reikalavimų. Kuo atsakingesnis statinys, tuo su didesniu patikimumu turi būti užtikrintas jo pastovumas ir saugumas, ir tuo aukščiau nuo koordinačių ašies bus kritinis taškas. 16

18 .1.1. Bandymai statine plokšte (štampiniai bandymai) Bandymų statine plokšte modifikacijos. Gruntų deformacinės savybės (deformacijų modulis) nustatomas įvairiais lauko metodais. Vienas iš labiausiai paplitusių bandomųjų apkrovų metodas arba bandymas statine plokšte (štampinis bandymas) (.4 pav.). Metodo esmė apvali ar kvadratinė plokštė (štampas) palaipsniui apkraunama vis didesnėmis apkrovomis ir matuojamas nuosėdis nuo kiekvieno apkrovos laipsnio. Pagal bandymų duomenis nubraižomas grafikas, analogiškas pateiktam.3 pav. Yra kelios šio metodo modifikacijos (žr. 1.1,.5 pav.): statinės plokštės bandymas šurfuose ar kituose atviruose kasiniuose; statinės plokštės bandymas gręžiniuose; bandymas įsukant statinę plokštę žemiau gręžinio kirtavietės; bandymas įsukant statinę plokštę tiesiogiai į grunto masyvą. Bandomųjų apkrovų statine plokšte metodo modifikacijos parinkimas priklauso ir nuo tiriamos aikštelės inžinerinių geologinių sąlygų, ir nuo būsimo statinio apkrovų, ir nuo numatomo pamatų tipo bei jų įgilinimo. Paprastai gruntų įtempimų epiūros zona po plokšte (arba gruntų reakcijos į apkrovą gylis) plokštės skersmens dydį viršija ne daugiau kaip 1 1,5 karto. Pagal pasaulinėje praktikoje naudojamų plokščių dydžius, maksimalus grunto reakcijos į apkrovą gylis nuo plokštės yra iki,5 m. O, įtempimų epiūra, susidaranti po statinio pamatu, siekia kur kas didesnius gylius. Taigi, atlikdami statinės plokštės bandymus šurfuose ar kasiniuose, galime ištirti tik viršutinę statybinės aikštelės gruntų dalį. Todėl, norint ištirti gruntų deformacines savybes giliau, reikia atlikti bandymus statine plokšte gręžiniuose ar bandymus įsukama statine plokšte. Bandymų statine plokšte metu gaunami duomenys. Bandymai statine plokšte yra vieninteliai natūriniai bandymai, kurie leidžia gauti tiesioginius ir patikimus gruntų spūdumo rodiklius, naudojamus projektuojant juostinius ar plokščius pamatus. Laboratoriniai gruntų deformacinių savybių tyrimai, kurie atliekami su nedidelio dydžio bandiniais, paimtais iš kasinių ar gręžinių, ne visada duoda geriausius ir patikimiausius rezultatus. O kai kuriais atvejais bandinių iš viso neįmanoma paimti (vandeningi smėliniai ar silpni, plastiški moliniai, organogeniniai gruntai). Nuo pat šio metodo įdiegimo (XIX a. pab.) bandymų statine plokšte metodikoje, kuri yra gana sudėtinga ir imli darbui, mažai kas pasikeitė. Galbūt per tą laiką patobulėjo plokščių apkrovimo įranga, nuosėdžių matavimo aparatūra, atsirado naujesnių prietaisų, tačiau pati metodika nepasikeitė (Трофименков и др., 1981). Šiandien bandymų statine plokšte metodiką nustato daugelio šalių standartai (JAV ASTM D1194 7, Didžiosios Britanijos BS 1377:1990 (Part 9), Rusijos ГОСТ , Europos EN ISO ir kt.)..4 pav. Bendras klasikinis bandymo statine plokšte vaizdas (pagal Дорошкевич и др., 197) 17

19 .5 pav. Kai kurios statinės plokštės bandymų modifikacijų schemos ir apkrovimo būdai (pagal Ломтадзе, 1978): A, B, C statinės plokštės bandymas kasinyje; A statinės plokštės apkrovimo platforma; B hidraulinis prietaisas, apkraunant plokštę ir atremiant jį į šurfo sieneles; C hidraulinis prietaisas, apkraunant plokštę ir atremiant jį į fermą, įtvirtintą inkariniais poliais: 1 plokštė; štanga, plokštei apkrauti; 3 centravimo įrenginys; 4 platforma, svoriui uždėti; 5 hidraulinis domkratas; 6 laikrodinis indikatorius, plokštės nuosėdžiui matuoti; 7 įlinkomatis; 8 skersinis; 9 inkariniai poliai; 10 ferma; D statinės plokštės bandymo schema gręžinyje: 1 plokštė; vamzdžių kolona apkrovai perduoti; 3 apsauginiai vamzdžiai; 4 įlinkomatis; 5 platforma svoriui uždėti; 6 priešsvoris Sudėtingas deformacijų vykstančių gruntuose, veikiant juos plokštėmis, pobūdis ir tankėjimo bei šlyties procesai įvairių autorių traktuojami skirtingai. Tai lemia parametrų terminologijos skirtumus. Dydis E, kuris skaičiuojamas pagal bandymų statine plokšte rezultatus, vadinamas irgi įvairiai: deformacijų modulis, bendrųjų deformacijų modulis, spūdumo ar susispaudžiamumo modulis, tamprumo modulis, Jungo elastingumo modulis ar plokštės įsėdžių modulis (angl. plate settlement modulus arba secant modulus). Ypač tai atsispindi nagrinėjant Vakarų šalių mokslinę literatūrą. Toliau aiškumo dėlei vartosime terminą deformacijų modulis. Kadangi deformacijų modulis E apibūdina gruntus, kurių elgseną nusako tiesiškai besideformuojančio kūno teorija, jį nustatyti galima tik iš tiesinės grafiko S = f(p) (.3 pav.) atkarpos OL. Šios atkarpos kampo kotangentas su ordinačių ašimi ir apibūdina deformacijų modulį E, kuris yra pastovus tam tikros sudėties ir būsenos gruntui ir tam tikro bandymo statine plokšte atlikimo metodikai (plokštės dydis, apkrovų uždėjimo greitis ir t. t.). Šis deformacijų modulis yra etalonas, įvertinant gruntų deformacines savybes kitais lauko (statinis zondavimas, presiometrija, dilatometrija ir kt.) ar laboratoriniais metodais ir vienintelis skaičiuojant pastatų nuosėdžius. Atliekant bandymus statine plokšte galima nustatyti ne tik gruntų deformacijų modulį E, bet ir nustatyti ir įvertinti gruntų nuosėdį veikiant apkrovoms, grunto tampriąsias deformacijas, prognozuoti grunto nuosėdį laike, kritinę (suirimo) apkrovą, papildomą gruntų nuosėdį (įsėdį) juos sudrėkinus ir kt. Tokius pat uždavinius galima spręsti taikant ir laboratorinius tyrimus, naudojant odometrinius aparatus. Tačiau laboratorijose yra tiriami mažo dydžio pavyzdžiai (plotas cm, aukštis 15 0 mm, o lauko metodai leidžia naudoti plokštes, kurių plotas svyruoja nuo cm iki cm. Be to, bandymai statine plokšte atliekami gamtinėmis slūgsojimo sąlygomis masyve, storymėje, sluoksnyje ir pan. Šie stambaus mastelio bandymai leidžia gauti kur kas tikslesnius ir patikimesnius duomenis palyginti su laboratoriniais. Tačiau iš kitos pusės, šie lauko tyrimai yra gana imlūs laikui ir pakankamai brangūs. Todėl paprastai lauko tyrimų rezultatai turi būti papildomi ar 18

20 dubliuojami laboratoriniais odometriniais gruntų bandymais, ypač atliekant atsakingų pastatų projektavimą. Plokštės (štampo) skersmens dydžio įtaka gruntų nuosėdžiui. Viena iš pagrindinių taisyklių bandymuose statine plokšte yra ta, kad plokštės skersmuo turi būti mažiausiai šešis kartus didesnis nei didžiausias tiriamame grunte esantis intarpas ar grunto dalelė. Šios taisyklės taikymas garantuoja, kad esantys netolygumai ar įvairūs intarpai grunte plokštės įtempimų zonos ribose neturės lemiamos reikšmės galutiniam gautų rezultatų patikimumui (Clayton ir kt., 1995). Vykdant bandymus statinėmis apkrovomis, nepaisant daugybės atliktų teorinių ir eksperimentinių darbų, iki šiol lieka iki galo neaiškus optimalaus plokštės skersmens klausimas..6 pav. pateikti vokiečių inžinieriaus H. Presso bandymų, atliktų apie 1933 m., tiriant kiek plokštės nuosėdis priklauso nuo jos dydžio, rezultatai. Bandymai buvo atliekami su įvairaus dydžio kvadratinėmis plokštėmis vienarūšiuose smulkiuose smėliuose ir drėgnuose smėlinguose moliuose. Kaip matyti iš grafikų, tiesinis proporcingas nuosėdžio padidėjimas, kuris priklauso nuo plokštės ploto dydžio, pastebimas tik tada, kai jų skersmuo ne mažiau kaip 5 30 cm, t. y. plotas svyruoja nuo 490 iki 706 cm. Jei plokštės mažesnių dydžių, pastebimas įsmigimo efektas. Todėl yra aišku, kad tiriant smėlinius ir molinius gruntus negalima naudoti mažesnio skersmens plokščių (Ломтадзе, 1978). Taigi, remiantis įvairiais teoriniais ir praktiniais tyrimais nustatyta, kad kvadratinių pamatų nuosėdis, esant vienodai apkrovai, didėja didėjant pamato pločiui. K. Terzaghi ir R. B. Peck (1948), remdamiesi minėto vokiečių inžinieriaus H. Presso (1933) atliktais statinių apkrovų sutankintuose homogeniniuose smėliniuose gruntuose bandymais ir atliktais pastatų stebėjimais, pasiūlė tokią priklausomybę: B S S1, B 0,3 (.) čia S pamato, kurio plotis B (m), nuosėdis (cm); S1 plokštės, kurios plotas 30 x 30 cm, nuosėdis; B pamato plotis, m. Šią priklausomybę atspindi.7 pav. Ji rodo, jog, kad ir koks būtų didelis pamatas, pamato nuosėdžio S ir plokštės nuosėdžio S1 santykis niekada neviršys keturių kartų. L. Bjerrum ir A. Eggestad (1963), atlikdami tyrimus šiuo klausimu, nustatė, kad santykis gali svyruoti kur kas didesniais intervalais. Pateiktame paveiksle (.7 pav.) matyti, kad K. Terzaghi ir R. B. Pecko priklausomybė artima žemesniajam L. Bjerrum ir A. Eggestado pateiktam intervalui. Tačiau čia viršutinės L. Bjerum ir A. Eggestado ribos santykis atitinka silpnus, labai purius organinius smėlius, o tankiuose ir vidutinio tankumo smėliuose šios kreivės būna gana artimos..6 pav. Plokštės nusėdimo priklausomybė nuo jos dydžio (pagal Press, 1933): A smėliai; B moliniai gruntai 19

21 .7 pav. Koreliacinė priklausomybė tarp bandymų statine plokšte rezultatų ir pamato nuosėdžio (pagal Clayton ir kt., 1995); čia B1 plokštės plotas (m) Bandymų statine plokšte bandymų įranga kasiniuose ir gręžiniuose. Atliekant bandymus statine plokšte, naudojama tokia įranga: 1. Plokštė (štampas).. Plokštės apkrovimo ir inkaravimo įranga. 3. Prietaisai plokštės nuosėdžiui matuoti ir reperinė sistema. Plokštė tai metalinė, betoninė arba gelžbetoninė apvali arba kvadratinė plokštė. Jos storis paprastai būna nuo 40 iki 50 mm, betoninės ir gelžbetoninės plokštės mm (.8 pav.)..8 pav. Apvali (A) ir kvadratinė (B) (pagal Дорошкевич и др., 197) plokštės (išmatavimai pateikti cm) 0

22 Plokštė turi būti standi, o jos paviršius, besiliečiantis su gruntu, lygus. Pagal Rusijos ГОСТ rekomenduojama naudoti apvalias plokštes, kurių plotas: 600 cm (skersmuo 7,7 cm) gręžiniuose ir bandymuose įsukama plokšte (III ir IV tipo); 500 cm (skersmuo 56,4 cm) ir cm (skersmuo 79,8 cm) kasiniuose ir šurfuose (I tipo). Be to galima naudoti cm ploto plokštes su papildoma žiedine apkrova, kurios plotas yra iki cm (II tipo). Ši papildoma apkrova turi būti lygi grunto geostatiniam slėgiui tame gylyje, kuriame yra plokštė. Tiriant stipriai ir nevienodai susispaudžiančius gruntus, kurių sudėtis nevienoda ir nevienalytė (su tarpsluoksniais, lęšiais) tikslinga naudoti didelio ploto plokštes iki cm (skersmuo 11,6 cm). Tiriant uolienas, paprastai paruošiami betoniniai ar gelžbetoniniai kubo formos monolitai. Jų dydis yra 100 x 100 x 100 cm. Šios plokštės liejamos vietoje..1 lentelėje pateikiami plokščių tipai pagal gruntą (pagal ГОСТ ). JAV naudojamos kvadratinės plokštės: smėliniams gruntams 900 cm, o moliniams cm ploto. Kiekviena plokštė turi turėti tiksliai nustatytą išsikišimo ar įdubimo formos centrą apkrovos įrangai įstatyti. Kad plokštę galima būtų pakelti, ji turi turėti specialias kilpas. Plokštės apkrovimo ir inkaravimo įranga. Apkrovos plokštei gali būti perduodamos taruotais svoriais, sudedamais ant specialių platformų, arba hidrauliniais domkratais (.5,.9 pav.). Apkrovos matavimo paklaida ne daugiau kaip 5 % apkrovos žingsnio. Plokštės apkrovimas specialiais taruotais svoriais yra retai naudojamas, nes tam reikia gremėzdiškų platformų ir didelio kiekio svorių. Daug paprastesnis ir lengvesnis būdas yra panaudoti domkratus..1 lentelė. Naudojami plokščių tipai priklausomai nuo grunto (pagal ГОСТ ) Grunto pavadinimas pagal ГОСТ Грунты. Классификация Žvyringi, riedulingi smėliniai tankūs ir vidutinio tankumo gruntai; moliai ir priemoliai, kurių IL 0,5, priesmėliai, kurių IL 0 Purūs smėliai; moliai ir priemoliai, kurių kurių IL > 0,5, priesmėliai, kurių IL > 0; organininiai ir organo-mineraliniai gruntai Žvyringi, riedulingi smėliniai tankūs gruntai; moliai ir priemoliai, kurių IL 0,5, priesmėliai, kurių IL 0 Smėliniai gruntai, bet kokie moliniai gruntai Plokštės padėtis požeminio vandens atžvilgiu Bandymo gylis (m) Bandymo vieta Požeminio vandens lygyje ir aukščiau Plokštė Tipas Plotas (cm) Visoje grunto storymėje Kasinyje, šurfe, statybinėje duobėje I I II Požeminio vandens lygyje ir aukščiau Visoje grunto storymėje Kasinyje, šurfe, statybinėje duobėje I II Požeminio vandens lygyje ir aukščiau Giliau kaip 6 m Gręžinio pade III 600 Giliau kaip 6 m Gręžinio pade IV 600 Visoje grunto storymėje Žemiau gręžinio pado IV 600 Iki 10 m Masyve, negręžiant gręžinio IV 600 Požeminio vandens lygyje ir aukščiau Organininiai ir organo- Žemiau požemimineraliniai gruntai nio vandens lygio Moliai ir priemoliai kurių Žemiau ir aukšil > 0,5, priesmėliai, kurių čiau požeminio IL > 1; Organininiai ir orgavandens lygio no-mineraliniai gruntai 1

23 .9 pav. Bandymo statine apkrova sistema su apkrovimo blokais.10 pav. A NIIOSP (rus. Научно-исследовательский, проектно-изыскательский и конструкторскотехнологический институт оснований и подземных сооружений им. Н. М. Герсеванова НИИОСП) konstrukcijos automatizuotas įrenginys bandymui statine plokšte atlikti: 1 tepalų žarna; atraminiai skydai; 3 horizontalūs skersiniai; 4 nuolaidūs prisukami skersiniai; 5 horizontalūs hidrauliniai domkratai; 6 kombinuota pasukama plokštės; 7 atraminė plokštė; 8 atraminė kilpa; 9 vertikalus hidraulinis domkratas; 10 kasinio sienelė. B automatizuotas įrenginys bandymui statine plokšte atlikti gręžinyje: 1 atraminė platforma; inkarinis polius; 3 hidrodomkratas; 4 atraminė plokštės dalis; 5 automatinis įrenginys slėgiui palaikyti (pagal Бондарик и др., 1967).11 pav. Bandymo statine plokšte su įsukamais inkariniais poliais schema (pagal Дорошкевич и др., 197): 1 plokštė; įsukami inkariniai poliai; 3 hidraulinis domkratas; 4 išilginė atraminė sija; 5 išpjovos svertams; 6 atraminiai padėklai; 7 atraminiai įdėklai

24 Apkrovai perduoti į plokštę statomi vamzdžiai, štangos ar metalinės kolonos. Taip pat naudojamas centravimo įrenginys, leidžiantis perduoti apkrovą tiesiai pagal vertikalę (.9 pav.). Inkaravimo sistemą paprastai sudaro du ar keturi įsukami inkarai arba inkariniai poliai, ant kurių dedama platforma arba sija, į kurią remiama vamzdžių ar štangų kolona (.10, 11 pav.) Prietaisai, matuojantys plokštės nuosėdį, reperinė sistema. Pagrindiniai prietaisai, matuojantys plokštės nuosėdį, yra laikrodiniai indikatoriai ir įlinkomačiai. Indikatoriais galima matuoti 0,1 0,05 mm tikslumu. Tačiau indikatoriai, kurie labiau skirti laboratoriniams darbams, naudotis lauko sąlygomis dažnai būna nepritaikyti. Dėl drėgnų orų jie gali pradėti rūdyti, greitai netekti savo tikslumo ir sugesti. Kitas indikatorių trūkumas jie leidžia išmatuoti plokštės nuosėdį tik iki 10 mm. Įlinkomačiai tai prietaisai matuojantys įlinkius atskirų konstrukcijos taškų pasislinkimą pagal nejudamą paviršių (.1 pav.). Veikimo principas sėdant plokštei, įlinkomačio styga (plieninė viela), permesta per būgną, pasuka reduktorių (dantratis) ir rodyklė parodo reikšmę, per kurią pasislinko plokštė. Ciferblato skalė 0,1 mm, o paklaida gali būti 0,05 ar net 0,0 mm. Atliekant bandymus, būtina atsižvelgti į vielos deformacijas nuo temperatūros ir drėgmės poveikio. Tam yra naudojamas trečias (kontrolinis) įlinkomatis. Tada plokštės nuosėdis apskaičiuojamas pagal visų trijų įlinkomačių rodmenų vidurkį. Įlinkomačiai arba indikatoriai tvirtinami prie reperinės sistemos, kuri įrengiama taip, kad suteiktų pastovumą matavimo įrangai. Reperinės sistemos inkarai turi būti įtvirtinti į gruntą tokiu atstumu nuo iškasos krašto (mažiausiai 1,0 1,5 m), kad leistų užtikrinti visos matavimo sistemos pastovumą. Prie inkarinių polių dažniausiai tvirtinamos perdangos, ant kurių montuojami įlinkomačiai arba indikatoriai. Kad ir kokia bus naudojama matavimo įranga, ji visa montuojama tik įrengus bandymo statine plokšte konstrukciją ir sudėjus perdangas. Bandymas įsukant statinę plokštę gręžiniuose žemiau kirtavietės ir grunto masyve. Grunto spūdumas tiriamas ir sraigtine arba įsukama plokšte (.13 pav.). Tai plieninis vamzdis, kurio apatiniame gale yra plieninė mentė, išlenkta pagal sraigtinę kreivę (.13 pav.). Įsukama statine plokšte gali būti bandoma iki 10 1 m gylio taip, kad jos mentė būtų tiriamo grunto sluoksnyje. Tiriant šiuo metodu, nereikia kasti kasinio, užtikrinamas geras plokštės sąlytis su gruntu, bandymui nereikia didelės apkrovos. Patogu apkrovai naudoti krovininį automobilį. Plokštės įsigilinimas pagal vieną apsisukimą Δh prie sraigto mentės žingsnio a: Δh/a. Šis santykis turi būti 0,7 1,0..1 pav. Įlinkomatis (pagal Ломтадзе, 1978): 1 ciferblatas; dantratis-reduktorius; 3 būgnas; 4 styga (plieninė viela); 5 priešsvoris; 6 plokštė.13 pav. Įsukamos plokštės sraigtas (pagal ГОСТ ): d vamzdžio skersmuo nuo 89 iki 19 mm; t mentės storis 10 mm; D mentės 3

25 skersmuo 77 mm; a mentės žingsnis mm Atliekant bandymus įsukant statinę plokštę gręžiniuose žemiau kirtavietės ir grunto masyve, naudojami tokie patys: apkrovos, inkaravimo įranga, nuosėdžių matavimo prietaisai ir reperinės sistemos kaip ir bandymuose statine plokšte kasiniuose ir gręžiniuose. Kai kurių Rusijos mokslininkų bandymų cm ploto statine plokšte ir lygiagretūs 600 cm ploto įsukamos plokštės tyrimai parodė, kad gautos bandymų statine plokšte deformacijų modulio vertės gali būti didesnės nuo 1,7 iki 3 kartų tai priklauso nuo poringumo koeficiento e (Лебедев, 003). Analizė atlikta remiantis daugiau nei 100 lygiagrečių bandymų aliuviniuose, deliuviniuose ir eliuviniuose gruntuose. Viena iš įsukamos plokštės konstrukcijų pateikta.14 pav. Šis prietaisas dar vadinamas kompresiometru. Metodas sukurtas 1953 m. Norvegijoje (angl. Field Compressiometer Test FCT) (Strout, Senneset, 1998). Šioje konstrukcijoje yra įsukama plokštė (1), kurios plotas 00 cm (skersmuo 16 mm). Plokštės štanga yra ir hidraulinis domkratas (). Ši štanga sudaryta iš dvigubo vamzdžio; vidinis vamzdis perduoda apkrovą į plokštę, o išorinis vamzdis sujungtas su inkarine sistema (3)..15 pav. pateikti Italijos firmos SPGEO gaminamų kompresiometrų pavyzdžiai..14 pav. Bandymas įsukama plokšte (pagal Швец и др., 1981): 1 sraigtas, hidraulinis domkratas, 3 inkaravimo sistema.15 pav. Italijos firmos SPGEO gaminami kompresiometrai: A štangos, B, C srieginės plokštės 5

26 Reikalavimai ir paruošiamieji darbai vykdant bandymus statine plokšte. Jau buvo rašyta, kad bandymų statine plokšte metodiką nustato daugelio šalių standartai. Tačiau kartais, vykdant šiuos lauko tyrimus, neužtenka vien nustatyti deformacijų modulį E, bet reikia ir kitų grunto deformacinių savybių rodiklių. Todėl, atliekant tyrimus, reikėtų vadovautis ne tik standartais, bet ir specialiai šiems tyrimams sudarytomis darbų programomis, kuriose būtų įvertintos ir kitos ypatingos grunto savybės (konsolidacijos laipsnis, valkšnumas ir kt.), ir įvairūs technologiniai įrangos ypatumai, ir būsimų pastatų pamatų įrengimo ir eksploatavimo sąlygos. Gruntų bandymai statinėmis apkrovomis yra labai brangūs, imlūs darbo ir laiko bandymai. M. J. Tomlinson (1975) pažymi, kad vieno bandymo statine plokšte kaina ( mm skersmens plokšte su 50 tonų apkrovos platforma) yra tris ar net daugiau kartų didesnė nei gręžinio iki 1 m gylio išgręžimas (silpnuose gruntuose) ir detalūs gruntų lauko ir laboratoriniai bandymai. Todėl paprastai bandymai statine plokšte vykdomi paskutinėse inžinerinių geologinių tyrimų ir projektavimo stadijose, kai jau yra ištirta ir aiški būsimos statybos aikštelės geologinė sandara, žinomi požeminio vandens slūgsojimo gyliai ir svyravimų amplitudės, ištirtos gruntų geotechninės savybės ir galutinai patvirtinta būsimo objekto statybos vieta. Šių bandymų kiekis priklauso nuo gruntų, kurie bus pamatų pagrindais, jų slūgsojimo nevienodumo, nuo reikalavimų gruntų deformacinių savybių nustatymo tikslumui ir patikimumui bei nuo būsimo pastato dydžio ir sudėtingumo. Paprastai tai turėtų būti mažiausiai trys bandymai vienam grunto sluoksniui. Tačiau galima apsiriboti ir dviem, jei gauti bandymų statine plokšte duomenų rodikliai (deformacijų modulis E) nesiskiria daugiau nei 5 %. Bandymų vieta ir gylis parenkami atsižvelgiant į numatomą pamatų plotį ir gylį. Tirti reikėtų visus sluoksnius, kurie sudarys būsimo pamato pagrindą. Jei pamato aktyviojoje zonoje yra tik vienas, pakankamai storas sluoksnis, tai bandymas atliekamas viename gylyje, atitinkančiame pamatų klojimo gylį. Jei pamato pagrindą sudaro nevienalytė storymė, sudaryta iš kelių sluoksnių, tai išbandomi visi grunto sluoksniai. Kaip minėta, bandomo sluoksnio storis turi būti ne mažesnis nei du plokštės skersmenys. Jei sluoksnių storiai mažesni, tai gali būti gautos vidurkinės deformacinių savybių vertės visam sluoksnių kompleksui. Jei sluoksnio storis viršija 6 m (matuojant nuo žemės paviršiaus), t. y. gylis didesnis, nei gali apimti plokštė, tai bandymai turėtų būti atliekami gręžiniuose. Kad būtų galima išvengti klaidų nustatant bandymų gylį ir siekiant įsitikinti, kad sluoksnio storis pakankamas, reikia ne arčiau kaip 3 m nuo bandymo vietos nustatyti geologinę gruntų sandarą. Kitu atveju galima atlikto bandymo vietoje išgręžti gręžinį ar iškasti kasinį, kurio gylis ne mažesnis nei du plokštės skersmenys. Būsimo bandymo kasinio matmenys priklauso nuo grunto sandaros ir savybių, montuojamos įrangos tipo ir būtinumo stiprinti kasinio sienas. Paprastai cm skersmens plokštei kasamas 1,5 x 1,5 m ar x m skersmens kasinys. Kasinio gylis nustatomas pagal būsimų pamatų gylį. Kasinys kasamas ne iki viso gylio, bet paliekamas 0 30 cm storio grunto sluoksnis, iš kurio paimami bandiniai laboratoriniams tyrimams. Paėmus bandinius kasinys kasamas toliau iki planuoto gylio. Kasinio dugnas (ypač ta vieta, kur plokštė liečiasi su gruntu) turi būti kruopščiai išlygintas ir nuvalytas. Ant gruntų, kuriuos sunku išlyginti, gali būti pilamas mažai drėgno, smulkaus smėlio sluoksnis. Jo storis gali būti nuo 1 iki 5 cm tai priklauso nuo bandomo sluoksnio litologinės sudėties. Rekomenduojama taip pat naudoti smėlio ir cemento mišinį arba gipso sluoksnį. Reikia atkreipti dėmesį į tai, kad nebūtų pažeista grunto dugno gamtinė būsena (tankis, drėgnis). Bandymo metu būtina kasinį apsaugoti nuo užpylimo, išdžiūvimo, peršalimo ar įgriuvimo. Tais atvejais, kai bandomas minkštai, takiai plastiškas ar takus molinis gruntas, gali būti gaunami netikslūs rezultatai dėl iš po plokštės į šonus išspaudžiamo grunto. Tokiu atveju naudojamos plokštės priekrovos arba plokštė statoma į specialią iškasą, kurios skersmuo atitinka plokštės skersmenį. Plokštė turi būti pastatyta pilnu padu kasinio centre, nesuardžius grunto paviršiaus. Pastačius plokštę tikrinamas jos horizontalumas ir grunto paviršius. Apkrova dedama vertikaliai tiesiai į plokštės centrą. Baigus montuoti, ant nejudamų perdangų tvirtinami įlinkomačiai ar laikrodiniai indikatoriai. Nustatomos nulinės padalos. Bandymai statine plokšte gręžiniuose atliekami tada, kai reikia ištirti gruntus, slūgsančius giliau nei 5 6 m, arba kai yra aukštas gruntinio vandens lygis, neleidžiantis įrengti kasinio. Reikėtų 5

27 atkreipti dėmesį, kad atliekant bandymus gręžinyje yra sunkiau kokybiškai išlyginti bandomo sluoksnio paviršių, todėl šios bandymų modifikacijos rezultatai yra mažiau patikimi. Paprastai gręžinių skersmuo siekia 35 mm, vietoje apkrovos štangos, kuri perduoda apkrovą į plokštę, yra naudojamos vamzdžių kolonos, kurių skersmuo 168 mm arba 19 mm. Plokštės plotas 600 cm (skersmuo 7,7 cm). Atliekant bandymus statine plokšte gręžiniuose, plokštė vertikaliai nuleidžiama per apsauginius vamzdžius. Bandymo statine plokšte eiga ir duomenų apdorojimas. Bandymo metu apkrovos dedamos laipsniškai, pakopomis. Apkrovos pakopos dydis nustatomas atsižvelgiant į grunto deformacines savybes. Kuo labiau spūdesni gruntai, tuo turėtų būti mažesnė apkrovos pakopa. Rusijos standartas ГОСТ rekomenduoja vadovautis tokiomis taisyklėmis: kiekviena kita apkrova dedama tik po buvusios apkrovos stabilizacijos. Stabilizacija yra pasiekta, kai plokštės deformacija neviršija 0,1 mm per 1 h stambianuolaužiniuose ir smėliniuose gruntuose ir 0,1 mm per h visuose kituose gruntuose. Rekomenduojamas vienos pakopos apkrovos dydis: stambianuolaužiniams gruntams ir tankiems smėliams 0,1 MPa; vidutinio tankumo smėlio gruntams 0,05 MPa; puriems smėlio gruntams 0,05 MPa. Apkraunant pirma apkrova, į jos svorį reikia įskaičiuoti ir plokštės bei įrangos svorį, o gręžiniuose tą dalį apkrovos, kuri nėra nuimta kaip priešsvoris. Molinių gruntų apkrovos pakopos nustatomos atsižvelgiant į grunto poringumo koeficientą e ir konsistencijos rodiklį IL (. lentelė). Apkraunant hidrauliniais domkratais yra svarbu manometrais matuoti pastovų numatytą apkrovos dydį. Galutinis apkrovos dydis turi viršyti projektuojamo pastato apkrovą 0,1 0, MPa. Prieš pradedant bandymą reikia nustatyti manometro rodmenų dydžius pagal kiekvienos plokštės apkrovos pakopos slėgį į gruntą. Sąlyginis plokštės slėgis į gruntą nustatomas pagal formulę: p št p m Fc, Fšt (.3) čia pšt plokštės slėgis (kg/cm); pm manometro slėgis (kg/cm); Fc ir Fšt domkrato cilindro ir plokštės plotas (cm). Bandymai atliekami naudojant numatytas apkrovas, tačiau jei būtina, jie vykdomi iki vadinamosios kritinės apkrovos. Kaip minėta, kritinė apkrova pasiekiama tada, kai po jos vyksta didelės deformacijos (palyginti su anksčiau buvusia) arba nuosėdis atsiranda greičiau nei pridedama apkrova (nuosėdžio linija tampa kreiva (.16 pav. taškas kritinė apkrova)). Uždėjus kiekvieną papildomą apkrovą, nuosėdžiai stebimi kas 10 min stambianuolaužiniams ir smėliniams gruntams, kas 15 min moliniams gruntams per pirmą valandą ir atitinkamai kas 0 ir 30 min per antrą valandą. Toliau vykstant deformacijoms stebėjimai vykdomi kas 1 h. Pabaigus apkrovimą ir stabilizavusis nuosėdžiams, nuo paskutinės apkrovos vykdomas nukrovimas taip pat laipsniškai, matuojant grįžtamąsias deformacijas. Visų nuosėdžių stebėjimus aprašome specialiame žurnale (.3 lentelė), kuriame taip pat pažymime gruntų aplink plokštę būseną supleišėjimą, išsipūtimo žymes. Čia pat turi būti nubraižytas geologinis pjūvis bei bandymo vykdymo įrangos ir apkrovos schema.. lentelė. Molio gruntų apkrovų pakopos atsižvelgiant į jų takumo rodiklį IL ir poringumo koeficientą e (pagal ГОСТ ) IL < 0,5 0,5 0,75 0,75 1 >1 e < 0,5 0,1 0,1 0,05 0,05 p, MPa 0,5 < e < 0,8 0,8 < e < 1 0,1 0,05 0,05 0,005 0,05 0,05 0,05 0,01 e >1,1 0,05 0,05 0,01 0,01 6

28 .16 pav. Plokštės nuosėdžio priklausomybės nuo apkrovos S = f(p) grafikas: 1 grunto tankėjimo fazė; poslinkių, irimo fazė; 3 pilno grunto suirimo fazė.3 lentelė. Žurnalo vedimo tvarka (pavyzdys) Eil. Nr Data Laikas (h) Slėgis (MPa) ,0 0,0 0,0 0,0 0,0 Kiekvieno įlinkomačio rodmenys I II 0,6 0,54 0,63 0,53 0,74 0,6 0,78 0,7 0,84 0,8 Vidurkis (I + II)/ (mm) III įlink. parodymai Plokštės nuosėdis (mm) 0,57 0,58 0,67 0,74 0,8 0,15 0,15 0,3 0,3 0,38 0,4 0,43 0,44 0,44 0,44 Tuo pačiu metu sudaromi grafikai: S = f(p) nuosėdžių (S) priklausomybė nuo apkrovos (p) (.17 pav.); S = f(t) nuosėdžių (S) priklausomybė nuo laiko (t) (.18 pav.). Rekomenduojamas mastelis p = 0,05 MPa 1 cm; S = 1 mm nuosėdžio 1 cm. Pagal bandymų rezultatus yra sudaromas grafikas nuosėdis apkrova. X ašyje atidedamos apkrovos, Y ašyje atidedami nuosėdžiai, atitinkantys pradinius ir paskutinius kiekvienos apkrovos žingsnius (SA ir SB). Taigi grafikas tampa laiptuotas. O kadangi prieš tai buvusios apkrovos dydis faktiškai niekada nebūna lygus pradiniam kitos apkrovos dydžiui, tai laiptai yra pasvirę. Kritinis grafiko taškas nustatomas kaip kreivės perlinkimo taškas, kuris skiria pradinę grafiko stadiją. Ši stadija tarp apkrovų ir nuosėdžių turi tiesinę priklausomybę. Kita grafiko stadija jau turi kreivalinijinę priklausomybę. Daugelio specialistų smėlinių ir molinių gruntų bandymų statinėmis apkrovomis rezultatai parodė, kad deformacijų modulis E nustatytas lauko bandymais statine plokšte yra visada didesnis nei gautas laboratoriniais tyrimais. Buvusios Sovietų Sąjungos, o dabar ir Rusijos mokslinėje literatūroje dažnai nurodomas pataisos koeficientas, kuris dar vadinamas Agyševo koeficientu. Jo reikšmė kvartero amžiaus molinėms nuoguloms gali svyruoti nuo iki 6 tai priklauso nuo grunto poringumo koeficiento e ir grunto tipo (priesmėlis, priemolis ir molis). Sovietiniais metais Lietuvoje tyrimai statinėmis apkrovomis buvo atliekami gana plačiai (.19,.0,.1 pav.). Juos vykdė Lietuvos geotechnikos mokslo specialistai: J. Šimkus, A. Alikonis, J. Ščesnulevičius, L. Furmonavičius, J. Amšiejus (KPI, VGTU), K. Dundulis, R. B. Mikšys (VU), A. Brilingas (ITI) ir kiti. Jų statinių apkrovų lauko ir laboratoriniai bandymai Lietuvos teritorijos gruntams parodė, kad šis koeficientas moreniniams gruntams svyruoja nuo 1,1 iki 3,1, t. y. bandymais statine plokšte gautas deformacijų modulis E yra vidutiniškai du kartus didesnis nei laboratoriniais tyrimais gauti duomenys (Šimkus, 1973, 00). 7

29 Palyginti gausūs gruntų deformacinių savybių tyrimai parodė, kad šias savybes lemia grunto struktūra ir tekstūra, sudėtis ir porinio tirpalo koncentracija, cheminė ir mineralinė grunto sudėtis, aplinkos temperatūra. Labiausiai deformacinės gruntų savybės priklauso nuo grunto struktūros, t. y. nuo dispersijos laipsnio, tankumo bei grūdelių išsidėstymo erdvėje ir ryšių tarp jų. Todėl seni, tankūs moliai deformuosis kur kas mažiau nei jauni moliniai gruntai, o purūs smulkūs smėliai deformuosis daug smarkiau nei tankūs įvairios sudėties smėliai. Be to, temperatūros, porinio tirpalo sudėties ir koncentracijos pokyčiai turi svarbą įtaką dispersinių molinių gruntų deformacijoms ir neturi didelės įtakos smėlinių gruntų deformacinėms savybėms..17 pav. Grunto masyvo nuosėdžių priklausomybės nuo apkrovos dydžio grafikai: 1 tiesinės nuosėdžio priklausomybės nuo apkrovos dalis; nuosėdis, įvykęs nuo vienos apkrovos pakopos į plokštę; 3 nuosėdis, įvykęs išlaikius visą apkrovos pakopą; 4 visas plokštės nuosėdis nuo apkrovos pakopos; 5 visas plokštės nuosėdis nuo visų apkrovos pakopų; 6 tamprioji grunto deformacija; 7 liekaninė grunto deformacija.18 pav. Grunto masyvo nuosėdžių priklausomybės nuo laiko grafikas 8

30 .19 pav. A tyrimų natūraliomis slūgsojimo sąlygomis poligonas Kaune, prie K. Baršausko g., 1969 m. B bandymas statine plokšte (nuotr. iš J. Šimkaus knygos Pagrindų ir pamatų šakinė mokslo laboratorija, 00 m.).0 pav. Lauko bandymai statinėmis apkrovomis. Vilniaus universiteto Gamtos mokslų fakulteto Hidrogeologijos ir inžinerinės geologijos III kurso studentų lauko praktika su prof. K. Dunduliu (dešinėje), 1989 m. birželis (iš prof. K. Dundulio asmeninio archyvo).1 pav. Gruntų bandymas statine apkrova (Inžinerinių tyrinėjimų institutas, 1985) 9

31 Duomenų apdorojimas (pavyzdys) Skaičiuojama pagal grafiką S = f(p) (.3 pav.). Deformacijų modulis E skaičiuojamas pagal formulę: E 1 d p S (.4) čia skersinių deformacijų koeficientas, kuris pagal laboratorinius tyrimus yra: 0,15 kietoms uolienoms; 0,5 minkštoms uolienoms; 0,7 stambianuolaužiniams gruntams; 0,30 smėliams ir priesmėliams; 0,35 priemoliams; 0,4 moliams (gruntų pavadinimai pateikti pagal ГОСТ Грунты. Классификация ); koeficientas, priklausantis nuo plokštės formos ir dydžio. Apvaliai plokštei jis lygus 0,79; d plokštės skersmuo (cm); p santykinis apkrovos prieaugis ( p = p p1 iš grafiko S = f(p)); S santykinis nuosėdis. S = S S1, iš to paties grafiko. Naudojantis grafiku S = f(p), sudaroma skaičiavimų lentelė (.4 lentelė). Nuosėdžiams skaičiuoti nuo apkrovos, pagal tiesiškai besideformuojančio kūno teoriją, reikia rasti vieną pastovų deformacijos modulį E, todėl tiesialinijinei kreivei sudaryti reikia mažiausiai keturių stebėjimo taškų. Jei bandymas atliktas korektiškai, paprastai užtenka keturių taškų tam, kad naudojant mažiausių kvadratų metodą arba grafiškai suvidurkintą kreivę būtų galima nubrėžti nuosėdžių priklausomybės nuo apkrovos grafiką..4 lentelė. Skaičiavimo tvarka (pavyzdys) Eil. Nr p, MPa 0,075 0,15 0,175 0,5 0,6 p 0, , , , ,105 S, m 0,0006 0,001 0,0017 0,003 0,0058 p S 0, , , , ,00101 S a p b pagal keturis taškus; a n p S p S n p p, b p S p p S n p p, a 4 0, ,6 0, ,105 0,6 0, , ,41 0,36 0, ,05 0,011, b 0,105 0,0058 0,6 0, ,05 0, , ,05 0,0003. Tada laikome, kad: p1 = 0,075 MPa; S1 = 0,0006 m p4 = 0,5 MPa; S4 = 0,003 m p =0,15 MPa; S = 0,00168 m E 1 0,3 0,79 0,798 0,15 0, ,6 51 MPa. Bandymai statine plokšte automobilių kelių pagrindams. Labai dažnai automobilių kelių, gatvių, aerodromų, pėsčiųjų takų ir aikštelių pagrindo stiprumui patikrinti yra naudojamos specialios konstrukcijos plokštės. Jų taikymą apibrėžia normatyvinis dokumentas LST :1995 Automobilių kelių gruntai. Bandymas štampu. Šio metodo esmė yra ta, kad pagrindui tirti naudojama plokštė, kurios skersmuo 300 mm. Taip pat gali būti naudojamos ir 600 ir 76 mm skersmens plokštės su spindulinėmis simetriškai išdėstytomis briaunomis, kurių viršus turi būti paruoštas uždėti 300 mm skersmens plokštę. 300 mm skersmens plokštės schema pateikta. pav. 30

32 . pav. 300 mm skersmens apkrovos plokštė su matavimo anga: 1 matavimo anga; rutulinis lizdas; 3 sferinė lanksta; 4 gulsčiukas; 5 rankena plokštei nešti (išmatavimai pateikti mm).3 pav. Frowag (A) ir Controls (modelis 35TO116/A) (B) firmų gaminamų plokščių modeliai Šiam bandymui atlikti reikalinga apkrovos atsvara, kuri turi būti 10 kn didesnė negu didžiausia bandymo apkrova. Atsvarai tinka pakrautas sunkvežimis, automobilio priekaba ir pan. Apkrovos plokštė pagaminta iš aukštos kokybės plieno. Ant plokštės viršaus pritvirtintas gulsčiukas, kuriuo galima nustatyti plokštės polinkį iki 7 laipsnių. Apkrovos plokštė yra su dviem rankenomis, kad ją būtų galima nešti. Plokštė spaudimo įrenginiu yra laipsniškai apkraunama arba nukraunama. Tam naudojamas spaudimo siurblys, kuris didelio slėgio žarna sujungtas su hidrauliniu presu. Bandymui naudojama daugiau nei m ilgio, didelio slėgio elastinga žarna su iš abiejų galų automatiškai užsidarančiomis jungiamosiomis movomis. 31

33 Plokštei apkrauti naudojamas paprasto veikimo hidraulinis presas, kurio spaudimo stūmoklis, nuėmus apkrovą, turi savaime sugrįžti į pradinę padėtį. Naudoti paruošto ir stabilumui užtikrinti preso konstrukcinis aukštis turi būti ne didesnis kaip 600 mm. Įvairių transporto priemonių skirtingam aukščiui išlyginti naudojami specialūs standūs elementai, kuriais spaudimo stūmoklį galima pailginti iki 1000 mm. Spaudimo stūmoklio eiga turi būti ne mažesnė kaip 150 mm. Tarp apkrovos plokštės ir spaudimo įrenginio reikia pastatyti mechaninį arba elektrinį spaudimo jėgos fiksatorių, kuriuo galima matuoti didžiausią apkrovą 1 % tikslumu. Deformacijai matuoti turi būti naudojami indikatoriai arba elektrinis jutiklis su 10 mm matavimo skale, 0,01 mm padalomis. Grunto deformacijai matuoti plokštės centre naudojamas įlinkomatis Jis susideda iš dviem taškais besiremiančio laikančiojo rėmo, kopijavimo gembės ir matavimo indikatoriaus ar jutiklio. Laikančiojo rėmo atrama turi būti arčiau kaip 1,5 m nuo plokštės centro. Plokštės, kurios skersmuo 600 ar 76 mm, laikantįjį rėmą reikia papildomai pailginti iki 400 mm, kad atstumas nuo atramos iki plokštės centro būtų ne mažesnis kaip 1,65 m (.4 pav.). Deformacija plokštės centre matuojama matavimo indikatoriumi arba jutikliu. Matavimo schema parodyta.4 pav. viršutinėje dalyje. Deformacija plokštės centre S apskaičiuojama pagal formulę: S S M hp hm, (.5) čia SM indikatoriaus rodmenys, mm; hp atstumas nuo indikatoriaus iki lankstos, m; hm atstumas nuo lankstos iki plokštės centro. Spaudimo įrenginys statomas statmenai plokštei jos viduryje ir įtvirtinamas po apkrovos atsvara, kad neapvirstų. Atstumas tarp plokštės ir atsvaros atramos (automobilio, priekabos ratų) turi būti ne mažesnis kaip 0,75 m, kai plokštės skersmuo 300 mm, 1,10 m kai plokštės skersmuo 600 mm ir 1,30 m kai plokštės skersmuo 76 mm. Atsvara įtvirtinama statmenai įlinkomačiui taip, kad nepasistumtų..4 pav. Grunto deformacijos matavimo prietaisai: A svarstyklių sverto principu besisukanti kopijavimo gembė (sverto pečių santykis hp : hm); B linijiniame guolyje ašies atžvilgiu kilnojama kopijavimo gembė (deformacijai 1:1 santykiu matuoti): 1 matavimo indikatorius; laikantysis rėmas; 3 sukimosi taškas; 4 kopijavimo gembė; 5 apkrova; 6 guolis; 7 gulsčiukas; SM arba S matavimo indikatoriaus rodmenys 3

34 Plokštės deformacijai matuoti įlinkomatis pastatomas taip, kad laikančiojo rėmo atramos būtų per 1,5 m nuo atsvaros pastatymo aikštelės. Matavimo indikatorius turi būti pastatytas statmenai bandomajam paviršiui (žr..4 pav.). Statant plokštę reikia žiūrėti, kad įlinkomačio matavimo liestukas būtų be kliūčių įleidžiamas į plokštės matavimo angos vidurį. Bandymo pradžioje plokštė 30 s apkraunama 0,01 MN/m apkrova. Paskui apkrova nuimama ir matavimo indikatorius nustatomas ties rodmenų skalės nuline padėtimi. Deformacijos matavimo prietaisas turi būti apsaugotas nuo saulės spindulių ir vėjo. Atliekant bandymą, matavimo prietaiso ir atsvaros neturi veikti vibracija. Deformacijos modulio Ev nustatymas Kelių dangos projektavimui reikalingas deformacijos modulis Ev nustatomas naudojant 300 mm skersmens plokštę. Apkrova didinama tol, kol pasiekiama 5 mm deformacija arba grunto įtempimai po plokšte yra apie 0,5 MN/m. Naudojant 600 mm skersmens apkrovos plokštę, atitinkamos ribinės reikšmės yra 7 mm arba 0,5 MN/m, o jeigu apkrovos plokštės skersmuo yra 76 mm atitinkamai 13 mm arba 0, MN/m. Tiriant silpnus gruntus, bandymas nutraukiamas, kai įlinkiai arba įtempimai yra mažesni negu nurodyti arba kai apkrovos didinimas rodo staigų deformacijos padidėjimą, artimą grunto išstūmimo būsenai. Apkraunant ir nukraunant gruntą, kita apkrova uždedama tik po 10 s. Tiriant kelio konstrukcijos medžiagą, apkrovos tarpas gali būti sutrumpintas iki 60 s. Plokštė nukraunama, didžiausią apkrovą mažinant 50 %, 5 % ir 0 %. Visiškai nukrovus plokštę, atliekamas antrasis apkrovimo ciklas, bet tik iki priešpaskutinės pirmojo ciklo apkrovos (.5 pav.). Antrojo apkrovimo ciklui patikrinti, laipsniškai visiškai nukrovus plokštę, gali būti atliekamas ir trečiasis apkrovimo ciklas. Per šį ciklą tučtuojau po antrosios apkrovos be tarpinių bandymų uždedama antrojo ciklo galutinė apkrova. Grunto deformacijos modulis Ev, turint pirmojo ir pakartotinio apkrovimo nusėdimų kreivę, apskaičiuojamos pagal kirstinės nuolydį tarp taškų 0,3 σ max ir 0,7 σmax pagal lygtį: E v 1,5 r S (.6) čia r apkrovos plokštės spindulys, mm; Δσ grunto įtempimų pokytis po plokšte, MN/m; ΔS grunto deformacijos pokytis plokštės centre, mm..5 pav. Nusėdimo kreivės pavyzdys deformacijų moduliui Ev nustatyti Paprastai projektuojant kelių dangas projektavime yra naudojamas antrojo apkrovimo ciklo metu gautas deformacijų modulis Ev. Siekiant nustatyti ar tinkamas kelio dangos pagrindas skaičiuojamas Ev1 ir Ev santykis. Jei dangos pagrindas (smėlinis gruntas) yra tinkamai sutankintas, jis turėti būti iki,5. 33

35 .6 pav. Sutankinto molio pagrindo bandymas statine plokšte Stabatiškių k., Visagino sav. (autoriaus nuotrauka) Standumo rodiklio ks nustatymas Nustatant pagrindo standumo rodiklį ks, bandymas atliekamas 76 mm skersmens plokšte. Pradine 0,01 MN/m apkrova slegiama tol, kol plokštės deformacija ne didesnė kaip 0,0 mm/min. Paskui apkrova laipsniškai didinama, kol atsiranda 0,04 MN/m, 0,08 MN/m, 0,14 MN/m ir 0, MN/m įtempimai. Slegiant kiekviena apkrova, deformacijos greitis turi būti ne didesnis kaip 0,0 mm/min. Nukraunant užtenka deformaciją užfiksuoti, kai sukeliami 0,08 MN/m įtempimai. Grunto standumo rodiklis ks yra įtempimų santykis su jų sukelta deformacija. Jis nustatomas pagal pirmojo apkrovimo deformacijos kreivę: k s S, MN/m, (.7) čia σ 0 vidutiniai įtempimai po plokšte, MN/m; S grunto deformacija plokštės centre, mm. Bandymai dinamine plokšte (dinaminis štampas). Bandymas dinamine plokšte (angl. Dynamic Light Drop Weight Tester) yra naudojamas žemės sankasų ir kelių pagrindo sutankinimo kokybei patikrinti. Juo nustatomas dinaminis deformacijų modulis Evd, MPa. Bandymas yra naudojamas smėlinių gruntų pagrindams, kurių mažiausios dalelės ne didesnės kaip 0,63 mm. Šiuo bandymu gali būti patikrinamas iki 0,50 cm storio grunto sluoksnis..7 paveiksle pateikti dinaminės plokštės prietaisai. Techniniai duomenys: bendra masė 15 kg, plakto masė 10 kg, maksimali smūgio jėga 7,07 kn, plokštės skersmuo 300 mm, plokštės storis 0 mm, nuosėdžių matavimo tikslumas: 0,10,0 mm ± 0,0 mm, maitinimas 4 elementai. Bandymo dinamine plokšte atlikimas Plokštė pastatoma ant išlyginto grunto paviršiaus. Ant jos uždedama štanga su viršutinėje jos dalyje užfiksuotu plaktu. Gulsčiuku nustatoma vertikali plokštės atžvilgiu štangos padėtis. Paskui plaktas yra paleidžiamas laisvai kristi. Matavimo prietaisais užfiksuojamas plokštės nuosėdis į gruntą. Plaktui kristi leidžiama iš viso tris kartus. Gaunami trys išmatuoti plokštės nuosėdžiai: S1, S, S3 (mm). Matavimo prietaisas suskaičiuoja šių nuosėdžių aritmetinį vidurkį ir pateikia ekrane dinaminį deformacijų modulį Evd. Gauti dinaminio deformacijų modulio rezultatai naudojami įvertinant gruntų pagrindo sutankinimo laipsnį Dpr (.5 lentelė). Lentelėje palyginimui taip pat pateiktos orientacinės bandymo statine plokšte (automobilių keliams) deformacijų modulio Ev vertės. 34

36 .7 pav. Dinaminės plokštės ir viso prietaiso bendras vaizdas (autoriaus nuotrauka).5 lentelė. Orientacinės dinaminio deformacijų modulio Evd reikšmės sutankinimo laipsniui Dpr nustatyti pagal TP BF StB Teil 8.3 Plačiafrakcinis žvyro ir smėlio mišinys (GW), pertrauktafrakcinis žvyro ir smėlio mišinys (GI) > 103 > 100 > 98 > 97 Pagal orientacines reikšmes nustatytas statinis deformacijų antro apkrovimo metu modulis Ev, MN/m > 10 > 100 > 80 > 70 Siaurafrakcinis smėlis (SE), siaurafrakcinis žvyras (GE), plačiafrakcinis smėlio ir žvyro mišinys(sw), pertrauktafrakcinis smėlio ir žvyro mišinys (SI) Smulkūs gruntai > 100 > 80 > 40 > 98 > 70 > 35 > 97 >60 >3 > 100 > 98 > 97 > 45 > 30 > 0 > 5 > 15 > 10 Grunto grupė pagal DIN Reikalaujamas sutankinimo laipsnis Dpr, % Dinaminis deformacijų modulis, gautas atliekant bandymus dinamine plokšte Evd, MN/m > 75 > 55 > 45 > Presiometrija (bandymai presiometru) Gruntų deformacinių savybių tyrimas statinėmis apkrovomis (statine plokšte), nepaisant kai kurių konstrukcijos patobulinimų, leidusių automatizuoti šiuos tyrimus, vis dėlto yra daug laiko ir darbo sąnaudų reikalaujantis lauko metodas. Todėl visą laiką buvo ieškoma naujų, kur kas greitesnių ir mažiau darbo sąnaudų reikalaujančių metodų, skirtų tirti gruntų deformacinėms savybėms m. Rusijos kelių susisiekimo inžinierius A. A. Ktatarovas pasiūlė tirti gruntus jo sukonstruotu prietaisu. Pagrindinė prietaiso dalis buvo tamprus guminis vamzdis (tamprus polius), įleidžiamas į gręžinį. Pagal vamzdžio spindulines deformacijas esant skirtingiems slėgiams buvo galima apskaičiuoti gruntų deformacines savybes. Šis įrenginys buvo gremėzdiškas, jo montavimas ir demontavimas reikalavo daug laiko, todėl šis metodas neprigijo m. vokiečių inžinierius F. Kogleris sukonstravo du įrenginius gruntui gręžiniuose tirti naudojant statinių apkrovų principą. Slėgiui sukurti viename įrenginyje buvo naudojamas mechani35

37 nis, o kitame pneumatinis prietaisas. Tačiau dėl įvairių deformacijų modulio teorinių skaičiavimų netikslumų ir prietaisų konstrukcinių neatitikimų jo prietaisai neprigijo m. jaunas, 3 metų prancūzų inžinierius Louis Ménard`as ( ) atvykęs į Ilinojaus universitetą (JAV) stažuoti, sukonstravo įrenginį, kuriuo galėjo matuoti gruntų deformacines savybes gręžinyje (.8,.9 pav.) m L. Ménard`as užpatentavo savo prietaisą ir pavadino jį presiometru. Pirmą kartą presiometras buvo išbandytas Čikagoje. L. Ménard`as laikomas presiometrijos bandymų pradininku ir prietaiso bei presiometrinio gruntų tyrimo metodo tėvu. Jis taip pat labai daug padarė tobulindamas projektavimo normas, pritaikytas šiam metodui, kurios galų gale tapo tarptautiniu standartu m. L. Ménard`as įkūrė savo firmą Les pressiomètres Louis Ménard SA (angl. Ménard pressuremeters ), kuri vykdė tyrimus įvairiose pasaulio šalyse m. nepriklausomai nuo L. Ménard`o, japonas Fukuoka sukūrė prietaisą šoninėms deformacijoms matuoti, atliekant horizontalius polių apkrovos bandymus. Ši presiometro modifikacija buvo tobulinama ir tapo Japonijos firmos OYO korporacijos produktu (oyometras). Toliau buvo tobulinamas pats prietaisas, jo matavimo įrangą ir įrengimo metodika..8 pav. L. Ménard`as ( ) ir jo prietaiso dalis Ménard Pressuremeter (1959).9 pav. L. Ménard`as su savo sukonstruotu prietaisu maždaug XX a. penktajame dešimtmetyje (stovi iš dešinės) (A) ir su kolegomis Prancūzijos Rivjeroje 1969 m. (B) ( un_demi-si_cle_d_histoire_) 36

38 Pagal skirtingą įrengimo į gruntą technologiją, presiometrai šiuo metu yra skiriami į tris grupes (Clarke, 1995): 1. Įleidžiamas į gręžinį (angl. prebored pressuremeter PBP) atmaina Menardo presiometras (angl. Ménard pressuremeter MPM) (.30,.31 pav.);. Įsigręžiantis (angl. self boring pressuremeter SBP) (.34 pav.); 3. Įspraudžiamas (angl. pushed in pressuremeter PIP) atmainos: visiško išstūmimo presiometras (angl. full displacement pressuremeter FDP) ir kūginis presiometras (naudojamas atliekant kartu su CPT bandymu) (angl. cone pressuremeter test CPMT). Tarptautiniai standartai skirti presiometrų bandymams pagal jų tipą: Įleidžiamam į gręžinį (PBP), Menardo presiometrui (MPM) EN ISO (Geotechnical investigation and testing Field testing Part 4: Ménard pressuremeter test). Įsigręžiančiam presiometrui (SBP) EN ISO (Geotechnical investigation and testing Field testing Part 6. Self Boring pressuremeter test). Įspraudžiamam presiometrui (FDP, CPMT) EN ISO (Geotechnical investigation and testing Field testing Part 8. Full displacement pressuremeter test). Įleidžiamas į gręžinį (PBP) presiometras (.30,.31 pav.) arba šiuo atveju Menardo (MPM) arba OYO firmos presiometras įleidžiamas į jau išgręžtą ir išvalytą gręžinį, kurio skersmuo yra truputį didesnis nei presiometro kameros skersmuo. Šiuose bandymuose paprastai naudojami dviejų sistemų prietaisai su skysčiu arba su dujomis. Labiau paplitusi prietaisų su dujomis sistema. Atliekant bandymą, presiometro kamera pripildoma dujų, ir spindulinis plėtimasis matuojamas elektroniniais davikliais. Dažnai tokia konstrukcija papildoma slėgio davikliais, tai leidžia atliekant bandymą gauti daugiau informacijos apie jo eigą, tačiau dėl sudėtingos konstrukcijos naudoti tokius papildomus daviklius yra gana komplikuota. Vienas didžiausių šios presiometro bandymo atmainos trūkumų yra tas, kad gręžiant yra suardomas gręžinio sienelių gruntas, todėl gręžinyje tiriamo grunto savybės pakinta. Atsiranda būtinybė naudoti papildomus pataisos koeficientus ar atlikti specifinę gautų duomenų interpretaciją, kad būtų galima išvengti prietaiso įrengimo metu vykstančio grunto suardymo efekto. Nepaisant to, L. Ménard`as sukūrė įvairių koreliacinių priklausomybių, kurios leidžia naudoti presiometro duomenis projektuojant pamatus. Šios priklausomybės gautos empiriškai ir yra nuolat tobulinamos ir gerinamos..30 pav. Įleidžiamo į gręžinį presiometro principinė schema (pagal Clarke, 1995): a) trijų kamerų (Menardo), b) vienos kameros (OYO firmos) 37

39 .31 pav. APAGEO firmos Menardo presiometras (MPM) (A) ir OYO firmos presiometras (LLT) (B) Pagal kamerų išsiplėtimo pobūdį gaminami dviejų tipų įleidžiamieji presiometrai: tūrinio plėtimosi ir spindulinio plėtimosi. Pirmai grupei priklauso Menardo presiometras ir Japonijos firmos OYO gaminami LLT, antrai grupei elastometras-100 ir elastometras-00 (OYO firmos prietaisai dar vadinami oyometrais), taip pat aukšto slėgio dilatometras (angl. high pressure dilatometer HPD). Menardo presiometras yra sudarytas iš trijų kamerų, o visų kitų konstrukcijų vienos kameros. Be to, Menardo presiometre matuojamas tik bandomos kameros tūrio padidėjimas. Kitų konstrukcijų presiometrai gali turėti ir tūrinio, ir spindulinio kamerų plėtimosi matavimo sistemas. L. Ménard`o prietaiso konstrukcija pateikta.3 pav..3 pav. L. Ménard o konstrukcijos presiometras (pagal Бондарик и др., 1967): a matavimo aparatūra; b presiometras; 1 dujų balionas; reduktorius; 3 manometras; 4 kranas; 5 cilindras, skysčio tūrio darbinėje presiometro kameroje matuoti; 6 bakelis; 7 žarnos; 8 darbinė kamera; 9 papildomos kameros, kurios palaiko vienodą įtempimų lauką aplink darbinę kamerą 38

40 Menardo presiometrų yra dviejų tipų: GC (gruntams) ir GB (uolienoms). GC tipo presiometras turi tris kameras (tipinis jų skersmuo yra 74 mm). Dviejų apsauginių kamerų reikia tam, kad slėgis pagrindinėje vidurinėje kameroje pasiskirstytų tolygiai ir ji bandymo metu plėstųsi kaip taisyklingas apvalus cilindras. Jos taip pat apsaugo centrinę kamerą nuo plėtimosi į gręžinį ar kitą ertmę. Elastingos natūralios gumos membranos dar yra apsaugotos nuo išorės poveikio išilginėmis plieninėmis juostelėmis, kurios eina per visą bandymų kameros ilgį. Didžiausia spaudimo galia 4 MN/m. Kameros nėra nepriklausomos viena nuo kitos. Vidurinė pripildoma vandens, dvi šoninės dujų. GB tipo presiometras taip pat turi tris nepriklausomas kameras, kurios pripildomos vandens naudojant slėgį. Apsauginės kameros pripildomos vandens, o tai yra saugiau nei pripildyti oro arba dujų. Visos trys kameros pripildomos vandens iki 10 MN/m slėgio. Oyometrą sukūrė OYO korporacija (Japonija) apie 1950 m. Šie prietaisai yra trijų tipų: LLT, elastometras-100 ir elastometras-00. Visi jie vienos kameros. LLT specialiai sukurtas norint išbandyti horizontaliai apkraunamus polius. Elastometrai buvo pirmieji prietaisai, kurie turėjo poslinkio daviklius. Jais galima pasiekti atitinkamai nuo 10 iki 0 KN/m slėgį. Elastometrai naudojami uolienoms tirti, o davikliai užfiksuoja pačius mažiausius grunto poslinkius. Aukšto slėgio dilatometrą (HPD) apie 1980 m. sukūrė J. M. O. Hughes ir M. C. Ervin. Naudojamas silpnose uolienose, tankiuose smėliuose ir kietuose moliuose. Maksimali spaudimo galia yra iki 0 MN/m. Vieną tokių dilatometrų gamina Cambridge Insitu (Didžioji Britanija) (.33pav.) Nemažai tokio tipo presiometrų yra kuriama ir gaminama ir kitose šalyse: Rusijoje, JAV, Kanadoje, Portugalijoje, Kinijoje ir kitur. Dauguma jų pagal technologiją yra labai panašūs į Menardo presiometrą. Yra sukurta presiometrų specialiai tirti uolienoms, moreniniams gruntams (problemos su gargždo dalelėmis), mini presiometrų, kurie įkalami arba įleidžiami rankomis į išgręžtus negilius gręžinius. Šie prietaisai gali būti mažesni nei 6 mm skersmens. Yra sukurta presiometrų specialiai nustatyti kelių dangos stiprumui. Tai paprasti, maži, vienos kameros, tūrinio plėtimosi tipo prietaisai. Pavyzdžiui, 3,5 mm skersmens, 500 mm ilgio, galia MN/m (.34 pav.). Toks presiometras į gręžinį per kelio dangą įstumiamas spaudimo štangomis, turinčiomis kūginį antgalį. Kitas presiometras, sukurtas apie 1989 m., naudojamas akustiniam laidumui nustatyti. Presiometras turi daviklius, kurie gali fiksuoti mechaninius signalus, atsirandančius kai gruntas yra įtempimų būsenos. Dar kiti prietaisai gali fiksuoti porinio slėgio ir poringumo koeficiento pokyčius..33 pav. Aukšto slėgio dilatometras (angl. high pressure dilatometer HPD) (pagal Clarke, 1995).34 pav. Presiometras, skirtas kelių dangos stiprumui matuoti (angl. pavement pressuremeter) (pagal Clarke, 1995) 39

41 Įsigręžiančiųjų presiometrų (SBP) atsiradimą lėmė, tai, kad maždaug apie 1968 m. buvo įrodyta, jog yra įmanoma įrengti presiometrą į gruntą, maksimaliai išsaugant gamtines bandomų gruntų gręžinyje (masyve) savybes. Įsigręžiančio presiometro principinė schema pateikta.35 pav. Jau pats pavadinimas nusako aptariamo prietaiso panaudojimo būdą. Šis metodas sukurtas siekiant maksimaliai sumažinti gruntų suardymą gręžiant. Zondo apačioje integruota gręžimo sistema su įspaudžiamu kūgiu ir jo vidinėje dalyje esančiu gręžimo antgaliu. Zondas spaudžiamas į gruntą ir kartu vyksta gręžimas, o į kirtavietę tiekiamas praplovimo skiedinys (vanduo) iškelia į žemės paviršių suardytą gruntą. Šis metodas beveik tuo pačiu metu buvo sukurtas Didžiojoje Britanijoje ir Prancūzijoje. Įrengus šiuo būdu presiometrą, kol vyksta įsigręžimas teoriškai neturėtų būti suardomas aplinkinis gruntas. Manoma, kad įsigręžiančio presiometrinio bandymo metu gaunami duomenys apie grunto savybes yra kur kas tikslesni ir patikimesni. Didžiojoje Britanijoje sukurti presiometrai vadinami Cambridge, o Prancūzijoje PAF (.36 pav.). Jie skiriasi keliais konstrukciniais bruožais: PAF spindulinis išsiplėtimas matuojamas skysčio tūrio pokyčiu (kaip Menardo prietaise) Cambridge zonde specialiais davikliais; PAF gręžimo antgalį suka zonde esantis hidraulinis variklis, Cambridge gręžimo štangos nuo žemės paviršiaus; PAF dažniausiai naudojamas moksliniams tyrimams, Cambridge ir komerciniams tyrimams. Įspraudžiamieji presiometrai (PIP) atsirado apie 1980 m. Įspraudžiamojo presiometro principinė schema pateikta.37 pav. Šio prietaiso veikimo principas yra toks: spaudžiamas į gruntą presiometras turi vidinį gruntotraukį, kuris ištraukia gruntą, o į jo vietą, tuščią ertmę, įspaudžiama presiometro kamera. Vienas iš tokių presiometrų yra vadinamas Stressprobe. Jei dirbant šiuo metodu gruntas yra visiškai išstumiamas į šonus, tai presiometras dar vadinamas visiško išstūmimo presiometras (angl. full displacement pressurement FDP) ir kūginiu, kai presiometro kamera įrengiama virš statiniam zondavimui (CPT) skirto zondo (.38 pav.). FDP tipo įranga buvo kuriama darbui jūros šelfo zonoje, tačiau vėlesnės jo modifikacijos naudojamos ir sausumoje. Šiuo metu pasaulyje labiausiai paplitusių presiometrų grupės, tipai, jų gamintojai, kai kurie techniniai duomenys ir matavimo sistemos pateikti.6. lentelėje..35 pav. Įsigręžiančiojo presiometro principinė schema (pagal Clarke, 1995) 40

42 Šių presiometrų modifikacijų ir tipų panaudojimą lemia grunto sudėtis ir stiprumas. Įleidžiamieji presiometrai tinka naudoti visų tipų gruntuose, nors turi būti naudojamos skirtingo jautrumo bandomosios kameros tai priklauso nuo gruntų stiprumo ir tankumo. Įsigręžiantieji presiometrai tinkamiausi naudoti smėliniuose ir moliniuose gruntuose, nors, atitinkamai modifikavus, juos galima naudoti ir silpnose uolienose. Įspraudžiamieji presiometrai naudojami tik gruntuose..36 pav. Įsigręžiantieji PAF (A) (pagal Clarke, 1995) ir Cambridge (B) presiometrai.37 pav. Įspraudžiamojo presiometro principinė schema (pagal Clarke, 1995).38 pav. Presiometro kamera įrengta virš statinio zondavimo kūgio kūginis presiometras (A) ir FDP presiometras (B) (pagal Clarke, 1995) 41

43 .6. lentelė. Presiometrų įrangos grupės ir kai kurie tipai (pagal Clarke, 1995) Presiometro grupė Pavadinimas Markė Gamintojo šalis Maksimali apkrova (MPa) Skers muo (mm) Bendras ilgis (m) Plėtimosi matavimo sistema Menardo GC Prancūzija (Apageo, Bonne Esperance, Geomatec), JAV (Roctest) 4 74 Tūrinis Įleidžiami į gręžinį Įsigręžiantieji Įspraudžiamieji Menardo GB Prancūzija (Apageo, Bonne Esperance, Geomatec), JAV (Roctest) 0 74 Tūrinis Oyometras Aukšto slėgio dilatometras Oyometras LLT Japonija (OYO firma),5 80 Tūrinis Elasto- Spindulinis Oyometras metras- Japonija (OYO firma) Elasto- metras- 00 HPD Japonija (OYO firma) 0 66 Didžioji Britanija (Cambridge in situ) ,5 Mazier 60 Prancūzija (Mazier) Spindulinis Šeši plėtimosi matavimo davikliai PA 108 Rusija (NII Osnovanij) Tūrinis D 76 Rusija (NII Osnovanij) 76 Tūrinis CSM JAV (Colorado school Trys davikliai of mines) Trys davikliai Mazier 95 Prancūzija (Mazier) 0 95 Cambridge įsigręžiantysis presiomet- CSBP Didžioji Britanija, (Cambridge in situ) ras Silpnų uolienų įsigręžiantysis presiometras RSBP PM insitu techniques Trys davikliai Trys davikliai Presiometras PAF 76 Prancūzija (Mazier) 13 Tūrinis Stressprobe 3,5 78 >3 Tūrinis Visiško išspaudimo FDP Didžioji Britanija Trys davikliai presiometras (kūginis 1 (CPMT) (Cambridge in situ) presiometras) Belaidis ekspansiometras LPC TLM presiopenetrometras WILE Syminex 3,0 66,75 LCPC,5 89 Tūrinis Teorinės žinios, reikalingos apdorojant presiometrinių bandymų rezultatus. Apspaudžiant presiometro kamera grunto sieneles, tarp slėgio į gruntą p ir grunto deformacijos (poslinkių) u yra linijinė priklausomybė. Toliau, tolygiai didinant slėgį į grunto sieneles, aplink presiometro kamerą susidaro plastinių deformacijų zona, kuri pereina į tampriųjų deformacijų zoną (.39,.40 pav.). Plastinių deformacijų zona, nusakoma spinduliu R p, didėja iki tol, kol slėgis į gruntą pasiekia ribinį dydį p rib. Už zonos, kurią apibrėžia spindulys R p, gruntas yra tampriųjų deformacijų zonoje. 4

44 .39 pav. Deformacijos atsirandančios grunte presiometrinio bandymo metu (pagal Трофименков и Воробков, 1981).40 pav. Grunto deformacijų grafikas didėjant slėgiui (pagal Трофименков и Воробков, 1981): I plastinių deformacijų zona, II tampriųjų deformacijų zona Grunto, esančio plastinių deformacijų zonoje, slėgio ir poslinkių sąryšį galima aprašyti Kulono ir Moro stiprumo dėsniu. Šis dėsnis leidžia gauti grunto stiprumo charakteristikas vidaus trinties kampą φ ir sankibą c. Gruntas, esantis už spindulio R p veikimo ribos, laikomas tiesiškai besideformuojančiu kūnu ir aprašomas deformacijų moduliu E bei Puasono koeficientu. Deformacijų modulis nustatomas esant tampriosioms deformacijoms. Turint omeny, kad presiometras yra riboto ilgio, deformacijų modulis E randamas: 1 r0 p E, (.8) u čia ψ koeficientas, priklausantis nuo santykio tarp apspaudžiamo grunto ilgio l ir skersmens d; Puasono koeficientas, r 0 gręžinio skersmuo; p slėgis į gręžinio sieneles; u gręžinio sienelių deformacija (poslinkiai). Esant dideliam apspaudžiamo grunto ilgiui ψ = 1, ši formulė pereina į gerai žinomą Lemė formulę. Faktiškai jau kai l/r 0 > 4, tada ψ = 1. Taigi, presiometro, kurio kameros ilgis yra lygus keturiems ir daugiau jo skersmenų, deformacijų modulis skaičiuojamas pagal Lemė formulę: p E 1 r, (.9) r čia r gręžinio spindulys; p slėgio padidėjimas į gręžinio sieneles tiesinėje BC priklausomybės r = f(p) grafiko atkarpoje (.43 pav.); r gręžinio spindulio padidėjimas dėl grunto deformacijų, veikiant apkrovai p į gręžinio sieneles; r r p rn ; p p p pn. Buvusiose Sovietų Sąjungos šalyse gruntų susispaudžiamumo vertinimo etalonu laikomas bandymas statine plokšte kasinyje (štampinis bandymas). Buvusiose Sovietų Sąjungos (taip pat ir Lietuvoje), o dabar ir Rusijoje, ir kitose šalyse dažniausiai buvo ir yra naudojamos cm ploto plokštės. Daugybė buvusioje Sovietų Sąjungoje atliktų lygiagrečių grunto susispaudžiamumo tyrimų presiometrais (įleidžiamaisiais PBP tipo) ir statinėmis plokštėmis parodė, kad deformacijų modulis E, paskaičiuotas pagal Lemė formulę, paprastai gaunamas 3 kartus mažesnis nei nustatytas bandymais statine plokšte. Manoma, kad tam įtakos gali turėti grunto anizotropiškumas, t. y., kai skirtingas susispaudžiamumo dydis vertikalia (bandymas statine plokšte) ir horizontalia (presiometrinis bandymas) kryptimi, skirtingas grunto konsolidacijos laipsnis vykdant bandymus minėtais dviem metodais, grunto išorinio sluoksnio gręžinyje suardymas ir kt. O štai J. Trofimenkovo nuomone (Трофименков и Воробков, 1981), toks deformacijos modulių verčių skirtumas presiometriniuose ir bandymuose statine plokšte atsiranda dėl skirtingų deformacijų dydžių esant tiesinei priklausomybei tarp deformacijų ir įtempimų. Pasak šio autoriaus, vykdant bandymus statine plokšte, deformacijų modulis E skaičiuojamas iki 0,3 0,4 MPa slėgių intervale, t. y. dažniausiai iki tokio slėgio vyrauja tiesinė priklausomybė tarp slėgio p ir grunto nuosėdžio u (.41 pav.). 43

45 .41 pav. Palyginamieji grunto bandymų statine plokšte ir presiometru grafikai (pagal Трофименков и Воробков, 1981): 1 bandymo statine plokšte, presiometrinio bandymo Mažesnė tiesinės priklausomybės tarp slėgio ir nuosėdžio vertė atliekant presiometrinius bandymus lemia ir mažesnę deformacijos modulio E vertę (imant įprastinį 0,3 0,4 MPa slėgio į gruntą intervalą). Atlikus daugiau nei 00 kvartero amžiaus smėlinių, aliuvinių, deliuvinių, ežerinės kilmės ir eliuvinių molinių gruntų, kurių slūgsojimo gylis iki 10 m, o prisotinimo laipsnis S r > 0,7, presiometrinių bandymų ir bandymų statine plokšte deformacijų modulio E verčių sulyginimų, buvo išvestas proporcingumo koeficientas K. Gauta, kad E PLT = K E pr, čia E PLT bandymų statine plokšte metu gautas deformacijų modulis; E pr presiometrinių bandymų metu gautas deformacijų modulis. Koeficiento K vertė priklauso nuo poringumo koeficiento e ir svyruoja nuo iki,5. Šių tyrimų duomenys buvo panaudoti ruošiant ir Rusijos presiometrinių tyrimų standartus (paskutinis ГОСТ ). Gruntų bandymai presiometru. Kaip minėta, presiometru tiriamos grunto deformacinės savybės gręžiniuose. Presiometrą arba kitaip šoninio slėgimo prietaisą sudaro cilindras (kamera) su elastingomis sienelėmis. Jis įstatomas tam tikrame gylyje į gręžinį ir, veikiant skysčio slėgiui (hidraulinis presiometras) arba dujų slėgiui (pneumatinis presiometras) į kamerą, vykdomas grunto apspaudimas gręžinyje ir kartu nustatomas slėgis į gruntą bei grunto deformacijos. Pagal matavimų duomenis skaičiuojamas deformacijų modulis E. Įranga, matuojanti kameros spindulinius poslinkius, gali būti: hidrauliniuose presiometruose pagal skysčio, įtekančio į kamerą, tūrį (vanduo); pneumatiniuose presiometruose pneumoelektriniai davikliai, kurie matuoja kameros sienelių išsiplėtimus. Tokių daviklių turi būti ne mažiau kaip 6 (pagal visą skersmenį). Presiometriniai bandymai atliekami gręžiniuose paprastai iki 0 m gylio. Gręžinių skersmuo turi būti 10 0 mm didesnis nei išorinis presiometro kameros skersmuo. Įrengiant gręžinį turi būti stengiamasi užtikrinti maksimalų gamtinį grunto drėgmės ir sandaros išsaugojimą (rekomenduoj a- mas koloninis gręžimo būdas). Prieš vykdant bandymą būtina detaliai ištirti geologinį pjūvį ir išskirti sluoksnius, zonas ir tarpsluoksnius, ruošiamus bandymui. Bandymai vykdomi tose vietose, kuriose numatoma statyti pamatus arba pastato įtakos zonoje. Jei gręžinyje gruntai stabilūs, tai bandymas vykdomas po gręžimo, pradedant apatiniais sluoksniais; jei gruntai nestabilūs, tai bandymai vykdomi gręžiant. Šiuo metu pasaulyje nėra vienodos presiometrinio bandymo atlikimo procedūros ir vieno standarto. Yra daug įvairių siūlomų metodikų, aprašomų procedūrų ir rekomendacijų bandymui atlikti įvairių tipų presiometrais (.7 lentelė). Presiometriniai bandymai, atsižvelgiant į kameros tipą ir matavimo sistemą skiriami į du tipus: apkrovos (angl. stress controlled) ir kameros sienelių deformacijų (angl. strain controlled) matavimo bandymai. Idealu, kai bandymo metu kamera yra apkraunama iki maksimalių deformacijų arba kol pasiekiamas maksimalus slėgis kameroje. Apskritai, tiriant gruntus yra labai gerai, kai pasiekiamos kameros sienelių ribinės plėtimosi galimybės. 44

46 .7 lentelė. Tarptautiniai standartai, metodai ir rekomendacijos, taikomi presiometriniam bandymui atlikti (pagal Clarke, 1995) Pavadinimas Šalis Presiometro tipas Grunto tipai Bandymo tipas Menardo (LCPC) Prancūzija PBP (Menardo) Visi tipai Slėgis ISRM Tarptautinis PBP Uolienos Slėgis / deformacija ГОСТ Rusija PBP Gruntai Slėgis ASTM D JAV PBP Visi tipai Slėgis / deformacija Mair ir Wood (1987) Didžioji Britanija PBP, SBP Visi tipai Slėgis / deformacija Clarke ir Smith (199) Didžioji Britanija PBP, SBP Visi tipai Slėgis / deformacija Reikėtų pažymėti, kad Menardo presiometras yra unikalus tuo, kad kamera, matavimo prietaisai, įrengimas grunte, bandymų procedūra ir gautų duomenų interpretacija turi laikytis specifikacijų, nes gauti rezultatai yra tiesiogiai naudojami projektuojant. Tai yra, šis metodas remiasi empirine tam tikrų gruntų tyrimo ir projektavimo, naudojantis jų rezultatais, patirtimi. Kiti presiometriniai būdai leidžia nustatyti gruntų savybes (stiprumas, standumas), kurios vėliau, nors ir naudojamos projektuojant, nepriskiriamos prie gautų išskirtinai presiometriniu bandymu. Menardo presiometras. Prancūzų inžinierius L. Ménard`as, kurdamas savo prietaisą ir tobulindamas tyrimų procedūrą bei metodiką suvokė, kad įrengimo į gruntą metu atsiranda grunto sienelių suardymo efektas, kuris labai komplikuoja gautų duomenų patikimumą. Standartinė Menardo presiometrinio bandymo procedūra apibrėžiama kaip tūrinis kameros plėtimasis, kuris priklauso nuo perduodamo slėgio ar apkrovos. Plėtimosi dydis idealiu atveju turėtų būti dvigubai didesnis nei gręžinio skersmuo. Slėgis, kurio reikia šiam procesui, vadinamas modifikuotu ribiniu slėgiu p lm. Jei pradinis kameros tūris ir spindulys atitinkamai yra V 0 ir a 0, pradinis gręžinio tūris ir spindulys atitinkamai V P ir a P ir gręžinio tūris bei spindulys esant modifikuotam ribiniam slėgiui yra V L ir a L tada atitinkamai: ir VP VL VP tūrinis kameros plėtimasis (angl. volumеtric strain) = 0, 5 V V L L (.10) ap al ap kameros spindulio išsiplėtimas (angl. cavity strain) = 0, 41. (.11) a a Tada yra išmatuojamas bandymo kameros tūrio ΔV pokytis: V V 0 V V 0 P 1. (.1) V P yra nustatomas iš bandymų kreivės. Bandymų kameros pokytis gali būti išreikštas ir kameros spinduliu a 0 : a 1,41a a a 0 0 P 1. (.13) Jei kameros spindulys ir gręžinio spindulys yra toks pats, tada membrana turi išsiplėsti 41 % savo tūrio tam, kad pasiektų modifikuotą ribinį slėgį p lm. Taigi, jei presiometras yra naudojamas nustatyti tik Menardo prietaiso parametrams, jis turi sugebėti išsiplėsti mažiausiai iki šio dydžio. Jei gręžinio skersmens ir kameros tūrio santykis yra 1,1 (tai paprastai tipinė reikšmė), tada membrana esant modifikuotam ribiniam slėgiui turi išsiplėsti iki 55 % savo tūrio. Menardo presiometrinis bandymas yra paremtas nustatyto intervalo slėgio didinimu matuojant rodmenis nustatytais laiko tarpais. Bandymo metu, atsižvelgiant į apkrovimo greitį, rekomenduojama atlikti 8 14 slėgio didinimo pakopų (t. y gauti 8 14 matavimo atskaitų). Modifikuotas ribinis slėgis p lm įvairiems gruntams gali būti paimtas iš.8 lentelės. Čia palyginimui pateiktos ir P P 45

47 standartinio penetracijos bandymo N 60 bei nedrenuoto kerpamojo stiprumo c u vertės tokiems gruntams. Slėgis kiekvienai pakopai suteikiamas per 60 s. Paskui kas 15, 30 ir 60 s atliekami kameros tūrio plėtimosi matavimai. Toliau vėl didinama apkrova ir vėl tais pačiais laiko tarpais matuojama. Bandymas vykdomas tol, kol pasiekiamas maksimalus bandomosios kameros tūrio išsiplėtimas ar maksimalus slėgis. Slėgio mažinimas (nukrovimas) atliekamas apytiksliai laikantis 10 pakopų, kiekvieną nukrovimo etapą išlaikant maždaug 1 min. Pagal gautus duomenis brėžiamos pokyčių kreivės: slėgis laikas ir slėgis tūris (.4 pav.). Kiti gruntų bandymai presiometru matuojant slėgį ir kamerų išsiplėtimą (PBP tipo). Menardo presiometrinis bandymas yra išskirtinis. Jo metu laipsniškai didinamas slėgis. Visi kiti tokio tipo presiometriniai bandymai yra panašūs į Menardo presiometrinį bandymą, tik skiriasi savo procedūromis: pakopų skaičiumi, laiko intervalais ir papildomais slėgio didinimo ar mažinimo ciklais. J. L. Briaud (1986) siūlo pakopas skirstyti pagal p lm /10 santykį ir apkrovą išlaikyti 1 min. Tai yra nustatyta ASTM D standarte. R. J. Mair ir D. M. Wood (1987) nuomone reikia atlikti 15 0 pakopinių apkrovų. Rusijos standartas ГОСТ leidžia atlikti dviejų tipų bandymus: pagal greitą ir pagal lėtą bandymų schemą. Presiometrinį bandymąs pagal ГОСТ pateikiame detaliau..8 lentelė. Modifikuoto ribinio slėgio p lm vertės (pagal Briaud, 199) Gruntas Grunto būsena SPT N 60 masis stipris c u Nedrenuotas kerpa- (kpa) Smėlis Molis Modifikuotas ribinis slėgis p lm (kpa) Purus (angl. loose) vidutinio tankumo (angl. medium dense) tankus (angl. dense) labai tankus (angl. very dense) > 50 > 500 takiai plastiškas (angl. soft) minkštai plastiškas (angl. firm) kietai plastiškas (angl. stiff) puskietis (angl. very stiff) kietas (angl. hard) > 00 > pav. Menardo presiometrinio bandymo metu sudaromi grafikai: A slėgio ir laiko pokyčių kreivė, B slėgio ir tūrio pokyčių kreivė 46

48 Bandymo atlikimas pagal Rusijos standartą ГОСТ Vadovaujantis Rusijos standartu ГОСТ yra nustatyti reikalavimai bandymui atlikti smėliniuose ir moliniuose gruntuose. Minimalus sluoksnio storis, nustatant jo susispaudžiamumą turi būti ne mažesnis kaip 1,5 presiometro kameros ilgio. Matavimo aparatas statomas šalia gręžinio ir į jį įleidžiama elastinė kamera. Zondo kameros ilgis turi būti ne mažesnis kaip keturi jos išoriniai skersmenys. Paskui matavimo cilindras, žarnos ir kamera užpildomi vandens. Tada naudojant suspaustas dujas sukeliamas slėgis ir, jam didėjant, matuojamos darbinės kameros deformacijos. Deformacijos gali būti matuojamos ir specialiais davikliais (ne mažiau kaip 6). Atliekant bandymą apkrovos sukuriamos pakopomis. Iki kameros sienelės susilietimo su gręžinio sienele apkrovos pakopos turi būti vykdomos kas 0,05 MPa, o toliau pagal kitus reikalavimus: tankiems smėliams 0,1 MPa; vidutinio tankumo smėliams 0,05 MPa; puriems smėliams 0,05 MPа. Molingiems gruntams apkrovos vykdomos atsižvelgiant į konsistencijos rodiklį I L. Kai I L < 0,5, tai 0,05 MPa; jei I L > 0,5 tai 0,05 MPa. Deformacijų sąlyginės stabilizacijos kriterijus yra kameros skersmens plėtimosi greitis, neviršijantis 0,1 mm per laiką, nurodytą.9 lentelėje. Atskaitos kiekvienai pakopai nuskaitomos tvarka, pateikta.10 lentelėje..9 lentelė. Deformacijų sąlyginės stabilizacijos laikas priklausomai nuo grunto ir bandymų režimo Gruntas Smėliai, kurių S r < 0,8 Smėliai, kurių S r > 0,8 Moliai, kurių konsistencija: I L < 0,5 I L > 0,5 Organiniai gruntai Smėliai Moliai Organiniai gruntai Bandymų režimas Lėtas Greitas Deformacijų sąlyginės stabilizacijos laikas t (min) Gruntas Smėliai Moliai Organiniai gruntai.10 lentelė. Atskaitų nurašymo tvarka Bandymų režimas Lėtas Greitas Kas 5 min per pirmąsias 15 min, Kas 1 min per pirmąsias 3 min, o o toliau kas 15 min toliau kas 3 min Kas 10 min per pirmąsias Kas min per pirmąsias 6 min, o 30 min, o toliau kas 30 min toliau kas 6 min Kas 15 min per pirmąsias Kas min per pirmąsias 10 min, 60 min, o toliau kas 30 min o toliau kas 10 min Kiekviena kita apkrova pridedama, kai užgęsta deformacijos nuo prieš tai buvusios apkrovos. Kiekviena apkrovos pakopa sukuriama per 1 min ir laikoma iki stabilizacijos. Sąlyginė stabilizacija vadinama pasiekta, kai deformacijos būna didesnės kaip 0,1 mm per 30 min smėliniams gruntams ir per 1 h moliniams gruntams. Deformacijų stebėjimai vykdomi pirmąsias 15 min smėliniuose gruntuose ir 30 min moliniuose gruntuose atitinkamai kas 5 ir 10 min, o paskui atitinkamai kas 15 ir 30 min iki galutinės stabilizacijos. 47

49 Rezultatų apdorojimas pagal Rusijos standartą ГОСТ Pagal Rusijos standartą ГОСТ deformacijų modulis E randamas pagal formulę: p E K r0, (.14) r čia K proporcingumo koeficientas (aptartas anksčiau); r 0 pradinis gręžinio spindulys; p slėgio į gręžinio sieneles padidėjimas tiesinėje BC priklausomybės grafiko r = f(p) atkarpoje (.43 pav.); p = p P p N ; r gręžinio spindulio padidėjimas dėl grunto deformacijų, veikiant apkrovai p į gręžinio sieneles, cm; r = r P r N Skaičiuojant deformacijų modulį E, yra būtina atsižvelgti į p ir r matavimų paklaidas, kurios atsiranda taruojant prietaisą prieš bandymą dėl hidrosistemos ir elastinių kameros sienelių deformacijų. Vykdant bandymus (lėtu režimu I kategorijos pastatams arba greitu režimu II ir III kategorijos pastatams), proporcingumo koeficientas K yra nustatomas pagal lygiagrečius (ne mažiau kaip dviejų bandymų tiriamam vieno tipo gruntui) bandymus statine plokšte (5 000 cm skersmens plokšte) ir presiometrinius bandymus. Pastatų kategorijos nustatomos pagal ГОСТ Projektuojant II ir III kategorijos pastatų pamatus, esant lėtam bandymų režimui, K koeficiento reikšmės imamos tokios: smėliams ir priesmėliams 1,3, priemoliams 1,35, moliams 1,4 Vykdant greito režimo bandymą, koeficientas K imamas pagal.11 lentelę..43 pav. Gruntų deformacijų priklausomybė nuo apkrovos presiometriniuose bandymuose (pagal Ломтадзе, 1978): OA presiometro kameros išsiplėtimas iki kameros prisilietimo prie gręžinio sienelių; AB gręžinio sienelių nelygumų apspaudimas; BC gruntų tankėjimo stadija; CD nemažas poslinkių didėjimas, r N, p N spindulio ir slėgio padidėjimas, kai pasibaigia sienelių apspaudimas; r p, p P spindulio ir slėgio padidėjimas, kai baigiasi proporcingas deformacijos didėjimas nuo slėgio didėjimo.11 lentelė. Koeficiento K vertės Gruntas Bandymų gylis (m) Koeficiento K vertė Iki 10 m,5,5,0 Smėliai, kurių poringumo koeficientas e: e < 0,5 0,5 < e < 0,8 e > 0,8 Moliniai gruntai, kurių konsistencijos rodiklis I L : I L < 0,5 0,5 < I L < 0,5 I L > 0,5 Moliniai gruntai, kurių konsistencijos rodiklis I L : I L < 0,5 0,5 < I L < 0,5 I L > 0,5 Iki 10 m Nuo 10 iki 0 m,0 3,0 4,0 1,75,5 3,5 48

50 Gruntų bandymai presiometru matuojant deformacijas davikliais (SBP ir PIP tipo). Presiometriniai bandymai, matuojantys deformacijas, laikomi kokybiškais, kai kameros membrana plečiasi pastoviu greičiu. Tai gana nesunku padaryti, kai naudojama skysčio pripildoma sistema. Žinant vandens ar kito skysčio kiekį, kuris suleidžiamas į kamerą, galima lengvai sekti slėgio rodmenis. J. L. Briaud (1986) siūlo kiekvienos pakopos apkrovą, kai kameros tūris yra V o /40, išlaikyti 15 s. Slėgio rodmenys fiksuojami kiekvieno tūrio prieaugio pabaigoje. Tokie bandymai tinka bet kokiuose gruntuose, kai kamera pripildoma bet kokio skysčio ir leidžia atlikti bandymus per 10 min. Daug sudėtingiau yra matuoti deformacijas, kai sistema pripildoma dujų ir yra naudojami matavimo davikliai. Šiuo atveju reikia turėti papildomą matavimo įrangą, kuri fiksuotų bet kuriuos pastovaus slėgio didinimo nukrypimus. Ji leidžia padidinti ar sumažinti tiekiamų dujų slėgį, kad bandymų metu kamera plėstųsi vienodu ir pastoviu greičiu. Pavyzdžiui, standartinis Cambridge tipo presiometras ( CSBP) leidžia naudoti slėgio didinimo greitį priklausomai nuo gruntų nuo kn/m /min kai silpni moliniai gruntai iki 40 kn/m /min kai stiprūs moliniai gruntai. Dažniausiai atliekant bandymą nedrenuotuose moliniuose ir smėliniuose gruntuose greitis yra 1 %/min (1 % tai deformacijų pokytis)..44 pav. parodytos presiometrinio bandymo kreivės gautos, atliekant bandymą CSBP tipo presiometru moliniuose gruntuose. Nuo O iki A taškų kreivėje bandymas yra atliekamas, kai sukeliamas slėgis yra mažesnis nei horizontalusis slėgis. Nuo taškų A iki B deformacijos didėjant slėgiui didėja. Nuo taško B deformacijų greitis yra 1 %/min ir nebekinta. Davikliai kas 10 ar 0 s automatiškai fiksuoja kameros išsiplėtimą. Labai svarbu gauti kuo daugiau atskaitų intervale tarp taškų O ir B tam, kad turėtume pakankamai duomenų analizei. Nuo tada, kai jau yra išlaikomas pastovus deformacijų greitis (angl. strain controlled) per 1 h CSBP bandymo metu šešiais davikliais gaunama iki 160 atskaitų. Atliekant presiometrinius bandymus ir taikant papildomas bandymų atlikimo procedūras (pvz., apkrovimo / nuokrovos ciklai (.45 pav.)), išlaikymo bandymas (angl. holding test) leidžia gauti grunto standumo parametrus ir konsolidacijos koeficientą..44 pav. Tipinė CSBP bandymų kreivė.45 pav. CSBP bandymų kreivė apkrovos / nuokrovos ciklai ir galutinė nuokrova 49

51 .1.3. Dilatometrija (bandymai plokščiuoju dilatometru) Plokščiasis dilatometras (angl. flat dilatometer, Marchetti dilatometer DMT) buvo sukonstruotas Silvano Marchetti Italijoje 1980 m. ir šiuo metu naudojamas daugiau nei 40 šalių. Šis prietaisas išpopuliarėjo dėl to, kad jis paprastas, nebrangus ir gana didelio tikslumo, skirtas tirti grunto savybėms laukuose tiesiogiai grunto masyve. Dilatometro taikymo galimybes reglamentuoja standartai: ASTM D (007) ir Eurocode 7 (1997): Geotechniniai tyrinėjimai ir bandymai. Lauko bandymai. 11 dalis. Bandymas plokščiuoju dilatometru (ЕN ISO :005). Metodo atsiradimą nulėmė profesoriaus S. Marchetti atliekami metalinių polių bandymai horizontaliomis apkrovomis (Schmertmann, 1983). Pirmieji dilatometrinio bandymo evoliucijos žingsniai buvo mėginimas surasti šoninio slėgio modulį ( angl. lateral modulus). Nuo 1974 iki 1980 m. vyko teoriniai ir praktiniai darbai, kurie leido 1979 m. pradėti vykdyti bandomuosius darbus praktikoje m. profesorius S. Marchetti publikavo savo straipsnį (Marchetti S. In situ test by flat dilatometer), kuriame smulkiai aprašė prietaiso konstrukciją, bandymų procedūras ir gautas koreliacines priklausomybes. Vėliau, plečiantis tyrimų geografijai, daugėjant bandymų įvairiose šalyse ir skirtinguose gruntuose, pavyzdžiui jautriuose jūriniuose moliniuose gruntuose (Lacasse ir Lunne, 1983; Fabius, 1985; Hayes, 1986; Lutenegger ir Timian, 1986), silpnuose moliuose (Minkov ir kt., 1984; Ming Fang, 1986), limniniuose moliniuose gruntuose (Chan ir Morgenstern, 1986), moreniniuose ir pe r- konsoliduotose labai stipriuose moliuose (Davidson ir Boghrat, 1983 ; Schmertmann ir Crapps, 1983; Powell ir Uglow, 1986), smėliniuose gruntuose (Schmertmann, 198; Clough ir Goeke, 1986; Lacasse ir Lunne, 1986), deltiniuose dulkinguose gruntuose (Campanella ir Robertson, 1983), liosiniuose gruntuose (Lutenegger ir Donchev; 1983, Hamandshiev ir Lutenegger, 1985), durpėse (Hayes, 1983; Kaderabek ir kt., 1986), buvo sukaupta daug duomenų, leidžiančių tobulinti jų interpretaciją, gauti papildomų duomenų apie gruntų standumą, stiprumą, įtempimų būseną ir jos kitimą (angl. stress history). Didelis susidomėjimas šiuo metodu, rezultatų gausa, platus panaudojimas leido organizuoti specialias konferencijas, skirtas dilatometrijai: pirma tarptautinė konferencija (Kanada, Edmont o- nas, 1983 m.), tarptautinis seminaras (Japonija, Tokijas, 1999 m.), antra tarptautinė konferencija (JAV, Vašingtonas, 006 m.). Dilatometras tai iš nerūdijančio plieno pagaminta plokščia mentė, kurios vienoje pusėje įmontuota apvali plieninė membrana (.46 pav.)..46 pav. Dilatometras (pagal Marchetti ir kt., 001) 50

52 Mentės plokštė su žemės paviršiuje esančiu matavimo prietaisu sujungta pneumatiniu elektriniu kabeliu, kuris įstatomas į jungiamųjų štangų vidų. Pro vamzdelį tiekiamos dujos, kurių slėgis reikalingas metalinei membranai pajudinti (Marchetti ir kt., 001). Pagrindiniai dilatometro sistemos komponentai pavaizduoti.47 pav. Atliekant tyrimus, pirmiausia dilatometro mentė įspaudžiama į gruntą. Paskui membrana slėgio išstumiama iš mentės ir 1 min fiksuojami du parametrai: 1) slėgis A, reikalingas membranai pajudinti iki grunto; ) slėgis B, reikalingas membranos centrinei daliai pajudinti 1,1 mm į gruntą. Po to dilatometras vėl įgilinamas į gruntą (apie cm) ir bandymai tęsiami. Kiekvieno bandymo laikas yra apie min. Pakoreguotos slėgių A ir B vertės, naudojantis kalibracijos kreivėmis, konvertuojamos į slėgius p 0, ir p 1 pagal formules: A z A 0, B z B p0 1,05 m 05 m, (.15) p1 B zm B, (.16) C z A 0, B z B p 1,05 m 05 m, (.17) čia p 0 koreguotas slėgis membranoje prieš ją išspaudžiant (t. y. kai išsiplėtimas 0,00 mm); p 1 koreguotas membranos slėgis kai išspaudimas 1,1 mm; p koreguotas slėgis, kuriam esant membrana grįžta į pradinę padėtį; A užfiksuotas slėgio A matavimas grunte (kai membranos išsiplėtimas 0,05 mm); z m užfiksuojamas slėgis manometru, kai atidaroma membranos anga; ΔA kalibruotas slėgis, užfiksuotas kai membranos išsiplėtimas į tuštumą yra 0,05 mm; B užfiksuotas slėgio B matavimas grunte ( kai membranos išsiplėtimas yra 1,1 mm); ΔB kalibruotas slėgis užfiksuotas kai membranos išsiplėtimas į tuštumą yra 1,1 mm; C užfiksuotas slėgio C matavimas taške, kuriame girdimas signalas, žymintis membranos grįžimą į pradinę padėtį. Koreguotas slėgis C pateikia duomenis apie in situ porinį slėgį u laisvai drenuotame smėliniame grunte arba smėlio sluoksniuose su molio tarpsluoksniais. Kituose gruntuose pradinį porinį slėgį reikėtų (prieš atliekant bandymą dilatometru) įvertinti ar nustatyti kitais būdais. Dilatometras naudojamas patiems įvairiausiems gruntams tirti, išskyrus tokius, kurių dalelių dydis viršija membranos skersmenį (60 mm). Dilatometru atlikti matavimai būna labai tikslūs, jis yra gana tvirtas gali išlaikyti iki 50 kn spaudimą. Matavimų skalė siekia nuo 4 kpa (silpnuose moliniuose gruntuose) iki kpa (mergelis)..47 pav. Pagrindiniai dilatometro sistemos komponentai (pagal Marchetti ir kt., 001): 1 dilatometro mentė; štangos; 3 pneumatinis elektrinis kabelis; 4 matavimo duomenų dėžė; 5 pneumatinis kabelis; 6 dujų balionas; 7 membranos išsiplėtimas 51

53 Dilatometro mentės plotis 95 mm, storis 15 mm. Kadangi mentės galas užaštrintas, ją lengva įsprausti į gruntą. Plieninės membranos skersmuo 60 mm, storis 0,0 0,5 mm. Membraną, įmontuotą mentės paviršiuje, prilaiko apsauginis žiedas (.48 pav.). Dilatometro veikimo principinė schema pateikta.49 pav. Mentė veikia elektros jungiklio principu. Matavimo prietaisas (.50 pav.) visada yra žemės paviršiuje, juo fiksuojami dilatometro rodmenys (slėgiai A ir B). Jis turi du slėgio matuoklius. Per šį prietaisą patenka dujos ir tekėdamos vamzdeliu, sukelia slėgį mentės membranoje..48 pav. Dilatometro mentė su membrana (pagal Marchetti ir kt., 001).49 pav. Dilatometro veikimo principinė schema (pagal Marchetti ir kt., 001).50 pav. Matavimo prietaisas (pagal Marchetti ir kt., 001) 5

54 Pasak prof. S. Marchetti (Schmertmann, 1983), šis prietaisas pasižymi tokiais pranašumais: Dilatometro mentė spraudžiama į gruntą nepertraukiamo penetracijos proceso (zondavimo) metu, todėl nereikia gręžti gręžinių (kaip, pvz., atliekant įleidžiamus presiometrinius bandymus), o duomenys apie gruntus gaunami gana nedideliais gylio intervalais (15 30 cm). Prietaiso mentės konstrukcija (siaura plokštė aštriu antgaliu) s praudimo į gruntą metu kur kas mažiau jį suardo nei, pavyzdžiui kūginis penetrometras, o tai leidžia gauti tikslesnius grunto savybių parametrus; plokštės dydis ir forma leidžia geriau ir lengviau skverbtis į gruntą. Nėra jokių elektroninių daviklių, o tai supaprastina prietaiso naudojimą lauko sąlygomis. Labai mažos membranos deformacijos leidžia išmatuoti efektyviojo slėgio pokyčius nedrenuotomis sąlygomis, t. y gauti molinių gruntų konsolidacines charakteristikas. Dilatometro bandymo metu gaunami rodikliai ir jų panaudojimas gruntų geotechninėms savybėms vertinti. Dilatometrinio bandymo metu pagal išmatuotus ir koreguotus slėgius p 1 ir p 0 galima nustatyti tokius rodiklius: grunto tipo rodiklį I D, šoninio slėgio koeficientą K D, dilatometrinį deformacijų modulį E D. Grunto tipo rodiklis (angl. material index): p p 0 p 1 0 I D, (.18) u 0 čia u 0 porinio vandens slėgis (in situ prieš bandymą). Remiantis Marchetti ir kt. (001), grunto tipas gali būti toks: molis, kai 0,1 < I D < 0,6; dulkis, kai 0,6 < I D < 1,8; smėlis, kai 1,8 < I D < 10. Naudojant rodiklį I D, reikia turėti omenyje, kad tai nėra grunto granuliometrinės sudėties išraiška ar tankumo rodiklis, bet parametras, atspindintis mechaninę grunto elgseną. Apskritai rodiklis I D, leidžia gana tiksliai išskirti atskirus gruntų, pasižyminčių aiškia granuliometrine sudėtimi, tipus. Tačiau jei gruntai nėra aiškios sudėties (mišrūs moliniai dulkiniai ar smėliniai dulkiniai), tada rodiklis I D nėra labai tinkamas kriterijus gruntų tipams išskirti. Pavyzdžiui, molingas gruntas su smėliu gali būti interpretuojamas pagal I D kaip dulkis (Marchetti ir kt., 001). ' vo Šoninio slėgio koeficientas (angl. horizontal stress index): K D p u, (.19) 0 0 ' vo 0 ho vo čia efektyvusis vertikalus slėgis. Koeficientas K D yra svarbiausias dilatometrinio bandymo metu nustatomas parametras. Jis naudojamas vertinant gruntų geotechnines savybes (žr. toliau). ' ' Koeficientas K D gali būti laikomas rimties koeficientu K 0 ( K ), tik labiau paveiktas penetracijos proceso. Koeficientas K D vertės grunto pjūvyje atspindi OCR pertankinimo koeficiento vertes, taigi padeda geriau suvokti gruntų formavimąsi ir jų gamtinę įtempimų būseną (Marchetti, 1980; Jamiolkowski ir kt., 1988). Dilatometrinis deformacijų modulis E D surandamas iš p 0 ir p 1 skirtumo remiantis tamprumo teorija (Gravesen, 1960). Membranos skersmeniui esant 60 mm ir išspaudimo dydžiui 1,1 mm, jis yra lygus: E D ,7 p p. (.0) Paprastai E D neturėtų būti naudojamas, ypač trūkstant informacijos apie gamtinę įtempimų 53

55 būseną. Jis turi būti naudojamas kartu su rodikliu K D ir rodikliu I D. Negalima jo prilyginti Jungo moduliui E (Marchetti ir kt., 001). Dilatometrinių bandymų metu taip pat galima surasti vadinamąjį kvazistatinį dilatometrinį pasipriešinimą penetracijai (q D ): PD qd, (.1) A D čia P D išmatuota penetracijos (zondavimo) jėga; A D dilatometro plokštės plotas (95 mm x 14 mm = 13,3 cm ). Apytiksliai, q D gali būti prilyginamas statinio zondavimo (CPT) metu gaunamam kūginiam stipriui q c. Pagal dilatometrinio bandymo metu gautus duomenis I D, K D, E D, naudojantis koreliacinėmis priklausomybėmis, galima įvertinti grunto tipą, savitąjį sunkį γ, rimties koeficientą K 0 (angl. coefficient of earth pressure at rest arba in situ coefficient of lateral earth pressure), apskaičiuoti nedrenuotą kerpamąjį stiprį c u (moliniams gruntams), pertankinimo koeficientą OCR (moliniams gruntams), standumo modulį M, vidaus trinties kampą (smėliniams gruntams). Prieš skaičiuojant minėtus parametrus, be gaunamų dilatometrinio bandymo metu rodiklių K D, I D, E D, taip pat reikia įvertinti grunto gamtinį tankį ρ, porinį slėgį u 0, vertikalų efektyvųjį slėgį ' (angl. in situ vertical effective stress) vo v u0. Gruntų tipas ir savitasis sunkis. Pagal S. Marchetti ir D. K. Crapps (1981) sudarytą diagramą, remiantis E D ir I D rodikliais, galima nustatyti gruntų tipą ir savitąjį sunkį γ (.51 pav.). Daugelis kitų autorių (Lacasse ir Lunne, 1986) pateikia savo modifikuotas tokios diagramos versijas, kurios labiau atitinka vietinius gruntus. Tačiau ši diagrama gana neblogai atspindi grunto tipą ir aiškių gruntų savitąjį sunkį..51 pav. Grunto tipo ir savitojo sunkio nustatymo diagrama (pagal Marchetti ir Crapps 1981) (1 bar = 100 kpa) 54

56 .5 pav. OCR ir K D koeficiento koreliacinės priklausomybės (pagal Kamey ir Iwasaki, 1995) Pertankinimo koeficientas OCR. Nesucementuotiems moliams pertankinimo koeficientą OCR siūloma skaičiuoti taip:,5k 1, 56 OCR. (.) 0 D Šios lygties pagrįstumą rodo įvairių autorių pateikti duomenys, kuriuos iliustruoja.5 pav. Rimties koeficientas K 0. S. Marchetti (1980) nesucementuotiems moliams rimties koeficientą K 0 siūlo apskaičiuoti pagal lygtį: K D 0,47 K 0 0,6. (.3) 1,5 Nedrenuotas kerpamasis stipris c u. Pasak S. Marchetti (1980), nedrenuoto kerpamojo stiprio c u skaičiavimo lygtis būtų tokia: čia ' vo c u 0, K 1, 5 0, ' vo 5 D, (.4) efektyvusis vertikalusis slėgis. Smėlinių gruntų vidinės trinties kampas φ. Smėlinių gruntų vidinės trinties kampui įvertinti yra siūlomi du būdai. Vienas jų (Marchetti, 1985) paremtas koeficientų K 0 ir K D bei statinio zondavimo metu gaunamo kūginio stiprio q c vertėmis, atsižvelgiant ir į efektyvųjį vertikalųjį slėgį vo. Šį ' būdą iliustruoja sudarytas grafikas (.53pav.). Kitas būdas paremtas tiktai dilatometrinio bandymo metu gaunamu koeficientu K D pagal formulę (Marchetti, 1997): safe, DMT 8 14,6 log K D,1 log K. (.5) D 55

57 .53 pav. Vidaus trinties kampo φ nustatymo grafikas (pagal Marchetti, 1985) Standumo modulis M, Jungo (tamprumo) modulis E, maksimalus šlyties modulis G 0. Standumo modulis M, nustatytas pagal dilatometrinio bandymo metu gautus rodiklius, dažnai žymimas ' M DMT, yra vertikalus drenuotas (vienos dimensijos) tangento modulis kai vo ir yra tas pats deformacijų modulis, kuris nustatomas odometriniu bandymu: E oed = 1/m v (m v tūrinis susispaudžiamumo koeficientas, m /kn). M DMT yra apskaičiuojamas iš lygties: M M R E, (.6) DMT M D čia E D dilatometrinis modulis, surandamas iš p 0 ir p 1 skirtumo; R M koreguojantis koeficientas, priklausantis nuo grunto sudėties (I D koeficiento) ir šoninio slėgio koeficiento K D. R M koeficiento vertės svyruoja nuo 1 iki 3. Pasak S. Marchetti (1980), koeficiento R M vertės yra: jei I D 0,6 RM 0,14,36log K D, jei I D 3 RM 0,5 log K D, R R,5 R log K, jei 0,6 < I D < 3 M M 0 M 0 D kai R 0,14 0,15I 0,6, M 0 D jei K D > 10 RM 0,3,18log K D, jei R M < 0,85 R 0, 85. M Jungo (tamprumo) modulis E', kai gruntas drenuojamas, apytiksliai gali būti apskaičiuojamas (remiantis tamprumo teorija) pagal šią lygtį: E ', (.7) tarus, kad Puasono koeficientas ν 0,5 0,30, tai E = 0,80M DMT. 56

58 Kai kurie autoriai (Lunne ir bendraautoriai, 1989; Hryciw, 1990; Tanaka H. ir Tanaka M., 1998) siūlo maksimalų šlyties modulį G 0 nustatyti pagal dilatometrinio bandymo metu gautą E D koeficientą normaliai konsoliduotiems moliniams gruntams: G 0 E D 7,5. (.8) Yra keletas metodų (Marchetti ir Totani, 1989; Schmertmann, 1988; Robertson ir kt., 1988) iš dilatometrinio bandymo duomenų pagal A slėgio rodmenų skalės priklausomybės nuo laiko grafiką suskaičiuoti konsolidacijos koeficientą c h, taip pat (Schmertmann, 1988) filtracijos koeficientą (angl. coefficient of permeability) k h ir kitus grunto parametrus. Dilatometrinio bandymo rezultatų duomenys gali būti naudojami ir pamatų nuosėdžiams skaičiuoti bei gruntų galimybei praskysti įvertinti. Reikėtų pažymėti, kad Lietuvoje šis gana populiarus pasaulyje lauko tyrimų metodas iki šiol nebuvo taikomas. Todėl anksčiau pateiktos koreliacinės priklausomybės gali neatspindėti specifinių Lietuvos gruntų (pvz., moreninių molinių) savybių. Ateityje dirbant šiuo lauko metodu į tai reikia atsižvelgti... Gruntų stiprumo savybės Gruntų gebėjimas nesuyrant, atlaikyti būsimo statinio apkrovas, apibūdinamas gruntų stiprumu, kuris išreiškiamas kerpamuoju stipriu (pasipriešinimu šlyčiai) τ. Kerpamasis stipris apibūdina smėlinių ir molinių gruntų stiprumą, t. y. jų gebėjimą pasipriešinti suardymui. Tai pasireiškia ardant gruntų vientisumą paslenkant (šliejant) dalį grunto pagal vieną ar keletą slysmo paviršių arba išilgai slysmo plokštumos (silpnos zonos). Gruntas suyra tada, kai tangentiniai įtempimai viršija vidines pasipriešinimo jėgas. Kerpamasis stipris susideda iš gruntą sudarančių kietų dalelių ar grūdelių tarpusavio pasipriešinimo trinčiai (vidaus trinties kampas ) ir dalelių rišlumo ar sankibumo pasipriešinimo (sankiba c). Smėliniuose ir kituose stambianuolaužiniuose gruntuose vidinės pasipriešinimo šlyčiai (s u- ardymui) jėgos yra trinties jėgos, atsirandančios nustumiant dalį grunto, kai vyksta gruntą sudarančių dalelių tarpusavio, persistūmimas. Kadangi trintis veikia grunto viduje, ji paprastai vadinama vidine trintimi. Rišliuose (moliniuose) gruntuose vidinės jėgos, be trinties jėgų taip pat yra sankibos jėgos, t. y. struktūrinių ryšių jėgos. Sankiba yra kiekybinė struktūrinių ryšių, veikiančių grunto tūryje, pagal slysmo plokštumas arba slysmo plokštumų ribose, stiprumo išraiška. Veiksniai, nusakantys grunto kerpamojo stiprio (pasipriešinimo šlyčiai) dydį. Trintis gruntuose priklauso nuo jų granuliometrinės sudėties, t. y nuo gruntą sudarančių dalelių ir nuolaužų dydžio, jų sudėties vienalytiškumo, dalelių formos ir apvalumo, sandaros tankumo ir ypač nuo veikiančios spaudžiančios apkrovos dydžio. Kuo gruntas turi daugiau stambių grūdelių ir yra nevienalytiškesnis, t. y. sudarytas iš kampuotesnių nuolaužų ir dalelių, ir kuo didesnis jo tankis, tuo didesnė ir vidinė trintis. Esant kitoms vienodoms sąlygoms vidinė trintis padidėja, didėjant tankinančiai apkrovai. Sankiba būdinga rišliems moliniams gruntams. Tai lemia dalelių ir agregatų, sudarančių gruntą, struktūriniai ryšiai (molekuliniai, joniniai, kovalentiniai, vandeniliniai, magnetiniai). Mol i- niai gruntai gali būti vienokio ar kitokio stiprumo tai priklauso nuo struktūrinių ryšių kilmės ir pobūdžio. Veiksniai, kurie turi įtakos gruntų struktūrinių ryšių pobūdžiui yra: gruntų dispersiškumas, smulkiadispersinės (molinės) dalies mineralinė sudėtis, sudėties tankumas, drėgnis, cementuojančios medžiagos sudėtis ir cementacijos pobūdis, gamtinės sandaros pažeidimo laipsnis. Taigi, smėlinių gruntų kerpamasis stipris labiausiai priklauso nuo trinties, o molinių gruntų nuo trinties ir sankibos. Pagrindinės lygtys ir parametrai, apibūdinantys gruntų kerpamąjį stiprį. Kaip minėta, smėlinių ir molinių gruntų kerpamasis stipris priklauso nuo keleto veiksnių, bet vis dėlto svarbiau- 57

59 sias yra normalinė (vertikali) tankinanti apkrova (slėgis) p..54 pav. pateikti kerpamojo stiprio τ priklausomybės nuo skirtingų vertikalių tankinančių apkrovos dydžių (slėgio) p. Lygtis, apibūdinanti pasipriešinimą šlyčiai (Kulono ir Navje lygtis) ir susiejanti gruntų stiprumo rodiklius vidinės trinties kampą φ, sankibą c ir vertikalią apkrovą p, yra tokia: c tan p. (.9) Ši lygtis išreiškia pagrindinius smėlinių ir molinių gruntų pasipriešinimo šlyčiai dėsningumus. Šių lygčių parametrai vidinės trinties kampas, vidinės trinties koeficientas tan ir sankiba c yra kiekybiniai gruntų stiprumo parametrai. Lauko metodai, nustatantys gruntų stiprumo rodiklius. Daugeliu atvejų, inžinerinėje geologinių tyrimų praktikoje šlyties parametrai nustatomi tiriant nesuardytos sandaros grunto bandinius, paimtus iš gręžinių, kasinių ar iškasų, laboratorijose kirpimo ar triašio gniuždymo aparatuose. Tačiau reikėtų turėti omenyje, kad atliekant laboratorinius gruntų šlyties tyrimus, yra nustatomos gruntų stiprumo savybės, būdingos ne visam grunto masyvui, bet tik tam paimtam bandiniui. Dėl to laboratoriniai tyrimai negali visiškai apibūdinti grunto masyvo elgsenos, kurio pastovumas ir stabilumas daugiausia priklauso nuo pasipriešinimo šlyčiai tose masyvo vietose, kur yra lęšių, tarpsluoksnių, slysmo paviršių, t. y. įvairiose masyvo susilpnėjimo zonose. Taigi, tam tikrais atvejais, vertinant didelių grunto masyvų, didelių iškasų šlaitų pastovumą, duomenų, gautų laboratoriniais metodais, dažnai nepakanka ir tenka atlikti specialius lauko tyrimo darbus. Be to, lauko tyrimai yra būtini tiriant silpnus molinius gruntus, kurių nesuardytos sandaros bandinių paėmimas ir gamtinės būsenos išsaugojimas yra neįmanomas, ir tuos gruntus, kurių tyrimas laboratoriniais metodais neduoda patikimų rezultatų. Tai molingi žvyringi ir smėlingi žvyringi gruntai, tankūs molingi plyšiuoti ir nevienalyčiai smėlingi molio gruntai. Taigi kerpamasis stipris yra viena svarbiausių gruntų savybių. Šioms savybėms nustatyti gali būti taikomi šie lauko metodai: 1. Grunto masyvo plokščias kirpimas kasinyje.. Grunto monolitų plokščias kirpimas lauko prietaisais. 3. Grunto šoninės prizmės nustūmimas. 4. Grunto šoninės prizmės išstūmimas (išspaudimas). 5. Grunto prizmės gniuždymas. 6. Grunto kirpimas masyve. Sparnuotė arba mentelių metodas. Grunto masyvo kirpimo kasinyje ir lauko prietaisais bei prizmių išstūmimo, nustūmimo ir gniuždymo metodai bei metodikos buvo sukurti buvusios Sovietų Sąjungos gamybiniuose mokslo tiriamuosiuose ir projektavimo institutuose ( Fundamentprojekt, PNIIIS, Uralpromstriniiprojekt, Uralo politechnikos institute ir kt.)..54 pav. Kerpamojo stiprio (pasipriešinimo šlyčiai) priklausomybės nuo apkrovos (slėgio) p: A deformacijų vystymosi grafikas, B gruntų pasipriešinimo šlyčiai grafikas veikiant stumiamajai jėgai; p 1, p, p 3 skirtingos normalinės (vertikalios) tankinančios apkrovos; 1,, 3 skirtingos kerpamojo stiprio (pasipriešinimo šlyčiai) vertės 58

60 Šiuo metu Rusijoje galioja valstybinis standartas ГОСТ (rus. Грунты. Методы полевого определения характеристик прочности и деформируемости, angl. Soils. Field methods for determining the strength and strain ), kuriame pateikiamas grunto kirpimo kasinyje metodo aprašymas. Kiti minėti metodai nėra standartizuoti, todėl juos taikant reikėtų remtis metodika ir aprašymu, kurie pateikti literatūros šaltiniuose ( Грязнов, 1984; Трофименков ir Воробков, 1981; Швец ir kt. 1981; Бондарик ir kt., 1967; Бондарик ir Ярг, 008; Ломтадзе, 1978). Sparnuotės arba mentelių metodas yra labai populiarus visame pasaulyje. Jį aprašo įvairių valstybių standartai bei europinis EN ISO 476-9:009. Geotechniniai tyrinėjimai ir bandymai. Lauko bandymai. 9 dalis. Lauko bandymas mentiniu prietaisu (angl. Geotechnical investigation and testing Field testing Part 9: Field vane test)...1. Grunto masyvo plokščias kirpimas kasinyje Atliekant lauko grunto kirpimo bandymus, kaip ir laboratorinių tyrimų metu, norint gauti pasipriešinimo kirpimui diagramą, o paskui apskaičiuoti grunto stiprumo savybes (sankibą c ir vidaus trinties kampą φ), yra būtina atlikti mažiausiai tris vienodos sudėties bei tokios pat fizinės būsenos grunto bandinių kirpimo bandymus pasirinkus skirtingas vertikalias apkrovas (tankinam ą- sias). Kirpimo bandymas atliekamas pagal pasirinktą horizontalią plokštumą, kai tankinamoji apkrova vertikali (kiekvienam kirpimo bandymui ji yra skirtinga) ir veikiant horizontaliai stumi a- majai apkrovai. Gruntų bandymai paprastai atliekami pagal lėto kirpimo schemą po išankstinio visiško sutankinimo, t. y. užbaigtos konsolidacijos sąlygomis, kai tankinamoji apkrova atitinka veikiančią apkrovą nuo pastato. Šiam lauko metodui atlikti, pavyzdžiui, gali būti naudojamas projektavimo instituto Fundamentprojekt (rus. ВПИ Фундаментпроект ) sukonstruotas specialus lauko prietaisas, susidedantis iš trijų sekcijų (.55 pav.). Kiekviena sekcija sudaryta iš žiedo -apkabos su užaštrintu galu, apvalios plokštės, plokštės apkrovimo įrangos, horizontalių apkrovų perdavimo sistemos, prietaiso, leidžiančio grunto bandiniui judėti šlyties metu, matavimo indikatorių ir įlinkomačių..55 pav. SPI Fundanmentprojekt konstrukcijos kirpimo įranga (pagal Бондарик и др., 1967): 1 žiedasapkaba; plokštė; 3 nusiimanti atrama; 4 hidraulinis domkratas; 5 atraminiai strypai; 6 inkariniai poliai; 7 atraminė plyta 59

61 Žiedas-apkaba skirtas grunto monolitui atskirti nuo grunto masyvo, yra plieninis, cilindro formos. Jo skersmuo yra 46 mm, aukštis 00 mm, sienelių storis 1 mm (pagal ГОСТ vidinis cilindro skersmuo 400 mm, aukštis 0 mm). Plokštės paskirtis vienodai slėgti grunto bandinį, t. y tolygiai paskirstyti vertikalias apkrovas. Plokštės skersmuo 390 mm, plotas 1 00 cm, ji apvali. Plokštės apkrovimo įrangą sudaro hidraulinis domkratas (ne mažiau kaip 50 t), atraminė sija ir įgręžiami ar įsukami inkariniai poliai. Grunto bandinys, įvilktas į žiedą-apkabą, kerpamas domkrato pagalba, kuris yra atremtas į atraminę perdangą (.55 pav.). Grunto bandinio judėjimą kirpimo metu sukelia guolinė apkaba, slėgį domkratuose matuoja manometrai, o poslinkį indikatoriai. Jei kirpimo bandymų įrangai įremti į gruntą naudojami inkariniai įsukami poliai, tai visos bandymų sistemos montavimas prasideda inkarų įrengimu ir atraminės sijos pritvirtinimu. Polių įgilinimas ir jų kiekis priklauso nuo perduodamos vertikalios tankinamosios apkrovos. Paprastai polius su 5 cm skersmens mente įsukamas į 1, 1,5 m gylį. Poliai turi būti įrengti vertikaliai, polinkis nuo vertikalės ne daugiau kaip 5 o. Atraminės sijos nuokrypis nuo horizontalės turi neviršyti o. Toliau ant išpjauto (žiedu-apkaba) grunto monolito kasinyje uždedama plokštė. Prieš uždedant plokštę ant grunto monolito, užpilamas 1 cm (moliniams gruntams) ir 3 cm (stambianuolauž i- niams gruntams) storio mažai drėgno smulkaus ar vidutinio rupumo smėlio sluoksnis. Kirpimo plokštumoje, ties monolito paviršiumi ir žiedo-apkabos kraštu kasinio dugne paliekamas 1 cm tarpas. Per jį turi pereiti kirpimo plokštuma. Toliau montuojama apkrovimo ir stūmimo įranga bei matavimo prietaisai. Montuojami mažiausiai du matavimo prietaisai, nes poslinkių registravimas kerpant ir spaudžiant grunto monolitą atliekamas pagal dviejų matavimo indikatorių rodmenų vidurkį. Bandymas prasideda laipsniškai pridedant vertikalias apkrovas. Vertikalių apkrovų dydžiai ir pakopos pateikti.1 lentelėje. Kiekviena pakopa turi būti išlaikoma: smėliams 5 min, moliams 30 min. Galutinė pakopa išlaikoma iki grunto bandinio deformacijų sąlyginės stabilizacijos. Manoma, kad sąlyginės stabilizacijos būsena yra pasiekta, kai grunto bandinys nenusėda daugiau nei 0,1 mm per tam tikrą laiką (.13 lentelė). Atskaitos žymimos: smėliams kiekvienos pakopos pradžioje ir pabaigoje, o paskutinėje pakopoje pirmą pusvalandį kas 10 min ir antrą pusvalandį kas15 min, toliau kas 30 min iki sąlyginės grunto deformacijų stabilizacijos. Moliams tarpinėse pakopose kas 10 min, o paskutinėje pakopoje kas 15 min pirmą pusvalandį ir kas 30 min antrą pusvalandį, toliau kas 1 val iki sąlyginės grunto deformacijų stabilizacijos..1 lentelė. Vertikalių apkrovų dydžiai ir pakopos (pagal ГОСТ ) Gruntas Stambianuolaužinis, žvyringas, stambus ir vidutinio stambumo tankus smėlis, moliai, kurių I L < 0 Žvyringas, stambus ir vidutinio stambumo vidutinio tankumo smėlis, smulkus tankus ir vidutinio tankumo smėlis, priesmėlis ir priemolis, kurio I L < 0,5, molis, kurio 0 < I L < 0,5 Žvyringas, stambus ir vidutinio stambumo ir smulkus purus smėlis bei bet kokio tankumo dulkingas smėlis, moliniai gruntai, kurių I L > 0,5 Vertikali (normalinė apkrova) (MPa) p 1 p p 3 Pakopos (MPa) 0,1 0,3 0,5 0,1 0,1 0, 0,3 0,05 0,1 0,15 0, 0,05 Organogeniniai gruntai 0,05 0,01 0,15 0,05 Pastaba. Gruntų pavadinimai pateikti pagal ГОСТ

62 Po išankstinio sutankinimo, padarius plyšį, vykdomas grunto bandinio kirpimas pakopiniu ar nuosekliu horizontalios apkrovos didinimo būdu. Vykdant kirpimą pakopomis, jų vertės negali viršyti 10 % normalinės apkrovos vertės (kuriai esant vykdomas kirpimas). Kiekvienai pakopai užrašomi kirpimo deformacijų rodmenys kas min iki sąlyginės stabilizacijos. Laikoma, kad sąlyginė stabilizacija pasiekta, kai horizontalus bandinio pasislinkimas neviršija 0,1 mm per laiką (nurodytas.13 lentelėje). Kai vykdomas nuoseklus horizontalių apkrovų didinimas, kirpimo greitis turi būti pastovus ir atitikti tam tikrą greitį (nurodytas.14 lentelėje). Šiuo atveju turi būti naudojami automatiniai duomenų registravimo prietaisai. Kirpimo deformacijos matuojamos kas min. Vykdant nekonsoliduotą kirpimą (organiniams ir moliniams gruntams) iš karto pridedama normalinė apkrova (0,1, 0,15, 0, ar 0,05, 0,1, 0,15 ar 0,05, 0,075, 0,15) ir iš karto kerpama (ne lėčiau kaip per 5 min). Pakopinės apkrovos kas s, o nuoseklaus kirpimo greitis 5 0 mm/min. Kerpami trys keturi monolitai, kurie prieš kirpimą buvo sutankinti esant įvairioms vertikalioms apkrovoms. Minimali vertikali apkrova turi būti ne mažesnė nei geostatinis slėgis, pamatų klojimo gylyje, o maksimali turi 0,1 0, MPa viršyti apkrovą nuo pastato svorio. Kirpimo bandymo metu monolito deformacijos fiksuojamos pagal horizontalių postūmių indikatoriaus rodmenis. Pasirenkamas toks slėgis, kad jis būtų ne didesnis kaip 5 10 % viršutinio slėgio. Atskaitos žymimos kas 1 min. Laikoma, kad deformacijos baigėsi, kai jos dydis tarp atskaitos taškų neviršija 0,1 mm. Po kirpimo išmontuojama įranga, o iš monolito prie kirpimo plokštumos paimama bandinių laboratoriniams tyrimams gamtiniam drėgniui ir tankiui nustatyti. Bandymo metu vedamas žurnalas. Pagal stebėjimų duomenis sudaromi grafikai: S = f(t); = f(l); = f(p), čia p slėgis; S vertikalus monolito nuosėdis; t vertikalios apkrovos apkrovimo laikas; kerpamasis stipris (pasipriešinimas šlyčiai); l kirpimo horizontali deformacija..13 lentelė. Sąlyginės stabilizacijos laikas (pagal ГОСТ ) Gruntas Žvyringas, stambus smėlis (nesvarbu, kokio drėgnio) ir vidutinio stambumo ir smulkūs smėliai, kurių S r < 0,5 Vidutinio stambumo ir smulkus smėlis, kurio drėgnis 0,5 < S r < 1, dulkingi smėliai S r < 0,5; moliniai gruntai, kurių I L < 0,5 Dulkingas smėlis, kurio 0,5 < S r < 1, ir moliniai gruntai, kurių I L < 0,75 Sąlyginės deformacijų stabilizacijos laikas (min) Suspaudimo Kirpimo Pastaba. Gruntų pavadinimai pateikti pagal ГОСТ S r prisotinimo koeficientas, I L takumo rodiklis (įvertintas pagal balansinio kūgio metodą pagal ГОСТ ).14 lentelė. Kirpimo greitis (pagal ГОСТ ) Gruntas Smėliai Priesmėliai Priemoliai Moliai, kurių I P 30 % Moliai, kurių I P > 30 % Kirpimo greitis (mm/min) 0,5 0,1 0,05 0,0 0,1 Pastaba. Gruntų pavadinimai pateikti pagal ГОСТ I P plastiškumo rodiklis (nustatytas pagal ГОСТ ) 61

63 Po monolitų, kurie buvo sutankinti įvairiomis apkrovomis, kirpimo sudaromas grafikas = f(p) (.54 pav.), pagal kurį nustatomi grunto stiprumo rodikliai (sankiba c ir vidaus trinties koeficientas tan, kampas ). Šiuos rodiklius galima gauti ir analitiškai, pagal formules: n n pii pi i i1 i1 i1 n n n pi pi i1 i1 n n tan, (.30) c n n pi i pi i1 i1 i1 i1 n n n pi pi i1 i1 n n p i i. (.31)... Grunto monolito plokščias kirpimas lauko prietaisais Šis metodas yra analogiškas monolito kirpimui kasiniuose (..1 skyrius), t ik skiriasi tuo, kad kerpamas ne kasinyje esantis monolitas, bet pats bandinys dedamas į lauko kirpimo prietaisą. Tyrimams naudojami didelių matmenų grunto bandiniai (cm): 40 x 0 x 0, 34 x 34 x 30, 75 x 75 x 75 ir pan. Lauko kirpimo prietaisai gali būti įvairių konstrukcijų, tačiau bandymų schemų principai faktiškai labai artimi. Daugumoje prietaisų normalines ir stumiamąsias apkrovas sukuria hidrauliniai arba srieginiai domkratai, taip pat apkrovos gali būti sukeliamos svertais. Vienas iš lauko kirpimo prietaisų yra RPS 1 (rus. прибор рычажной сдвиговой РПС 1). Jo konstrukcijos schema pateikta.56 pav. Išpjovus grunto monolitą iš grunto masyvo ir įdėjus į kirpimo prietaisą, tam kad būtų užtikrinta tolygi vertikali apkrova, monolito viršus padengiamas 1 cm storio smėlio sluoksniu. Ant jo statoma plokštė ir vertikalios apkrovos sverties padėklas. Bendra apkrova į gruntą apskaičiuojama taip: m 1 S l m3 m, (.3) L čia m 1 svorio masė ant platformos; σ slėgis į grunto bandinį; S bandinio nuopjovos, pjūvio plotas; l sverties mažasis petys; L sverties didysis petys, m tuščios platformos svoris; m 3 sverties masė..56 pav. Lauko kirpimo prietaiso RPS 1 konstrukcijos schema (pagal Грязнов, 1984): 1 horizontalios apkrovos svertis, svorinės platformos, 3 kirpimo apkaba, 4 vertikalios apkrovos svertis, 5 prietaiso rėmas 6

64 .57 pav. Dniepropetrovsko transporto inžinerijos instituto (rus. ДИИТ) lauko kirpimo prietaiso konstrukcijos schema (pagal Бондарик и др.,1967): 1 viršutinė nejudama apkaba; apatinė nejudama apkaba; 3 horizontalus domkratas su dinamometru; 4 atraminis rėmas; 5 vertikalus domkratas su dinamometru; 6 plokštė; 7 nejudamos apkabos atrama; 8 grunto monolitas; 9 plokščia apkaba su guoliais Kerpamasis stipris τ randamas pagal formulę: L l N cos S (.33) čia L horizontalios apkrovos sverties didysis petys; N apkrova, sukurianti horizontalią jėgą; α sverties posvyrio kampas; S bandinio nuopjovos, pjūvio plotas. N vertės yra pasižymimos paskutinės (lėto kirpimo sąlygos (> 5 min)) ar priešpaskutinės (greitos kirpimo sąlygos) apkrovos pakopos metu prieš nusikerpant bandiniui. Gautos kerpamojo stiprio τ vertės esant trims skirtingoms vertikalioms apkrovoms naudojamos apskaičiuoti grunto stiprumo charakteristikas sankibą c ir vidaus trinties kampą φ. Dar vieno lauko kirpimo prietaiso konstrukcijos schema pateikta.57 pav. Monolitas kasinyje išpjaunamas užaštrintu cilindru. Uždėjus cilindrą ant grunto, monolitas atsargiai nupjaunamas ties sąlyčio su grunto masyvu plokštuma. Paimto grunto bandinio paviršiai nulyginami ir nuvalomi. Monolitas, esantis cilindre, statomas ant prietaiso, sutankinamas vertikalia apkrova ir nukerpamas. Atliekami 3 4 kirpimo bandymai. Grunto stiprumo rodikliai (sankiba c ir vidaus trinties kampas ) surandami analogišku metodu, kaip ir grunto masyvo plokščias kirpimas...3. Grunto šoninės prizmės nustūmimas Šis metodas buvo plačiai taikomas kalnakasyboje. Jis leidžia tirti gruntų šlytį pagal numanomą arba pasirinktą slysmo plokštumą, t. y. pagal paviršių arba silpną zoną. Šiam metodui taikyti reikia tam tikrų sąlygų šlaito, tranšėjos borto ar pan. Taikomas jis ir požeminėse šachtose. Bandymo esmė dviejų trijų grunto monolitų, prisiglaudusių prie kasinio sienelių, nustūmimas. Monolitai yra stačiakampės prizmės, kurių aukštis turi būti ne mažiau kaip 1,5 karto didesnis už plotį. Paprastai monolitų dydis yra 0,4 x 0,4 x 0,8 m arba 0,4 x 0,4 x 0,6 m. Nustūmimo jėga yra 1 1,5 t. Naudojamas hidraulinis arba mechaninis domkratas. Juo į plokštę perduodama 0,03 0,05 MPa apkrova. Kiekviena pakopa laikoma 15 0 min. Bandymas atliekamas tol, kol gruntas suyra arba pasislenka i šoną 10 cm. Bandymo schema pateikta.58 pav. Po prizmės nustūmimo yra nuvalomas slysmo plokštumos paviršius, braižoma nustūmimo kreivė, monolitas sudalijamas į blokus ir sudaroma lygčių sistema. Pagal dviejų bandymų rezultatus sudaroma tokia lygčių sistema (lygtys.34 ir.35): n T f N1 n 1 cf1, (.34)

65 .58 pav. Grunto šoninės prizmės nustūmimo schema (pagal Ломтадзе, 1978): A vaizdas iš šono; B vaizdas plane; C skaičiavimo schema; 1 grunto bandinys, išpjovos, 3 atraminė plokštė, 4 hidraulinis domkratas, 5 dinamometras, 6 atraminė sija, a bandinio ilgis, b bandinio plotis, h bandinio aukštis, l slysmo paviršius n T f N n cf, (.35) 1 1 čia N 1, N normalinis slėgimas; T 1, T stumiamoji jėga; F 1, F blokelių slysmo paviršiaus plotas; f vidaus trinties koeficientas pagal grunto slysmo paviršių; c sankiba; P1 g1 1 T 1 sin, (.36) P g T sin ir t. t. (.37) P1 g1 1 N 1 cos, (.38) P g N cos ir t. t. (.39) g 1 ir g blokų masė: g h, (.40) h bloko aukštis; savitasis sunkis...4. Grunto prizmės išstūmimas Šio metodo esmė yra ta pati kaip ir grunto prizmės nustūmimo, tik čia grunto prizmė nustumiama veikiant horizontaliai jėgai, pridėtai prie šoninės sienos. Bandomasis masyvas atskirtas nuo likusio masyvo šoninėmis išpjovomis. Bandymo schema pateikta.59 pav. Bandymo techninės charakteristikos: 1. Rekomenduojami judančios vertikalios sieneles dydžiai: h = 0,35 0,5 m, a = 1,0 1,5 m.. Vertikalios judančios sieneles aukštis h turi būti ne mažiau kaip penkis kartus didesnis už stambiausių intarpų dydį. 3. Išspaudžiamo masyvo aukštis turi būti nuo 0,8 iki 1 h, kai masyvo ilgis a. 4. Išpjovų, pripildytų perkasto grunto plotis, turi būti nuo 0,05 iki 0,1 m. 5. Domkratų galia 3,5 t. 6. Apkrovų intervalai turi būti 0,5 t. 7. Kiekvienos apkrovos laikas min. 64

66 .59 pav. Grunto prizmės išstūmimo bandymo schema (pagal Ломтадзе, 1978): A vaizdas iš šono, B vaizdas plane, C skaičiavimo schema; 1 grunto bandinys, judri atraminė plokštė, 3 atraminė plokštė, 4 hidraulinis domkratas, 5 dinamometras, 6 išpjovos, a bandinio ilgis, b bandinio plotis, h bandinio aukštis Iškasus kasinį ir paruošus prizmę, įrengiamos judančios ir nejudančios sienelės, tarp kurių montuojami domkratai su dinamometrais. Domkratai sustatomi horizontaliai pagal atstumą 0,5 a nuo bloko krašto taip, kad apkrova būtų uždedama 1/3 h pagal aukštį. Baigus montuoti atliekamas bandymas. Horizontalus slėgimas didinamas tol, kol įvyks kirpimas. Kai pagal dinamometrų rodmenis užfiksuojama stumiamoji jėga p max, bandymas tęsiamas tol, kol prizmė pagal slydimo paviršių pasieks (0,08 0,1) a. Paskutiniame bandymo etape užfiksuojama jėga p min, kuri būtina trinties jėgoms, atsirandančioms judant prizmei, įveikti. Po bandymo nukirptas monolitas nuvalomas pagal slysmo plokštumą. Trijuose pjūviuose nustatomos slysmo plokštumos koordinatės ir apskaičiuojamos jų vidurkinės reikšmės. Tada ant milimetrinio popieriaus pagal pasirinktą mastelį nubraižomas išstumtos prizmės su slysmo plokštuma pjūvis (.59 pav.). Išstum tos prizmės pjūvis sudalijamas į blokus ir prizmei sudaroma ribinės pusiausvyros lygtis: p n n p n n gi cos i gi sin i tan gi i gi c l G sin cos G i, (.41) čia p kirpimo jėga, prilyginta prizmės ilgio vienetui, kuris lygus: p = (p max 1 cm)/b; g i vieno bloko masė, bendra blokų masė: G = g i ; tan vidaus trinties koeficientas; c sankiba; l slydimo plokštumos ilgis bloko ribose. Sankiba nustatoma pagal stūmimo p ir pasislinkimo p 1 jėgų skirtumą: p p l, (.4) c 1 čia p 1 = (p min 1 cm)/b. Suskaičiavus sankibą c, vidaus trinties koeficientas tan nustatomas pagal formulę: tan p G n 1 p G i n 1 p cos p sin i i n 1 i n 1 p sin pi cosi i i p p 1. (.43)..5. Grunto prizmės gniuždymas Šio metodo esmė prizmės gniuždymas, veikiant vertikaliai apkrovai, esant laisvam šoniniam plėtimuisi. Kvadrato kraštinė turi 5 6 kartus viršyti didžiausio intarpo dydį. Prizmės aukščio ir pločio santykis turi būti ne mažiau kaip 1,5. Rekomenduojamas monolito dydis: 0,4 x 0,4 x 0,6 m. Apkrovos žingsnis, perduodamas į prizmę per plokštę, turi būti 0,01 0,0 MPa. Apkrovą didiname, kol prizmė suyra. Bandymo schema pateikta.60 pav. 65

67 .60 pav. Grunto prizmės gniuždymo schema (pagal Ломтадзе, 1978): 1 grunto bandinys, atraminė plokštė; 3 hidraulinis domkratas; 4 dinamometras; 5 atramine perdanga, h prizmės aukštis; b prizmės plotis; l slysmo plokštuma; nuolydžio kampas Kiekviena apkrovos pakopa išlaikoma apie 0 min. Santykinis pasipriešinimas kirpimui apskaičiuojamas pagal formulę: p F, (.44) čia p maksimali apkrova, kg; F prizmės plotas, cm. Prizmės dalies slysmas paprastai vyksta pagal nuolydžio plokštumą, kurio kampas, todėl: F 1 F cos. (.45) Jėgos P dalis (P n ), nukreipta pagal liestinę į šią plokštumą, lygi: P n P sin. (.46) Iš čia: P n P sin cos 1 1 sin cos 1 sin. (.47) F 1 F Įtempimas pagal liestinę pasiekia maksimalią reikšmę esant tokiai pjūvio padėčiai, kai kampas tarp statmens į slysmo plokštumą ir visos spaudimo jėgos krypties lygus 45 o. Tokiu atveju sin = 1, iš čia: 1. (.48) Moliniuose gruntuose, esant plastinei deformacijai, galima tarti, kad pasipriešinimas šlyčiai nulemtas dalelių jėgų sankibos, t. y.: 1 c. (.49) Jei bandinio suirimas yra trapus, tai pasipriešinimo šlyčiai rodikliai skaičiuojami taip: 90 ; 1 c. tg45 (.50) Siekiant gauti patikimesnius rezultatus, yra gniuždomos 3 4 prizmės ir paskaičiuojamos vidurkinės c ir tan reikšmės. 66

68 ..6. Sparnuotė arba mentelių metodas (bandymai lauko sparnuote) Vienas iš labiausiai taikomų inžinerinių geologinių lauko tyrimo metodų pasaulyje, skirtas tirti gamtoje dažnai paplitusius silpnus gruntus (minkštai, takiai plastiški, takūs moliniai, purūs vandeningi, humusingi ir uždurpėję smėliniai gruntai, dumblai, durpės ir pan.) yra sparnuotė arba mentelių metodas (angl. field vane test FVT). Nesuardytos sandaros, kokybiškų silpno grunto bandinių paimti yra faktiškai neįmanoma. Tokių gruntų geotechninių savybių tyrimai laboratorijose yra nepatikimi ir kelia abejonių. Mėginimai paimti iš masyvo ir išsaugoti tokių gruntų nesuardytą gamtinę būseną yra labai sudėtingi ir brangūs. Praktiškai yra neįmanoma išsikasti kasinio ar iškasos ir paimti bandinių laboratoriniams tyrimams. Bet koks gruntotraukio panaudojimas gręžinyje suardo tokių gruntų gamtinę būseną. Tokiais atvejais yra taikomas mentelių arba sparnuotės metodas. Tai yra patogus, nesudėtingas ir palyginti pigus metodas nustatyti silpnų molinių (ir ne tik) gruntų nedrenuotą kerpamąjį stiprio rodiklį c u, kuris labai plačiai taikomas projektuojant pamatus, atramines sieneles, įvertinant šlaitų pastovumą. Šis metodas buvo sukurtas ir pirmą kartą praktikoje taikytas Švedijoje. Statybos inžinierius, tuo metu Švedijos valstybinių geležinkelių geotechnikos komisijos sekretorius Johnas Olssonas ( ) 1919 m. sukonstravo ir panaudojo prietaisą, kuriuo tyrė molinius gruntus Lidingės tilto pamatams Stokholme (Flodin, Broms, 1981). Paskui šis metodas paplito ir kitose šalyse Anglijoje, Vokietijoje, Kanadoje ir kt. Iki pat XX a. ketvirto dešimtmečio pabaigos prietaisas, jo naudojimo metodika buvo tobulinama. Prie to prisidėjo ir kiti tyrinėtojai (Carlsson, 1948; Cadling ir Odenstad, 1950; Skempton, 1948). Tokio pavidalo, koks yra šiandien, prietaisas pirmą kartą buvo pristatytas L. Carlssono 1948 m. II tarptautinėje gruntų mechanikos ir pamatų inžinerijos konferencijoje Roterdame (Cadling ir Odenstad, 1950). Sparnuotės naudojimo galimybės, gautų duomenų interpretacijos, konstrukcijos tobulinimo klausimais yra labai daug publikacijų, iš kurių žymesnės būtų: Bjerrum, 1973; Larrson, 1980; Aas ir kt., 1986; Chandler, 1988; Biscontin ir Pestana, 011; Cerato ir Lutenegger, 004. Sparnuotės metodo taikymą nustato įvairių šalių standartai: JAV ASTM D (angl. Standard Test Method for Field Vane Shear Test in Cohesive Soil (Standartinis sparnuotės metodas rišliuose gruntuose)); Didžiosios Britanijos BS :1990 (angl. In situ tests (4.4. skyrius)), Vokietijos DIN (angl. Subsoil; Vane Testing; Dimensions of Apparatus, Mode of Operation, Evaluation), Rusijos ГОСТ (rus. Грунты. Методы полевого определения характеристик прочности и деформируемости, angl. Soils. Field methods for determining the strength and strain) bei Europos EN ISO 476 9:009 Geotechniniai tyrinėjimai ir bandymai. Lauko bandymai. 9 dalis. Lauko bandymas mentiniu prietaisu (angl. Geotechnical investigation and testing Field testing Part 9: Field vane test). Sparnuotė tai prietaisas, kurį sudaro keturių mentelių antgalis, uždedamas ant metalinio strypo. Strypas su antgaliu yra įspraudžiamas į grunto masyvą ir sukamas aplink savo ašį. Metodo esmė maksimalaus ir minimalaus sukimosi momento T matavimas. Sukantis sparnuotei susiformuoja cilindrinis kirpimo paviršius. Todėl metodas dar vadinamas sukamuoju kirpimu (.61 pav.). Sparnuotės bandymas gali būti atliekamas ne tik lauko sąlygomis, bandant grunto masyvą, bet ir laboratorijoje, tiriant paimtus grunto bandinius. Taip pat, atliekant tyrimus lauko sąlygomis, galima šiuo metodu tirti gruntus nuo gręžinio dugno ir nuo žemės paviršiaus. Pirmu atveju, siekiant išvengti grunto suardymo įtakos bandymo rezultatams, sparnuotės antgalį nuo gręžinio dugno reikia įgilinti ne mažiau kaip per penkis gręžskylės skersmenis. Antru atveju, naudojant sparnuotę, turinčią apsaugines štangas, menteles reikia įgilinti daugiau nei per penkis apsauginių štangų skersmenis. Pasaulyje yra gaminama labai įvairių tipų sparnuočių, tačiau svarbiausia tarptautiniu susitarimu yra nustatyta, kad standartinės sparnuotės mentelių aukščio ir skersmens santykis turi būti du (.6 pav): H D, (.51) čia H sparnuotės mentelės aukštis; D sparnuotės mentelės skersmuo. 67

69 .61 pav. Sparnuotės bandymo schema (pagal Ломтадзе, 1978): 1 mentelė; štangos; 3 apsauginiai vamzdžiai; 4 atramos; 5 matavimo įranga; H mentelės aukštis; D mentelės skersmuo.6 pav. Sparnuotės mentelių matmenys Atsižvelgiant į tai, kokį gruntą norima išbandyti, mentelių matmenys (aukštis H ir skersmuo D) gali svyruoti nuo 100 x 00 mm iki 40 x 80 mm. Didesnių matmenų mentelės naudojamos silpniems, mažesnių stipresniems gruntams. JAV standartas ASTM D leidžia naudoti sparnuotes, kurių mentelių dydžiai tokie: 38,1 x 76, mm, 50,8 x 101,6 mm, 63,5 x 17,0 mm ir 9,1 x 184,1 mm. Didžiosios Britanijos BS :1990 standarte pateikti tokie dydžiai: 75,0 x 150,0 mm ir 50,0 x 100,0 mm. Mentelės yra gaminamos iš nerūdijančio plieno ir jų briaunų storis svyruoja nuo 0,8 iki 3 mm. Tiriant labai jautrius molius, mentelės briaunos storis neturi viršyti mm, kad būtų kuo mažiau pažeista grunto gamtinė būsena. Kaip rodo atlikti tyrimai (La Rochelle ir kt.,1973 bei Cerato ir Lutenegger, 004), mentelių briaunos storis turi įtakos nedrenuoto kerpamojo stiprio c u vertėms 68

70 (.63 pav.). Grafikuose pateiktos sparnuotės bandymo metu (kai mentelių briaunos skirtingo storio) išmatuotos c u vertės naudojant vadinamąjį perimetro ar ploto koeficientą R a. Šis koeficientas nusako tikrąjį arba realų sukimo metu suardyto grunto tūrio santykį su menamu ar teoriniu cilindriniu nukerpamu grunto tūriu. Pasak L. Cadling ir S. Odenstad (1950), šis koeficientas lygus: R a e 4, (.5) D čia e mentelės briaunos storis, mm; D mentelės skersmuo, mm.63 pav. pateiktuose grafikuose matyti, kad kuo didesnis mentelės briaunos storis, tuo mažesnis gaunamas nedrenuotas kerpamasis stipris c u. BS 1377:1990 ir EN ISO standarte 476 9:009 siūloma ploto koeficientą skaičiuoti taip: 8e D d d R a 100 %, (.53) D čia d sparnuotės štangos skersmuo, mm; e mentelės briaunos storis, mm; D mentelės skersmuo, mm. Šis koeficientas turi būti ne didesnis kaip 1 %. Tyrimai rodo, kad, naudojantis sparnuote, kurios mentelių briaunos storis yra mm (R a = 3,1 %), nedrenuoto kerpamojo stiprio vertė yra apie 0 % mažesnė, nei tarus, kad briaunos storis teoriškai yra lygus 0. Tiriant silpnus gruntus, po sparnuotės mentelių įgilinimo prasideda nenutrūkstamas porinio slėgio aplink mentelės briaunas sklaidymasis. Šis konsolidacijos procesas padidina efektyvųjį slėgį, kartu ir padidina nedrenuoto kerpamojo stiprio c u vertes, kurios proporcingai didėja, didėjant laikui tarp įsiskverbimo į gruntą ir bandymo pradžios. Todėl, atliekant bandymus sparnuote, rekomenduojama, kad laiko tarpas tarp sparnuotės įgilinimo į gruntą ir bandymo pradžios nebūtų ilgesnis kaip 5 min. Atlikti tyrimai (Torstensson, 1977) parodė, kad nedrenuoto kerpamojo stiprio c u vertės gali skirtis nuo 5 % iki 0 %, jei bandymas prasidėtų atitinkamai po 0,5 val. ir 7 parų. Bandymų sparnuote rezultatams įtakos gali turėti ir mentelių sukimo greitis. Rekomenduojama, kad sukimo greitis būtų nuo 6 o iki 1 o per minutę. Bandymas sparnuote turi būti vykdomas laikantis tokių reikalavimų: 1. Sparnuotė į gruntą turi būti įspraudžiama statine jėga, lėtai, nesmūgiuojant ir nevibruojant maždaug apie 0 mm/s greičiu. Įgilinimas turi būti vertikalus. Atstumas tarp atskirų sparnuotės tyrimo vietų turi būti ne mažesnis kaip m. Bandymai grunte gali būti atliekami ne dažniau nei 0,5 m intervalais. Pirmas bandymas gali būti atliktas ne aukščiau kaip 0,5 m nuo žemės paviršiaus..63 pav. Mentelės briaunos įtaka nedrenuoto kerpamojo stiprio c u vertėms: A pagal La Rochelle ir kt., 1973 ir B pagal Cerato ir Lutenegger,

71 . Pridėjus prie štangų antgalio svertus, sukimas aplink savo ašį turi būti atliekamas nepertraukiamai, lėtai, maždaug 6 1 o per min. 3. Duomenys užrašomi kas s. Paprastai maksimalus sukimo momentas pasiekiamas po 4 min. Jis turi būti užfiksuotas. Paskui sparnuotė sukama toliau ir jau didesniu greičiu apsukama dar mažiausiai dešimt kartų. Šiuo atveju užfiksuojama mažiausia sukimo momento vertė. Nedrenuotas kerpamasis stipris c u gaunamas remiantis šiomis prielaidomis (pagal Clayton ir kt., 1995): 1. Sparnuotės įgilinimas į gruntą nesukelia grunto didesnio suardymo, t. y. nepaveikia efektyviojo slėgio bei grunto šlyties.. Bandymo metu drenavimo sąlygos nekinta. 3. Gruntas yra izotropinis ir homogeninis. 4. Gruntas suyra pagal cilindrinį kirpimo paviršių. 5. Šlyties paviršiaus skersmuo lygus mentelių skersmeniui. 6. Esant maksimalioms ir minimalioms sukimo momento vertėms, išlieka tolygus šlyties įtempimas (angl. shear stress) pagal visą kirpimo paviršių. 7. Nevyksta didesnio suirimo grunte, todėl, esant maksimaliam sukimo momentui, visuose šlyties paviršiaus taškuose šlyties įtempimas lygus nedrenuotam kerpamajam stipriui c u. Remiantis šiomis prielaidomis maksimalus sukimosi momentas T, kai sparnuotės matmenys H = D, yra lygus: arba T c u 3, D max 667 max 3 c u 3 (.54) 0,73 T D. (.55) Sparnuotės metodu yra nustatomas bendras kerpamasis stipris, tačiau metodas neleidžia atskirai rasti sudedamąsias šio stiprio dalis sankibą c ir vidinės trinties kampą. Kerpamasis stipris τ minkštuose molinguose gruntuose daugiausia priklauso nuo sankibos, nes vi daus trintis juose yra labai maža. Smėlinguose gruntuose šis pasipriešinimas priklauso tik nuo vidinės trinties, nes sankibos jėgos juose yra labai mažos. Todėl, nustatant stiprumo savybes, molingų gruntų c atitinka, o smėlingų c = 0. Iš.64 pav. matyti, kad, sukant sparnuotę ir vykdant sukamąjį kirpimą, sukimosi momentas nuolatos didėja ir pasiekia maksimalią reikšmę esant maksimaliam gruntų pasipriešinimui kirpimui. Kai pagal kirpimo cilindrinį paviršių, sankibos jėgos (struktūriniai ryšiai) bus suard yti, sukimosi momento reikšmė bus minimali. Tai atitinka kerpamojo stiprio minimalią reikšmę, t. y. kirpimas jau vyks pagal susidariusį suardytą cilindrinį paviršių..64 pav. Sukimosi momento M pokyčiai (priklauso nuo sparnuotės posūkio kampo ) (pagal Ломтадзе, 1978): M kr sukimosi momentas, atitinkantis proporcingumo ribą; M max maksimalus sukimosi momentas, atitinkantis gamtinės būsenos gruntų pasipriešinimą kirpimui (prilyginamas max ); M min minimalus sukimosi momentas, atitinkantis suardytos būsenos gruntų pasipriešinimą kirpimui (prilyginamas min ) 70

72 Sparnuotės bandymo vykdymo metodika pagal ГОСТ Sparnuotės įrenginys susideda iš sparnuotės, štangos ir sukimo bei matavimo įrangos (.61 pav.). Sukimo ir matavimo įranga montuojama ant specialaus stovo. Tyrimas vykdomas atitinkamais intervalais pagal gylį kas 0,5, 1,0, 1,5 m. Atsižvelgiant į geologinį pjūvį, parenkamas sparnuotės štangų ilgis ir sparnuotės įleidimo gylis. Sparnuotės dydžiai renkami pagal gruntą. Silpnuose gruntuose, kai pasipriešinimas šlyčiai (kerpamasis stipris) (arba kitaip nedrenuotas kerpamasis stipris c u ) yra iki 0,05 MPa, paprastai naudojamos sparnuotės, kurių skersmuo yra mm. Stipresniems, kai yra iki 0,1 MPa, naudojamos sparnuotės, kurių skersmuo mm. Gruntuose, kurių daugiau kaip 0,1 MPa, sparnuotę naudoti netikslinga. Sparnuotė į gręžinį silpnuose gruntuose paprastai įleidžiama veikiant štangų svoriui, o į stipresnius gruntus įstumiama. Įleidžiama iki 0,3 0,5 m žemiau gręžinio pado. Įleidus sparnuotę, montuojama sukimo ir matavimo įranga. Toliau sparnuotė sukama 0, 0,3 laipsnio per sekundę greičiu. Toks greitis artimas greitam gruntų kirpimui laboratorijoje. Sukant sparnuotę, matavimai atliekami kas 1 laipsnius (kol sukimosi momentas didėja), toliau jau kas 3 5 laipsniai (kai sukimosi momentas ima mažėti). Kirpimo būsena nustatoma iki sukimosi momento mažėjimo pradžios. Sparnuotė sukama iki sukimosi momento stabilizacijos. Duomenys surašomi į žurnalą ir pagal juos brėžiamas grafikas, iš kurio nustatomas kerpamasis stipris. Atsižvelgiant į grunto sudėtį ir fizinę būseną, naudojamos trijų tipų sparnuotės (.15 lentelė)..15 lentelė. Sparnuočių tipai pagal GOST Sparnuotės sudėtis ir jos charakteristikos Sparnuotės dydžiai (mm): Aukštis Plotis (skersmuo) Mentelės storis Sparnuotės konstanta K, cm 3 Štanga: Skersmuo, mm Ilgis, mm Maksimalus prietaiso sukimo momentas kn cm, ne mažiau Sparnuotės tipas I II III , , Sukimo momento matavimo paklaida, kn cm 0,36 0,18 0,18 I tipas moliniams gruntams, kurių 0,5 <I L <0,75 II tipas moliniams gruntams, kurių I L < 1,0 III tipas moliniams gruntams, kurių I L > 1,0 Pastaba. I L įvertintas pagal ГОСТ Prietaisas sukimo momentui matuoti turi būti graduotas. Pagal gradavimo rezultatus sudaromas priklausomybės sukimosi momento M (kn cm) nuo matavimo prietaiso rodmenų N (cm) grafikas. Pagal grafiką suskaičiuojama matavimo prietaiso konstanta n, kn: n M N. (.56) Sukant sparnuotę aplink savo ašį kampiniu greičiu 0, 0,3 laipsniai/sekundei užrašomi prietaiso parodymai N, tol kol bus pasiektas N max, kuris atitinka maksimalią sukimo momento vertę M max. Toliau sparnuotę sukame 3 laipsnių/sekundę greičiu iki sąlyginės sukimosi momento stabilizacijos, kuri pasiekiama po 3 visiško štangų apsisukimo ratų. Tada užrašoma nusistovėjusi vertė N min, kuri atitinka M min. Pagal bandymų duomenis ir pagal formules skaičiuojami sukimo momentai M max ir M min : M M n, (.57) max N max n, (.58) min N min čia n matavimo prietaiso konstanta, nustatyta gradavimo metu, kn; N max, N min maksimalūs ir minimalūs matavimo prietaiso rodmenys, cm. Kerpamasis stipris τ yra lygus: K, (.59) M max čia gruntų kerpamasis stipris, MPa; M max maksimalusis sukimosi momentas, kg cm; K sparnuotės konstanta, cm 3, kuri priklauso nuo jos aukščio h ir skersmens d: d h K 1 3 d h (.60) 71

73 Siekiant nustatyti molingų gruntų gamtinės sandaros ir struktūrinių ryšių suardymo įtaką jų fizinei būsenai ir stiprumui, yra apskaičiuojamas gruntų jautrumas. Molingų gruntų jautrumo matas yra gamtinės sandaros gruntų stiprumo ir jau suardytos sandaros grunto stiprumo santykis: I F M M, (.61) max min max min čia I F molingų gruntų jautrumo rodiklis; max gamtinės būsenos gruntų pasipriešinimas kirpimui; min suardytos sandaros gruntų pasipriešinimas kirpimui; M max, M min atitinkamai sukimosi momento reikšmės. Pasak K. Tercagi ir R. Pek (1948), daugumos molingų gruntų I F rodiklis yra nuo iki 4. Jautrių gruntų nuo 4 iki 8, o labai jautrių nuo 10 iki 100. G. K. Bondarik ir kt. (Бондарик и др., 1967) siūlo molingų gruntų suardytos sandaros poveikiui jų stiprumo pokyčiui apskaičiuoti naudoti atvirkščią jautrumui dydį I c : I c min max, (.6) čia I c gruntų struktūrinio stiprumo rodiklis. Pagal struktūrinio stiprumo rodiklį I c, molingi gruntai gali būti skirstomi į keturias grupes: labai mažo 1; mažo 0,5 1; vidutinio 0, 0,5; aukšto 0 0,. Kitų konstrukcijų sparnuotės. Memovane sparnuotė. Sparnuotės matmenys: aukštis 11,0 cm, skersmuo 5,5 cm, gali matuoti iki 100 kpa. Gali būti naudojamos 36 mm skersmens statinio zondavimo štangos. Memovane sujungtas su nešiojamuoju personaliniu kompiuteriu. Pasiekus reikiamą tyrimų gylį, 0 mm skersmens vidinės štangos dar įspaudžia menteles 35 cm. Sukimosi greitis siekia 5 30 laipsnių per minutę. Duomenys įkeliami į kompiuterį. Pasibaigus bandymui vidinės štangos įtraukia sparnuotę į vidų (.65,.66,.67 pav.)..65 pav. Memovane sparnuotės antgalis ( pav. Bandymas lauko sparnuote ( pav. Duomenų užrašymas ( 7

74 .68 pav. Geonor firmos sparnuotė: A bendras vaizdas; B sparnuotės pjūvis, 1 rankenėlė, spiralinė spyruoklė, 3 viršutinė sparnuotės dalis, 4 matavimo skalė, 5 apatinė spyruoklės dalis, 6 sparnuotės vamzdelis, 7 mentelė (išmatavimai pateikti mm) Geonor firmos rankinė sparnuotė H 60 (.68 pav.). Prietaiso matavimo skalė siekia nuo 0 iki 60 kpa. Gali būti uždedamos trijų skirtingų dydžių (16 x 3 mm, 0 x 40 ir 5,4 x 50,8 mm) mentelės. Matavimo įrangą sudaro spiralinė spyruoklė, kurios sukimosi momentas yra 38 kg/cm. Bandymo metodika. Sukant rankenėlę, spyruoklė deformuoja, ir viršutinę ir apatinę dalis, kartu sukuria kampinį pasislinkimą. Šio pasislinkimo dydis priklauso nuo sukimosi momento, kuris būtinas pasukti mentelę. Matavimo skalėje yra užfiksuojama nedrenuoto kerpamojo stiprio reikšmė c u. Matavimo skalės rodmenis reikia padauginti iš koeficientų, kurie priklauso nuo mentelės dydžio. Naudojant mažą mentelę (16 x 3 mm), dauginama iš, naudojant vidutinio dydžio mentelę (0 x 40 mm) iš 1, o naudojant didelę (5,4 x 50,8 mm) iš 0,5. Atitinkamai galima gauti kerpamojo stiprio vertes nuo 0 iki 60, nuo 0 iki 130 ir nuo 0 iki 65 kpa. Sparnuotės antgalis prisukamas prie 0,5 m ilgio štangų. Bendras tyrimų gylis gali siekti 3 m. 73

75 3. NETIESIOGINIAI GRUNTŲ FIZIKINIŲ MECHANINIŲ SAVYBIŲ LAUKO TYRIMŲ METODAI Bet kokių inžinerinių geologinių lauko tyrimų tikslas yra nustatyti gruntų sluoksnių pobūdį ir seką (geologines sąlygas), požeminio vandens slūgsojimo gylį, sąlygas bei sudėtį (hidrogeologines sąlygas), fizines ir mechanines gruntų savybes bei įvertinti ir prognozuoti pavojingus būsimam statiniui geologinius procesus bei reiškinius. Atskirais atvejais reikia ištirti grunte ir požeminiame vandenyje aptiktų teršalų pasiskirstymą ir sudėtį. Geologinių sąlygų įvairovė, projektavimo stadijų reikalavimai, paties statinio pamatų ir kitų konstrukcijų sudėtingumas verčia kur kas nuodugniau ištirti būsimų pamatų pagrindus ir atsakingai įvertinti inžinerines geologines statybos teritorijos sąlygas. Gruntų tyrimams atlikti galima taikyti keletą lauko tyrimų metodų. Inžinerinės geologijos lauko tyrimų metodai, tokie kaip gruntų bandymai statinėmis apkrovomis (bandymai statine plokšte), gruntų kirpimas lauko prietaisais ar iškasose, yra gana daug darbo sąnaudų reikalaujantys ir brangūs darbai. Antra vertus, jie leidžia nustatyti gruntų savybes tik atskiruose gruntų masyvo taškuose ir nedideliuose gyliuose. Todėl paskutiniais dešimtmečiais tarp lauko tyrimo metodų populiariausi ir dažniausiai taikomi tie, kurie yra greiti, palyginti pigūs ir leidžia tirti visą grunto storymę. Šie metodai padeda gauti visą kompleksą inžinerinių geologinių duomenų informacijos. Vienas iš tokių metodų yra zondavimas arba penetracija. Zondavimas tai metalinio strypo su specialiu antgaliu (zondu ar gruntotraukiu) įgilinimas į gruntą. Šio proceso metu stebimas kūgio (ar gruntotraukio) pasipriešinimas įsmigimui į gruntą. Paprastai skiriami keli zondavimo tipai: 1. Statinis zondavimas (angl. cone penetration test CPT, atmainos CPTU, SCPTU, CPTM) zondas, naudojant statinę jėgą, pastoviu greičiu įgilinamas įspraudžiant štangas (prie kurių pritvirtintas zondas) į grunto masyvą. Šio bandymo metu matuojamas zondo antgalio (kūgio) pasipriešinimas smigimui qc, zondo cilindrinio paviršiaus trintis šoninė trintis fs, ir atskirais atvejais, taikant specialius daviklius, galima matuoti grunto porinį slėgį u1, u, u3.. Dinaminis zondavimas (angl. dynamic probing DP, atmainos DPL, DPM, DPH, DPSH) zondas (metalinis kūgis) įgilinamas į grunto masyvą smūgiuojant tam tikro svorio plaktą per priekalą ir štangas, t. y. naudojant dinaminę jėgą. Šiuo atveju paprastai skaičiuojamas smūgių skaičius tam tikram (10, 0, 30 cm) gylio intervalui. 3. Standartinis penetracijos bandymas arba dinaminis zondavimas su gruntotraukiu (angl. standard penetration test SPT) tai tam tikrų matmenų gruntotraukio įgilinimas į grunto masyvą smūgiuojant. Kaip ir dinaminio zondavimo atveju skaičiuojamas smūgių skaičius tam tikram (30 cm) gylio intervalui, tačiau tam tikrais intervalais gruntotraukis yra iškeliamas į žemės paviršių ir imami grunto mėginiai Gruntų tyrimai statiniu zondavimu Kaip rodo ne tik Lietuvos, bet ir pasaulinė inžinerinių geologinių tyrimų praktika, gruntų lauko tyrimai statinio zondavimo metodu suteikia didžiausią geotechninės informacijos kiekį, palyginti su kitais lauko tyrimų metodais. Duomenys, gaunami šiuo metodu, leidžia tyrėjams įvertinti tiriamų geologinių sluoksnių slūgsojimą, išskirti gruntų tipus, skaičiuoti nemažai gruntų geotechninių parametrų, ir, be to, statinio zondavimo metu gauti rodikliai tiesiogiai naudojami geotechniniame projektavime. Atliekant statinio zondavimo bandymą, duomenys apie gruntų savybes gaunami nepertraukiamai, t. y. labai mažais intervalais, siekiančiais nuo iki 0 cm. O tai leidžia aptikti labai plonus gruntų sluoksnius, lęšius ir intarpus, kurių įprastais gręžimo ar kitais lauko tyrimų metodais aptikti 74

76 neįmanoma. Nepertraukiamas gruntų tyrimas zonduojant leidžia tirti tokius gruntus, kurių negalima paimti gruntotraukiais ir ištirti laboratoriniais metodais, nesuardžius ir nepažeidus jų gamtinės sanklodos ir fizinės būsenos. Tiriant gruntus šiuo metodu, informaciją apie gruntus galima gauti palyginti greitai tiriamos būsimos statybos aikštelės inžinerines geologines sąlygas įvertinti ir pateikti duomenis projektuotojams per kelias valandas, o tai leidžia nedelsiant priimti konstrukcinius sprendimus. Lyginant su kitais lauko ir laboratoriniais geotechninių gruntų savybių nustatymo metodais, vertinat darbo laiko sąnaudas ir gaunamos informacijos apie gruntų savybes kiekį, galima teigti, kad tai yra vienas iš ekonomiškiausių lauko tyrimo metodų. Realiai statiniu zondavimu galima pasiekti m ar net didesnį tyrimų gylį tai priklauso nuo gruntų stiprumo ir sudėties, įvairių gruntų intarpų (rieduliai, tankaus žvyro tarpsluoksniai) buvimo tiriamo masyvo storymėje, zondavimo technikos statinės spaudimo jėgos galingumo, zondavimo agregato inkaravimo sąlygų, zondavimo vertikalumo padėties išlaikymo, trinties nuo zondavimo štangų poveikio sumažinimo įvairiomis priemonėmis (specialus skystis, pastorinimai ant štangų ir t. t.). Vykdant statinio zondavimo bandymus silpnų gruntų storymių (dumblingų, su organinių medžiagų priemaiša) galima pasiekti (išlaikant vertikalumą) daugiau nei 100 m gylį nuo žemės paviršiaus. Žinoma, tokio gilaus zondavimo galimybę riboja žvyringi ir riedulingi sluoksniai, stipriai susicementavusio grunto, tankaus smėlio sluoksnių zonos. Dėl to galima netgi sugadinti zondą ir štangas, ypač jei virš jų esantys labai silpno grunto sluoksniai leidžia štangoms išsilenkti, tačiau tokiu atveju tyrimai gali būti atliekami ir nuo gręžinio dugno, ir naudojant apsauginius vamzdžius. Be to, norint palengvinti zondo įsmigimą ir padidinti zondavimo gylį, t. y. sumažinti zondo trintį į gruntą, zondo vamzdyje virš trinties movos gali būti įstatomas 4 55 mm skersmens pastorinimas. Pagal savo tinkamumą ir ten, kur geologinės sąlygos yra gana nesudėtingos, ir pamatų konstruktorių prielaidos, besiremiančios statinio zondavimo bandymų rezultatais, gali būti iš karto patvirtinamos ir priimamos pamatų įrengimo metu, šis metodas gali būti taikomas ne tik kaip papildantis kitus lauko ar laboratorinius metodus, bet ir kaip pagrindinis lauko tyrimo metodas, galintis atstoti net gręžimo darbus. Jis leidžia ištirti ir tokius gruntų sluoksnius, kuriuose kiti lauko bandymai netinka ir iš šių sluoksnių grunto ar bandinių paimti neįmanoma (Lunne ir kt., 1997). Statinio zondavimo metodo raidos istorinė apžvalga. Ši statinio zondavimo metodo istorinė apžvalga yra pateikta remiantis daugiausia B. B. Broms ir N. Flodin straipsniu History of soil penetration testing, kuris publikuotas pirmosios tarptautinės konferencijos Penetration testing 1988, ISOPT 1, Orlando, JAV medžiagoje, T. Lunne, P. K. Robertson ir J. J. M. Powell knyga Cone penetration testing (1997) ir kitais straipsniais bei publikacijomis. Statinis zondavimas mechaniniu zondu. Zondavimas štangomis per silpną gruntą, siekiant aptikti stipresnį sluoksnį, buvo pradėtas taikyti maždaug nuo 1917 m. O pats statinio zondavimo metodas, koks jis žinomas šiandien, buvo sukurtas apie 1930 m. Olandijoje. Šis metodas anksčiau buvo vadinamas statiniu penetracijos bandymu, kvazistatiniu zondavimo bandymu ir olandiškuoju zondavimo bandymu (Lunne ir kt., 1997). Pirmas statinio zondavimo bandymas buvo atliktas 1930 m. Viešųjų darbų departamento (oland. Rijkwaterstaat, angl. Department of Public Works) statybos inžinieriaus P. Barentseno. Tyrimai buvo atliekami netoli Vlaardingeno miestelio, Olandijoje, norint nustatyti 4 m storio suplauto grunto sluoksnio laikomąją gebą. Darbas buvo atliekamas rankomis, 1 žmonių, tyrimų gylis siekė 3 metrus, pasipriešinimas penetracijai buvo matuojamas manometru (3.1 pav.) (Barentsen, 1936). Vėliau Delfto gruntų mechanikos laboratorijos (angl. Delft Laboratory of Soil Mechanics) direktorius T. K. Huizinga kartu su įmonės Goudsche Machinefabriek of Gouda specialistais suprojektavo ir pagamino pirmą rankinį 5 kn galios statinio zondavimo agregatą, kuriuo pirmas bandymas buvo atliktas 1936 m. (Plantema, 1948). Šios statinio zondavimo sistemos nuotrauka pateikta 3. pav. Šis prietaisas buvo naudojamas su 19 mm skersmens išoriniu vamzdžiu, kuris padėdavo išvengti paviršiaus trinties išilgai 15 mm skersmens vidinių plieninių štangų. Zondo galas buvo prijungtas prie štangos. Ir vamzdis, ir štanga su 10 cm ploto ir 60o kampo zondu (3.3 pav.) buvo spaudžiami rankomis. 75

77 3.1 pav. Kūginis penetrometras, sukurtas P. Barentseno 1936 m. (pagal Broms ir Flodin, 1988) 3. pav. Olandiško tipo statinio zondavimo sistema naudota apie XX a. trečią ketvirtą dešimtmetį (nuotrauka iš Lunne ir kt., 1997, pagal Delft Geotechnics ) 3.3 pav. Seno tipo olandiškas zondas (pagal Sanglerat, 197) Pirma zondas buvo spaudžiamas žemyn 150 mm (maksimalus žingsnis), o paskui išorinis vamzdis spaudžiamas žemyn, kol pasiekdavo kūgio galą. Tada vėl išorinis vamzdis ir vidinės štangos buvo spaudžiamos žemyn kartu, kol būdavo pasiekiamas kitas žingsnis, ir tada vėl buvo matuojamas pasipriešinimas zondui. Pasipriešinimas buvo matuojamas kas 0 cm. Zondo pasipriešinimo duomenys buvo koreguojami atimant vidinių štangų svorį. Maksimalus zondavimo gylis siekė 10 1 m. Kūginis pasipriešinimas buvo nuskaitomas iš manometrų. Toliau pateiktas šio statinio zondavimo agregato scheminis piešinys (3.4 pav.). Statinio zondavimo sistema buvo sudaryta iš platformos pagrindo ir dviejų atramų, pritvirtintų prie platformos, o atsvarai naudojama grunto sampyla (žr. 3.4 pav.). Išilgai atramų, rankine gerve būdavo stumiama platforma, kurioje įtvirtintas domkratas. Domkrato pagalba vamzdis ir štangos būdavo įgilinami į gruntą. Jėga, reikalinga įstumti štangas ir vamzdį į gruntą, buvo matuojama manometru, sujungtu su domkratu (kas 0 cm). 76

78 3.4 pav. Viena pirmųjų olandiško tipo statinio zondavimo sistemų (pagal Трофименков и др., 1981): 1 domkratas, platforma, 3 įspaudimo mechanizmas, 4 jungiamoji mova, 5 grunto sampyla, 6 36 mm skersmens vamzdis, 7 15 mm skersmens zondavimo štanga, 8 zondas Tuo laikotarpiu olandų ir belgų inžinieriai naudodavo statinio zondavimo bandymo duomenis, norėdami įvertinti polių laikymo gebą (Buisman, 1935; Huizinga, 194; de Beer, 1945; Plantema, 1948). Tam statinio zondavimo spaudimo galia buvo padidinta tiek, kad zondas galėdavo pasiekti smėlinius sluoksnius, slūgsančius m gylyje (Broms ir Flodin, 1988). J. Vermeiden (1948) ir G. Plantema (1948) patobulino olandišką zondą, pridėjo kūgio formos gaubtą virš zondo. Ši nauja zondo forma išliko ir iki šiol naudojama (3.5 pav.). Tokia zondo geometrija leido apsaugoti jį nuo grunto, kuris patekdavo į tarpą tarp apvalkalo ir štangų. Vienas iš reikšmingiausių statinio zondavimo metodo raidos etapų buvo 1953 m. H. K. S. Begemann (1953, 1965, 1969) pasiūlytas zondo patobulinimas. Jis prie zondo konstrukcijos (virš paties zondo kūgio) pritaikė papildomą movą, kuri leido vykdant statinio zondavimo ba n- dymą išmatuoti ne tik kūginį pasipriešinimą, bet ir grunto sukeliamą trintį. Toks zondas su trinties mova (angl. adhesion jacket) buvo užpatentuotas 1953 metais ir iki šiol žinomas kaip Begemano zondas (3.6 pav.). 3.5 pav. Olandiškas zondas su kūginiu gaubtu (pagal Sanglerat, 197) 3.6 pav. Begemano tipo zondas su trinties mova (pagal Sanglerat, 197) 77

79 Begemano zondu matavimai buvo atliekami kas 0, m arba kas 0,1 m. Taip pat H. K. S. Begemann (1965) pirmasis pasiūlė naudoti trinties koeficientą (šoninės trinties santykis su kūginiu stipriu) gruntų sluoksniams klasifikuoti pagal gruntų tipus (3.7 pav.). Pasak G. Sanglerat (197) ir B. B. Broms ir N. Flodin (1988) panašūs mechaniniai zondai buvo kuriami ir naudojami praktikoje ir kitose šalyse: Belgijoje, Švedijoje, Vokietijoje, Prancūzijoje, Rusijoje ir kitose šalyse. Didelė dalis statinio zondavimo įrenginių (dirbant su mechaniniu zondu) manometru matuoja jėgą, reikalingą įspausti vidines štangas. Manometrai visada įrengiami prie zondavimo agregatų žemės paviršiuje. Tačiau, pavyzdžiui, Prancūzijos, firma Sol Essais (liet. Gruntų bandymai ) naudojo L. Parezo sukonstruotą zondą, neturintį vidinės štangos. Zondas buvo sudarytas iš kūginio antgalio, sujungto su mažo hidraulinio domkrato stūmokliu, esančiu štangos pagrinde. Tepalo slėgio vamzdis perduoda slėgį į manometrą, esantį žemės paviršiuje, ir suteikia galimybę matuoti kūginį stiprį. L. Parez zondas buvo atitinkamai trijų dydžių: 45, 75 ir 110 mm (Sanglerat, 197; Трофименков и др., 1981). 3.8 pav. pateiktas tokio Parez zondo scheminis brėžinys (pagal Трофименков и др., 1981). Mechaniniai zondai yra plačiai naudojami ir šiandienos praktikoje, nes jie yra pigūs, pakankamai patikimi ir tyrimų metu atsparūs išoriniam poveikiui. Stipriuose ir tankiuose gruntuose, gruntuose, kuriuose gausu riedulių ir gargždo, tiriant pakankamai litologiniu požiūriu homogenines grunto storymes, kurios neturi mažų sluoksnelių ar tarpsluoksnių, ar ten, kur projektuojant pamatus nereikalaujama tikslaus gruntų geotechninių savybių vertinimo, statinio zondavimo bandymai naudojant mechaninį zondą yra pakankamai geras ir patikimas lauko tyrimų metodas (Lunne ir kt., 1997). Statinis zondavimas elektriniu zondu. Manoma, kad elektrinio zondo prototipas buvo sukurtas Hoffmanno Vokietijoje, Berlyne, apie 1940-uosius metus, vykstant Antrajam pasauliniam karui, Vokietijos gruntų mechanikos tyrimų draugijoje (vok. Deutsche Forschungsgesellschaft für Bodenmechanik Degebo) (pagal Broms ir Flodin, 1988; Muhs, 1949, 1978). Zondas išbandytas apie 1944 m. Šio zondo signalas buvo perduodamas į žemės paviršių kabeliu, einančiu per tuščiavidures zondavimo štangas. Kūginis stipris buvo matuojamas vibrolaidiniu davikliu, kuris buvo pritvirtintas virš zondo. H. Muhs (1978) išskyrė tokius pagrindinius naujo elektrinio zondo pranašumus palyginti su mechaniniu zondu: 1. Padeda išvengti klaidingų bandymų rezultatų interpretacijų dėl trinties tarp vidinių štangų ir išorinio vamzdžio efekto. 3.7 pav. Gruntų klasifikacija pagal kūginio stiprio ir šoninės trinties duomenis (pagal Begemann, 1965) 78

80 3.8 pav. Parez konstrukcijos hidraulinis mechaninis zondas (pagal Трофименков и др., 1981) 3.9 pav. Fugro elektrinis zondas (pagal de Ruiter, 1971): 1 kūgis (10 cm), apkrovos kamera, 3 įtempimo davikliai, 4 trinties mova, 5 koreguojantis žiedas, 6 vandens nepraleidžianti įvorė, 7 kabelis, 8 jungtis su štangomis. Atliekamas nenutrūkstamas bandymas pastoviu zondavimo greičiu be atskirų zondavimo įrangos dalių (trinties movos ir kūginio antgalio) pasislinkimų ir išvengiama nepageidaujamo grunto dalelių poveikio zondo, turinčio įtakos kūginio stiprio vertėms, konstrukcijai. 3. Galimybė nepertraukiamai registruoti gaunamus duomenis leidžia gauti patikimesnius ir tikslesnius kūginio stiprio rodiklius. Kitas elektrinio zondavimo sistemos pranašumas yra tas, kad yra naudojama labai jautri apkrovos kamera, dėl to gaunami kur kas tikslesni duomenys tiriant labai silpnus gruntus (Lunne ir kt., 1997). Pirmas šiuolaikinis elektrinis zondas buvo sukurtas ir užpatentuotas inžinieriaus Bakkerio 1948 m. Olandijoje. Dar jis buvo vadinamas Rotterdam kūgiu. Delfto gruntų mechanikos laboratorija (DSML) Olandijoje 1949 m. patobulino elektrinį zondą, o jau 1957 metais sukūrė pirmą elektrinį zondą, kuriame šoninė trintis buvo matuojama atskirai nuo kūginio stiprio (Vlasblom, 1985) m. Olandijos bendrovė Fugro kartu su Olandijos valstybiniu tyrinėjimų institutu (TNO) ir bendrove Philips sukūrė elektrinį zondą, kuris savo konstrukcija ir kitais parametrais artimiausias dabartiniams elektriniams zondams. 3.9 pav. pateiktas bendrovės Fugro sukurtas elektrinis zondas. Jo forma ir matmenys buvo imti pagrindu rengiant tarptautinius standartus (ang. International Reference Test Procedure ISSMFE, 1989). Elektrinis zondas su porinio vandens slėgio matavimu (pjezozondas). Pirmas elektrinis zondas su porinio vandens slėgio davikliais arba pjezozondas buvo sukurtas Norvegijos geotechnikos institute (NGI). Tyrimų rezultatai, gauti naudojant šios konstrukcijos zondą, buvo pristatyti 1974 m. pirmojoje Europos zondavimo metodų konferencijoje (angl. European Conference on Penetration Testing ESOPT 1) Stokholme N. Janbu ir K. Senneset (1974) bei J. H. Schmertmann (1974). Tada pirmą kartą buvo pateikti statinio zondavimo su porinio vandens slėgio matavimų, naudojant pjezozondą, rezultatai. 79

81 3.10 pav. Wissa pjezozondas (pagal Wissa ir kt., 1974): 1 apsauginis polietileninis vamzdis, suvirintas sujungimas, 3 mova, 4 slėgio daviklis, 5 O žiedo plombos, 6 kvadratinės A štangos sriegės, 7 elektros laido daviklis, 8 antveržlės daviklis, 9 nerūdijančio plieno porinis antgalis Beveik tuo pačiu metu pjezozondai buvo sukurti ir kitų mokslininkų B. Torstensson (1975) Švedijoje bei A. E. Z. Wissa ir kolegų (1975) JAV. Šie abu zondai buvo panašios formos. A. E. Z. Wissa pjezozondas pateiktas 3.10 pav. Tokių pjezozondų naudojimas leido, tiriant gruntų storymę statinio zondavimo metodu, nustatyti labai plonus, vandeniui laidžius sluoksnius, esančius, pavyzdžiui, molio gruntų storymėje. Nuo to laiko įvairiuose moksliniuose žurnaluose ir tarptautinių konferencijų leidiniuose, buvo publikuota nemažai straipsnių apie atliktus tyrimus pjezozondu. Buvo paskelbtos reikšmingos publikacijos Schmertmann, 1978; Baligh ir kt., 1980; Roy ir kt., 1980; de Riuter, 1981, 198; Muromachi, 1981; Baligh ir kt., 1981; Jones ir kt., 1981; Campanella ir Robertson, 1981, 1988; Bayne ir Tjelta, 1987; Zuidberg ir kt., 1987; Robertson ir kt., 1986 ir daugelis kitų. J. H. Schmertmann (1970) panaudojo Wissa tipo pjezozondą ir 60o kampo kūgį su filtru antgalyje tirdamas smėlinių gruntų prisotinimo galimybę. M. M. Baligh ir bendraautoriai (1980), remdamasis tyrimais, atliktais pjezozondu, nustatė, kad porinio vandens slėgio duomenys kartu su statinio zondavimo metu gaunamu kūginiu stipriu ir šonine trintimi gali padėti identifikuoti gruntus ir leisti įvertinti pertankinimo koeficientą OCR moliniuose gruntuose. Statinio zondavimo metodika ir zondavimo sistemos sudedamosios dalys. Statinio zondavimo metu zondas, esantis štangų serijos gale, yra spaudžiamas pastoviu greičiu į gruntą ir matuojamas pastovus arba kintantis zondo gale esančio kūgio pasipriešinimas smigimui kūginis stipris (angl. cone resistance) (qc, MPa). Taip pat yra atliekami ne tik kūgio pasipriešinimo, bet ir pasipriešinimo zondo movos išoriniam paviršiui šoninė trintis (angl. local friction) (fs, kpa) matavimai. Statinio zondavimo bandymo iliustracija pateikta 3.11 pav. Atskirais atvejais, taikant specialius daviklius, galima matuoti grunto porinį slėgį (u, kpa). Tokie zondai, turintys porinio slėgio matavimo daviklius, dar vadinami pjezozondais (angl. cone penetration test with pore pressure measurement piezocone test (CPTU)) Statinio zondavimo bandymų įrangą gali būti skirstoma į tokias sudedamąsias dalis: Zondai (mechaninis, elektrinis, pjezozondas ir kiti priedėliai). Hidraulinė zondo įspaudimo įranga, inkaravimo sistema ir transportavimo technika. Zondavimo štangos. Kabelinė ar nekabelinė signalų, gaunamų iš zondo, perdavimo įranga. Gylio matuoklis. Duomenų kaupimo prietaisas (pvz., nešiojamasis kompiuteris). Zondas cilindro formos vamzdis, kurio ertmėje sumontuoti davikliai, leidžiantys matuoti grunte atsirandančius įtempimus. Zondo gale prisukamas kūginio cilindro antgalis, dar dažnai vadinamas kūgiu. 3.1 pav. pateikti pagrindiniai zondo konstrukcijos terminų apibūdinimai. 80

82 3.11 pav. Statinio zondavimo bandymo procedūros schema (pagal Mayne, 007) 3.1 pav. Zondo konstrukcijos terminų apibūdinimas (pagal Lunne ir kt., 1997) Zondų tipai ir konstrukcijos. Pagal Tarptautinės standartų komisijos reikalavimus (ISSMFE, 1989) zondai yra tokių matmenų: 1. zondo kūgio pagrindo plotas 10 cm;. zondo kūgio kampas 60o; 3. zondo kūgio pagrindo skersmuo 35,7 mm; 4. zondo trinties movos ilgis 134 mm, plotas 150 cm; Gamybinėje praktikoje dar yra naudojami zondai, kurių matmenys yra: zondo kūgio pagrindo plotas 15 cm; zondo kūgio kampas 60o; zondo kūgio pagrindo skersmuo 43,7 mm; zondo trinties movos ilgis mm, plotas cm (3.13 pav.). 81

83 3.13 pav. 10 cm ir 15 cm pagrindų plotų zondų dydžiai (pagal Mayne, 007) Bendras jėgos poveikio kūgyje Qc santykis su kūgio pado plotu Ac yra lygus kūginiam stipriui qc: qc Qc. Ac (3.1) Bendras jėgos poveikio movoje Fs, santykis su trinties movos plotu As yra lygus šoninei trinčiai fs: fs Fs As (3.) Kaip jau buvo minėta, pagal šiuo metu statinio zondavimo bandyme naudojamus zondų tipus galima būtų išskirti tris pagrindinius statinio zondavimo bandymų variantus: 1. mechaninis statinis zondavimas, kai naudojamas mechaninio tipo zondas (CPTM);. elektrinis statinis zondavimas, kai naudojamas zondas su tenzodavikliais (CPT); 3. elektrinis statinis zondavimas su vandens porinio slėgio matavimo davikliais (pjezozondas CPTU). Elektrinis zondas gali būti su kabeline ar nekabeline (ultragarsine) duomenų užrašymo sistema. Įvairių matmenų, paskirties ir konstrukcijų zondai pateikti 3.14 pav. Mechaninis zondas. Mechaniniai zondai gali būti dviejų tipų: 1. zondas su kūginiu išplatėjimu (angl. jacket cone) (3.15 pav. A). Juo galima matuoti kūginį stiprį qc ir bendrą pasipriešinimą Qc.. zondas su trinties mova (Begemano tipo zondas), leidžiantis matuoti dar ir šoninę trintį fs (3.15 pav. B). Mechaninį zondą sudaro plieninis vamzdis, kurio apatiniame gale yra plieninis kūgis. Pagal standartą vamzdžio skersmuo 36 mm, kūgio pagrindo skersmuo 35,7 mm, plotas 10 cm, antgalio viršūnės kampas 60o (3.15 pav.) Mechaninio zondo kūginis antgalis pritvirtinamas prie 18 mm skersmens plieninio strypo, esančio zondo vamzdžio viduje. Vamzdis ir strypas susideda iš 1 m ilgio sekcijų, sujungiamų smeigiant zondą į gruntą. Mechaninis zondas į gruntą spaudžiamas per hidraulinę matavimo galvutę, susidedančią iš dviejų cilindrų centrinio ir išorinio, žiedinio, pripildytų tepalo (3.16 pav.). 8

84 3.14 pav. Įvairių konstrukcijų zondai (šaltinis: pagal A. P. van den Berg): a mechaninis zondas su kūgine mantija (angl. mechanical cone with conical mantle jacket cone (1948)); b mechaninis kūgis su trinties mova (angl. mechanical cone with friction sleeve (1953)); c elektrinis zondas, kurio antgalio pagrindo plotas cm (angl. electrical friction cone (1998); d elektrinis zondas kurio antgalio pagrindo plotas 5 cm (angl. electrical friction cone (1997)); e nekabelinis elektrinis pjezozondas, kurio antgalio pagrindo plotas 10 cm (angl. electrical piezo cone for wireless testing (1997)); f elektrinis pjezozondas, kurio antgalio pagrindo plotas 10 cm (angl. electrical piezo cone (1994)); g elektrinis seisminis zondas, kurio antgalio pagrindo plotas 10 cm (angl. electrical seismic cone (1998)); h pjezozondas, kurio antgalio pagrindo plotas 10 cm ir tik u matavimui (angl. disposable or lost type piezo cone (1988)); i elektrinis zondas, kurio antgalio pagrindo plotas 15 cm (angl. electrical friction cone (1989)); j elektrinis zondas, kurio antgalio pagrindo plotas 5 cm (angl. electrical friction cone (1986)) 3.15 pav. A mechaninis zondas (angl. jacket cone) (pagal Geomill equipment, Olandija) ir B mechaninis Begemano tipo zondas (pagal Pagani Geotechnical equipment, Italija), C kairėje Begemano tipo zondai, dešinėje zondai be šoninės trinties movos ( probes/mechanical cpt/; geotechnical.com/) 83

85 3.16 pav. Mechaninio zondavimo matavimo prietaisai (manometrai) Kūgio strypo viršutinis galas remiasi prie kiekvieno cilindro stūmoklio. Manometru matuojama kūgio smigimui besipriešinanti jėga qc. Zondo vamzdžio viršutinis galas remiasi į išorinio žiedinio cilindro stūmoklį. Manometru matuojama trinties jėga zondo šoniniame paviršiuje fs per visą zondo ilgį. Elektrinis zondas. Elektrinio (tenzometrinio) zondo kūginis antgalis su zondo vamzdžiu sujungtas per tenzodinamometrą, kuriuo matuojama kūgio smigimui besipriešinanti jėga qc (kūginis stipris) (3.17, 3.18 pav.). Trintis zondo šoniniame paviršiuje šio tipo zondu matuojama ne per visą zondo vamzdžio ilgį, o specialiai išskirtoje 134 mm ilgio zondo vamzdžio atkarpoje, vadinamoje trinties mova. Jos šoninio paviršiaus plotas 150 cm. Mova su zondo vamzdžiu sujungta per kitą tenzodinamometrą, kuriuo matuojama šoninė (lokalinė, angl. local) trinties jėga fs kiekviename zondo įgilinimo intervale. Zondo vamzdis susideda iš 1 m ilgio sekcijų, jos sujungiamos smeigiant zondą į gruntą. Zondo vamzdžio viduje eina kabelis, perduodantis elektrinius signalus iš tenzodinamometro į matavimo aparatūrą. Be to, yra gaminami zondai, kurie signalą iš zondo į matavimo aparatūrą perduoda ultragarsu per zondavimo štangas. Tokio tipo zonduose nenaudojamas minėtas vidinis kabelis pav. Elektrinio zondo vidinės konstrukcijos: A pagal H. M Zuidberg, 1988, B pagal P. W. Mayne,

86 3.18 pav. Elektrinio zondo modifikacijos: A nekabelinio elektrinio zondo išorinis vaizdas (pagal AB Geotech, Švedija) ir B kabelinis zondas (pagal Geomill equipment, Olandija) ( Pjezozondas arba elektrinis zondas su porinio slėgio matavimo davikliais. Šio tipo zondas beveik niekuo nesiskiria nuo elektrinio zondo, išskyrus tai, kad vienoje ar keliose vietose gali būti sumontuoti vandens porinio slėgio matavimo davikliai. Vandens porinio slėgio matavimo davikliai gali būti sumontuoti antgalyje (u1), iš karto už zondo antgalio (u), už trinties movos (u3) (3.13 pav.). Porinio vandens slėgio duomenys (u1, u, u3) suteikia informaciją tikslesniam gruntų tipų išskyrimui, padeda įvertinti pertankinimo koeficientą OCR moliniuose gruntuose ir gruntų praskydimo galimybę. Elektrinis zondas ir pjezozondas palyginti su mechaniniu, turi keletą pranašumų. Pirmiausia, kūgio smigimui besipriešinanti jėga qc (kūginis stipris) elektriniu zondu nustatoma kur kas tiksliau, nes mechaniniame zonde jos tikslumui įtakos turi vidinio strypo, prie kurio pritvirtintas kūgis, deformacijos ir trintis į zondo vamzdį. Antra, elektriniu zondu išmatuojamas kiekvieno sluoksnio trinties dydis zondo šoniniame paviršiuje, o mechaniniu zondu (išskyrus Begemano tipo) galima išmatuoti tik visų, zondo praeitų, grunto sluoksnių vidutinį trinties dydį. Tačiau elektrinis zondas yra jautrus temperatūrų svyravimams, drėgmei, įvairiems elektromagnetiniams laukams, be to, yra labai brangus. Mechaninio zondo ir elektrinio arba pjezozondo kainų skirtumas siekia 10 1 kartų. Elektrinis zondas labiau naudojamas tokiuose gruntuose, kuriuose yra maža galimybė jį sulaužyti ar sugadinti, ten, kur norima išskirti plonus grunto tarpsluoksnius (iki 10 0 cm), kur reikia porinio vandens slėgio duomenų (moliniai gruntai) ir ten, kur gruntų geotechninių savybių įvertinimui pagal statinio zondavimo metu gaunamus parametrus įtakos turi net ir mažos vertės (pvz., qc < 1 MPa). Atitinkamai, ten, kur norima tirti žvyringus, smėlingus tankius ir kietus ar stiprius molinius gruntus, grunto masyvą, turintį daug riedulių ar sucementuoto smėlio sluoksnių, rekomenduojama naudoti mechaninį zondą. Tokiu atveju gaunamos kūginio stiprio ar šoninės trinties vertės yra pakankamai didelės ir matavimų paklaida, svyruojanti tarkime smėliniuose tankiuose gruntuose iki 1 MPa, neturi reikšmingos įtakos bendram grunto geotechninių savybių vertinimui. Hidraulinė zondo įspaudimo įranga, inkaravimo sistema ir transportavimo technika. Į gruntą zondas įsmeigiamas ir iš jo ištraukiamas hidrauliniu domkratu. Reaktyvioji spaudimo jėga perduodama plieniniam rėmui, kuris inkaruojamas į gruntą sraigtiniais plieniniais poliais ar sraigtiniais grąžtais (3.19 pav.). Zondui į gruntą įsmeigti reikia kn jėgos, kai kada ir didesnės, nelygu koks tiriamo grunto stiprumas. Atsižvelgiant į bandymo atlikimo gamtines sąlygas, gruntų savybes, darbo užstatytose ir urbanizuotose teritorijose specifiką ir mobilumą, įspaudimo galią ir finansines galimybes, statinio zondavimo įranga (hidrauliniai domkratai ir inkaravimo sistema) gali būti sumontuota ant labai įvairios technikos sunkvežimių, vilkikų, priekabų, visureigių ir savaeigių agregatų. Tai ir specialiai tam bandymui pritaikyti gręžimo agregatai, specialiai zondavimui suprojektuotos priekabos ar kėbulai ant sunkvežimių, savaeigiai nedidelio dydžio agregatai. Transporto priemonių ir savaeigių agregatų pavyzdžiai pateikti 3.0, 3.1, 3. pav. 85

87 3.19 pav. Inkaravimo sistema 3.0 pav. Statinio zondavimo įrenginiai: A pirmas statinio zondavimo įrenginys C 979 Lietuvoje, įsigytas 1967 m. (pagal Šimkus, 00), B statinio zondavimo įrenginys ant traktoriaus bazės CP 59 (pagal Трофименков и др., 1981) 3.1 pav. Iki šiol naudojamas gręžimo agregatas su sumontuota statinio zondavimo hidrauline spaudimo sistema ant sunkvežimio ZIL 131 bazės (autoriaus nuotrauka) 86

88 3. pav. Šiuolaikinė statinio zondavimo technika: A Italijos Pagani firmos savaeigis agregatas, B JAV Geoprobe firmos savaeigis agregatas, C Švedijos Geotech savaeigis agregatas, D JAV Greggdriling firmos sunkvežimis, E vikšrinis sunkvežimis, F UAB Fugro Baltic firmos hibridinis vikšrinis sunkvežimis 87

89 Zondavimo štangos. Zondavimo štangos tai plieniniai tuščiaviduriai strypai su srieginiais antgaliais, kurių skersmuo gali būti 3, 36 ar net 44 mm. Ilgis 1 m. Srieginiai antgaliai gali būti paprasti arba kūginiai (3.3 pav.). Statinio zondavimo bandymui, naudojant kabelinę matavimo sistemą, štangos yra perveriamos kabeliu ir laikomos kompaktiškai (3.4 pav.). Virš štangos, siekiant sumažinti štangų trintį į gruntą, gali būti dedami specialūs plėtikliai. Vienas tokių plėtiklių pateiktas 3.5 pav. 3.3 pav. Zondavimo štangos su skirtingais srieginiais antgaliais: 1 paprastas, kūginis (pagal AB Geotech ) 3.4 pav. Zondavimo štangų komplektas, paruoštas bandymui, su pervertu kabeliu (pagal Mayne, 007) 3.5 pav. Plėtiklis arba trinties reduktorius (pagal AB Geotech ) 88

90 Kabelinė ar nekabelinė signalų, gaunamų iš zondo, perdavimo įranga; gylio matuoklis; duomenų kaupimo prietaisas. Kaip minėta, duomenų perdavimo sistema gali būti nekabelinė ir kabelinė. Kabelis, pervertas per štangas, vienu galu yra sujungtas su zondu, o kitu įjungtas į duomenų priėmimo įrenginį. Šis įrenginys yra maitinamas akumuliatoriaus arba kito energijos šaltinio. Prie duomenų priėmimo įtaiso atskiru kabeliu dar jungiamas gylio matuoklis ir nešiojamasis kompiuteris, kuriame saugoma visa gaunama informacija. Naudojant programinę įrangą, statinio zondavimo bandymo metu galima stebėti visus zondu gaunamus parametrus (qc, fs, u ) ir zondo polinkio kampą. Visa tai vaizduojame grafikais. Kaip pavyzdys gali būti pateikiama Lietuvoje populiarios Švedijos bendrovėsos AB Geotech gaminama nekabelinė (ultragarsinė) statinio zondavimo sistema. Ją sudaro: 1. Matavimo duomenų užrašymo įrenginys (3.6 pav.). Mikrofonas, gylio matuoklis ir personalinis kompiuteris yra prijungiami prie duomenų užrašymo įrenginio. Čia duomenys priimami iš zondo ir gylio matuoklio ir siunčiami į kompiuterį. Jis pajungtas prie 1 V įtampos gręžimo agregato akumuliatoriaus. 3.6 pav. Matavimų užrašymo įrenginys. Nešiojamasis personalinis kompiuteris (sujungtas laidu su matavimų užrašymo įrenginiu). 3. Zondas (3.7 pav.), 3 kanalai, temperatūrinis kompensatorius, automatinis nulio nustatymas prieš kiekvieną bandymą, ilgis 470 mm, skersmuo 36 mm, masė kg, kūgio plotas 10 cm, šoninės trinties movos plotas 150 cm, kūgio kampas 60, matuojamas maksimalus pasipriešinimas kūgiui iki 50 MPa, matuojama maksimali šoninė trintis iki 500 kpa, matuojamas maksimalus porinis slėgis iki,5 MPa, maksimalios paklaidos nuo matuojamo dydžio: kūginio stiprumo 0,05 %, šoninės trinties 0,5 %, porinio slėgio 0, %. 3.7 pav. Zondas su antgaliu (1), ultragarsinis zondo signalo daviklis () ir maitinimo elementai (6 vnt.) (3) 89

91 4. Mikrofonas (masė 3,5 kg) (3.8 pav.). Mikrofonas tai prietaisas, kuris nuskaito zondo sukeliamus signalus. Jis yra montuojamas prie hidraulinės spaudimo sistemos ir spaudžiamas kartu su zondu, pritvirtintu prie štangų. Signalas ateina iš zondo per štangas ir mikrofoną į matavimų užrašymo prietaisą. 3.8 pav. Mikrofonas 5. Gylio matavimo sinchronizatorius: veikia elektrooptiniu principu (3.9 pav.). Gylio sinchronizatorius, sujungtas su matavimų užrašymo prietaisu, leidžia išmatuoti zondavimo gylį. 3.9 pav. Gylio sinchronizatorius 6. Ultragarsinis zondo signalo daviklis, kurio ilgis 610 mm, skersmuo 36 mm, masė,7 kg, maitinimas 9 V (3.7 pav.). Įtaisytas tarp zondo ir štangų. Jame yra maitinimo elementai. 7. Zondavimo štangos: ilgis 1000 mm, skersmuo 3 ar 36 mm (3.4 pav.). 8. Visa įranga transportuojama specialioje dėžėje (3.30 pav.) pav. Įrangos transportavimo dėžė 90

92 Zondo pjezoelektrinis elementas siunčia koduotus skaitmeninius signalus per zondavimo štangas į viršų. Per mikrofoną ir matavimo duomenų užrašymo įrenginį duomenys automatiškai užrašomi į kompiuterio standų diską. Zondavimo rezultatus bandymo metu matome kompiuterio ekrane grafikų pavidalu ir skaitmenine išraiška (3.31 pav.). Zondavimo duomenys fiksuojami ir užrašomi kas,5 cm. Bandymų rezultatai pateikiami grafiškai. Kūginis stipris qc ir šoninė trintis fs vaizduojami taip: qc MPa/10 mm, fs 0 kpa/10 mm, gylis 1 m/10 mm (3.31 pav.). 3.3 pav. pateikta AB Geotech firmos statinio zondavimo nekabelinė (ultragarsinė) sistemos veikimo schema pav. Kompiuterio ekrane matomi grafikai 3.3 pav. Nekabelinės zondavimo sistemos schema: 1 zondas su štangomis, mikrofonas, 3 gylio matavimo sinchronizatorius, 4 matavimų užrašymo įrenginys, 5 nešiojamas kompiuteris, 6 spausdintuvas, 7 bandymo grafikai 91

93 Statinio zondavimo duomenų apdorojimas ir rezultatų interpretacija. Statinio zondavimo bandymų tikslas yra nustatyti statinių pagrindą sudarančius sluoksnius, jų kaitą, šių sluoksnių geotechnines savybes. Be to, statinio zondavimo metu gaunami rodikliai gali būti naudojami tiesiogiai geotechniniame projektavime. Litologijos kaitą parodo parametrai qc ir fs ir jų santykis fs/qc. Pjezozondai turi galimybę matuoti porinį slėgį u (vandens, esančio grunto porose, slėgį), kuris kartu su kitais statinio zondavimo metu gaunamais parametrais leidžia nustatyti grunto tipą, įvertinti grunto būvį ir pertankinimo koeficientą OCR. Labai efektyviai šis metodas taikomas tiriant silpnus gruntus. Apskritai, tiriant gruntus, gręžiniais gali būti nustatomas grunto tipas, o pagal statinio zondavimo duomenis tikslinamos jų slūgsojimo ribos. Smėlinių ir molinių gruntų struktūriniai ir tekstūriniai ypatumai atspindi jų formavimosi sąlygas, nulemia mechanines savybes, taip pat leidžia prognozuoti šių savybių pokyčius. Struktūrinių tekstūrinių pokyčių gruntuose, veikiant išorinėms jėgoms, o šiuo atveju smeigiant kūgį, tyrimų rezultatai leidžia kurti tam tikras skaičiavimo schemas, kuriose atsispindi gruntuose atsirandančių įtempimų ir jų fizikinių mechaninių rodiklių tarpusavio sąsajos. Kad galėtume tinkamai pasirinkti statinio zondavimo bandymų rezultatų interpretacijos schemą, reikia gerai žinoti grunto tekstūros pokyčių pobūdį veikiant kūgio smigimo į gruntą procesui (Грязнов, 1984). Zondo kūgiui gilinantis į gruntą, kūgio smaigalyje gruntas suyra. Kartu dėl grunto dalelių nusistūmimo į šonus ir į apačią aplink zondą formuojasi sutankėjusio grunto zonos. Be to, erdvėje, esančioje tarp zondavimo štangų ir grunto sienelių, atsiranda grunto išspaudimo efektas. Mokslininkų, o ypač A. Vesic (1970, 1975) tyrimai, parodė, kad grunto ardymas zondo smigimo metu vyksta dėl šlyties ir gniuždymo. Spaudžiant į gruntą mažiau kaip 30 kampo kūgį, gruntas ardomas jį nustumiant į šonus. Kūgio kampui esant 90 ir daugiau, gruntas yra spaudžiamas po kūgiu. Pirmuoju atveju (kai kampas yra mažiau nei 30 ) grunto pasipriešinimas zondo smigimui vertinamas remiantis šlyties procesu, t. y. vidinės trinties kampu φ ir sankiba c. Antruoju atveju, kai kampas yra 90 ir daugiau, grunto pasipriešinimas zondavimui vertinamas remiantis gniuždymo procesu, t. y. Jungo moduliu E ir Puasono koeficientu ν. Kai kūgio kampas yra tarp 30 ir 90, grunto priešinimasis zondo smigimui priklauso tiek nuo stiprumo (φ ir c), tiek nuo deformacinių (E, ν) savybių (Трофименков ir kt., 1981). Statinio zondo kūgio antgalio kampas yra 60, todėl zondavimo metu kūginio stiprio qc vertės priklauso nuo visų išvardytų savybių, taip pat nuo smėlinių gruntų tankumo ir molinių gruntų konsistencijos. Tai būtų galima išreikšti tokia priklausomybe: q c f E, E o,,, c, I D, I L,. (3.3) Taigi, pagal statinio zondavimo bandymo metu išmatuotą grunto kūginį stiprį qc, šoninę trintį fs ir porinį slėgį u galima rasti įvairius grunto savybių rodiklius. Žinoma, toks vertinimas yra gana sudėtingas ir apytikslis, nes, nustatant grunto savybių rodiklius, grunto qc, fs ir u vertėms tuo pačiu metu turi įtakos ir kiti veiksniai, pavyzdžiui: naudojamo zondo geometrija ir matavimų tikslumas, porinio slėgio daviklių zonde padėtys, grunto normaliniai ir tangentiniai įtempimai, zondavimo gylis (geostatinis slėgis), zondavimo greitis, vertikalumas, grunto storymės stratigrafiniai ypatumai (smulkūs lęšiai ir ploni tarpsluoksniai), cementaciniai ryšiai tarp dalelių, grunto struktūrinių ryšių stiprumas ir kt. Grunto savybės pagal statinio zondavimo metu gaunamus rodiklius nustatomos taikant tiek empirinius eksperimentinius, tiek teorinius analitinius metodus ir sprendinius. Ir atliekant lygiagrečius lauko ir laboratorinius bandymus, ir surandant empirines koreliacines priklausomybes tarp grunto kūginio stiprio, šoninės trinties ir porinio slėgio ir kai kurių jo fizikinių mechaninių savybių, ir atliekant analitinius skaičiavimus, galima kokybiškai ir kiekybiškai įvertinti tiriamų gruntų litologinę sudėtį, pagrindo skaičiuojamąjį stiprumą, kai kuriuos fizikinius mechaninius parametrus (deformacijų modulį, šlyties modulį, vidinės trinties kampą, sankibą, smėlinių gruntų tankumą, molinių gruntų konsistenciją), skaičiuoti praskydimo potencialą, įvertinti pertankinimo koeficientą, taip pat tiesiogiai naudoti gautus duomenis projektuojant pamatus, nustatant giliųjų ir sekliųjų pamatų laikomąsias galias. 3.1 lentelėje pateiktas naudojant statinio zondavimo metu (CPT/CPTU) gautus duomenis apskaičiuojamų grunto savybių rodiklių patikimumo lygis (pagal Lunne ir kt., 1997). 9

94 3.1 lentelė. Grunto savybių parametrų, gaunamų statinio zondavimo bandymo metu, patikimumo lygiai (Lunne ir kt., 1997) Pradinės būsenos parametrai Grunto tipas Moliniai gruntai Smėliniai gruntai γ, ID ψ K OCR St 3 Stiprumo parametrai cu Deformacinių savybių parametrai E, G M G Filtracinės savybės k ch didelis patikimumas; didelis ir vidutinis patikimumas; 3 vidutinis patikimumas; 4 vidutinis ir mažas patikimumas; 5 mažas patikimumas; savitasis sunkis, ID tankumo rodiklis, ψ grunto būklės parametras, K0 grunto rimties koeficientas (= σ ho/σ vo santykis horizontalių efektyviųjų įtempimų su vertikaliais efektyviaisiais įtempimais), OCR pertankinimo koeficientas, St jautris, cu nedrenuotas kerpamasis stipris, φ efektyvusis vidaus trinties kampas, E Jungo modulis, G šlyties modulis, M standumo modulis, G0 pradinis šlyties modulis, k filtracijos koeficientas, ch horizontalusis konsolidacijos koeficientas. Gruntų sluoksnių išskyrimas, grunto tipų nustatymas ir gruntų elgsenos klasifikacijos pagal CPT/CPTU duomenis. Atliekant statinio zondavimo bandymus ir naudojant šiuolaikinę duomenų registravimo, apdorojimo ir atvaizdavimo programinę įrangą, yra gaunami tokie grafikai (3.33 pav.). Grafikuose yra pateiktos kūginio stiprio qc, porinio slėgio u, šoninės trinties fs duomenys pagal zondavimo gylį. Dažnai šalia jų, apdorojant gautus duomenis, gali būti pateikiamas ir santykio tarp šoninės trinties fs ir kūginio stiprio qc verčių Rf grafikas (trinties santykis angl. friction ratio). Rf fs, qc (3.4) čia fs šoninė trintis, kpa; qc kūginis stipris, kpa pav. Statinio zondavimo bandymo metu gaunamų duomenų grafikai 93

95 Inžinerinio geologinio pjūvio suskaidymas (inžinerinių geologinių sluoksnių ir tarpsluoksnių išskyrimas) pagal statinio zondavimo duomenis: kūginį stiprį qc, šoninę trintį fs, porinį slėgį u atliekamas taip (3.34 pav.): qc ir fs grafikai išskaidomi į sluoksnius, kuriuose qc ir fs reikšmės skirtingos; tikslinamos grafikų išlinkimo ribos; vietose, kuriose išskirti mažo storio sluoksniai ir tarpsluoksniai; įvertinami qc ir fs dydžių svyravimai, lyginant su gręžimo duomenimis; atliekama gauto inžinerinio geologinio pjūvio analizė: jeigu variacijos koeficientas pagal qc ir fs reikšmes neviršija 0,3, mažesnio storio sluoksniai ir tarpsluoksniai yra neišskiriami. Statinio zondavimo bandymų metu buvo pastebėta, kad smėliniuose gruntuose visada kūginio stiprio vertės yra didesnės, o šoninės trinties mažesnės. Moliniuose gruntuose kūginio stiprio vertės mažos, o šoninės trinties didelės. Organiniuose gruntuose, kaip antai durpės, gaunamos mažos kūginio stiprio vertės, o santykis Rf labai aukštas. Jautrūs gruntai pasižymi mažomis kūginio stiprio ir santykio Rf vertėmis. Pertankinti gruntai (didelės OCR vertės) pasižymi didesnėmis kūginio stiprio ir santykio Rf vertėmis. Smėlinių gruntų kūginio stiprio qc vertės skaitinė išraiška svyruoja nuo 4 iki 50 MPa ir santykis yra: fs/qc < 1 %, o molinių gruntų kūginio stiprio qc vertės skaitinė išraiška svyruoja nuo 1 iki 10 MPa ir santykis yra: fs/qc > 4 % pav. Sluoksnio ribų išskyrimas pagal statinio zondavimo duomenis 94

96 Remiantis tokiais dėsningumais, atsirado galimybė sukurti gruntų klasifikacines sistemas, kuriose, naudojant tik statinio zondavimo duomenis, galima išskirti zonduojamo grunto tipus. Būtina atkreipti dėmesį, kad šios gruntų klasifikacijos neleidžia skaidyti gruntų į tipus taip detaliai ir tiksliai, kaip granuliometrinės sudėties analizė. Šios gruntų klasifikacijos ne atspindi grunto sudėtį, bet leidžia apibūdinti grunto elgseną arba, kitaip tariant, nusako grunto elgsenos tipą. T. y. statinio zondavimo duomenys leidžia tipizuoti gruntus tiriamo grunto masyve. Šios gruntų klasifikacijos buvo ir yra kuriamos remiantis sukaupta statinio zondavimo duomenų baze, atspindi vietinių ir regioninių gruntų savitumus ir ypatybes, todėl taikyti jas be atitinamų išlygų ir sukauptos vietinių tyrinėtojų patirties yra gana pavojinga. Pasaulyje yra žinomos mažiausiai 5 skirtingos gruntų klasifikacijos, o iš jų žinomiausios yra: H. K. S. Begeman (1965), G. Sanglerat ir kt. (1974), J. H. Schmertmann (1978), B. J. Douglas ir R. S. Olsen (1981), K. Senneset ir N. Janbu (1985), P. K. Robertson ir kt. (1986, 1990), M. G. Jefferies ir M. P. Davies, (1991). Kai kurios šių klasifikacijų pateiktos 3.35, 3.36, 3.37, 3.38 pav. (pagal Fellenius ir kt., 000, Lunne ir kt., 1997) pav. Grunto elgsenos klasifikacija pagal statinio zondavimo duomenis remiantis: A P.K. Robertson ir kt., 1986; Gruntų elgsenos tipas: 1 jautrūs smulkūs gruntai, organinis gruntas, 3 molis, 4 nuo dulkingo molio iki molio, 5 nuo molingo dulkio iki dulkingo molio, 6 nuo smėlingo dulkio iki molingo dulkio, 7 nuo dulkingo smėlio iki smėlingo dulkio, 8 nuo smėlio iki dulkingo smėlio, 9 smėlis, 10 nuo žvyringo smėlio iki smėlio, 11 labai kietas smulkus gruntas, 1 nuo smėlio iki molingo smėlio (perkonsoliduoti ar sucementuoti); B P. K. Robertson, 1990 (Lunne ir kt., 1997); 1 jautrus, smulkiagrūdis gruntas, organiniai gruntai durpė, 3 nuo molių iki dulkingų molių, 4 dulkio mišinys; nuo molingo dulkio iki dulkingo molio, 5 smėlio mišinys; nuo dulkingo smėlio iki smėlingo dulkio, 6 nuo švaraus smėlio iki dulkingo smėlio, 7 nuo žvyringo smėlio iki smėlio, 8 nuo labai tankaus smėlio iki molingo smėlio, 9 labai kietas smulkiagrūdis gruntas 95

97 3.36 pav. Grunto elgsenos klasifikacijos pagal statinio zondavimo duomenis grafikai (Fellenius ir kt., 000) 3.37 pav. Grunto elgsenos klasifikacija pagal statinio zondavimo duomenis remiantis B. J. Douglas ir R. S. Olsen, 1981 (Lunne ir kt., 1997) 3.38 pav. Grunto elgsenos klasifikacija pagal statinio zondavimo duomenis remiantis M. G. Jefferies ir M. P. Davies, 1991 (pagal Lunne ir kt., 1997): 1 jautrūs smulkūs gruntai, organiniai gruntai durpės, 3 moliai nuo molio iki dulkingo molio, 4 dulkio mišiniai nuo molingo dulkio iki dulkingo molio, 5 smėlio mišiniai nuo dulkingo smėlio iki smėlingo dulkio, 6 smėliai nuo švaraus smėlio iki dulkingo smėlio 96

98 Reikėtų pažymėti, kad H. K. S. Begeman (1965), G. Sanglerat (1974), J. H. Schmertmann (1978) gruntų elgsenos klasifikacijos buvo kuriamos remiantis duomenimis, gautais atlikus statinio zondavimo bandymus mechaniniu zondu, t. y. matuojant tik kūginį stiprį ir šoninę trintį. B. J. Douglas ir R. S. Olsen (1981) klasifikacija paremta tyrimais atliktais elektriniu zondu. P. K. Robertson ir kt. (1986, 1990) klasifikacijos sukurtos remiantis pjezozondo matavimais, t. y. įtraukiant ir porinio slėgio duomenis. Porinio slėgio įtaka ypač pastebima tiriant labai silpnus molinius gruntus. Skaičiuojant naudojamas koreguotas kūginis stipris qt, kuris lygus: qt q c u 1 a, (3.5) čia qt koreguotas kūginis stipris dėl porinio slėgio prie antgalio pagrindo, MPa; qc išmatuotas kūginis stipris, MPa; u porinis slėgis, išmatuotas davikliu, esančiu antgalio pagrinde (virš kūgio), MPa; a kūgio ploto koeficientas arba santykis tarp antgalio ploto nepaveikto porinio vandens slėgio efekto An su visu antgalio plotu Ac: a = An/Ac (3.39 pav.). Toks kūginio stiprio koregavimas buvo pradėtas taikyti, kai buvo pastebėta, kad, atliekant statinio zondavimo bandymus jūrose, giliai vandenyje, kūginis stipris qc nėra lygus vandens slėgiui. Taigi, kūgio ploto koeficientas a gali būti skirtingas tai priklauso nuo kūgio vidinės geometrinės formos (3.39 pav.). Daugelio statinio zondavimo įrangos gamintojų kūgių a koeficientas svyruoja nuo 0,9 iki 0,55. Jei šis koeficientas mažas, tai jis jau turi gana didelę įtaką koreguotoms qc vertėms, ypač tiriant labai silpnus molinius, prisotintus vandens gruntus, kuriuose matuojamos labai mažos qc vertės (0, 1,0 MPa), o porinio slėgio vertės gana didelės. Panašiai koreguojamas ir šoninės trinties fs rodiklis. Kitose, patobulintose gruntų elgsenos klasifikacijose buvo panaudotas porinio slėgio koeficientas Bq: Bq u u0, qt vo (3.6) čia u porinis slėgis matuojamas, tarp kūgio ir šoninės trinties movos, MPa; u0 pusiausvyrinis porinis slėgis (u0 = z vand) grunto masyve, MPa; vo geostatinis slėgis, MPa; qt koreguotas kūginis stipris, MPa; z požeminio vandens stulpo aukštis, m; vand požeminio vandens savitasis sunkis, kn/m3 (9,81 kn/m3) pav. Porinio slėgio poveikis matuojamiems parametrams (pagal Lunne ir kt., 1997) 97

99 Vėlesniuose darbuose buvo atkreiptas dėmesys ir į tai, kad dideliuose zondavimo gyliuose matuojami parametrai gali būti netikslūs dėl didėjančio geostatinio slėgio. Ankstesnės klasifikacijos buvo pagrįstos daugiausia statinio zondavimo, mažesniame nei 30 m gylyje, duomenimis. Taigi, tiriant gruntus, kurie yra giliau nei 30 m ir naudojantis klasifikaciniais rodikliais qt (ar qc) ir Rf, atsiranda paklaidų. Todėl, atsižvelgiant į tai, buvo pasiūlyta (Wroth, 1984, 1988) statinio zondavimo duomenis normalizuoti ir naudoti normalizuotą kūginį stiprį Qt ir normalizuotą šoninę trintį Fr: normalizuotas kūginis stipris Qt qt vo normalizuotas trinties santykis Fr 'vo, (3.7) fs, qt vo (3.8) čia vo efektyvusis geostatinis slėgis, ( vo u0), MPa; vo geostatinis slėgis, MPa; qt koreguotas kūginis stipris, MPa. Naudojant šiuos normalizuotus parametrus buvo sudaryta ir P. K. Robertson ir bendraautorių (1990) gruntų elgsenos klasifikacinė sistema (3.35 pav.), kuri yra pagrindas daugelio programinės įrangos paketų, skirtų statinio zondavimo duomenims apdoroti. Yra tirtas ir Lietuvos gruntų tipo nustatymas pagal statinio zondavimo duomenis (pagal qc ir fs parametrus). Apdorojus tokių tyrimų duomenis Inžinerinių tyrinėjimų institute, A. Brilingas (1988) (Брилингас, 1988) sudarė tokią klasifikaciją, kuri pateikta 3. lentelėje. Gruntų fizinės būsenos įvertinimas. Statinis zondavimas rišliuose, smulkiuose ar moliniuose gruntuose vyksta nedrenuojamomis sąlygomis. Tokiu atveju, atliekant bandymą, gruntuose yra sukuriamas papildomas porinis vandens slėgis. Šio slėgio poveikis ypač didelis kūginio stiprio bei šoninės trinties rodmenims, todėl juos būtina koreguoti (žr. ankstesnį skyrių). Kartu porinio slėgio duomenys yra naudojami tiesiogiai vertinant gruntų fizinės būsenos ypatybes. Statinis zondavimas smėliniuose gruntuose apskritai vyksta drenuojamomis sąlygomis. Laikoma, kad šiomis sąlygomis, zonduojant smėlinius gruntus, nesusidaro porinis slėgis, nors praktiniai tyrimų rezultatai rodo, jog zonduojant su pjezozondu ir smėlinių gruntų masyve yra porinis slėgis, nors mažesnis negu moliniuose gruntuose. Smėlinių gruntų fizinės būsenos ir geotechninių savybių interpretacija faktiškai remiasi tik bandymų metu išmatuotomis kūginio stiprio qc ir šoninės trinties fs vertėmis. Tačiau, kaip pažymi T. Lunne ir bendraautoriai (1997), yra svarbu visada stebėti porinio slėgio matavimus, norint visiškai įsitikinti, ar tiriamame smėlinio grunto masyve egzistuoja drenuojamos sąlygos. Molinių gruntų savitasis sunkis (angl. soil unit weight) γ. Apytiksliai molinių gruntų savitąjį sunkį γ galima apskaičiuoti pagal R. Larsson ir M. Mulabdic (1991) pasiūlytą grafiką (3.40 pav.). Duomenys pateikti remiantis atliktais Švedijos molinių gruntų tyrimais. Esant panašias vertes patvirtina ir bandymai, atlikti Norvegijoje (Rad ir Lunne, 1988; Sandven, 1990) ir Didžiojoje Britanijoje (Powell, 1990). Be to T. Lunne ir bendraautoriai (1997) siūlo naudotis P. K. Robertson ir kolegų (1986) klasifikaciniu grafiku (3.35 pav. A) ir pridedama 3.3 lentele, kurioje sunumeruotos zonos, žyminčios grunto tipą. 3. lentelė. Lietuvos teritorijos gruntų litologinis suskirstymas pagal statinio zondavimo duomenis (Брилингас, 1988) Gruntas Smėlis Priesmėlis Priemolis Molis fs/qc, % < 1,0 1,0 1,4 1,4 4,5 > 4,5 Pastaba. Gruntų pavadinimai pateikti pagal seniau naudotą ГОСТ gruntų klasifikaciją. 98

100 3.40 pav. Apytikslės molinių gruntų savitojo sunkio γ vertės remiantis R. Larsson ir M. Mulabdic (1991) (pagal Lunne ir kt., 1997) 3.3 lentelė. Savitojo sunkio γ įvertinimas pagal P. K. Robertson ir kt. (1986) gruntų klasifikacinį grafiką (3.35 pav. A) Zona Apytikslė savitojo sunkio vertė (kn/m3) ,5 1,5 17,5 18,0 18,0 18,0 18,5 19,0 19,5 0,0 0,5 19 Molinių gruntų pertankinimo koeficientas OCR (angl. overconsolidation ratio). OCR koeficientas nusako gruntų įtempimų istoriją (angl. stress history) arba gruntams formuojantis buvusį slėgį σ p, arba dar kitaip gruntų formavimosi istoriją ir apibūdinamas kaip buvusio maksimalaus efektyvaus slėgio σ p nuo savo grunto svorio su dabartiniu efektyviuoju geostatiniu slėgiu σ vo (angl. ratio of the maksimum past effective consolidation stress and present effective overbuden stress) santykis: OCR 'p 'vo. (3.9) Šis koeficientas naudojamas norint klasifikuoti molinius gruntus pagal pertankinimo koeficientą. Jie paprastai būna: normaliai sutankinti OCR < 1, pertankinti OCR = 1 10 ir labai pertankinti OCR > 10. Yra keletas metodų, skirtų molinių gruntų OCR įvertinti pagal statinio zondavimo metu gaunamus duomenis. T. Lunne ir bendraautorių (1997) nuomone normaliai sutankintų molinių gruntų normalizuotas kūginis stipris Qt, priklausantis nuo plastiškumo rodiklio IP, yra maždaug toks: Qt qt vo 'vo,5 5,0, (3.10) čia qt koreguotas kūginis stipris, MPa; vo efektyvusis geostatinis slėgis, MPa; vo geostatinis slėgis, MPa. Taigi, jei Qt vertė didesnė už 5,0 MPa, laikoma, kad molinis gruntas yra labai pertankintas. Jei vertė mažesnė nei,5 tai yra normaliai sutankinti moliniai gruntai, o jei tarp,5 5,0 pertankinti gruntai. Šios vertės atsispindi ir P. K. Robertson ir kolegų (1990) klasifikaciniame gruntų grafike (3.35 pav. B). 99

101 Kitaip sakant: q OCR k t ' vo vo arba OCR k Qt, (3.11) čia Qt normalizuotas kūginis stipris, MPa; qt koreguotas kūginis stipris, MPa; vo efektyvusis geostatinis slėgis, MPa; vo geostatinis slėgis, MPa; k proporcingumo koeficientas. Galima imti koeficiento vidurkinę vertę k 0,3 (kai k vertės yra nuo 0, iki 0,5). Jei turime perkonsoliduotus, kietus molinius gruntus, k koeficientą rekomenduojama naudoti didesnį nei 0,5 (Powell ir kt., 1988; Robertson, 006). Kitas metodas (Schmertmann, 1974) reikalauja pirmiausia nustatyti nedrenuotą kerpamąjį stiprį cu, apskaičiuoti efektyvųjį geostatinį slėgį σ vo, o paskui pagal cu/σ vo santykį ir plastiškumo rodiklį IP (pagal Andresen ir kt., 1979) surasti OCR ir net Ko grunto rimties koeficientą (3.41 pav.). Šioje diagramoje pateiktos koreliacijos tarp cu/σ vo ir plastiškumo rodiklio IP, nustatant OCR ar Ko yra išvestos Norvegijos Drameno moliams. Apskaičiuota, kad normaliai konsoliduotų molių cu/σ vo = 0,5 0,30. Nedrenuotas kerpamasis stipris cu gautas pagal konsoliduotus nedrenuotus triašio gniuždymo bandymus. Trečias OCR nustatymo metodas yra remiasi statinio zondavimo bandymų rezultatais, analitiniais skaičiavimais ir ertmių plėtimosi (angl. cavity expansion) ir kritinės būsenos (angl. critical state) teorijomis. Mayne (1991) pasiūlė tokias formules OCR skaičiavimui: 1 OCR 1,95M q c u1 ' vo 1 (kai porinio slėgio daviklis yra kūgyje u1) (3.1) ir qc u 1 OCR ' 1,95M 1 vo 1 (kai porinio slėgio daviklis yra už kūgio u), (3.13) 3.41 pav. OCR ir Ko įvertinimas pagal cu/σ vo santykį ir plastiškumo rodiklį IP (pagal Andresen ir kt., 1979). Punktyrine linija pateiktas rimties koeficiento Ko nustatymo pavyzdys. Jei, tarkime cu/σ vo = 1,5, IP = 0 %, tada OCR = 8, o Ko = 1,33 100

102 čia M kritinės būklės linijos kampo koeficientas (angl. slope of the critical state line), M (6 sin ' ) (3 sin ') ; φ efektyvusis vidaus trinties kampas, laipsn.; vo efektyvusis geostatinis slėgis, MPa; qc kūginis stipris, MPa; Λ koeficientas, priklausantis nuo plastinės tūrinės deformacijos dydžio, 1 C s C c (Cs ir Cc kompresijos koeficientai: Cs yra nuokrovos kreivėje, o Cc pirmoje konsolidacijos kreivės atšakoje). Neplyšiuotų ir nesucementuotų molinių gruntų Λ 0,75, o didelio struktūrinio stiprumo ir sucementuotų molinių gruntų 1. Reikėtų turėti omenyje, kad pirmiau pateiktos lygtys ir diagramos yra sudarytos konkrečių molinių gruntų pertankinimo slėgiui OCR nustatyti. Tai specifiniai Kanados, JAV, Skandinavijos šalių ir Didžiosios Britanijos teritorijose aptinkami ir gerai ištirti gruntai. Tokias koreliacines priklausomybes taikyti mūsų, Lietuvos, o ypač moreniniams moliniams gruntams, yra sudėtinga ir nepatikima. Būtina atlikti daugybę kokybiškų laboratorinių (odometrinių, triašio gniuždymo) Lietuvos molinių gruntų bandymų, paskui atlikti pačių gruntų statinį zondavimą, preciziškai matuojant visus parametrus, įvertinti efektyvųjį vertikalų ir geostatinį slėgį, o tada galima būtų gauti tokio tipo koreliacines priklausomybes. Rimties koeficientas Ko. Rimties koeficientas arba grunto šoninio slėgio esant rimties būviui koeficientas Ko yra efektyviųjų horizontalių įtempimų ho santykis su efektyviuoju geostatiniu slėgiu vo: Ko 'ho 'vo. (3.14) Geostatinis slėgis priklauso nuo gylio h ir grunto savitojo sunkio γ: vo = h γ. Efektyvusis geostatinis slėgis vo skaičiuojamas taip pat, tik reikia atsižvelgti (atmesti) požeminio vandens, esančio gruntuose, keliantį poveikį. Efektyvūs horizontalūs įtempimai ho gali būti išmatuoti vykdant lauko bandymus presiometru, dilatometru ir surandami atliekant gruntų bandymus laboratorijoje triašio gniuždymo prietaisuose ar odometruose, matuojant šoninius įtempimus. Šiuo metu nėra patikimų metodų iš statinio zondavimo duomenų nustatyti rimties koeficientą Ko (Lunne ir kt., 1997). Vis dėlto vienas iš tokių rekomenduojamų būdų yra pateiktas pirmiau (3.41 pav.). Šis būdas labiau tinka mechaniškai perkonsoliduotiems gruntams (angl. mechanically overconsolidated soils). F. M. Kulhaway ir P. W. Mayne (1990) dar siūlo naudoti tokią priklausomybę: q K o 0,1 t ' vo vo. (3.15) Ši priklausomybė išvesta, remiantis tyrimų rezultatais, gautais naudojant įsigręžiantįjį presiometrą (SBP) ir bandymus pjezozondu. Smėlinių gruntų santykinis tankumas Dr arba tankumo rodiklis ID, gruntų tankumas. Tankumas smėlinio grunto savybė, rodanti natūralaus sutankėjimo laipsnį. Tankumas įvertinamas keliais būdais. Nustačius laboratorijoje Proctor metodu natūralaus smėlio poringumo koeficientą e ir labiausiai išpurento bei labiausiai sutankinto to paties smėlio poringumo koeficientus emax ir emin, skaičiuojamas tankumo rodiklis: Dr I D emax e, emax emin (3.16) čia emax maksimalus poringumo koeficientas; emin minimalus poringumo koeficientas; e gamtinio grunto poringumo koeficientas. Gamtinio grunto poringumo koeficientas e surandamas pagal formulę: 1 0,01W 1, e s (3.17) 101

103 čia ρ gamtinis tankis, g/cm3 ; ρs kietų dalelių tankis, g/cm3; W gamtinis drėgnis, %. Remiantis standartu Geotechniniai tyrinėjimai ir bandymai Grunto atpažintis ir klasifikavimas. dalis: Klasifikavimo principai (LST EN ISO :004), smėliniai gruntai pagal tankumo rodiklį ID (%) skirstomi taip: Labai purūs, kai ID 0 15; Purūs, kai ID 15 35; Vidutinio tankumo, kai ID 35 65; Tankūs, kai ID 65 85; Labai tankūs, kai ID Tankumo rodiklio ID nustatymui reikalingas gamtinis grunto tankis ρ. O būtent smėlinių gruntų gamtinio tankio ρ nustatymas yra vienas iš sudėtingiausių lauko darbų, nes paimti iš gręžinių, paskui transportuoti ir išsaugoti nesuardytos sandaros smėlinio grunto bandinius yra faktiškai neįmanoma. Todėl ir tankumo rodiklis ID nustatytas laboratorijoje, nėra tikslus ir kelia abejonių. Dėl to, koreliacinių priklausomybių tarp grunto tankumo rodiklio ID ir kūginio stiprio qc sudarymas su masyve slūgsančiais gruntais yra problemiškas. Daugelio tyrinėtojų (Schmertmann, 1975; Veismanis, 1975; Belloti ir kt., 198; Parkin ir Lunne, 198; Baldi ir kt., 1986; Ghionna ir Jamiolkowski, 199) darbai, susiję su koreliacinių ryšių nustatymu tarp kūginio stiprio ir smėlinių gruntų fizinės būsenos bei kitų geotechninių parametrų, buvo atliekami specialiose kalibracinėse tyrimų kamerose (angl. calibration chamber). Šiose kamerose smėlio gruntai buvo supilami ir pasluoksniui sutankinami iki vienodo reikiamo tankumo. Pagrindiniai tokių bandymų trūkumai yra tai, kad bandymų kameros yra ribotos savo dydžio, t. y. neatspindi gamtinių sąlygų, gruntai yra netekę savo struktūrinių ir cementacinių ryšių, susidariusių per ilgą jų formavimosi istoriją, be to, atlikti detalūs tik kelių genetinių tipų smėlio gruntų tyrimai. Visa tai apriboja tokių tyrimų rezultatų taikymą visiems gruntams, o leidžia tik apytiksliai spręsti apie smėlinių gruntų savybes. Vis dėlto, atsižvelgiant į tai, kad smėlinių gruntų fizinę būseną apibūdinti grunto tankumu ar tankumo rodikliu yra gana paprasta ir tai yra vienas pagrindinių inžinerinių geologinių smėlinių gruntų klasifikavimo, sluoksnių išskyrimo ir įvertinimo kriterijų, visiškai priimtina jį taikyti ir naudoti pamatų ir kitų statinių projektavimo praktikoje. Taigi, smėlinių gruntų tyrimai kalibracinėse kamerose parodė, kad kūginis stipris priklauso nuo gruntų tankumo, vertikalių ir horizontalių įtempimų ir smėlio gruntų spūdumo. Spūdumas savo ruožtu priklauso nuo smėlio grūdelių mineraloginės sudėties, formos, dydžio, apzulinimo laipsnio, rūšiuotumo ir kt. Tokių tyrimų pagrindu G. Baldi ir kt. (1986) pasiūlė tankumo rodiklį ID arba santykinį tankumą Dr skaičiuoti taip: Dr I D 1 q c ln C C 0 ' C1, (3.18) čia C0, C1 ir C grunto konstantos; σ' (σ'vo) efektyvusis geostatinis slėgis, kpa; qc kūginis stipris, kpa. Šią formulę ir grunto konstantas iliustruoja 3.4 pav. M. Jamiolkowski ir kolegos (001) siūlo naudoti formulę, išvestą pritaikius pataisos koeficientus, kurie atsižvelgia į kalibracinių kamerų trūkumus (pvz., ribines sąlygas), ir naudojant koreguotą kūginį stiprį qt: Dr I D q 100 0,68 ln t atm ' vo atm 0,675, (3.19) čia σ vo efektyvusis geostatinis slėgis, kpa; σ atm = 1 atm = 1 bar =100 kpa; qt koreguotas kūginis stipris, kpa. 10

104 3.4 pav. Ticino smėlių kūginio stiprio, efektyvaus geostatinio slėgio ir tankumo rodiklių (santykinio tankumo) koreliacinės priklausomybės pasak G. Baldi ir bendraautorių, (1986). (Pvz., galima skaičiuoti, kad, esant 10 MPa grunto kūginiam stipriui, maždaug 15 m gylyje ID bus 40 (vid. tankumo), o maždaug 5 m gylyje 30 (purus)). Remiantis buvusios SSRS mokslininkų ir tyrinėtojų empiriniais lauko bandymais, tyrimais ir jų pagrindu sudarytais norminiais dokumentais, ilgą laiką Lietuvos tyrimų praktikoje buvo naudojamasi smėlinių gruntų tankumo ir kūginio stiprio sąsajomis (pateiktos 3.4 lentelėje). Šioje lentelėje pateikta klasifikacija rekomenduojama naudotis nuo m zondavimo gylio. Europos Sąjungoje priimtame Eurocode 7 (EN 1997 :007) standarte pateikti duomenys pateikti 3.5 lentelėje. Autoriaus ir kitų Lietuvos mokslininkų nuomone, smėlinių gruntų skirstymas pagal tankumą (3.5 lentelė), remiantis kūginio stiprio vertėmis, nėra visai korektiškas, nes jis terminų požiūriu sutampa su smėlinių gruntų klasifikacija pagal tankumo rodiklį ID (gautą laboratorijoje). Kaip minėta, smėlinių gruntų tankumas masyve priklauso nuo daugelio grunto ypatumų ir parametrų (genezės ir amžiaus, struktūros ir tekstūros, geostatinio slėgio, efektyvaus geostatinio slėgio, fizinių savybių, struktūrinių ryšių, mineraloginės sudėties ir kt.). Atlikdami statinio zondavimo bandymus, matuodami kūginio stiprio vertes grunto masyve, visapusiškai apibūdiname gruntą pagal minėtų faktorių visumą, todėl labiau būtų tinkamas terminas stiprumas, pasiūlytas prof. K. Dundulio Lietuvos standarte: Geotechnika. Gruntų klasifikacija ir identifikacija LST 1445:1996. Ten smėlinius gruntus (rupius gruntus) pagal kūginio stiprio vertes siūloma skirstyti taip kaip pateikta 3.6 lentelėje. 3.4 lentelė. Smėlinių gruntų tankumas pagal СП (dabar Rusijos СП ) Smėlio sudėtis / būvis Žvyringas, rupus ir vidutinio rupumo smėlis Smulkus smėlis Dulkingas smėlis, mažai drėgnas Dulkingas smėlis, prisotintas vandens Tankus > 15 > 1 > 10 >7 Smėlis, kai qc MPa Vidutinio tankumo Purus <5 <4 <3 < Pastaba. Gruntų pavadinimai pateikti pagal seniau naudotą ГОСТ (dabar Rusijos ГОСТ ) 103

105 3.5 lentelė. Smėlinių gruntų skirstymas pagal kūginį stiprį qc pagal EN 1997 :007 Smėlinio grunto būvis (Tankumo rodiklis ID) Labai purus Purus Vidutinio tankumo Tankus Labai tankus Kūginis stipris qc, MPa 0,0,5,5 5,0 5,0 10,0 10,0 0,0 >0,0 3.6 lentelė. Smėlinių gruntų klasifikacija pagal stiprumą Papildomas grunto pavadinimas Labai silpnas Silpnas Vidutinio stiprumo Stiprus Labai stiprus Kūginis stipris qc, MPa 0,0,5,5 5,0 5,0 10,0 10,0 0,0 > 0,0 Gruntų stiprumo savybių vertinimas. Nedrenuotas kerpamasis stipris cu. Šis rodiklis apibūdina silpnų, vandens prisotintų molinių gruntų stiprumą. Šis stiprumas grunto masyve priklauso nuo pridedamos apkrovos krypties (angl. mode of failure arba direction of loading), grunto anizotropiškumo, pertankinimo slėgio ir įtempimų dydžio. Parametras yra taikomas projektuojant sampylas ar pastatų pagrindus, tarus, kad apkrovos nuo būsimo pastato susiformuos greitai ir pradžioje nevyks drenavimas. Analitiniai ir teoriniai sprendiniai parodo, kad kūginis stipris qc yra nedrenuoto kerpamojo stiprio cu ir geostatinio slėgio σvo funkcija ir egzistuoja tokia priklausomybė: q c N c cu o, (3.0) čia Nc teorinis kūgio koeficientas (priklauso nuo teorinio sprendinio, gali būti įvairus, pvz.: 7,41, 9,34, 9,94 ir kt.); o bendras slėgis (priklauso nuo teorinio sprendimo, gali būti ir vo, ir ho, ir mean) (pagal Lunne ir kt., 1997). Nustatant teorinį kūgio koeficientą Nc analitiniu metodu yra priimama, kad φ = 0. Remiantis empiriniais duomenimis (Lunne ir kt., 1997) daroma prielaida, kad: cu q c vo, Nk (3.1) čia qc kūginis stipris, MPa; σvo geostatinis slėgis, MPa; Nk empirinis kūgio koeficientas, nustatytas empiriniais metodais (laboratoriniai ir lauko bandymai). Modifikavus ir patikslinus pirmiau pateiktą lygtį pagal CPTU duomenis (naudojant koreguotą kūginį stiprį qt) ir įvertinus gruntų plastiškumo koeficientą IP, šią lygtį galima pateikti taip: cu qt vo, N kt (3.) čia Nkt empirinis koreguotas kūgio koeficientas; Empiriniais metodais nustatytos Nk (Nkt) vertės dažniausiai kinta nuo 10 iki 0 (vidurkis 15). Nkt koeficiento vertė didėja didėjant IP vertei ir mažėja didėjant grunto jautrumui. Lietuvoje paprastai Nk (Nkt) vertę moliniams gruntams taikoma nuo 0 iki 5. Jautrumas (jautris) St. Molinių gruntų jautris yra nusakomas kaip santykis nesuardyto grunto nedrenuoto kerpamojo stiprio cu su suardyto grunto nedrenuotu kerpamuoju stipriu cu(suard): 104

106 St cu cu (suard ). (3.3) Suardyto grunto nedrenuoto nekonsoliduoto triašio gniuždymo bandymų rezultatų palyginimas su statinio zondavimo bandymų rezultatais (Quiros ir Young, 1988) leido manyti, kad šoninės trinties fs parametras gali būti išreiškiama kaip suardyto grunto nedrenuoto kerpamojo stiprio cu(suard) funkcija (3.43 pav.). Tada pasak P. K. Robertson (006), būtų: St cu cu ( suard ) qt vo c 1 f s u. N kt fs (3.4) J. H. Schmertmann (1978) pasiūlė grunto jautrį išreikšti trinties koeficientu Rf (jei naudojamas koreguotas kūginis stipris būtų: R f f s qt ). Tada: St cu cu ( suard ) Ns, Rf (3.5) čia Ns konstanta. J. H. Schmertmannas mechaniniu zondu statinio zondavimo (CPT) gautiems duomenims siūlė Ns vertę 15, P. K. Robertson ir R. G. Campanella (1988), remdamiesi lygiagrečiais statinio zondavimo su porinio slėgio matavimu (CPTU) ir sparnuotės bandymų palyginimais, gavo, kad Ns = 6, o N. S. Radas ir T. Lunne (1986) kad Ns = 7, pav. Suardyto grunto UU (nedrenuoto nekonsoliduoto) triašio gniuždymo ir statinio zondavimo bandymo (CPT) šoninės trinties fs verčių palyginamieji duomenys (pagal Quiros ir Young, 1988) 105

107 3.7 lentelė. Molinių gruntų vidinės trinties kampo φ ir sankibos c nustatymas naudojantis statinio zondavimo duomenimis pagal СНиП , СП qc, MPа 0, Normatyvinės vidinės trinties kampo ir sankibos c vertės priemoliams ir moliams (išskyrus ledyninės kilmės gruntus) Priemoliai Moliai c, kpa c, kpa, laipsn., laipsn Pastaba. Gruntų pavadinimai pateikti pagal seniau naudotą ГОСТ (dabar Rusijos ГОСТ ) Molinių gruntų vidaus trinties kampas ir sankiba c. J. G. Trofimenkov ir bendraautoriai (1981) pateikia VPI (ОАО) Fundamentprojekt duomenų bazėje esančių 0 molinių kvartero laikotarpio gruntų laboratorinių kirpimo bandymų ir statinio zondavimo bandymų metu gautų rodiklių statistinio apdorojimo rezultatus, kurių pagrindu buvo sudarytos koreliacinės priklausomybės. Rezultatų analizė parodė, kad regresinių lygčių sudarymas nepriklauso nei nuo molinių gruntų genezės (buvo tirti aliuviniai, deliuviniai, fliuvioglacialiniai ir glacialiniai gruntai), nei nuo tipo (priemolis ar priesmėlis). Todėl koreliacinės priklausomybės pritaikytos visiems tirtiems gruntams. Geriausiai pavyko gauti koreliacines priklausomybes tarp kūginio stiprio qc ir kerpamųjų stiprių rodiklių 1 ir 3: 1 0,016q c 0,3, (3.6) 3 0,05q c 0,9. (3.7) Koreliacijos koeficientas šioms lygtims atitinkamai buvo 0,8 ir 0,81. Tarus, kad i tan pi c (Kulono ir Navjė stiprumo teorija), galima gauti, kad: tan 0,0045q c 0,6, (3.8) c 0,0116q c 0,15, (3.9) čia qc matavimo vienetas kg/cm, o qc nuo 5 iki 60 kg/cm (0,5 6,0 MPa). Buvusios SSRS, o dabar ir Rusijos norminiuose dokumentuose (anksčiau СНиП , o dabar Rusijos СП Инженерные геологические изыскания для строительства), nustatant molinių gruntų vidinės trinties kampą φ ir sankibą c pagal statinio zondavimo bandymų rezultatus, rekomenduojama naudotis duomenimis, pateiktais 3.7 lentelėje. Apskritai, molinių gruntų stiprumo savybių c, c,, vertinimas pagal statinio zondavimo duomenis yra komplikuotas ir nepatikimas. Nors yra nemažai darbų, skirtų įvertinti molinių gruntų stiprumo savybes (Senneset ir kt., 1988; Senneset ir Janbu, 1985; Sandven ir kt., 1988 ir kiti), kaip pažymi T. Lunne ir bendraautoriai (1997), siūlomi metodai ir teoriniai sprendimai kelia rimtų problemų, nes nėra pakankamai daug patikimų laboratorinių ir lauko tyrimų duomenų, kurie leistų gauti patikimas koreliacines priklausomybes tarp molinių gruntų stiprumo savybių ir statinio zondavimo metu gaunamų rodiklių. Smėlinių gruntų efektyvusis vidaus trinties kampas. Smėlinių gruntų kerpamasis stipris paprastai išreiškiamas efektyviuoju vidinės trinties kampu. Nemažai darbų ir metodų (Schmertmann, 1978; Baldi ir kt., 1986; Lunne ir Christophersen, 1983; Robertson ir Campanella, 1983; Janbu ir Senneset, 1974; Baligh, 1975) remiasi empiriniais tyrimais kalibracinėse kamerose ir analiti106

108 niais teoriniais skaičiavimais. Taikant empirinius metodus, reikia įvertinti smėlinių gruntų tankumo rodiklį ID arba santykinį tankumą Dr, granuliometrinę sudėtį ir efektyvųjį geostatinį slėgį (gylį nuo žemės paviršiaus). Analitiniai ir teoriniai metodai remiasi tuštumų plėtimosi teorija ir laikymo gebos skaičiavimais. Vienas iš tokių empirinių metodų, skirtų įvertinti efektyvųjį vidinės trinties kampą, pateiktas P. K. Robertson ir R. G. Campanella (1983). Autoriai apdorojo gana daug tyrimų kalibracinėse kamerose duomenų ir pasiūlė supaprastintą savo variantą. Šie duomenys (3.44 pav.) gauti sulyginus tyrimų rezultatus statinio zondavimo metodu kalibracinėse kamerose ir nustatant pikinį vidinės trinties kampą φ (angl. peak secant friction angle) triašio gniuždymo bandymais drenuotosiomis sąlygomis. Gautos koreliacinės priklausomybės rekomenduojamos nesucementuotiems, vidutinio tankumo kvarciniams smėliams. Smėliams, kurie pasižymi didesniu spūdumu, rekomenduojama imti mažesnes efektyvaus vidines trinties kampo vertes. Pagal 3.44 pav. pateiktą grafiką, efektyvaus vidines trinties kampo vertes galima skaičiuoti pagal formulę (Mayne, 007): q arctan 0,1 0,38 log 't vo. (3.30) Alternatyvų efektyvaus vidinės trinties kampo verčių įvertinimą, atliktą remiantis kur kas didesniu duomenų, gautų kalibracinėse kamerose, kiekiu siūlo F. H. Kulhaway ir P. W. Mayne (1990), P. W. Mayne, 006): 17,6 11,0 log qt1, (3.31) čia qt1 = (qt/σatm)/(σ vo/σatm)0, pav. Efektyvaus vidinės trinties kampo nustatymas naudojant statinio zondavimo (CPT) duomenis (pagal Robertson ir Campanella, 1983) 107

109 Ši priklausomybė išvesta remiantis duomenimis, pateiktais 3.45 pav. Be to, šie duomenys buvo papildyti naujausių tyrimų duomenimis (Mayne, 006). Buvusios SSRS, o dabar ir Rusijos norminiuose dokumentuose (СНиП , СП ), nustatant vidinės trinties kampą pagal statinio zondavimo bandymų rezultatus, rekomenduojama naudotis 3.8 lentele. 3.8 lentelė buvo sudaryta atsižvelgiant į V. A. Jarošenko 1964 m. eksperimentinius tyrimus ir V. G. Berezancevo 1970 m. teorinius analitinius sprendinius (Трофименков и др., 1981). Rekomenduojama atkreipti dėmesį į tai, kad esant qc > 16 MPa, vidaus trinties kampo vertę galima padidinti 1o, o esant qc < 8 MPa, lentelėje pateikiamos vidaus trinties vertės yra per didelės. Europos Sąjungoje priimtame Eurocode 7 (EN 1997 :007) standarte pateikti duomenys pateikti 3.9 lentelėje. 3.8 lentelė. Smėlingų gruntų vidinės trinties kampo nustatymas pagal statinio zondavimo duomenis pagal СНиП , СП qc, MPa 1, Smėlinių gruntų norminės vidinės trinties kampo (laipsn.) reikšmės, kai zondavimo gylis m 5 m ir daugiau Pastaba. Vidinės trinties kampo vertės intervale tarp 5 m nustatomos interpoliacijos būdu 3.45 pav. Efektyvaus vidinės trinties kampo priklausomybė nuo normalizuoto kūginio stiprio qt1 (pagal Kulhaway ir Mayne, 1990; Mayne, 006) 108

110 3.9 Lentelė. Smėlinių gruntų skirstymas pagal kūginį stiprį pagal Eurocode 7 (EN 1997 :007) Smėlinio grunto būvis (tankumo rodiklis ID) Labai purus Purus Vidutinio tankumo Tankus Labai tankus Kūginis stipris qc, MPa 0,0,5,5 5,0 5,0 10,0 10,0 0,0 > 0,0 Efektyvusis vidaus trinties kampas (laipsn.) Pastaba. Vidaus trinties kampo vertės tinka smėliams. Dulkingiems smėliams jos turėtų būti sumažintos 3o, o žvyrams padidintos o. Gruntų deformacinių savybių vertinimas. Gruntų deformacines savybes apibūdina jų sugebėjimas deformuotis ar susispausti veikiant išorinėms jėgoms. Jos priklauso nuo dabartinio geostatinio slėgio ir gruntų formavimosi metu buvusio geostatinio slėgio, įtempimų ir deformacijų dydžio, grunto masyvo filtracinių savybių ir sąlygų, gruntų dispersiškumo laipsnio, molinių gruntų molinės frakcijos mineralinės sudėties, gruntų fizikinių savybių ir daugelio kitų veiksnių. Deformacines gruntų savybes apskritai galima laikyti tam tikru suminiu grunto moduliu, kuris priklauso nuo įvairių sąlygų ir išreiškiamas tam tikrais konkrečiais rodikliais: jei gruntus tiriame laboratorijoje (odometrais ir triašio gniuždymo prietaisais) bendrų deformacijų moduliu Eo, tamprumo moduliu E, skersinių deformacijų koeficientu arba Puasono koeficientu ν, standumo moduliu (angl. constrained modulus) M arba odometriniu deformacijų moduliu Eoed, šlyties moduliu G, susispaudžiamumo koeficientu mo, tūrinio susispaudžiamumo koeficientu mv, susispaudžiamumo indeksu Cc, standumo indeksu Sc; jei gruntus tiriame tiesioginiais lauko tyrimų metodais bandymu statine plokšte, tai apskaičiuotą deformacijų modulį žymime ESP (EPLT), o jei presiometru Epr (EPMT). Daugelio tyrinėtojų atlikti tyrimai parodė, kad yra glaudus deformacinių grunto savybių ir statinio zondavimo bandymo (CPT) metu gaunamo kūginio stiprio qc tarpusavio ryšys. Pirmą kartą toks sąryšis buvo analitiškai apskaičiuotas 1940 m. A. S. K. Buismano. Jis zondo kūgį laikė pusrutuliu ir pasinaudojo Businesko formule įtempimams nustatyti. A. S. K. Buismanas pasirinko, kad gruntas po kūgiu tampriai susispaudžia, ir gavo, kad (Трофименков и др., 1981): E qc. 3 (3.3) Kitų analitinių sprendimų (Ферронский, 1969; Vesic, 1970) rezultatai buvo panašūs. Taigi, atsižvelgiant į tai, kokiu metodu (lauko tyrimų ar laboratoriniu) buvo įvertintas deformacijų modulis, šis tarpusavio sąryšis gali būti išreiškiamas koreliacine lygtimi: E qc, (3.33) čia qc kūginis stipris, MPa; proporcingumo koeficientas; E deformacijų modulis, MPa. Proporcingumo koeficientas, riklauso nuo grunto tipo ir gali svyruoti nuo 1 iki 10. Jo dydis priklauso nuo to, kokiu būdu jis buvo nustatytas. Jei deformacijos modulio lygtis išvesta iš analitinio sprendinio, tai koeficientas gali būti iki,5. Jei tyrimuose buvo naudota laboratorinių bandymų medžiaga, koeficiento vertės svyruoja nuo 1,5 iki 7,0, o jei deformacijų modulis koreliacijai su kūginiu stipriu qc buvo nustatomas bandymais statine plokšte, tai α vertės bus didžiausios ir kis nuo 3 iki 10. Dauguma Vakarų pasaulio tyrinėtojų proporcingumo koeficiento α nustatymą grindžia odometriniu deformacijų moduliu Eoed. Eurocode 7 (EN 1997 :007) standarto priede D pateikta lentelė, kurioje, remiantis G. Sanglerat (197) publikuotais duomenimis, pateiktos proporcingumo koeficiento α vertės. Šios vertės priklauso nuo kūginio stiprio qc dydžio (3.10 lentelė). 109

111 3.10 lentelė. Proporcingumo koeficiento α vertės priklausomai nuo kūginio stiprio qc dydžio Gruntas Mažo plastiškumo molis Mažo plastiškumo dulkis Labai plastiškas molis Labai plastiškas dulkis Labai organogeninis dulkis Durpės ir molis su gausia organine medžiaga Kreida Smėlis qc, MPa qc 0,7 0,7 < qc < qc qc < qc qc < qc > qc < 1, qc < 0,7 50 < W < W 00 W > 300 < qc 3 qc > 3 qc < 5 qc > 10 3< <8 < <5 1 < <,5 3< <6 1< < < <6 1< < < <8 1,5 < < 4 1 < < 1,5 < 0,4 < <4 1,5 < < 3 = = 1,5 Šiame standarte taip pat yra pateikiamas pavyzdys, kaip skaičiuoti nuo įtempimų dydžio priklausantį odometrinį modulį Eoed remiantis statinio zondavimo metu gautais duomenimis: E oed 'vo 0,5 'v w1 p a pa w, (3.34) čia w1 standumo koeficientas; w standumo eksponentė; smėlių, kurių vienodumo rodiklis Cu 3, w = 0,5; mažai plastiškų molių (IP 10; WL 35), w = 0,6; vo efektyvusis vertikalus įtempimas pamatų pado lygyje arba bet kuriame gylyje žemiau jo, susidarantis nuo slūgsančio grunto svorio; v efektyvusis vertikalus įtempimas, susidarantis nuo statinio apkrovos pamatų pado lygyje arba žemiau jo; pa atmosferinis slėgis; IP plastiškumo rodiklis; WL takumo riba. Standumo koeficiento w1 vertes galima gauti remiantis CPT rezultatais, taikant šias lygybes atitinkamiems gruntų tipams: blogai rūšiuotiems smėliams (Cu 3), esantiems virš požeminio vandens lygio w1 = 167lgqc (kai 5 qc 30); gerai rūšiuotiems smėliams (Cu >6), esantiems virš požeminio vandens lygio w1 = 463lgqc 13 (kai 5 qc 30); mažai plastiškiems moliams, kurių 0,75 IC 1,30 ir esantiems virš požeminio vandens lygio (IC konsistencijos rodiklis) w1 = 15,qc + 50 (kai 0,6 qc 3,5). Buvusios SSRS (taip pat Lietuvos) inžinerinių geologinių tyrimų ir pamatų projektavimo organizacijose buvo sukaupta turtinga gruntų deformacinių savybių tyrimo lauko metodais bandymais statine plokšte (5 000 cm ploto plokšte pagal ГОСТ metodiką) duomenų bazė. Remiantis statine plokšte nustatyto deformacijų modulio ir statinio zondavimo bandymu gauto kūginio stiprio lyginamąja analize nustatyta kad: smėliniams gruntams E 3 q c, (3.35) moliniams gruntams E 7 q c. (3.36) Remiantis šiomis koreliacinėmis priklausomybėmis, Rusijos СП pateiktos lentelės (3.11, 3.1 lentelės), kurios rekomenduojamos deformacijų moduliui E vertinti pagal statinio zondavimo metu gautus duomenis (kūginį stiprį qc). Lietuvoje deformacijos modulio E ir kūginio stiprio qc koreliacinė analizė buvo atliekama taip pat naudojant lauko tyrimų bandymų statine plokšte duomenis. Šioje srityje daugiausia dirbo 110

112 J. Šimkus, A. Brilingas, H. Valiulis, V. Ignatavičius ir kt. Pasinaudojęs per kelis dešimtmečius Inžinerinių tyrimų instituto (ITI) sukaupta lauko tyrimų medžiaga, A. Brilingas savo daktaro disertacijoje (Брилингас, 1988) pateikė įvairių tipų gruntų koreliacines priklausomybes, kurios naudojamos ligi šiol (3.13 lentelė). Gruntų dinaminio praskydimo potencialo skaičiavimas pagal CPT/CPTU duomenis. Dinaminio praskydimo potencialas. Šis terminas vartojamas norint apibrėžti įvairovę reiškinių, kurie sukelia birių gruntų deformacijas nedrenuotomis sąlygomis dėl monotoniško, trumpalaikio ar besikartojančio suardymo (dinaminio poveikio). Praskydimo skiriamasis bruožas yra perteklinio porinio slėgio atsiradimas veikiant apkrovai nedrenuotomis sąlygomis. Biriems gruntams esant vandeningiems, o jų slūgsojimo sąlygoms neleidžiant drenuotis vandeniui (nedrenuotos sąlygos), juos paveikus staigia dinamine apkrova atsiranda perteklinis porinis slėgis, sumažėja efektyvieji įtempimai vyksta praskydimas. Sklaidantis poriniam slėgiui, prasideda grunto sutankėjimas (Kramer, 1996) lentelė. Smėlinių gruntų normatyvinės deformacijų modulio vertės Е pagal qc duomenis Smėliai Visi genetiniai tipai, išskyrus aliuvinius ir fliuvoglacialinius Aliuviniai ir fliuvoglacialiniai Normatyvinės deformacijų modulio vertės Е, kai qc, MPа lentelė. Molinių gruntų normatyvinės deformacijų modulio vertės Е pagal qc duomenis qc, МPа 0, Normatyvinės deformacijų modulio vertės Е, kai qc, MPа vertės priemoliams ir moliams (išskyrus ledyninės kilmės gruntus) Е, МPа 3, lentelė. Įvairių Lietuvos teritorijos gruntų deformacijų modulio E sąsajos su kūginiu stipriu qc Grunto tipas Vidutinio tankumo ir tankus smėlis (qc > 5,0 MPa) Purus smėlis (qc < 5,0 MPa) Piltas gruntas, durpė ir pan. Moreninis priemolis Dulkingas priesmėlis Dulkingas nemoreninis priemolis Molis Koreliacinės priklausomybės E = 7,8qc0,71 E = 3qc E = qc E = 7,4qc + 7, E = 5qc E = 7qc E = 8,qc 3,1 Pastaba. Gruntų pavadinimai pateikti pagal seniau naudotą ГОСТ (dabar Rusijos ГОСТ ) 111

113 Dažniausiai tokias deformacijas gruntuose sukelia žemės drebėjimai. Žemės drebėjimo metu cikliniai, pasikartojantys šlyties įtempimai, atsirandantys dėl seisminių bangų poveikio, pradeda veikti silpnus, purius smėlinius gruntus. Dėl to purus smėlis susispaudžia ir tuo pat metu padidėja vandens slėgis porose. Žemės drebėjimo metu porinio slėgio padidėjimas priverčia gruntinį vandenį kilti į žemės paviršių. Vandens kilimas į žemės paviršių sukelia grunto praskydimą. Grunto dalelės pakimba ir plūduriuoja vandenyje, dėl to efektyvieji įtempimai tampa lygūs ar artimi nuliui. Gruntui praskydus, perteklinis porinis vandens slėgis pradeda sklaidytis. Grunto praskydimo trukmę nulemia du pagrindiniai veiksniai: žemė drebėjimo trukmė ir drenavimosi sąlygos. Kuo ilgesnė žemės drebėjimo trukmė ir kuo drenavimosi sąlygos yra nepalankesnės, tuo gruntas praskydimo būvio išlieka ilgiau. Pasibaigus praskydimui gruntas tampa tankesnis (Kumar, 008). Grunto praskydimo tikimybė labai priklauso nuo šių pagrindinių veiksnių (Day, 00): 1. Žemės drebėjimo trukmės ir intensyvumo. Kuo ilgiau trunka žemės drebėjimas, tuo didesnė tikimybė gruntui praskysti. Praskydimo galimybė atsiranda, kai kritinis grunto pagreitis amax yra didesnis nei 0,1g, o magnitudė M > 5,0. Taip pat grunto praskydimas labai priklauso nuo atstumo iki žemės drebėjimo epicentro ir jo gylio.. Gruntinio vandens lygis. Pagrindinė sąlyga grunto praskydimui atsirasti yra aukštas gruntinio vandens lygis. Taip pat, vertinant praskydimą, reikia atsižvelgti į sezoninius gruntinio vandens svyravimus. Kai gruntas yra mažai drėgnas, praskydimas gali atsirasti dėl oro išspaudimo iš grunto porų. Didžiausią tikimybę praskysti turi gruntai, kai gruntinis vanduo slūgso iki 10,0 m gylio, giliau ši tikimybė mažėja. 3. Grunto tipas. Didžiausią praskydimo potencialą turi rupūs gruntai: smėlis, dulkingas smėlis ir žvyras, taip pat dulkis. Tačiau praskysti gali ir smulkūs gruntai. Didžiausią tikimybę praskysti turi smulkūs technogeniniai ir holoceno amžiaus gruntai. 4. Grunto tankumo rodiklis (ID). Kuo mažesnis grunto tankumo rodiklis, tuo didesnė galimybė praskysti. 5. Dalelių dydis ir sankloda. Tikimybė, kad vienodos sanklodos rupus gruntas praskysti palyginti su nuoseklios sanklodos gruntu, yra didesnė. Nuoseklios sanklodos gruntas turi smulkios frakcijos dalelių, kurios užpildo poras tarp didesnių dalelių, dėl to atsiranda mažesnis perteklinis porinis slėgis. 6. Vietovės sąlygos ir nuogulų formavimosi aplinka. Nuogulos, kurios susidaro (ar susidarė) ežeruose ar upėse, yra labai jautrios praskydimui. 7. Drenavimo sąlygos. Jei perteklinis porų slėgis gali greitai išsisklaidyti praskydimas gali neįvykti. Didelio storio sluoksniai, turintys gerą vandens laidumą, gali sumažinti grunto praskydimo potencialą. 8. Apribotas slėgis. Kuo didesnis apribotas slėgis veikia gruntus, tuo mažesnė galimybė praskysti. Kuo sluoksnis slūgso giliau, tuo mažesnė tikimybė, kad jis praskys. Pasaulyje bandymais ir skaičiavimais nustatyta, kad gruntas dažniausiai praskysta iki 15,0 m gylio. 9. Dalelių forma. Gruntas, kurio dalelės yra apvalios, greičiau sutankėja, palyginti su gruntu, kurio dalelės kampuotos. Dėl to praskydimui yra jautresni gruntai, kurių dalelės yra apvalios. 10. Grunto amžius ir cementacija. Jaunesnės kilmės gruntai turi didesnį potencialą praskysti. Senesnio amžiaus gruntai yra paveikti slėgio, ypač slūgsantys gilesniuose sluoksniuose, dėl to jų praskydimo galimybė yra nedidelė. Didžiausia galimybė praskysti yra holoceno ir piltinių gruntų. Pleistoceno amžiaus gruntų galimybė praskysti yra nedidelė. 11. Istorinė aplinka. Jei gruntai jau istorinėje praeityje buvo praskydę, jų galimybė praskysti pakartotinai mažėja. Taip pat praskydimo galimybė yra maža, kai gruntai turi didelį pertankinimo koeficientą OCR ir dideles rimties slėgio koeficiento Ko vertes, t. y. kai grunto sluoksniai praeityje buvo apslėgti. Apibendrinant reikia pasakyti, kad teoriškai didžiausią tikimybę praskysti turi gruntai, kai jie slūgso arti žemės drebėjimo epicentro, gruntinio vandens lygis yra arti žemės paviršiaus, gruntas vienodos sanklodos smėlis, kurio dalelės apvalios, labai purus ar mažo tankio, nėra cementacinių ryšių, holoceno amžiaus, be pirminės apkrovos ir prieš tai nepaveiktas praskydimo. 11

114 Vertinant gruntų praskydimo potencialą, reikia skaičiuoti ciklinį įtempimų santykio rodiklį CSR (angl. cyclic stress ratio), kuris atsiras žemės drebėjimo metu. Pagrindinis ir lemiamas į CSR skaičiavimus įeinantis rodiklis yra ribinis grunto pagreitis amax. Įprasta, kad jei amax < 0,1g ir žemės drebėjimo magnitudė M yra mažiau nei 5, praskydimo skaičiavimai gali būti neatliekami. Esant tokioms sąlygoms, grunto praskydimo galimybė yra labai menka. Toliau skaičiuojamas ciklinis atsparumo santykio rodiklis CRR (angl. cyclic resistance ratio). Jei nustatytas (numanomas būsiant žemės drebėjimo metu) CSR dydis yra didesnis už suskaičiuotą CRR, tai skaičiuojamo grunto praskydimo potencialas didėja, gruntas gali praskysti. Paskutinis žingsnis, vertinant praskydimo potencialą, yra saugumo koeficiento FS (angl. factor safety) skaičiavimas: FS CRR CSR. (3.37) Kai FS < 1 praskydimo galimybė yra didelė, kai FS > 1 praskydimo galimybė maža. FS dydis praskydimui įvertinti turi būti nustatomas kiekvienu konkrečiu atveju, tačiau visuotinai priimta, kad kai FS > 1 praskydimas nevyksta. Ciklinis atsparumo santykio rodiklis CRR yra nustatomas laboratoriniais arba lauko tyrimo metodais gaunamų duomenų: pavyzdžiui, statinio zondavimo metu gaunamų parametrų qc ir fs. CRR skaičiavimui iš statinio zondavimo duomenų yra nustatyta tam tikra skaičiavimo seka, kuri yra vienoda visoms, įvairių autorių sudarytoms skaičiavimo metodikoms. Skirtingai yra nustatomi tik tam tikri koeficientai, nuo kurių priklauso CRR vertės. Pagrindinis, šiuo metu taikomas ir siūlomas metodas CRR nustatyti yra aprašytas P. K. Robertson su bendraautoriais (1998). Skaičiuojant šiuo metodu, pagrindiniai CRR nustatymo etapai būtų tokie: 1. Pamatuotų kūginio stiprio qc verčių koregavimas, atsižvelgiant į pertankinimo slėgio įtaką. Šio skaičiavimo metu yra gaunamas pataisytas kūginis stipris qc1: q q c1 c Pa Pa ' vo n, (3.38) čia qc išmatuotas kūginis stipris, MPa (gali būti naudojama ir qt); Pa atmosferos slėgis = 100 kpa; σ vo efektyvusis geostatinis slėgis, kpa; n eksponentė, kuri kinta nuo 0,5 iki 1,0. Taip pat reikia skaičiuoti normalizuotą kūginį stiprį Qt (3.7) ir normalizuotą šoninę trintį Fr (3.8), kurie taip pat naudojami skaičiuojant.. Nustatomas grunto elgsenos rodiklį Ic, kuris parodo grunto elgseną žemės drebėjimo metu (ar kaip rupus, ar kaip smulkus gruntas): I c 3,47 Qt log Fr 1, 0,5. (3.39) Jei nustatytas Ic yra daugiau nei,6 ir Fr > 1 %, tada laikoma, kad gruntas nepraskysta. Jei Fr 1% gruntas analizuojamas kaip smulkus, pagal kitus kriterijus. 3. Skaičiuojamas korekcijos koeficientas Kc, kuris daro pataisas dėl smulkių dalelių priemaišų grunte. Šis koeficientas yra lygus vienetui, kai Ic 1,64, kitais atvejais Kc bus: K c 0,403 I c4 5,581 I c3 1,63 I c 33,75 I c 17,88. (3.40) 4. Suskaičiavus koeficientą Kc, pataisytas kūginis stipris qc1 koreguojamas, norint jo vertes prilyginti švaraus smėlio vertėms (qc1)cs: qc1 cs K c q c1. (3.41) 5. Gavus pataisytas normalizuoto kūginio stiprio vertes (qc1)cs, skaičiuojamas ciklinis atsparumo santykio rodiklis CRR. Skaičiavimo formulės priklauso nuo (qc1)cs verčių dydžio: 113

115 3 jei 50 < (qc1)cs < 160 CRR7,5 (q ) 93 c1 cs 0,08, 1000 (q ) jei (qc1)cs < 50 CRR7,5 0,833 c1 cs 0,05, 1000 (3.4) (3.43) čia CRR7,5 ciklinis atsparumo santykio rodiklis, skaičiuotas, kai žemės drebėjimo magnitudė yra 7,5. Koreguotas metodas leidžia įvertinti ir smulkaus grunto CRR7,5 taikant kitas lygtis (Robertson, 009). Kai,5 < Ic <,7, tada koeficientas Kc, skaičiuojamas taip: K c I c16,76. (3.44) Koreguotas kūginis stipris (qc1)cs ir CRR7,5 skaičiuojama pagal pirmiau minėtas formules. Kai Ic,7, tada CRR7,5 skaičiuojama taip: CRR7,5 0,053 Qt K, (3.45) čia koeficientas Kα yra arti 0,9. 6. Atlikus CSR ir CRR7,5 skaičiavimus, skaičiuojamas saugumo koeficientas FS: FS CRR7,5 CSR MSF (3.46) čia MSF magnitudės sumažinimo koeficientas, nes CRR7,5 skaičiuotas kai M = 7,5. MSF gali būti nustatytas iš lentelių (3.14 lentelė) arba skaičiuotas pagal formulę (Robertson, 009): MSF 174. M,56 (3.47) 3.14 lentelė. Magnitudės mažinimo koeficientai MSF (Glaser ir Chung, 1995) Magnitudė 8,5 7,5 6,5 5,5 Magnitudės mažinimo koeficientas MSF T. Y.Loertscher ir H. B. Seed ir kt., 1983 N. Ambraseys, 1985 T. L. Youd, ,89 0,44 0,6 1,00 1,00 1,00 1,19 1,69 1,88 1,43,86 4,46 Trūkstamų magnitudžių MSF koeficientas skaičiuojamas interpoliacijos būdu. Statinio zondavimo duomenų naudojimas projektuojant pamatus. Pamatų laikomosios gebos nustatymas pagal statinio zondavimo (CPT) metu gaunamus duomenis buvo vienas pirmųjų šio lauko tyrimo metodo rezultatų pritaikymas geotechnikoje (Lunne ir kt., 1997). Metodai, pagrįsti CPT duomenų panaudojimu pamatų projektavime yra dažniausiai taikomi Europoje (Mayne, 007). Pamatų pagrindo laikomajai gebai nustatyti CPT duomenys gali būti panaudoti netiesiogiai ir tiesiogiai. Netiesioginis zondavimo duomenų qc ir fs panaudojimas yra tuomet, kai skaičiavimai atliekami naudojant analitinius laikomosios gebos (BCM) ir deformuojamo kūno mechanikos (CEM) metodus bei skaitmeninius modelius (FEM, FDEM, DEM). Tiesioginiai skaičiavimo metodai yra empiriniai ir laikomosios gebos nustatymo lygtyse tiesiogiai dalyvauja CPT rodikliai qc ir fs (Eslami, Fellenius, 1997, Mayne, 007). Pagrindiniai polio pagrindo laikomosios gebos empiriniai tiesioginiai skaičiavimo metodai būtų šie: J. H. Schmertmann ir Nottingham (Schmertmann, 1978); de Ruiter ir Beringen (1979); M. 114

116 Bustamante ir L. Gianeselli (198); G. G. Meyerhof (1983); M. T. Tumay ir M. Fakhroo (1981); A. Eslami ir B. H. Fellenius (1997); W. F. Van Impe (1986) (pagal Robertson ir kt., 1988; Lunne ir kt., 1997; Fellenius, 00). Polio pagrindo ribinė laikomoji geba Qult susideda iš polio pado Qb ir kamieno Qs ribinių laikomųjų gebų sumos: Qult Qb Qs qb Ab q s As, (3.48) čia qb ir qs atitinkamai savitieji polio pado ir kamieno atsparumai skaičiuojami pagal CPT duomenis, MPa; Ab ir As atitinkamai polio pado ir kamieno plotai, m. Sekliųjų pamatų projektavimas remiasi pagrindo stabilumo ir deformacijos įvertinimu. Paprasčiausias, tiesioginis CPT rodiklių panaudojimo metodas yra G. G. Meyerhofu (1956), kai ribinė seklaus pamato laikomoji geba qult rupiuose gruntuose yra skaičiuojama tiesiogiai iš vidurkinių kūginio stiprio verčių qc atsižvelgiant į pamato plotį ir jo įgilinimą nuo žemės paviršiaus (Lunne ir kt., 1997): B D qult q c 1 B C (3.49) čia qc vidurkinės kūginio stiprio vertės po pamato padu apimančios intervalą lygų pamato pločiui, MPa; C empirinė konstanta (paprastai C = 1,); B pamato plotis, m; D pamato įgilinimas nuo žemės paviršiaus, m. Vertikalus pamato poslinkis (deformacijos) S rupiuose gruntuose gali būti skaičiuojamos pagal klasikines Meyerhofo (1974) (3.50) ar Schmertmanno (1978) (3.51) lygtis: S p B, qc (3.50) n S C1 C p 1 Iz z, C3 E (3.51) čia Δp bendras pamato slėgis, MPa; B pamato plotis, m; qc vidurkinės kūginio stiprio vertės po pamato padu intervale B, MPa; C1, C, C3 pataisos dėl pamato įrengimo technologijos, valkšnumo, formos; Iz deformacijos įtakos koeficientas; Δz sluoksnio storis, m; E tamprumo (Jungo) modulis, atitinkantis: E qc, (3.5) čia qc nagrinėjamo sluoksnio kūginio stiprio vidutinė vertė, MPa; α koeficientas, kuris priklauso nuo grunto tipo. Papildomi įtaisai prie statinio zondavimo įrangos. Paskutiniu dešimtmečiu papildomai su statinio zondavimo metu (CPT ir CPTU) naudojamais klasikiniais zondais (elektriniu ar pjezozondu) tampa įprasta inžineriniuose geologiniuose tyrimuose naudoti tam tikrus papildomus modulius arba priedėlius, kurie kartu su zondu įgilinami į gruntą. Tokie papildomi moduliai būna tokio pat skersmens kaip ir pats zondas ir montuojami tarp zondo ir zondavimo štangų. Vienas populiariausių priedėlių yra seisminių bangų greičio matuoklis arba geofonas, kuris, panaudojant specialią papildomą įrangą, sukeliančią seismines bangas žemės paviršiuje, leidžia išmatuoti skersinių Vs ir išilginių Vp seisminių bangų sklidimo greičius. Šios seisminės bangos yra sužadinamos žemės paviršiuje ir pereina per visą tiriamą gruntų storymę (angl. seismic cone penetration test SCPT arba SCPTU). Šių bangų sklidimo greičių interpretacija suteikia papildomą informaciją apie gruntų savybes. 115

117 3.46 pav. Vertek (JAV) vaizdo zondas (A) (pagal Lankelma Ltd), zondas galintis matuoti ph, temperatūrą ir redukcinį potencialą (B) (pagal a. p. v. d. Berg), magnetometrinis zondas (C) (pagal Lankelma Ltd) ( Kitas dažnai naudojamas priedėlis tai presiometrinių bandymų modulis, leidžiantis tuo pačiu metu atlikti ir statinio zondavimo bandymą, ir norimuose gruntų sluoksniuose atlikti presiometrinius bandymus (apie kūginį presiometrą žr. skyrių.1.). Tai pat yra naudojami papildomi specialūs davikliai, sumontuoti zondo trinties movoje, leidžiantys išmatuoti horizontalius įtempimus, atsirandančius gruntuose atliekant zondavimo bandymą (angl. lateral stress cone). Be to, yra sukurtų tokių CPT/CPTU zondų priedėlių, kurie leidžia išmatuoti parametrus, reikalingus ir hidrogeologiniuose bei ekogeologiniuose tyrimuose. Standartiniame CPT zonde gali būti įtaisyti papildomi davikliai, kurie leidžia matuoti požemio temperatūrą, terminį laidumą (angl. thermal conductivity), savitąsias varžas (angl. electrical resistivity), grunto tankį ir drėgnį, naudojant radioizotopinius daviklius, nustatyti įvairius geocheminius parametrus (ph, redukcinį potencialą (angl. oxygen exchange capacity or redox potential) ORP, angliavandenilių koncentracijas (angl. Light Non Aqueous Phase Liquids (LNAPL) of hydrocarbons within soils) ir kt. Taip pat gali būti montuojami specialūs davikliai (pvz., magnetometrinis zondas angl. magnetometer cone) leidžiantys aptikti metalinius palaidotus ar užkastus objektus (pvz., nesprogusias aviacines bombas). Yra zondų, kuriuose įmontuotos vaizdo kameros, perteikiančios gruntų vaizdus (angl. Vertek video cone) (3.46 pav.). Seisminis modulis prie CPT/CPTU zondų. Tai statinio zondavimo bandymo modifikacija, leidžianti greta tradicinių bandymų metu gaunamų parametrų išmatuoti seisminių skersinių Vs ir išilginių Vp bangų sklidimo greičius. Šiuolaikinė seisminio zondo modifikacija buvo sukurta Britų Kolumbijos universitete (Campanella ir kt., 1986; Robertson ir kt., 1986). Seisminis modulis (geofonas arba akselerometras arba seismometras) yra montuojamas virš standartinio CPT/CPTU zondo (3.47 pav.) ir kartu su juo įspaudžiamas į gruntą. Tam tikrais intervalais zondavimas yra sustabdomas ir, sukeliant žemės paviršiuje seismines bangas, yra matuojami bangų sklidimo greičiai skersinių bangų (S) ir išilginių bangų (P) bangos (3.48 pav.). Tokiam zondavimo metodui, be standartinės CPT spaudimo ir duomenų užrašymo įrangos reikia papildomų prietaisų: seisminio modulio (geofono)(3.47 pav. A); specialios seisminių bangų perdavimo ir gaunamų duomenų užrašymo įrangosa (3.47 pav. B) seisminių bangų šaltinio: plieninių plokščių (3.49 pav.) ir plakto (3.50 pav.). 116

118 3.47 pav. CPTU zondo su seisminiu moduliu (SCPT) schema (A) ir SCPT (AB Geomill) komplektas (B) 3.48 pav. Seisminio statinio zondavimo SCPT/SCPTU atlikimo procedūra (pagal Campanella ir kt., 1986) 3.49 pav. A plokštė skersinėms (S) bangoms gauti (pagal Vertek), B plokštė išilginėms (P) bangoms gauti 117

119 Seisminis modulis jungiamas su CPT zondu ir štangomis (gali būti naudojamas ir atskirai be CPT zondo). Jis kabeliu (3.47, 3.50 pav.) sujungiamas su duomenų užrašymo įranga, kuri savo ruožtu prijungiama prie personalinio kompiuterio. Plaktu per plokštes suduodami smūgiai, kurie ir sukelia sklindančias per grunto sluoksnius seismines bangas. Bangų greičius registruoja seisminis modulis, esantis grunte tam tikrame gylyje. Plaktas turi įžeminimo gnybtus. Naudojamos dviejų tipų plokštės. Vienos jų ( L formos), skirtos sukelti skersines bangas (S). Tokia plokštė statoma lygiagrečiai, vienoje linijoje su įspaustomis į gruntą štangomis ir prie jų esančiu seisminiu moduliu, maždaug 1 3 m atstumu (3.49 pav. A). Plokštės pagrindas, besiliečiantis su žemės paviršiumi, yra dantytos formos (padeda sustiprinti sąlytį su gruntu). Smūgiai plaktu suduodami per plokštės šoninį paviršių. Kita, kvadratinė, plokštė (0 cm skersmens) skirta sukelti išilgines (P) bangas, tvirtai įspaudžiama į žemės paviršių, 1 3 atstumu nuo štangų. Smūgiai plaktu suduodami per viršų (3.51 pav.). 3.5 pav. pateikta seisminių bangų sukėlimo, atliekant SCPT bandymą, išdėstymo schema pav. pavaizduota seisminio statinio zondavimo bandymo (SCPT/SCPTU) pagrindinių prietaisų išdėstymas (pjūvis ir planas). Atlikus seisminio statinio zondavimo duomenų interpretaciją (3.54 pav.), yra gaunami skersinių (S) ir išilginių (P) bangų greičiai: atitinkamai Vs ir Vp. Remiantis tamprumo teorija, galima skaičiuoti mažų įtempimų šlyties modulį Go ir standumo modulį M: Go Vs, (3.53) M V p (3.54) arba M Vs 1. (3.55) Skersinių deformacijų modulis arba Puasono koeficientas randamas taip: V p Vs V p Vs (3.56) Jungo (tamprumo) modulis E : E 1 Go (3.57) čia = 0, 0,5 (priklausomai nuo grunto: jei drenuotos sąlygos smėliniai gruntai 0,, jei nedrenuotos sąlygos moliniai gruntai 0,5) 3.50 pav. Plaktas (pagal AB Geotech ) 118

120 3.51 pav. Plaktas su P bangų sukėlimo plokšte (A) ir su S bangų sukėlimo plokšte (B) (pagal UAB Geotestus, 010) 3.5 pav. Seisminių bangų sukėlimo išdėstymo schema (pagal AB Geotech ) 3.53 pav. Seisminio statinio zondavimo bandymo (SCPT/SCPTU) pagrindinių prietaisų išdėstymo schema (A pjūvis ir B planas) 119

121 3.54 pav. Skersinių bangų sklaidos vaizdas (A) ir skersinių bangų greičių grafikas, gautas atlikus duomenų apdorojimą (B) (pagal UAB Geotestus, 010) Kūginis presiometras (angl. full displacement pressuremeter (FDP) or cone pressuremeter (CPM))..1. skyriuje buvo aprašytas įstumiamo presiometro (PIP) veikimo principas. Spaudžiant presiometrą į gruntą, gruntas išstumiamas į šonus, o susidariusioje ertmėje atliekami presiometriniai bandymai. Apie 1980 m. buvo sukonstruoti pirmieji hibridiniai tokio presiometro ir penetrometro prietaisai, kurie leido zondavimo metu ne tik vykdyti statinio zondavimo bandymus matuoti kūginio stiprio, šoninės trinties ir porinio slėgio parametrus, bet ir tam tikrais intervalais atlikti presiometrinius bandymus (Jezequel ir kt., 198). Vėliau, tobulinant šią gruntų tyrimų įrangą, buvo pradėti konstruoti standartinei statinio zondavimo įrangai pritaikyto skersmens presiometriniai moduliai. Pirmasis kūginio presiometro įtaisas pirmą kartą buvo sukonstruotas Olandijos bendrovės Fugro užsakymu Didžiosios Britanijos bendrovėje Cambridge InSitu ir aprašytas (Withers ir kt., 1986) (3.55 pav.). Presiometrinis modulis buvo 43,7 mm skersmens ir daugiau kaip 1 m ilgio. Jis buvo montuojamas virš 15 cm kūgio pagrindo ploto CPT/CPTU zondo. Tokiu pačiu principu buvo sukonstruoti ir kiti kūginiai presiometrai: Britų Kolumbijos universitete (UBC) (Campanella ir Robertson, 1986), ISMES (Ghiona ir kt., 1995) ir Fugro (Zuidberg ir Post, 1995) pav. Kūginis presiometras (pagal Lankelma Ltd) ( 10

122 3.. Gruntų tyrimai dinaminiu zondavimu Specialistai, atliekantys inžinerinius geologinius tyrimus, gerai žino, kad gręžiant gręžinius labai sudėtinga, o dažniausiai visiškai neįmanoma, ypač žemiau gruntinio vandens lygio, paimti nesuardytos sandaros smėlinių gruntų bandinių. Taigi, gamtinio grunto tankio, kartu ir tankumo bei kitų mechaninių savybių nustatyti laboratorijose faktiškai neįmanoma. Dažniausiai ši svarbi grunto savybė pateikiama remiantis netiesioginiais parametrais arba tenka taikyti geofizinius lauko tyrimų metodus. Vienas nesudėtingų lauko tyrimo metodų, leidžiančių įvertinti smėlinių gruntų tankumą, yra dinaminio zondavimo metodas. Inžineriniuose geologiniuose tyrimuose dinaminis zondavimas (angl. dynamic probing DP) suprantamas kaip kūgio smeigimas į gruntą veikiant dinamine jėga. Dinaminio zondavimo atmainos (tipai): lengvas (angl. dynamic probing light DPL); vidutinis (angl. dynamic probing medium DPM); sunkus (angl. dynamic probing heavy DPH); supersunkus (angl. dynamic probing superheavy DPSH, DPSH A, DPSH B). Dinaminio zondavimo metu kūgį pakeitus gruntotraukiu, zonduojame kitu metodu vyksta standartinis penetracijos bandymas (angl. standard penetration test SPT). Tiek DP, tiek SPT darbo principai yra panašūs. Tačiau istoriškai taip susiklostė, kad šios metodikos tapo atskiros. Anksčiausi įrašai apie dinaminį zondą atsirado XVII a. Vokietijoje. Šio zondo pradininkas Nicholaus Goldmannas gruntui tirti naudojo kalamąjį zondą m. E. Künzelis Vokietijoje pristatė gruntų tyrimo in situ įrenginį Prüfstab (liet. bandymų strypas). Šis prietaisas 1964 m. buvo standartizuotas Vokietijos standartu DIN 4094 ir pavadintas lengvuoju zondu (Kleyn ir kt., 198). R e- miantis kitais literatūros šaltiniais, dinaminio zondavimo metodo pradininku laikomas A. J. Scala (Luo ir kt., 1998) m. Australijoje A. J. Scala, dirbdamas Viktorijos krašto kelių valdyboje, naudojo lengvo tipo savadarbį dinaminį zondą. Šį zondą sudarė 9 kg svorio plaktas, mėtomas iš 508 mm aukščio, antgalio kūgio kampas buvo 30 laipsnių (Scala, 1985). Dinaminiam zondavimui rekomenduojama bandymų procedūra buvo tobulinama ir pabaigta bei pristatyta 1989 m., ISSMFE parengtoje ataskaitoje, kartu su kitomis zondavimo metodikomis. Europoje buvo patvirtintas ir išleistas tarptautinis standartas ISO 476 :005 Geotechniniai tyrimai ir bandymai Lauko bandymai dalis: Dinaminis zondavimas (EN ISO 476. Geotechnical investigation and testing Field testing Part : Dynamic probing ). Šiame dokumente yra pateiktas zondavimo įrangos ir darbo su ja standartas, taip pat gautų duomenų analizės pavyzdžių ir galimos interpretacijos gairės. Buvusioje Sovietų Sąjungoje rankinis dinaminis zondas buvo panaudotas I. A. Fizdelio m., dirbtinai sutankinto smėlinio grunto tankumui nustatyti. Šio zondo kūgio skersmuo ir zondavimo štangų skersmuo buvo vienodi (60 mm). Zondas buvo įkalamas 9 kg plaktu, jo kritimo aukštis 1,0 m, nuosėdis matuojamas po dešimties smūgių tankiuose smėliuose ir po 5 6 smūgių puriuose smėliuose. XX a. šeštajame dešimtmetyje, atliekant inžinerinius geologinius tyrimus hidroelektrinių statybai prie Volgos ir Dono upių, V. A. Durante naudojo savos konstrukcijos dinaminį zondą, kuris buvo kalamas 60 kg plaktu m. Sovietų Sąjungoje buvo patvirtintas dinaminio zondavimo metodikos standartas Nurodymai gruntų zondavimui statyboms (СН Указания по зондированию грунтов для строительства). Šiame standarte dinaminio zondavimo rodikliu buvo pasirinktas sąlyginis dinaminis grunto pasipriešinimas (p d, kg/cm ) ( Bondarik, 1967; Бондарик и др., 1967; Трофименков и др., 1981; Дудлер, 1979; Рубинштейн и др., 1984). Šiuo metu Rusijoje naudojamas ГОСТ , skirtas statinio ir dinaminio zondavimo metodams (ГОСТ Грунты. Методы полевых испытаний статическим и динамическим зондированием). Dinaminis zondavimas tai mechaninis arba rankinis zondo su antgaliu įkalimas į gruntą plaktu. Šis metodas nusako gruntų pasipriešinimą kūgio smigimui. Ant štangos prisukamas kūgio pavidalo antgalis. Zondas įkalamas į gruntą plakto, kurio svoris ir kritimo aukštis yra pastovūs ir atitinką įrangos tipą, smūgiais. Zondo vertikalumas palaikomas specialiu įtaisu. Tyrimo gylis gali siekti iki 30 m, o zonduojant gręžinyje iki 45 m. Kiekvieną kartą pridedant papildomą štangą, bū- 11

123 tina pagal laikrodžio rodyklę pasukti visą štangų koloną. Tai leidžia pašalinti papildomą trintį tarp grunto ir štangų pav. pateikti italų Pagani ir švedų Geotech firmos statinio ir dinaminio zondavimo agregatai. Kaip buvo minėta, šiuo metu yra du dinaminio zondavimo bandymo standartai. 1. EN ISO 476 :005. Jis priimtas Europos Sąjungos valstybėse.. ГОСТ Taikomas Rusijoje ir kitose NVS šalyse. Šių dviejų dinaminio zondavimo bandymų metodikos skiriasi zondų konstrukcija, duomenų užrašymu ir rezultatų interpretacija. Dinaminio zondavimo įrangos tipai pagal EN ISO 476 :005 pateikti 3.15 lentelėje ir 3.57, 3.58 bei 3.59 pav pav. Pagani firmos statinio ir dinaminio zondavimo agregatai TG (DPSH) (A) (UAB Vilniaus rentinys ), TG 30 0 (DPM) (B), Švedijos AB Geotech firmos agregatas (C) (pagal AB Geotech ) 3.15 lentelė. Dinaminio zondavimo įrangos tipai pagal EN ISO 476 :005 Pagrindinės sudedamosios dalys vienetas (lengva) dutinė) (sunki) DPSH A DPSH B Matavimo DPL DPM (vi- DPH DPSH (supersunki) Žymuo Plakto masė m kg 100,1 300,3 500,5 63,50,5 63,50,5 Kritimo aukštis h mm Priekalo masė m kg Kūgio kampas laipsnis Kūgio pagrindo skersmuo A mm 35,70,3 43,70,3 43,70,3 43,70,3 50,50,5 Kūgio ilgis mm 17,90,1 1,90,1 1,90,1,50,1 5,30,4 Štangų masė m kg Štangų skersmuo d r mm

124 3.57 pav. Dinaminio zondo kūgių konstrukcija pagal EN ISO 476 :005: A nenuimamas antgalis, B paliekamas grunte antgalis; 1 štangos dalis, injekcinė anga skiediniui, kuris sumažina štangų trintį (neprivaloma), 3, 7 jungiamoji mova, 4 kūgis, 5 antgalis, 6 gaubtas, L gaubto ilgis, D pagrindo skersmuo, d r štangų skersmuo 3.58 pav. Lengvo dinaminio zondo (DPL) konstrukcija: A štangos su priekalu, B plaktas, C atlikimo procedūra (pagal AB Pagani, Italija) 13

125 3.59 pav. DPH ir DPSH B tipo zondų konstrukcinės schemos Dinaminio zondavimo atlikimo metodika. Pasirinktame taške vertikaliai pastatoma pirma štanga su antgaliu ir plaktu smūgiuojama per priekalą, kuris perduoda smūgio jėgą į štangas. Zondavimo metu yra registruojamas smūgių skaičius (N x ), reikalingas zondui įgilinti į tam tikrą gylį. Įgilinimo intervalai gali būti: 10, 0 ar 30 cm (N 10, N 0 ar N 30 ). Zondui smingant, prisukamos naujos štangos. Pagal matavimų duomenis apskaičiuojamas sąlyginis pasipriešinimas zondo skverbimuisi į gruntą (dinaminis kūginis stipris). Šis pasipriešinimas faktiškai susideda iš pasipriešinimo skverbimuisi ir trinties jėgų tarp šoninio zondo paviršiaus ir grunto. Dinaminis kūginis stipris q d skaičiuojamas pagal formulę: q d M M M ' Mhg Ae, (3.58) čia e zondo įsmigis nuo 1 smūgio; g laisvo kritimo pagreitis, mm/s ; A kūgio pagrindo plotas, mm ; M priekalo, zondavimo vamzdžių ir antgalio masė (18 + n 6,18 + 1,1), kg; M plakto masė, kg; h kritimo aukštis; n štangų kiekis (6,18 štangos masė, kg). Atlikus bandymą bei paskaičiavus q d rodiklį, paprastai sudaromi du grafikai: smūgių skaičiaus, reikalingo įgilinti kūgį į 0 cm gylį priklausomybės nuo gylio N 0 = f(h) ir dinaminio kūginio stiprio priklausomybės nuo gylio q d = f(h) (3.60 pav.). Buvusios Sovietų Sąjungos, o dabar Rusijos ir kitų (Baltarusijos, Ukrainos) šalių, dinaminio zondavimo įranga skiriasi nuo Europos. Ši įranga yra standartizuota ГОСТ standartu. Dinaminiai zondai yra suskirstyti į tris grupes: lengvas, vidutinis ir sunkus. Dinaminio zondavimo įrangos tipai pagal ГОСТ pateikti 3.16 lentelėje. Įrangos tipas parenkamas pagal santykinio dinaminio pasipriešinimo p d gruntui dydį. Jei p d yra < 0,7 MPa, tai naudojama lengva įranga, jei 0,7 < p d < 17,5 vidutinė įranga, o jei p d >17,5 sunki. Išankstinis p d rodiklio įvertinimas atliekamas pagal gręžimo ar archyvinius duomenis. Dinaminio zondavimo antgalio konstrukcija pagal ГОСТ pateikta 3.61 pav. 14

126 3.60 pav. Smūgių skaičiaus, reikalingo įgilinti kūgį į 0 cm gylį, priklausomybės nuo gylio grafikas (A) ir dinaminio kūginio stiprio priklausomybės nuo gylio grafikas (B) 3.16 lentelė. Dinaminio zondavimo įrangos tipai pagal ГОСТ Pagrindinės sudedamosios dalys Įrangos tipas lengva vidutinė sunki Plakto masė, kg Plakto kritimo aukštis, cm Smūgių dažnis, smūgiai per min Kūgio kampas, laipsniais Kūgio pagrindo skersmuo, mm 740,3 740,3 740,3 Santykinė zondavimo energija A, N/cm Štangų skersmuo, mm pav. Dinaminio zondavimo antgalio konstrukcija pagal ГОСТ

127 Taikant šią dinaminio zondavimo metodiką yra skaičiuojamas zondo įsmigimo gylis h nuo atitinkamo smūgių skaičiaus n (serijos). Smūgių skaičius n serijoje priimamas priklausomai nuo grunto: nuo 1 iki 0 smūgių, numatant, kad zondo įsigilinimas serijoje bus cm (tikslumas 0,5 cm). Paprasčiau, dinaminis pasipriešinimas penetracijai N išreiškiamas kaip santykinis dydis, kai standartinių smūgių skaičius priimamas 10 cm zondo įsmigimui: n N 10, (3.59) h čia n smūgių skaičius serijoje; h zondo nuosėdis nuo vienos serijos smūgių. Jei h = 10 cm, tai N = n. Dėl vis didėjančio įrangos svorio (kas vieną zondavimo metrą prisideda po vieną štangą), trinties į zondo šoninį paviršių, geostatinio slėgio įtakos šis rodiklis gali būti netikslus, todėl skaičiuojant santykinį dinaminį pasipriešinimo rodiklį p d, įvedamos tam tikros pataisos. Tada jis lygus: p d K A F n, (3.60) h čia K smūgio energijos nuostolio, atsirandančio dėl plakto atsitrenkimo į priekalą ir štangų tamprių deformacijų, koeficientas. Jo dydis priklauso nuo naudojamos įrangos ir nustatomas iš lentelės (3.17 lentelė); A santykinė zondavimo energija (krentančio plakto santykinė kinetinė energija) priklausantis nuo įrangos tipo (N/cm) ir nustatomas iš lentelės (3.16 lentelė); F energijos nuostolio dėl štangų trinties į gruntą, koeficientas. Jis gali būti nustatomas eksperimentais arba naudojantis 3.18 lentele; n smūgių skaičius serijoje; h zondo įsmigimo gylis nuo vienos serijos smūgių, cm. Energijos nuostolio dėl štangų trinties į gruntą, koeficientas F eksperimentais nustatomas taip: atliekant zondavimo bandymą ir pridedant su kiekvienu gylio metru po vieną štangą, visą štangų koloną būtina sukti pagal laikrodžio rodyklę aplink savo ašį. Sukimo metu, dėl štangų trinties į gruntą, atsiranda pasipriešinimas, kuris matuojamas specialiu įrankiu. Jei išmatuotas sukimo momentas < 5 kn cm, tai F = 1, jei F nuo 5 iki 15 kn cm, tai atliekami du gretutiniai zondavimo bandymai. Vienas iš jų įprastiniu būdu, o kitas pašalinant štangų trintį į gruntą (pragręžiant zonduojamą gruntą intervalais) lentelė. Smūgio energijos nuostolio koeficiento K vertės Zondavimo gylio intervalas, m 0,5 1,5 1,5 4,0 4,0 8,0 8,0 1,0 1,0 16,0 16,0 0,0 Koeficiento K vertės, esant tam tikram įrangos tipui lengva vidutinė sunki 0,49 0,6 0,7 0,43 0,56 0,64 0,37 0,48 0,57 0,3 0,4 0,51 0,8 0,37 0,46 0,5 0,34 0, lentelė. Energijos nuostolio dėl štangų trinties į gruntą koeficiento F vertės Zondavimo gylio intervalas, m 0,5 1,5 1,5 4,0 4,0 8,0 8,0 1,0 1,0 16,0 16,0 0,0 Koeficiento F vertės, esant tam tikram gruntui Smėliniai gruntai Moliniai gruntai 1,00 1,00 0,9 0,83 0,84 0,75 0,76 0,67 0,68 0,59 0,60 0,50 16

128 Dinaminio zondavimo duomenų patikimumas, energijos ir gruntų pasipriešinimo įvertinimas. Dinaminio zondavimo metu skaičiuojamas smūgių skaičius n, reikalingas zondui įsmigti nustatytą gylio intervalą h. Smūgių skaičiaus dydis priklauso nuo dviejų dedamųjų: įrangos savybių ir zonduojamo grunto savybių. Tiek įrangos, tiek grunto savybės zondavimo metu siejasi tarpusavyje ir bendrai daro įtaką smūgių skaičiaus vertėms (Бондарик и др., 1967; Трофименков и др., 1981; Рубинштейн и др. 1984; Stefanoff ir kt., 1988; Sy, 1993; Robertson, 006; Dundulis ir kt., 008; Daniel, 008; Žaržojus ir kt., 010). Atliekant dinaminį zondavimą, o paskui analizuojant gautus duomenis, būtina atsižvelgti į štangų sujungimo kokybę ir jų deformacijas, plakto kritimo aukštį, zondavimo greitį, zondavimo metu daromas pertraukas, štangų trintį į gruntą, tiriamo gruntų masyvo įtempimų dydį ir sklaidą, pertankinimo slėgį, gruntų sudėtį, amžių, cementacijos laipsnį ir pobūdį, drenavimo sąlygas, fizines mechanines savybes. Vieni veiksniai mažina smūgių skaičių, kiti smarkiai jį didina. Bet koks energijos nuostolis padidina smūgių skaičiaus vertes, o grunto granuliometrinė sudėtis, dalelių geometrija ar apvandeninimas gali įvairiai paveikti smūgių skaičiaus vertes. Smūgių skaičiaus verčių iškraipymui mažinti siūloma imtis papildomų techninių priemonių, mažinančių (ar visiškai panaikinančių) grunto ir zondavimo štangų tarpusavio trintį, išlaikančių zondo vertikalumą, užtikrinančių vienodą plakto kritimo aukštį ir kt. (Stefanoff kt., 1988). Visos šios priemonės gali mažinti energijos nuostolius, o zonduojamo sluoksnio apvandeninimo ar grūdelių formos ir rūšiuotumo pakeisti negalima, todėl zondavimo duomenis reikia analizuoti labai atsargiai. Smūgių skaičius tame pačiame grunte gali nemažai skirtis tai priklauso nuo zondavimo metu naudojamos įrangos tipo. Šiam skirtumui panaikinti yra pasiūlyta N vertes perskaičiuoti į dinaminio kūginio stiprio q d, (ISO) arba į sąlyginio gruntų dinaminio pasipriešinimo p d (ГОСТ) vertes. Šiems skaičiavimams yra naudojamos kalimo arba dinaminės formulės, kurios yra parašytos vadovaujantis Niutono ir Huko dėsniais, jas papildant empiriniais ar teoriniais energijos nuostolio koeficientais. Šios kalimo formulės buvo taikomos kaltinių polių laikomajai gebai nustatyti. Dinaminio zondavimo rodiklių sąsajos su gruntų fizinėmis ir mechaninėmis savybėmis. Reikėtų pažymėti, kad dinaminio zondavimo bandymų rezultatai tik apytikriai apibūdina gruntų fizines mechanines savybes ir gali būti naudojami įvairiuose skaičiavimuose tik su didelėmis išlygomis. Dinaminio zondavimo duomenų naudojimas gruntų fizinėms ir mechaninėms savybėms įvertinti yra komplikuotas dėl kelių priežasčių: esant skirtingiems zondų tipams, reikalingos skirtingos koreliacinės priklausomybės; veikiant zondo trinčiai į gruntus iškraipomi rezultatai, kurie mažina esamų lygčių patikimumą; vertinant gruntų savybes virš gruntinio vandens ir po juo (ypač purių rupių gruntų) reikia skirtingų koreliacinių lygčių. Šį metodą reikia taikyti tik kartu su kitomis inžinerinių geologinių tyrinėjimų rūšimis ir kartu kitais lauko metodais. Tačiau, apskritai, vien tik dinaminio zondavimo metodu galima: išskirti inžinerinius geologinius sluoksnius (IGS) (sluoksnio storis, ribos); įvertinti gruntų nevienalytiškumą pagal plotą ir gylį; nustatyti uolienų ir stambių nuolaužinių gruntų slūgsojimo gylį; apytiksliai kiekybiškai įvertinti gruntų fizines mechanines savybes; nustatyti supiltų ir suplautų gruntų sutankinimo laipsnį. Bendrų, pasaulyje priimtų, koreliacinių priklausomybių tarp dinaminio zondavimo ir grunto savybių rodiklių nėra. Europos standarte (EN 1997 :007) yra pateikta kelios lygtys grunto tankumo rodikliui I D nustatyti. Išvedama tokia grunto tankumo rodiklio I D ir zondavimo metu gauto smūgių skaičiaus N priklausomybė: I D N b a log, (3.61) čia a ir b lygties konstantos, kurių vertės priklauso nuo: zondo tipo; zonduojamo rupaus grunto rūšiuotumo; granuliometrinės sudėties; gruntinio vandens lygio. 17

129 Europos standarte (EN 1997 :007) I D skaičiavimo lygtys pateiktos tik naudojant DPL ir DPH tipo zondus. Pagal šio rodiklio vertes rupius gruntus galima skaidyti į: purius (I D < 35 %); vidutinio tankumo (35 % < I D > 65 %); tankius (I D > 65 %). Naudojant dinaminio zondavimo bandymus, remiantis EN 1997 : 007 rekomendacijomis, galima skaičiuoti smėlinių gruntų tankumo rodiklį I D, atsižvelgiant į gruntų rūšiuotumo koeficientą C u (3 N 10 50): a) vienodos sanklodos (blogai rūšiuotas) smėlio (C u 3) virš požeminio vandens lygio: I D I D 0,15 0,60 log N (DPL), (3.6) 10 0,10 0,435 log N (DPH); (3.63) 10 b) vienodos sanklodos smėlio (blogai rūšiuotas) (C u 3) po požeminiu vandeniu: I D I D 0,1 0,30 log N (DPL), (3.64) 10 0,3 0,380 log N (DPH); (3.65) 10 c) nuoseklios sanklodos (gerai rūšiuotų) smėlio ir žvyro gruntų (C u 6) virš požeminio vandens: I D 0,14 0,550 log N (DPH). (3.66) 10 Gruntų mechaninių savybių įvertinimas pagal dinaminio zondavimo duomenis leidžia nustatyti deformacijos modulio E oed ir efektyvaus vidinės trinties kampo φ vertes. Efektyvusis vidinės trinties kampas φ iš DP duomenų tiesiogiai nenustatomas. EN 1997 :007 normose pateiktas ryšys tarp I D ir φ, kur I D nustatomas iš smūgių skaičiaus N (3.19 lentelė). Odometrinio deformacijų modulio E oed, priklausančio nuo vertikalaus įtempimo, nustatymas, dažniausiai rekomenduojamas plokščiųjų pamatų nuosėdžiams skaičiuoti, atliekamas pagal 3.34 formulę. Pagal gruntų tipą, standumo koeficiento w 1 vertes, atlikus DP bandymus, galima rasti taikant šias lygybes: blogai rūšiuotiems smėliams ( C u 3), esantiems virš požeminio vandens lygio w 1 = 14lgN 10L + 71 (DPL, kai 4 N 10L 50), w 1 = 49lgN 10H (DPH, kai 3 N 10H 10); mažai plastiškiems moliams, kurių 0,75 I C 1,30 ir esantiems virš požeminio vandens lygio (I C konsistencijos rodiklis) w 1 = 4N 10L + 30 ( DPL, kai 6 N 10L 19), w 1 = 6N 10H + 50 ( DPH, kai 3 N 10H 13). Molinių gruntų konsistencijos ribų nustatymas pagal DP tyrimo rezultatus Europos normose (EN 1997 :007) neaprašytas. Čia nesiūloma zonduoti šių gruntų dinaminiu zondu, todėl rezultatų sąsajos su kitomis gruntų fizinėmis savybėmis neaprašomos. Buvusios Sovietų Sąjungos mokslininkų paskelbtose publikacijose ir knygose, gruntų tankumas pagal dinaminio zondavimo duomenis vertinamas labai įvairiai. Vieni autoriai gruntų tankumą siūlo vertinti atsižvelgiant į smūgių skaičiaus n vertes, kiti į santykinį dinaminio pasipriešinimo rodiklio p d vertes (Бондарик и др., 1967; Сугакевуч, 1969; Солодухин, 1975, 1985; Трофименков и др., 1981; Грязнов, 1984) lentelė. Rupių gruntų efektyviojo vidinės trinties kampo priklausomybė nuo tankumo rodiklio I D ir vienodumo koeficiento C u Efektyvusis vidinės Grunto tipas Sankloda I D intervalas, % trinties kampas (purus) 30 Smulkus smėlis, smėlis, žvyrinis smėlis C u < 6 Blogai rūšiuotas (vidutinio tankumo) 3,5 > 65 (tankus) 35 Smėlis, žvyrinis smėlis, žvyras Gerai rūšiuotas 6 C u (purus) (vidutinio tankumo) 34 > 65 (tankus) 38 18

130 Buvusioje Sovietų Sąjungoje pagal dinaminio zondavimo duomenis (netiesioginį rodiklį p d ), buvo įvertinamos smulkių gruntų fizinės savybės: takumo rodiklis I L, plastiškumo rodiklis I P, gamtinis drėgnis W (Бондарик и др., 1967; БССР РСН 6 87). Sovietinėje literatūroje yra pateikti tiesioginiai deformacijos modulio E skaičiavimai pagal DP duomenis. Šioje srityje daug dirbo V. A. Durante, M. I. Chazanovas, G. K. Bondarikas, M. N. Troickaja, S. A. Šaškovas. Šie mokslininkai pateikė deformacijų modulio skaičiavimo tiesinių lygčių, kuriose yra naudojamos smūgių skaičiaus n ar dinaminio gruntų pasipriešinimo p d vertės (Бондарик и др., 1967; Бондарик и др., 007; Солодухин, 1975; Трофименков и др., 1981; Грязнов, 1984). Vidinės trinties kampas ir sankiba c buvusioje Sovietų Sąjungoje buvo nustatoma pagal DP duomenis. Šiems rodikliams įvertinti buvo sudarytos skaičiavimo lentelės. Jose c ar buvo nustatyti iš n arba p d verčių (Солодухин, 1975; Трофименков и др., 1981). Pagal dinaminį zondavimą, remiantis Baltarusijos standartu РСН 6 87 (rus. БССР РСН Динамическое зондирование грунтов в условиях БССР) galima nustatyti: sluoksnių nevienalytiškumą (pagal variacijos koeficientą ir vidutinį kvadratinį nuokrypį), smėlinių gruntų tankumą (3.0 lentelė), smėlinių gruntų poringumo koeficientą e (3.1 lentelė), moreninių molingų gruntų takumo rodiklį I L (3. lentelė), stiprumą (3.3 lentelė), smėlinių ir moreninių molinių gruntų sankibą c ir vidaus trinties kampą (3.4 ir 3.5 lentelės), gruntų deformacijų modulio E vertes (3.6 lentelė). Smėlinių gruntų tankį galima skaičiuoti pagal formulę: 0,017 N 1,57. (3.67) Nemoreninių molinių gruntų deformacijos modulis E apskaičiuojamas pagal formulę: E 6. (3.68) p d Smėlinių gruntų tankumas, deformacijos modulis E ir vidinės trinties kampas pagal Rusijos СП pateikti 3.7 ir 3.8 lentelėse. Smėlinių gruntų praskydimo galimybė esant dinaminėms apkrovoms pagal Rusijos СП pateikta 3.9 lentelėje. 3.0 lentelė. Smėlinių gruntų tankumo vertės pagal РСН 6 87 Smėlis, kai p d, MPa Smėlio sudėtis ir būvis Vidutinio tankumo Tankus Purus Žvyringas, stambus ir vidutinio stambumo smėlis > ,3 < 3,3 Smulkus smėlis > 11,5 11,5, <, Dulkingas smėlis, mažai drėgnas ir drėgnas > 8,5 8,5 1,5 < 1,5 3.1 lentelė. Smėlinių gruntų poringumo koeficiento e vertės pagal РСН 6 87 p d, MPa ,5 e 0,87 0,76 0,71 0,66 0,58 0,54 0,53 3. lentelė. Moreninių molinių gruntų takumo rodiklio I L vertės pagal РСН 6 87 p d, MPa , ,5 I L 0,54 0,3 0, 0,11 0 0,04 0,1 0,15 19

131 3.3 lentelė. Moreninių molinių gruntų stiprumas pagal РСН 6 87 Moreninių molinių gruntų stiprumas p d, MPa Labai stiprūs > 8,3 Stiprūs,0 8,3 Vidutinio stiprumo 1,,8 Silpni < 1, 3.4 lentelė. Smėlinių gruntų sankibos c ir vidaus trinties kampo vertės pagal РСН 6 87 Smėlinio grunto tipas Rupus Vidutinio rupumo Smulkus Dulkingas Stiprumo Smėlinių gruntų mechaninių savybių reikšmės kai p d, MPa savybės 17, ,5 c, MPa 0,001 0,0011 0,0007, laips c, MPa 0,00 0,001 0,0017 0,0011, laips c, MPa 0,0045 0,0041 0,0035 0,001 0,0010, laips c, MPa 0,0065 0,0061 0,0055 0,0041 0,0030 0,000, laips lentelė. Moreninių molinių gruntų sankibos c ir vidinės trinties kampo vertės pagal РСН 6 87 Stiprumo savybės Stiprumo savybių reikšmės esant tam tikram p d, MPa 1, c, MPa 0,019 0,0 0,07 0,031 0,035 0,040 0,048 0,057, laips Pastabos: esant tarpinėms reikšmėms, reikia interpoliuoti; jei p d yra >17,5 MPa, tai c ir surandame pagal p d = 17,5 MPa. 3.6 lentelė. Gruntų deformacijos modulio E vertės pagal РСН 6 87 Genetinis grunto tipas ir rūšis Deformacijos modulio E, MPa, reikšmė kai p d, MPa 1, Moreniniai molingi gruntai Aliuviniai smėliai Fliuvoglacialiniai smėliai lentelė. Smėlinių gruntų tankumas pagal СП Smėliai Rupūs ir vidutinio rupumo smėliai, kad ir koks būtų drėgnis Smulkūs: mažai drėgni ir drėgni vandeningi Dulkingi, mažai drėgni ir drėgni Tankumas, kai p d, МPа Tankūs Vidutinio tankumo Purūs > 9,8,7 9,8 <,7 > 8,6 > 6,6,3 8,6 1,6 6,6 <,3 < 1,6 > 6,6 1,6 6,6 < 1,6 130

132 3.8 lentelė. Deformacijų modulio E ir vidinės trinties kampo reikšmės pagal СП Smėliniai gruntai Grunto parametrai Normatyvinės Е, МPа ir φ, laips., kai p d, МPа Visi genetiniai tipai, išskyrus, aliuvinius ir fliuvoglacialinius: stambūs ir vidutinio stambumo Е, МPа smėliai, kad ir koks būtų drėgnis, laipsn Smulkūs smėliai, kad ir koks būtų Е, МPа drėgnis, laipsn Dulkingi (nevandeningi) Е, МPа 10 l , laipsn Aliuviniai ir fliuvoglacialiniai smėliai Е, МPа lentelė. Praskydimo galimybė pagal СП p d, МPа Vidutinis Minimalus < 1,5 < 0,5 1,5,7 0,5 1,1,7 3,8 1,1 1,6 > 3,8 > 1,6 Praskydimo galimybė Galimybė didelė praskysti (purios sandaros smėliai, nėra sankibos tarp dalelių) Praskydimas įmanomas (purūs ir vidutinio tankumo smėliai, su maža sankiba) Nedidelė praskydimo galimybė (vidutinio tankumo smėliai sankaba gana didelė) Smėlių praskydimas neįmanomas (tankūs ir vidutinio tankumo smėliai sankiba labai gera) Pastaba. Praskydimas vertinamas pagal vidutines vertes. Minimalios vertės padidina prognozės patikimumą. Vis dėlto pagrindinę vietą inžineriniuose geologiniuose lauko tyrimuose užima bandymai statiniu zondavimu. Dėl to, mokslininkai daugiausia dėmesio skiria būtent šiam metodui. Statinio zondavimo metodui yra sudarytas didžiausias kiekis koreliacinių priklausomybių tarp CPT rodiklių ir grunto fizinių bei mechaninių savybių, statinių pamatų projektavimo metodikos daugiausia pagrįstos CPT rodiklių vertėmis, didelis kiekis grunto praskydimo potencialo vertinimo metodikų sukurta pagal CPT bandymų duomenis ir kt. Atliekant inžinerinius geologinius lauko tyrimus dinaminiu zondavimu ( DP) ar standartiniu penetracijos bandymu (SPT), gautų rodiklių naudojimas projektuojant pamatus ar skaičiuojant praskydimą yra ribotas. Todėl stengiamasi juos susieti su CPT duomenimis ir tolesniuose skaičiavimuose naudotis statiniam zondavimo metodui skirtais skaičiavimais. Dinaminis zondavimas dažniau atliekamas inžineriniuose gruntų tyrimuose, kai reikia išskirti didesniuose gyliuose esančius grunto sluoksnius, tarp kurių yra tvirtų gruntų. Dėl skaičiavimo metodikų trūkumo gauti duomenys sunkiai panaudojami tolesniuose geotechninio projektavimo darbuose. Todėl dažnai stengiamasi DP duomenis susieti su CPT metu gautais rodikliais. Šios sąsajos gali būti tiesioginės ar netiesioginės, per tam tikrus grunto savybių rodiklius. Dažniausiai naudojama netiesioginė sąsaja yra per tarpinį santykinį tankumo rodiklį (I D ): DP I D CPT. Toks duomenų susiejimas duoda dideles paklaidas ir iškraipo galutinius rezultatus. Juolab kad nėra DPSH tipo zondui patikimų I D nustatymo lygčių. Visi šie veiksniai skatina rasti kuo tikslesnes koreliacines priklausomybes tarp tiesioginių DP ir CPT rodiklių. 010 m. Vilniaus universiteto, Gamtos mokslų fakulteto doktorantas Gintaras Žaržojus apgynė daktaro disertaciją tema Dinaminio zondavimo rezultatų ir juos įtakojančių veiksnių analizė bei sąsajos su statinio zondavimo duomenimis Lietuvos gruntuose. Šiame darbe surinkta ir apdorota dinaminio zondavimo metodu gauta informacija apie Lietuvos teritorijos gruntus. Pateiktos regresinės lygtys, 131

133 siejančios dinaminio ir statinio zondavimo metu gaunamus rodiklius, leidžia plačiau taikyti šį metodą ir pateikti reikiamus gruntų rodiklius pamatų projektavimo specialistams. Lietuvos gruntų dinaminio ir statinio zondavimo rodiklių tarpusavio sąsajos (pagal Žaržojų, 010). Lygtys, aprašančios dinaminio zondavimo (DP) ir statinio zondavimo (CPT) rodiklių sąsajas. Statinio zondavimo rodiklio kūginio stiprio q c ir dinaminio zondavimo rodiklio smūgių skaičiaus N x, ryšys yra aprašomas jų santykiu x : qc x. (3.69) N x Šioje formulėje (3. 69) prie rodiklių esantis indeksas x skaičiuojant keičiamas nagrinėjamo dinaminio zondo tipo pavadinimu (pvz., DPL, DPSH ir kt.). Santykis x priklauso nuo zondavimo gylio h ir rupiuose gruntuose (DPL atveju ir smulkiuose) kinta daugiausia polinominės kubinės (3.77), kvadratinės (3.78) ar tiesinės (3.79 ) lygties ribose. Ypač sunkaus dinaminio zondo (DPSH) rodiklio N x ir statinio zondavimo rodiklio q c ryšys smulkiame glacigeniniame grunte aprašomas santykiu x (3.76), kuris priklauso nuo gylio h ir kinta laipsninės (3.80), eksponentinės (3.81) bei logaritminės (3.8) lygties ribose: 3 1 h C h C3 h C4 C, (3.70) x h C3 h C4 C, (3.71) x C h, (3.7) x x 3 C 4 n a h, (3.73) x bh a e, (3.74) h d ln c, (3.75) x čia C 1, C, C 3 ir C 4 trinarės (3.70), kvadratinės (3.71) ir tiesinės (3.7) lygčių konstantos; a ir b lygčių (3.73) ir (3.74) konstantos; n lygčių (3.73) ir (3.74) eksponentės; d ir c logaritminės lygties (3.75) konstanta; h gylis, kuriame ieškoma santykio x vertė. Visų lygčių konstantos ir eksponentės pateiktos lentelėse (3.30, 3.31 ir 3.3). Gruntas 3.30 lentelė. Lygčių (3.70), (3.71) ir (3.7) konstantų vertės, kai DPSH A zondu zonduoti rupūs gruntai Polinominių lygčių konstantos C 1 C C 3 C 4 Koreliacijos koeficientas R sisa 0,0005 0,0184 1,0934 0,99 FSa, MSa CSa; grsa Rupus ir smulkus gruntas 0,0015 0, ,935 0,93 0,0014 0,033 0,0 0,08 0,8 1,18 0,91 0,015 0,663 0,81 Pastabos Tinka tik rupaus grunto sluoksniams, kurių nedengia smulkus (rišlus) gruntas Tinka tik rupaus grunto sluoksniams, kurių nedengia smulkus (rišlus) gruntas Galioja iki 1,0 m gylio Galioja nuo 1,0 m gylio Galioja, kai rupaus grunto sluoksnius dengia rišlus gruntas 13

134 3.31 lentelė. Lygčių (3.70) ir (3.71) konstantų dydžiai skirtingiems gruntams, kai zonduota DPL zondu Gruntas grsa; CSa; MSa; FSa Morena sasicl Morena saclsi saclsi sasi Si ir clsi, sasicl ir sicl Polinominių lygčių konstantos C 1 C C 3 C 4 Koreliacijos koeficientas R 0,006 0,0333 0,118 0,05 0,97 0,004 0,0439 0,1319 0,03 0,99 0,004 0,0306 0,101 0,0333 0,96 0,004 0,0063 0,1443 0,74 Pastabos Galioja iki 5,0 m gylio. Giliau laikoma, kad DPL = 0,05 Galioja iki 6,0 m gylio. Giliau laikoma, kad DPL = 0,5614 h 1,66 Galioja iki 4,0 m gylio. Giliau laikoma, kad DPL = 0,15 h 0,4 DPL = 0,060,03(0,04) Pastaba. Lentelės duomenys galioja, jei dinaminio zondavimo metu smūgių skaičius buvo skaičiuojamas kas 0 cm (N 0 ). Jei zondavimo metu buvo skaičiuojama N 10, tada gautas DPL vertes reikia dauginti iš. 3.3 lentelė. Lygčių (3.73), (3.74) ir (3.75) konstantų ir eksponenčių vertės, kai DPSH A zondu zonduoti smulkūs gruntai Gruntas Morena sasicl Morena saclsi Molis Cl Įvairaus rupumo dulkis Si sasicl Lygčių konstantų ir eksponentės vertės a b c d n R Pastabos 0,338 0,045 0,9 q c 1,5 MPa 0,77 0,63 0,93 1,5 < q c, MPa,0 0,416 0,6 0,91,0 < q c, MPa 4,0 0,7 0,6 0,94 q c > 4,0 MPa 0,4 0,55 0,80 q c 3,0 MPa 1,0 0,8 0,80 3,0 < q c, MPa 8,0,3 0,8 0,84 q c > 8,0 MPa q c < 3,0 MPa 0,7 0,60 iki 11,0 m gylio 3,6 nuo 11,0 m gylio 0,5 1380,0 0,36 811,0 0, 3,3 0,77 3,0 q c, MPa 5,0 iki 11,0 m gylio nuo 11,0 m gylio 0,45 00,0 0,,7 0,9 q c > 5,0 MPa iki 11,0 m gylio nuo 11,0 m gylio,0 0,9 q c 10,0 MPa 3,0 0,9 0,8 10,0 < q c, MPa 0,0 4,0 0,9 q c > 0,0 MPa 0,34 0,09 q c < 3,0 MPa 0,65 0,18 0,85 3,0 q c, MPa < 5,0 0,97 0,7 q c 5,0 MPa Pastaba. 3.30, 3.31 ir 3.3 lentelėse gruntų pavadinimai pagal LST EN ISO :004. Geotechniniai tyrinėjimai ir bandymai Grunto atpažintis ir klasifikavimas. dalis: Klasifikavimo principai. 133

135 DPSH A ir CPT rodiklių sąsajos smulkiuose (rišliuose, moliniuose) gruntuose, lygčių (3.73), (3.74) ir (3.75) konstantų (a, b, c, d) ir eksponentės n dydžiai priklauso nuo zonduoto rišlaus grunto granuliometrinės sudėties ir stiprumo (nuo q c dydžio). Turimas santykio x vertes galima naudoti kūginio stiprio q c apibendrintam įvertinimui: q c N. (3.76) x x Lygtis (3.76) galioja tuo atveju, kai smūgių skaičius N x yra skaičiuotas 0 cm zondavimo gylio (N 0DPL ir N 0DPSH A ). Tarptautiniame dinaminio zondavimo standarte siūloma DPL zondavimo metu smūgių skaičių skaičiuoti kas 10 cm (EN ISO 476 :005). Norint formulę (3.76) pritaikyti prie N 10DPL, reikia daryti pataisą: qc DPL N10DPL. (3.77) Atliekant dinaminio zondavimo duomenų analizę, būtina preliminariai žinoti zonduotų gruntų fizikines ir mechanines savybes. Tokia informacija leidžia tiksliau parinkti santykio skaičiavimo formulių konstantas Gruntų tyrimai standartiniu penetracijos bandymu (arba dinaminis zondavimas su gruntotraukiu) Standartinis penetracijos (zondavimo) bandymas (angl. standard penetration test SPT) yra seniausias ir bene dažniausiai pasaulyje, ypač JAV, Japonijoje ir Lotynų Amerikoje, taikomas gruntų lauko tyrimo metodas. Šis metodas yra panašus į dinaminio zondavimo metodą, tik vietoje kūginio antgalio pritvirtinamas specialios konstrukcijos gruntotraukis. Šiuo metodu galima tirti faktiškai bet kokios sudėties ir stiprumo gruntus, bet pirmiausia jį rekomenduojama naudoti smėliniams gruntams. Šio metodo pranašumas tai, kad galima ne tik įvertinti tam tikras gruntų geotechnines savybes, bet ir bandymo metu paimti grunto bandinių. Bandymo procedūra ir metodika. Bandymas atliekamas gilinant gruntotraukį (angl. split spoon išardomas, atsidarantis) į gruntą nuo gręžinio kirtavietės dugno. Gilinama smūgiuojant per priekalą štangomis sujungtą su gruntotraukiu. Smūgiuojama 63,5 kg svorio plaktu, metamu iš 760 mm aukščio. Bandymas susideda iš trijų etapų. Pirmame etape gruntotraukis įgilinamas iki 150 mm gylio, tuo metu smūgiai neskaičiuojami. Antro ir trečio etapo metu nustatomas smūgių skaičius 300 mm intervalui. Smūgių, reikalingų įgilinti gruntotraukį į 300 mm gylį, skaičius vadinamas pasipriešinimu penetracijai ir žymimas N SPT arba N 30 (3.6 pav.). Bandymas atliekamas intervalais kas 3 m. Paprastai gruntotraukio kalimas yra nutraukiamas, kai viršijama 100 smūgių 30 cm intervalui. Kai pasitaiko nestabilių, vandeningų gruntų, gręžinio sienelėms sutvirtini gali būti panaudoti apsauginiai vamzdžiai ar molio skiedinys. Gręžinių skersmuo gali svyruoti nuo 63,5 iki 150 mm. Gruntotraukio konstrukcija pateikta 3.63 pav., o jų antgaliai ir pats gruntotraukis 3.64 pav. Metodo raidos istorinė apžvalga. Terminas Standard penetration test pirmą kartą buvo pavartotas K. Terzaghi 1947 m. 7-ojoje Gruntų mechanikos ir pamatų inžinerijos konferencijoje, vykusioje Ostine, Teksaso universitete, JAV. Iki pat XX a. pradžios Jungtinėse Valstijose grunto tyrimai buvo atliekami gręžiant gręžinius naudojant praplovimo skystį. Gruntas buvo aprašomas tik pagal tą grunto medžiagą, kuri buvo išplaunama su vandeniu į paviršių. 190 m. Bostone įmonės Gow Construction Co. savininkas pulkininkas Charles R. Gowas (3.65 pav. A) pradeda daryti žvalgybinius gręžinius naudodamas,54 cm (1 colio) skersmens, cm ilgio (1 18 colių) atviro (atsidarančio) tipo (angl. open drive) kalamąjį gruntotraukį, kuris į gruntą sukalamas 50 kg (110 svarų) masės plaktu (Fletcher, 1965; Moh r, 1966; Broms ir Flodin, 1988). Gruntotraukiui pagaminti buvo pritaikytas gręžimo vamzdis, o prie jo galo pritaisytas u ž- aštrintas kūginis antgalis (Rogers, 006A). Maždaug XX a. trečiame dešimtmetyje JAV pasirodė ir 134

136 3.6 pav. Standartinio penetracijos bandymo (SPT) procedūra 3.63 pav. Išilginis gruntotraukio vaizdas 3.64 pav. Gruntotraukio antgaliai (A) ir atsidarančio tipo (angl. open drive) gruntotraukiai (B) 135

137 3.65 pav. Pulkininkas Charles R. Gow ( ) (A) ir jo gruntų tyrimų grupės (B, C) (pagal Rogers, 006B) daugiau panašaus tipo (atsidarančių) gruntotraukių, kuriuos pradėjo gaminti ir pardavinėti bendrovė Sprague and Henwood. Ji gamino įvairių dydžių gruntotraukius (išorinis skersmuo: 5,1 cm, 6,35 cm, 7,6 cm, 8,9 cm). Visų jų vidinis skersmuo buvo 1,7 cm mažesnis (Rogers, 006A). 19 m. pulkininkas Gow pardavė savo bendrovę polių statybos įmonei Raymond Concrete Pile Company (RCPC), kurios būstinė buvo Niujorke. Tačiau kaip šios bendrovės padalinys Gow bendrovė tęsė gruntų tyrimo darbus. Tyrimus atlikdavo specializuota trijų žmonių komanda (3.65 pav. B, C). 197 m. Gow bendrovės inžinierių H. A. Mohro, G. F. A. Fletcherio ir L. Harto pastangomis buvo sukonstruotas 5 cm ( colių) skersmens gruntotraukis, kuris buvo įgilinamas į gruntą 63,5 kg (140 svarų) plaktu, mėtomu iš 76, cm (30 colių) aukščio skaičiuojant smūgių skaičių 30,5 cm i n- tervalui (1 colių) (Fletcher, 1965; Morh, 1966; Rogers, 006A). Vėliau, apie 1940 m., gruntotraukis buvo patobulintas bendrovės RCPC (pailgintas iki 55,9 cm ( colių)) ir dabar yra gerai žinomas kaip Raymond sampler Raymondo gruntotraukis (Hvorslev, 1949). XX a. antrame trečiame dešimtmetyje JAV gruntų tyrimams buvo naudojama daugybė įvairių dydžių ir konstrukcijų gruntotraukių ir skirtingo svorio plaktų. Šis modernus metodas leido tiksliau išskirti ir aprašyti gruntus, tačiau skirtingi naudojamos įrangos parametrai neleido apibendrinti ir panaudoti sukauptos patirties gruntų savybėms ir koreliacijai su skaičiuojamu smūgiu skaičiumi (pasipriešinimu penetracijai) vertinti. K. Terzaghi ir Harvardo universiteto prof. A. Cazagrande įdėjo daug pastangų, kad būtų nustatyta standartizuota bandymų procedūra ir standartizuota bandymų įranga m. įsteigtas Bandymų ir gruntų paėmimo komiteto prie ASCE (angl. American Society of Civil Engineering) gruntų mechanikos ir pamatų padalinys (angl. the ASCE Committee on (soil) Sampling and Testing of the Soil Mechanics and Foundations division), vadovaujamas J. Hvorslevo apie 1940 m. publikavo standartizuotą šio metodo aprašymą. 0 metų Gow bendrovės padalinio darbuotojo H. Mohro renkama šio bandymo metu Bostono apylinkėse tiriamų gruntų duomenų bazė ir RCPC bendrovės pastangos standartizuoti savo įmonėje naudojamus gruntotraukius visoje šalyje, leido K. Terzaghi 1947 m. konferencijos metu, pranešime Recent Trends in Subsoil Exploration, pakrikštyti gruntų paėmimą Raymondo gruntotraukiu (angl. Raymond sampler ) kaip standartinį penetracijos bandymą (angl. standard penetration test SPT). SPT metodu gautos koreliacijos tarp pasipriešinimo penetracijai rodiklio ir gruntų geotechninių savybių pirmą kartą buvo publikuotos 1948 m. K. Terzaghi ir R. B. Pecko vadovėlyje Soil mechanics in Engineering Practice. Labai greitai gana paprastas ir palyginti nebrangus SPT metodas, jo atlikimo procedūros ir paskelbtos klasifikacinės 136

138 gruntų koreliacinės priklausomybės buvo pripažintos visose Jungtinėse Valstijose m. SPT metodo bandymų procedūra patvirtinta kaip ASTM standartas D1586 (paskutinis leidimas ASTM D ). Metodas tapo populiarus visame pasaulyje, daugelyje šalių išleisti savi standartai (J a- ponija JIS A 119 (1976), Brazilija NBR 6484:001, Vokietija DIN 4094:1980, Didžioji Britanija BS ir Europos EN ISO 476 3: 005). SPT metodo įrangos tipai ir metodo trūkumai. SPT metodo ir jį taikant gaunamo pasipriešinimo penetracijai rodiklio N 30 panaudojimas gruntų geotechninėms savybėms vertinti turi nemažų trūkumų. Koreliacijos tarp N 30 vertės ir gruntų ar uolienų savybių yra empirinės ir priklauso nuo tarptautinės duomenų bazės rezultatų patikimumo. Kadangi SPT metodas nėra visose šalyse vienodai standartizuotas, publikuojamos tarptautinėje mokslinėje literatūroje koreliacinės priklausomybės negali būti pritaikomos be išimties visiems gruntams ir negali būti tikslios, be to, SPT metodo rezultatai labai priklauso nuo: 1) naudojamos bandymų įrangos; ) grunto suardymo laipsnio gręžimo metu; 3) tiriamo grunto sudėties, savybių ir aplinkos (Clayton ir kt., 1995). Kaip minėta, pagrindiniai SPT įrangos komponentai yra: gruntotraukis, štangos ir plaktas. Skirtingų gruntotraukių konstrukcijų, jų matmenų ir įvairių tipų antgalių panaudojimas gali paveikti gaunamus rezultatus iki % (Clayton ir kt., 1995). Įtakos turi ir štangų standumas, masės ir skersmens skirtumai, priekalo svoris, plakto tipai. Praktika rodo, kad dėl atsirandančios trinties ir pašalinės šiluminės energijos smūgiavimo metu tarp plakto ir priekalo, įrangos trosų, grandinių, gervių ir ričių bei štangų išlinkimo prarandama iki 65 % laisvos kritimo energijos, kuri turėtų būti perduodama gruntui (Kovacs ir kt., 1977; Seed ir kt., 1985; Riggs, 1986; Skempton, 1986; Clayton, 1990; Decourt, 1990). Naudojamų SPT bandymuose plaktų tipus sąlyginai galima suskirstyti į dvi kategorijas: automatiškai pakeliami ir mėtomi bei rankiniu būdu, trosais, gervėmis ir ritėmis pakeliami ir mėtomi plaktai. Automatinio pakėlimo plaktai (angl. automatic trip hammers or trip release) (3.66 pav.). Šio tipo plaktas į reikiamą aukštį pakeliamas automatiškai, gręžimo agregato hidrauliniais mechanizmais. Tai moderniausio tipo plaktas, nes energijos kiekis, perduodamas kiekvienam smūgiui, yra pastovus ir mažiausiai iškraipomas pav. Automatinio pakėlimo plaktai: A FHWA tipo, B Geoprobe plaktas 137

139 Rankinio pakėlimo plaktai (angl. hand lifted, slip rope) (3.67 pav.). Plaktas pakeliamas trosu, kuris pereina per guolį gręžimo bokšto viršutinėje dalyje ir traukiamas per gervę. Kad suteiktų pastovią energiją, operatorius turi ne tik pakartotinai kelti svorį į atitinkamą aukštį, bet ir atitinkamu būdu paleisti jį iš gervės. Tai daryti yra labai sudėtinga. Energijos prarandama dėl trinties, trosui slenkant per besisukančią gervę, ir taip pat kai sukamas guolis. Energijos nuostolis priklauso nuo gervės būsenos ir nuo to, kiek troso apsisukimų naudoja operatorius. Netikslumų atsiranda, kai operatorius yra nerūpestingas ir nepakankamai aukštai iškelia svorį. Energijos nuostoliai gali sudaryti iki 60 %. Pagal konstrukciją plaktus galima suskirstyti į cilindrinius (angl. donut ), saugaus tipo (angl. safety) ir kaištinius (angl. pinweight) (3.68 pav.): 1. Saugūs plaktai. Šie plaktai sukonstruoti taip, kad apsaugotų dirbančius žmones nuo sužalojimų, kai krentančiu plaktu smūgiuojama per priekalą.. Cilindriniai plaktai. Tai cilindro formos plaktas, krintantis ant priekalo per vidinę nukreipiančiąją štangą (3.68 pav.). 3. Kaištiniai plaktai. Plakto konstrukcijos stabilumą ir kryptį nulemia specialus strypas, pakėlimo ir kritimo metu judantis tuščiaviduriu vamzdžiu. Taip pat gali būti naudojami du gruntotraukio įkalimo būdai: 1. Plaktas ir jo pakėlimo įranga yra ant žemės paviršiaus.. Plaktas ir jo pakėlimo įranga yra gręžinyje virš gruntotraukio (3.69 pav.). Pirmu atveju, kalant gruntotraukį į gruntą, atstumas tarp gruntotraukio ir priekalo didėja, kartu didėja energijos nuostoliai perduodant smūgio impulsą į gruntotraukį. Antru atveju šis atstumas nesikeičia, tačiau keičiasi plakto darbo sąlygos, nes atliekant bandymą žemiau gruntinio vandens lygio, plaktas dirba vandenyje pav. SPT bandymo, naudojant rankinio pakėlimo mechanizmą ir donut tipo plaktą, scheminis vaizdas (pagal Kovacs ir kt., 198) 138

140 3.68 pav. Plaktų tipai: A saugus, B cilindrinis, C kaištinis 3.69 pav. Nordmeyer firmos konstrukcijos SPT įranga (vietoje gruntotraukio gali būti naudojamas ir kūgis) (dirbanti gręžinyje virš gruntotraukio) 139

141 SPT metodu gaunamų rezultatų apdorojimas ir sąsajos su geotechninėmis gruntų savybėmis. Kaip minėta, dėl daugelio priežasčių: naudojamos skirtingos įrangos, plaktų tipų, skirtingų energijos nuostolių, skirtingų štangų standumo, svorio, ilgio, skersmens, gręžimo metu atsirandančių efektų grunto sienelėse ir kirtavietėje, geologinių sąlygų, geostatinio slėgio, grunto ypatumų ir pan., išmatuotas smūgių skaičius N SPT SPT metu nėra naudojamas tiesiogiai tiriamų gruntų geotechninėms savybėms vertinti. Yra naudojama daugybė pataisos koeficientų, kurie koreguoja išmatuotas N SPT vertes. Pavyzdžiui, geostatinio slėgio arba smūgių skaičiaus priklausomybės nuo gylio faktorius C N yra lygus: C N N1 a b 100 N a b SPT ' vo arba pasak A. W. Skempton, (1986): smulkiam smėliui rupiam smėliui C N C N (3.78) N1, ' (3.79) N SPT vo N1 3, ' (3.80) N SPT vo čia C N gylio faktorius; N 1 išmatuotas smūgių skaičius arba pasipriešinimo penetracijai rodiklis, kai geostatinis slėgis yra iki 100 kpa; N SPT išmatuotas smūgių skaičius (pvz., N mm intervalui) arba pasipriešinimo penetracijai rodiklis bandymų metu; a ir b nuo tiriamo grunto savybių priklausantys koeficientai (3.35 lentelė); σ vo efektyvusis geostatinis slėgis, kpa. Kitas koreguojantis faktorius yra energijos nuostolius vertinantis koeficientas. Tada išmatuotas ir jau pakoreguotas N SPT rodiklis žymimas N 60 ir yra lygus: N 60 ESPT N SPT, (3.81) E 60 čia N 60 koreguotas smūgių skaičius arba pasipriešinimo penetracijai rodiklis, kai lieka tik 60 % smūgio energijos; N SPT išmatuotas smūgių skaičius (pvz., N mm intervalui) arba pasipriešinimo penetracijai rodiklis bandymų metu; E SPT išmatuotas štangų energijos koeficientas gali kisti nuo 43 iki 85 % tai priklauso nuo plakto tipo ir įrangos; E % laisvai krintančio plakto energijos kiekio (0,6 473,4 J = 84,0 J). Rodiklis (N 1 ) 60 tai pagal geostatinį slėgį ir energijos nuostolius koreguotas (normalizuotas) N SPT : N 1 = C N N SPT koreguotas tik pagal geostatinį slėgį; (N 1 ) 60 = N 1 (60 %) koreguotas pagal geostatinį slėgį ir energijos nuostolius. Tariama, kad smėliniai gruntai slūgso visiškai drenuotomis sąlygomis, ir smūgių skaičius, nustatytas STP metodu, yra geras tokių gruntų stiprumo: efektyviojo vidinės trinties kampo φ, tankumo rodiklio I D ir šlyties modulio G 0 rodiklio vertinimo kriterijus. Smėlinių gruntų stiprumo charakteristika efektyvusis vidinės trinties kampas φ gali būti įvertinama dviem būdais: iš SPT tiesiogiai naudojant N SPT smūgių skaičių; koreliuojant su tankumo rodikliu I D, kuris taip pat vertinamas pagal SPT rezultatus. Priklausomybė tarp tankumo rodiklio I D, smūgių skaičiaus N 60 ir efektyvaus geostatinio slėgio σ vo išreiškiama tokia lygtimi: 140

142 N I 60 D ' vo a b, (3.8) čia I D tankumo rodiklis apskaičiuojamas pagal 3.16 formulę. Normaliai konsoliduotų smėlinių gruntų a ir b parametrai yra artimi konstantai (3.35 lentelė), kai 0,35 < I D < 0,85 ir 0,5 < σ vo <,5 (kpa 10 ) (pagal Skempton, 1986). EN 1997 :007 yra pateikta koreliacinė priklausomybė tarp smėlinių gruntų tankumo rodiklio I D ir normalizuoto smūgių skaičiaus (N 1 ) 60 (3.33 lentelė). N1 60 Kai I D > 35, tada lygtis gali būti tokia: 60 I D EN 1997 :007 yra pateikta koreliacinė priklausomybė tarp smėlinių gruntų tankumo rodiklio I D ir efektyvaus vidinės trinties kampo (3.34 lentelė). Esant labai mažiems įtempimams, gruntų būvis atitinka tampraus kūno elgseną. Toks mažų įtempimų gruntų būvis apibūdinamas pradiniu, maksimaliu ar mažų įtempimų šlyties moduliu G 0. Paprastai šis rodiklis yra nustatomas laboratoriniais tyrimais ir lauko seisminiais geofiziniais metodais. Tačiau labai apytiksliam įvertinimui galima naudoti šią koreliacinę priklausomybę (pagal Ohta ir kt., 1978; Imai ir kt., 198; Sykora ir kt., 1983): G an b 60 0, (3.83) čia a ir b koeficientai, priklausantys nuo grunto tipo ir kilmės. Jų vertės pateiktos 3.35 lentelėje lentelė. Koreliacinė priklausomybė tarp tankumo rodiklio I D ir normalizuoto smūgių skaičiaus (N 1 ) 60 Grunto apibūdinimakumo Vidutinio tan- Labai purus Purus Tankus Labai tankus (N 1 ) I D 0 15 % % % % % 3.34 lentelė. Smėlių vidinės trinties kampo vertės atsižvelgiant į gruntų tankumo rodiklį I D Smulkus smėlis Vidutinio rupumo smėlis Rupus smėlis Vienodos sanklodos Nuoseklios sanklodos Vienodos sanklodos Nuoseklios sanklodos Vienodos sanklodos Tankumo rodiklis, I D % Nuoseklios sanklodos 3.35 lentelė. a ir b koeficientų vertės (pagal Crespellani ir kt., 1991) Grunto tipas Kilmė a b Molis Smėlis Žvyras Aliuvinis 10,4 1,070 Aliuvinis 17,3 0,607 Glacialinis 4,6 0,555 Aliuvinis 16,6 0,719 Aliuvinis 1,3 0,611 Glacialinis 17,4 0,631 Aliuvinis 8,1 0,777 Glacialinis 31,3 0,56 141

143 Taip pat gali būti naudojamos tokios priklausomybės (pagal Schnaid, 009): arba viršutinė riba nesucementuotiems smėliams G 3 ' N 60 vo p a (3.84) apatinė riba nesucementuotiems smėliams G 3 ' 0 00 N 60 vo p a. (3.85) Tamprumo moduliui (Jungo) E nustatyti siūloma naudotis duomenimis, pateiktais 3.36 lentelėje (pagal Clayton ir kt., 1995). Tik čia pateikiamas E/N 60 santykis. Koreliacinė priklausomybė tarp deformacijų modulio E, gauto atliekant bandymus statine plokšte (5 000 cm ploto plokšte), ir smūgių skaičiaus N, gauto atliekant standartinį penetracijos bandymą, vidutinio tankumo ir tankiems smėliams siūloma tokia (Трофименков и др., 1981 pagal Rusijos tyrimų instituto Fundamentprojekt duomenis): lg N E. (3.86) Toliau pateiktos G. G. Meyerhof (1956) pasiūlytos koreliacinės priklausomybės tarp tank u- mo rodiklio I D, smūgių skaičiaus N 30, kūginio stiprio q c ir efektyvaus vidinės trinties kampo φ (3.37 lentelė) lentelėje pateikta rišlių gruntų koreliacinė priklausomybė tarp N 30 ir nedrenuotos sankibos c u (pagal Terzaghi ir kt., 1996) lentelė. Tamprumo modulio (Jungo) E vertės pagal SPT rodiklį N 60 (pagal Clayton ir kt., 1995) N 60 E/N 60, MPa Vidurkinė vertė Minimalios vertės Maksimalios vertės 4 1,6,4 0,4 0,6 3,5 5,3 10, 3,4 0,7 1,1 4,6 7,0 30 3,7 5,6 1,5, 6,6 10,0 60 4,6 7,0,3 3,5 8,9 13, lentelė. Smėlinių gruntų koreliacinės priklausomybės (Meyerhof, 1956) Grunto būsena (tankumas) Labai purus Purus Vidutinio tankumo Tankus Labai tankus Tankumo rodiklis I D, vnt. d. < 0, 0, 0,4 0,4 0,6 0,6 0,8 > 0,8 N 30 < < 50 Kūginis stipris q c, MPa < > 0 Efektyvusis vidinės trinties kampas φ, laipsn. < > lentelė. Molinių gruntų koreliacinės priklausomybės (Terzaghi ir kt. 1996) Konsistencija I L N 30, Nedrenuotoji sankiba c u, kpa Labai minkšta < < 1 Minkšta Puskietė Kieta Labai kieta Ypač kieta > 30 > 00 14

144 Dažniausiai SPT yra atliekamas kartu su gręžimo darbais, kurių tikslas gręžinio sienelių ir kirtavietės tvirtinimas. Keletas praktinių rekomendacijų (pagal V. Piličiauską, UAB Ingeo ), kurių reikėtų laikytis korektiškai paruošiant gręžinį bandymui SPT: Rekomenduojama gręžti tuščiaviduriais sraigtais (angl. hollow steam augers) arba rotoriniu su tiesioginiu praplovimu naudojant rutulinius kaltus (skiedinys tiekiamas per kalto šonus, ne per centrą tada yra minimalus poveikis gręžskylės dugnui). Gręžinyje gręžimo skiedinio arba vandens lygis turi būti aukščiau už gruntinio arba spūdinio vandens lygį, t. y. sudaromas viršlėgis, kad gręžinio kirtavietėje dėl vertikalaus slėgio sumažėjimo nebūtų ardomas gruntas. Rekomenduojamas gręžinio skersmuo kirtavietėje mm, vidutiniškai 100 mm. Apsauginis vamzdis negali būti nuleistas iki kirtavietės dugno, kol nebus atliktas bandymas SPT. Reikėtų pažymėti, kad šis metodas nėra paplitęs Europoje ir beveik netaikomas Lietuvoje. Pagal savo atlikimo metodiką įrangą ir prietaisus, tai yra gana paprastas ir nebrangus metodas. Tačiau daugybė anksčiau išvardytų trūkumų ir nevienareikšmis, gana netikslus ir nepatikimas gaunamų rezultatų ir iš jų apskaičiuojamų gruntų geotechninių savybių rodiklių vertinimas neskatino jo populiarinimo ir taikymo Lietuvos teritorijos gruntams. Iš kitos pusės, to neskatina ir SPT rezultatų taikymas projektuojant pamatus. Yra keletas metodų (CPT, CPTU, DMT, DP ir pan.), kurie suteikia tą pačią, tačiau daug patikimesnę informaciją apie gruntų savybes. 143

145 4. POLIŲ BANDYMAI APKROVOMIS. POLIO IR GRUNTO SĄVEIKOS TYRIMAI 4.1. Bendros žinios Šiuo metu Lietuvoje daugiausia įrengiami gilieji pamatai, ypač poliniai. Naujos polinių pamatų įrengimo technologijos leidžia gerokai sumažinti medžiagų ir darbo sąnaudas. Tokius pamatus naudoti būtina, kai geologinio pjūvio viršutinėje dalyje slūgso gruntai, negalintys būti statomų pastatų pagrindu. Poliniai pamatai taip pat daugiausia naudojami požeminių statinių atraminėms sienutėms įrengti. Šių pamatų kokybė įvairiomis inžinerinėmis geologinėmis sąlygomis užtikrinama įvairiomis įrengimo technologijomis. Pastarųjų gausa kiekvienu konkrečiu atveju leidžia pasirinkti optimalų variantą. Polinių pamatų įrengimo būdą daugiausia lemia: 1. Galima įtaka šalia esantiems pastatams, jei tokių esama.. Inžinerinės geologinės sąlygos: grunto vandeningumas; stipraus grunto slūgsojimo gylis; grunto, kuriame įrengiami pamatai, birumas ar slankumas; grunto, kuriame įrengiami pamatai, litologinis vienalytiškumas; kitos pamatų įrengimą sunkinančios sąlygos (rieduliai, st a- tybinės atliekos). 3. Pasirinkto polių įrengimo būdo ekonominis pagrįstumas ir įrengimo trukmė. Poliniai pamatai naudojami nuo seno ( 4.1 pav.). Pirmieji kaltiniai, laikantieji, poliai buvo skirti palaikyti įvairias konstrukcijas ar statinius. Europoje (ir ne tik) yra išlikę senųjų polių liekanų. Didžiojoje Britanijoje gausu senosios Romos laikų medinių polių, kurie buvo naudojami kaip tiltų atramos (pamatai) ir senųjų pakrančių gyventojų statinių pamatai. Panašaus amžiaus senųjų medinių polių yra išlikę ir daugelyje kitų teritorijų, kurios priklausė senovės Romai. Viduramžiais mediniai poliai buvo gaminami iš ąžuolo ir alksnio. Ant tokių pamatų pelkėtose vietose pradėti statyti didžiuliai vienuolynai. Kinijoje pirmieji mediniai poliniai pamatai tiltų statyboje pradėti naudoti valdant Hanų dinastijai (t. y. 00 m. pr. Kr.) pav. Mediniai poliai: A mediniai poliai, naudojami statant tiltą JAV; B nepralaidi vandeniui užtvara šalia Londono tilto iš medinių polių atvirais galais (186 m.) 144

146 Medinių polių laikomoji geba yra apribota nepakankamo kamieno storio ir medinio polio sugebėjimo priešintis kalant jį į gruntą. Kalamas medinis polis gali suskilti. Žinant medinių polių trūkumus, buvo sukurtos polių kalimo taisyklės, kuriose buvo aprašoma polio kalimo metodika, kuri priklauso nuo polio skersmens, medienos rūšies, galimo grunto pasipriešinimo. Šios primityvios polių kalimo taisyklės vėlesniais laikais buvo tobulinamos ir tikslinamos. Jose atsirado užuominų apie polinių pamatų laikomosios gebos įvertinimą bandymais. Mediena buvo pagrindinė polių medžiaga, nes toks polis galėjo atlaikyti pakankamas vertikalias ar horizontalias gniuždančiąsias apkrovas, rovimo jėgas, tempimą ar lenkimą. Betonas ir plienas polinių pamatų statyboje atsirado gana neseniai, palyginti su pamatų statybos istorijos laikotarpiu. Šios medžiagos leido perduoti didesnes apkrovas gruntui ir išlieti polius į iš anksto parengtas ertmes. Gelžbetonis polinių pamatų praktikoje buvo pradėtas naudoti tik XIX a. pabaigoje XX a. pradžioje. Betono, gelžbetonio ir plieno naudojimas pamatų statyboje leido statyti sudėtingesnius statinius su patikimesniais pamatais. Polinių pamatų sandara. Poliniai pamatai yra priskiriami giliųjų pamatų grupei. Toks pamatas susideda iš polių ir rostverko (4. pav.). Rostverkas priima pastato apkrovą, perduoda ir paskirsto ją poliams, suvienodina polių nusėdimą. Poliai pastato apkrovą perduoda giliau slūgsantiems stipriems gruntams, todėl pastatai sėda mažai ir vienodai. Pagal rostverko padėtį poliniai pamatai būna: su žemutiniu rostverku kai jo apačia yra žemiau žemės paviršiaus, o poliai visu ilgiu įgilinti į gruntą; su aukštutiniu rostverku kai jo apačia yra virš žemės paviršiaus, poliai į gruntą įgilinti ne visu ilgiu. Pramoninių ir civilinių pastatų statybai dažniausiai naudojami poliniai pamatai su žemutiniu rostverku. Su aukštutiniu rostverku poliniai pamatai naudojami tiltų, krantinių pamatams, vamzdynų atramoms ir kt. Kai rostverkas yra lenkiamas, jis daromas gelžbetoninis, o kai gniuždomas betoninis. Polių tipai. Poliniai pamatai (ar atskiras polis) pirmiausia turi būti skirstomi pagal tai, kaip perduoda pastato apkrovą gruntui. Apkrovos pasiskirstymas į polio šonus ir padą priklauso nuo grunto savybių ir polio matmenų. Polio, įgilinto į vienodai suspaudžiamą gruntą, didelė apkrovos dalis gruntui perduodama šoniniu paviršiumi. Didinant polio ilgį, didėja ir šoniniu paviršiumi gruntui perduodama apkrovos dalis. Kai polis padu nesiremia į stipresnius gruntus, o apkrovą laiko tik šoniniu paviršiumi, yra vadinamas trinties poliu (angl. friction pile). Kuo stipresnis gruntas po polio 4. pav. Polinių pamatų sandara: A su žemutiniu rostverku, B su aukštutiniu rostverku 145

147 4.3 pav. Polių tipai: A trinties polis ir B polis ramstis padu, tuo didesnė apkrovos dalis gruntui perduodama padu. Kai didžioji apkrovos dalis gruntui perduodama polio padu, o trinties jėgos prie jo šoninio paviršiaus nėra arba tokios jėgos labai mažos, toks polis vadinamas atremtuoju arba poliu ramsčiu (angl. end bearing pile) (4.3 pav.). Tačiau praktikoje dažniausiai yra išnaudojama ir polio atrama į padą, ir šoninės trinties jėgos. Polių skirstymas pagal gruntui perduodamos apkrovos pobūdį, atspindi bendrą polio pagrindo laikomosios gebos išraišką. Polio pagrindo ribinė laikomoji geba Q T (4.4 pav.) yra lygi polio pado Q P ir kamieno šoninio paviršiaus Q S laikomųjų gebų sumai, įvertinant ir polio nuosavą svorį W P : Q T W Q Q. (4.1) P P S Bendriausias ir labiausiai atspindintis įvairias sistemos polis gruntas savybes polių skirstymas į tipus yra pagrįstas jų įrengimo technologija, nes nuo to priklauso polio elgsena grunte. Skaičiuojant polio laikomąją gebą, būtina į tai atsižvelgti. Yra dvi pagrindinės polių įrengimo metodikos, tai: polio įgilinimas į gruntą (iš anksto jo nepašalinus) spraustiniai poliai (angl. non displacement pile); grunto iškasimas vėliau jį pakeičiant betonu gręžtiniai poliai (angl. replacement pile). 4.4 pav. Polio pagrindo laikomosios gebos dedamosios 146

148 4.5 pav. Spraustinio polio įrengimas 4.6 pav. Gręžtinio polio įrengimas Spraustiniai poliai į gruntą įkalami, įvibruojami ar įspaudžiami (4.5 pav.). Įrengiant gręžtinius polius gręžimo ar kitokia technika yra pašalinamas gruntas, o į jo vietą supilamas betonas ir dedamas reikiamas armatūros kiekis (4.6 pav.). Yra du pagrindiniai gręžtinių polių įrengimo būdai: polio įrengimas atvirame gręžinyje ir polio įrengimas gręžinyje su apsauginiais vamzdžiais. Gręžtinius polius pagal jų įrengimo būdą dar galima suskirstyti į tokius tipus: gręžskylės pripildymas betono (paprasčiausi gręžtiniai poliai); gręžimas su apsauginiais vamzdžiais ir tokios apsaugotos gręžskylės pripildymas betono; į paruoštą gręžskylę nuleidžiami betoniniai paruošti polio elementai; cemento skiedinys ar betonas injektuojamas į gręžskylę (CFA tipo poliai); plieninės konstrukcijos patalpinamos į parengtus gręžinius; plieninis vamzdis gręžiamas gilyn. Be spraustinių ir gręžtinių polių, dar yra kombinuoto tipo polių. Tokiu būdu, įrengiant polius yra taikomi abu polių įrengimo metodai. Šių skirtingų technologijų tarpusavio derinimas leidžia apeiti tam tikrus sunkumus, kurių gali iškilti polio įrengimo metu. Pavyzdžiui, jūroje įrengiant polius yra naudojamas plieninių H formos polių ir betoninių polių kompozitas. Betoninė dalis yra toje vietoje, kur sūrus jūros vanduo veikia polio medžiagą, ten, kur poveikis išnyksta, yra naudojama plieninė polio dalis. Įrengimo technologijų kompozitas taikomas kai vibracinį polį reikia įgilinti per tankius ar kietus gruntus į tam tikrą gylį. Tokiu atveju grąžtu yra purenamas gruntas, o vibratoriumi gilinamas polis. Polių bandymai. Kiekvienas polinių pamatų projektuotojas ar kitas specialistas, kuris rengia polių bandymo programą ir atlieka polių bandymus, turi pasirinkti tokį polio bandymo metodą, kuris leistų išbandyti polį jo nesuardžius ir suteiktų kuo gausesnę ir tikslesnę informaciją apie polį ar jo elgseną grunte. Grunto bandymai poliais arba sistemos polis gruntas, bandymai yra atliekami, kai: polių bandymai yra ikiprojektinių tyrimų dalis reikia įvertinti polio pagrindo laikomąją gebą, nustatyti reikalingus polio parametrus, įvertinti polio darbą grunte, tam tikru metodu įrengto polio kokybę ir pan.; iškyla tam tikrų problemų įrengiant polius numatytais metodais ir technologijomis kontrolinis bandymas; norima naudoti senus polius, ant kurių jau buvo pastatas, kuris vėliau buvo nugriautas, t. y. pakartotinai polių apkrovimas. Polių bandymai yra eksperimentiniai polio laikomosios gebos nustatymo metodai. Šių bandymų tikslas yra: patikrinti polio projektą; 147

149 patikrinti, ar grunto stiprumo ir deformacinės charakteristikos atitinka poveikio lygį; patikrinti kitas projektines prielaidas; patikrinti polių vientisumą. Galima išskirti du pagrindinius polių bandymo metodus: polio bandymas jį veikiant statine apkrova; polio bandymas jį veikiant dinamine apkrova. Minėti apkrovų metodai yra skirti polio struktūriniam stiprumui ir sistemos polis gruntas elgsenai tirti. Polio struktūrinio stiprumo tyrimus sudaro: tyrimai medžiagos laikomajai gebai nustatyti; tyrimai polio kamieno defektams nustatyti. Sistemos polis gruntas elgsenos tyrimus sudaro: polio pado laikomosios gebos nustatymas; polio kamieno laikomosios gebos nustatymas; ribinės polio pagrindo laikomosios gebos nustatymas; polio atsparumo raunančiajai jėgai nustatymas; polio atsparumo horizontaliajai apkrovai nustatymas; kitų parametrų, priklausančių nuo polio ir grunto tarpusavio sąveikos, tiesioginis ar netiesioginis nustatymas. Polio bandymas statinėmis apkrovomis yra tiesioginis polio tyrimo metodas. Taikomas vienam poliui, rečiau polių grupei bandyti. Bandymo metu polio galva yra veikiama vienokios ar kitokios krypties statine jėga. Bandymo metu matuojami polio galvos nukrypimai nuo projektinės padėties. Toks bandymas yra dažniausiai naudojamas ir yra tiksliausias iš visų tiesioginių metodų. Polio bandymas dinaminėmis apkrovomis yra taip pat tiesioginis metodas, taikomas vienam poliui. Bandymo metu polio galva yra veikiama vertikalios krypties dinamine apkrova. Matuojama polio reakcija į smūginę jėgą, kuri yra sukuriama sunkius plaktu ar kita didele dinamine apkrova. Polių bandymų programa. Prieš bandant polius, reikia sudaryti jų bandymo programą. Polių bandymo programa sudaroma pagal užsakovo pateiktą techninę užduotį. Polių bandymo programoje turi būti tiksliai apibrėžtas bandymo tikslas, kurį nurodo užsakovas. Programą sudarantis specialistas turi pasirinkti polių bandymo metodiką, kuri leistų pasiekti numatytą tikslą. Kai polių bandymo metodas ir metodika yra nurodyta, programos rengėjas turi patikrinti, ar numatomi darbai atitiks reikalavimus. Pastebėjęs netikslumų ar neatitikimų, jis privalo pranešti techninės užduoties rengėjui ir su juo suderinti reikalingus pakeitimus. Pasirinkta bandymų metodika turi atitikti metodinius reikalavimus, nurodytus galiojančiuose standartuose. Lietuvoje šiuo metu galioja Eurocode 7: Geotechnical design Part 1: General rules (EN ). Šiame normatyve yra pateikta polių bandymų metodika. Tačiau, be jo, dar galioja ir kitos Europos Sąjungoje naudojamos normos ar rekomendacijos, kurios gali papildyti ar patikslinti EN Iš tokių rekomendacijų yra: ISO/DIS 477-1, 005; Weltman A. J., Pile load testing procedure, PG7, CIRIA, 1980; DGGT, Working group.1, Recommendations for Static and Dynamic Pile Tests, IGB TUBS, 1998; LST EN 1699, Specialieji geotechnikos darbai. Spraustiniai poliai, 00; DIN 400; BS, CP 004, British Code of Practice, 197; ISSMFE, Axial Pile Loading Test Part 1: Static Loading, 1985; ir kt. Polių bandymo programoje darbo eiga turi būti aprašyta vadovaujantis pasirinkta metodika. Darbo eigos aprašymas turi būti išsamus, su nuorodomis į naudojamus šaltinius. Darbų programoje turi būti pateikti duomenys apie bandomą polį ir geologines sąlygas, t. y. polio tipas, parametrai, trumpas įrengimo aprašymas, duomenys apie polio medžiagą (koks betonas ar plieno tipas ir pan.), įrengimo data, duomenys apie armavimą, duomenys apie geologinį pjūvį 148

150 (gruntų geotechninės savybės), per kurį įrengtas polis, ir į kokius gruntus atremtas. Jei yra, reikia pateikti ir polio įrengimo žurnalą, kurį pildo asmuo, atsakingas už polio įrengimą. Jei polis bus bandomas tiesioginiais metodais, reikalinga aprašyti bandymo metu naudojamas atsvaros sistemas, pateikti jų brėžinius. Atsvaros sistema turi būti pasirenkama pagal galimybę ją sumontuoti, darbų kainą ir eksploatacijos saugumą. Taip pat reikia pateikti duomenis apie naudojamą įrangą ir jos patikros dokumentus. Bandymams naudojamos įrangos patikra turi būti atliekamas kas 6 mėnesius. Šią patikrą atlieka sertifikuotos laboratorijos. Jei numatoma atlikti tiesioginius polio bandymus, tai programoje nurodoma, kokios yra pateiktos projektinės polių apkrovos ir kokios bus didžiausios bandymo apkrovos. Didžiausia bandymų apkrova turi būti ne mažiau kaip 1,5 karto didesnė už projektinę, jei techninėje užduotyje nenurodyta kitaip. Kai planuojama atlikti statinį pakopinį bandymą (angl. maintained pile load test ML), reikia išvardyti visas bandymo pakopų apkrovas. Jos pateikiamos lentelės arba grafiko pavidalu. Prie minėtų bandymo apkrovų yra pateikiamas ir jų išlaikymo laikas bei pasirinktas stabilizacijos kriterijus. Bandomų polių kiekius gali rekomenduoti programos rengėjas, remdamasis rekomendacijų ir normų nurodymais, taip pat gali pateikti užsakovas ar projektuotojai. Įvairiose rekomendacijose yra nurodytas skirtingas polių kiekis, tačiau, apibendrinus, jis būtų toks: jei pastato polinį pamatą sudarys skirtingo tipo ar skirtingos įrengimo technologijos poliai, tai po vieną skirtingą polį; jei statybos vietos geologinės sąlygos yra kaičios, tai po vieną polį skirtinguose gruntuose, kurie bus pamato pagrindas; jei pastato pamatą sudarys daugiau kaip 100 polių, tai apkrovų metodu reikia bandyti ne mažiau kaip du polius; jei statinys yra sudėtingas, tai bandomų polių kiekį nustato atsakingi asmenys. 4.. Polių bandymai statine apkrova Bendroji dalis. Kaip minėta, tiksliausias metodas polių pagrindo ribinei laikomajai gebai nustatyti yra polio bandymas statine apkrova (4.7 pav.). Šis tyrimo metodas yra priskirtas prie tiesioginių metodų klasės. Taikant statinį polių bandymą, galima tirti modelio polis gruntas, veikimo dėsningumus konkrečiomis sąlygomis, nustatyti polio pagrindo ribinę laikomąją gebą, polio pado ar šoninio paviršiaus stiprius, polio kamieno struktūrinį stiprumą, atsparumą gniuždančiajai, raunančiajai ar horizontaliajai apkrovai, taip pat galima nustatyti tam tikras gruntų geotechnines savybes. Statinį polio bandymą, pirmiausia, reikėtų skirti pagal apkrovos kryptį: 1. Bandymas statine ašine gniuždančiąja apkrova.. Bandymas statine ašine raunančiąja apkrova. 3. Bandymas statine ašine horizontaliąja apkrova. Pagal atlikimo metodiką, kad ir kokia būtų apkrovos veikimo kryptis, galima skirti du pagrindinius polio bandymų tipus: 1. Pakopinis polio bandymas (angl. maintained pile load test ML) kai apkrova į polį perduodama tam tikromis nustatytomis pakopomis, kiekvieną apkrovos pakopą išlaikant iki sąlyginės numatytos polio galvos nuosėdžio stabilizacijos.. Polio bandymas spaudžiant pastoviu greičiu (angl. constant rate of penetration test CRP) kai polio bandymas vyksta zondavimo principu, t. y. polis į gruntą spaudžiamas pastoviu numatytu greičiu, po truputį didinant bandymo apkrovą. 149

151 4.7 pav. Polių bandymai statine apkrova: A ir B objektas: Biokuro ir atliekų termofikacinės jėgainės nauja statyba Kretainio g. 3, Klaipėda (A bandymo apkrova kn, polio skersmuo 1 m; B bandymo apkrova kn); C objektas: Valstybinio jūrų uosto krantinės Nr Klaipėdoje, I statybos etapas krantinių Nr statyba (bandymo apkrova kn, gręžtinio pamato skersmuo 900/800 mm, ilgis 18,75 m) (UAB Vilniaus Rentinys nuotraukos) 150

152 Polio bandymas pakopomis ( ML) yra tikslesnis už bandymą spaudžiant pastoviu greičiu (CRP). Tačiau ML kaina yra didesnė, laiko sąnaudos taip pat gerokai skiriasi jo nenaudai. Pavyzdžiui: ML bandymas esant nedidelėms apkrovoms ir greitai besistabilizuojant nuosėdžiams minimaliai trunka apie 1 15 val., o CRP bandymas vidutiniškai trunka tik apie vieną valandą. Tačiau, nepaisant brangumo ir didelių laiko sąnaudų, ML metodas yra dažniau taikomas geotechninėje praktikoje. Šiame skyriuje bus kalbama apie polio bandymą statine ašine gniuždančiąja apkrova. Bandymų metodikos, apibrėžiančios darbų eigą ir reikalavimus bandymams raunančiąja ar horizontaliąja apkrova, yra analogiškos gniuždančiajai apkrovai, tik skiriasi veikiančios jėgos kryptis ir atsvaros sistemos padėtis. Polio bandymas pakopomis statine ašine gniuždančiąja apkrova (ML). Polių bandymas pakopomis, veikiant polio galvą statine ašine gniuždančiąja apkrova, yra tiesioginis tyrimo metodas. Šis bandymas yra taikomas nustatant atskiro polio ar polių grupės laikomąją gebą ir struktūrinį vientisumą. Bandymo metu yra matuojamas polio padėties pokytis, kuris priklauso nuo apkrovos pakopos. Bandymo metu gali būti bandomi specialiai paruošti bandomieji poliai arba darbiniai poliai, t. y. tie kurie bus statinio pamato elementas. Paprastai specialiai bandymui ruošti poliai, baigus bandymą yra likviduojami. Bandant darbinius polius, reikia būti atsargiems, ir nepažeisti polio struktūrinio stiprumo ar nesukelti didelių polio nuokrypių ir grunto deformacijų. Polių bandymai turi būti atlikti, kol ne vėlu keisti polių projektą. Tinkamiausias bandymams laikas yra vietovės grunto tyrimų etape arba polių projekto rengimo etape. Jei polį yra numatyta bandyti tiek horizontalia, tiek vertikalia gniuždančiąja apkrova, tai pirma reikia atlikti gniuždymo bandymus, o tik vėliau bandymus horizontalia apkrova. Polių bandymo statine ašine gniuždančiąja apkrova metu reikia pasiekti bent vieną iš reikalaujamų sąlygų: 1. Ribinį nuosėdį, kuris apibrėžiamas sąlyga: S 0, 1D, (4.) čia S ribinis nuosėdis; D polio skersmuo.. Maksimali bandymo apkrova R gt turi būti lygi polio laikomajai gebai pagal valkšnumą k s : R ; (4.3) gt k s ši sąlyga yra svarbi tada, kai reikia prognozuoti polio nuosėdžius laike. 3. Polio bandymo metu reikia pasiekti tikrąją polio pagrindo laikomąją gebą, t. y. kai polis pradeda nepaliaujamai grimzti gilyn nedidinat apkrovos. 4. Polio bandymo metu turi būti pasiekta maksimali bandymo apkrova, kuri paprastai neturi būti mažesnė kaip 1,5DL (DL projektinė apkrova (angl. design load)). 5. Polio bandymo metu yra suardomas betonas, t. y. pasiekiamas polio struktūrinis ribinis stiprumas. Bandomiesiems poliams yra nustatytas tam tikras poilsio laikas, kuris turi praeiti po jų įrengimo. Šis laikas yra nustatytas įvairių šalių normose ir rekomendacijose. Apibendrintai būtų taip: 1. spraustinis (iš anksto paruoštas) polis smėliniame grunte, kur nejaučiama porinio slėgio įtaka, gali būti bandomas tik praėjus ne mažiau kaip trims paroms;. spraustinis (išlietas vietoje) polis moliniame grunte ar vandeningame smėlyje, kur yra porinio slėgio įtaka, turi būti bandomas tik praėjus trims savaitėms po jo įrengimo; 3. gręžtiniai ir spraustiniai poliai, kurie liejami vietoje, turi būti bandomi, kai betonas pasiekia numatytą stiprumą, kuris paprastai yra 80 %. Toks stiprumas atsiranda po parų šis laikas priklauso nuo geologinių ir oro sąlygų. Prieš bandant polius, turi būti paruoštos jų galvos. Bandomųjų polių galvos turi būti išlygintos ir nuimtas suskilęs betonas. Gręžtinių ir vietoje liejamų spraustinių polių galvos yra formuoja- 151

153 mos plieniniu vamzdžiu (4.8 pav.). Tai apsaugo galvas nuo skilimo bandymo metu ir padeda išlyginti paviršių. Jei nepavyksta suformuoti pakankamai lygaus galvos paviršiaus, tada tai galima padaryti užbėrus ant jo nestorą smėlio sluoksnį ir jį išlyginus. Išlygintas smėlis turi būti prislėgtas metaline plokšte, ant kurios vėliau bus statomas cilindrinis hidraulinis stūmoklis (presas). Nuo polio galvos taip pat reikia pašalinti betono liekanas, polio kamieno viršutinė dalis turi būti švari. Bandant polius statinėmis apkrovomis reikalinga atsvaros sistema, kuri leistų perduoti poliui numatytą vienokios ar kitokios krypties apkrovą. Šias atsvaros sistemas galima skirti į dvi pagrindines grupes: svorinės platformos; inkarinis sijynas. Svorines platformas ( 4.9 pav.) sudaro atramos, platforma, reikalingi svoriai. Svorinės platformos dalys turi užtikrinti darbo saugumą. Minimalus atsvaros sistemos svoris turi būti didesnis už maksimalią bandymo apkrovą 0 %. Minimalus atstumas tarp platformos atramos vidinio krašto ir bandomojo polio krašto yra nustatytas įvairiose normose ir rekomendacijose. Šis atstumas yra ne mažiau kaip,5 m, bet jei polio skersmuo yra > 1,0 m, tai atstumas bus,5d (čia D polio skersmuo). Svorinė atsvaros sistema taikoma retai, nes ją montuoti yra sudėtinga, reikia papildomos darbo jėgos, technikos. Taip pat dirbti šalia ir po šia sistema yra pavojinga. Svorinės sistemos montavimą apriboja svorių trūkumas ar dideli gabaritai. Paprastai ši sistema yra montuojama, kai darbiniai poliai bandomi nedidelėmis apkrovomis. Dar vienas jos trūkumas yra tas, kad bandymo metu negalima perduoti poliui didesnės apkrovos nei atsvaros svoris. Svorinės sistemos pranašumas yra tas, kad, jei parinkta kokybiška platforma, atramos ir svoriai viršija maksimalią bandomąją apkrovą, tai tokia sistema visiškai užtikrina, jog į polį bus perduota visa numatyta apkrova, o to užtikrinti kartais negali inkarinis sijynas. 4.8 pav. Bandomojo polio galva, suformuota naudojant metalinį šarvą (vamzdį) 4.9 pav. Svorinės platformos 15

154 Inkarinės atsvaros sistemos susideda iš inkarinių polių, atramų ir sijyno, kuris tvirtinamas per atramas prie inkarinių polių (4.10 pav.). Kai bandomasis polis apkraunamas vertikalia gniuždančiąja apkrova, inkariniai poliai dirba savo šoniniu paviršiumi priešinasi rovimo jėgai. Kai bandomasis polis yra raunamas, inkariniai poliai gniuždomi. Inkarinių polių kiekis priklauso nuo jų tipo, geologinių ir geotechninių grunto sąlygų ir perduodamos apkrovos tipo. Inkarinių polių įgilinimas neturėtų viršyti bandomojo polio įgilinimo. Inkariniai poliai baigus bandymą yra pašalinami. Betoniniai poliai yra vienkartiniai. Plieniniai poliai gali būti naudojami daug kartų. Inkarinės sistemos sijos yra plieninės, įvairaus ilgio. Jos tvirtinamos prie polių specialiais plieniniais inkarais (4.11 pav.). Šios sijos turi būti be pažeidimų. Prieš bandymą jas būtina tikrinti. Pagrindinės sijos centras yra papildomai sutvirtinamas, siekiant išvengti linkimo (4.1 pav.). Inkarinė sistema ir svorinės platformos turi būti sumontuojamos griežtai centruotai, t. y. atsvaros sistemos centras turi sutapti su polio centru. Šis reikalavimas yra keliamas tam, kad bandomoji apkrova būtų perduodama tolygiai. Kai apkrova perduodama netolygiai, atsvaros sistema gali jos neišlaikyti. Inkarinės sistemos geba priešintis perduodamai apkrovai turi būti ne mažiau kaip 0 % didesnė už maksimalią bandymo apkrovą pav. Inkarinės sistemos (sijyno) schema: A pjūvyje, B plane 4.11 pav. Inkarinio sijyno elementai 153

155 4.1 pav. Papildomas centrinės sijos sutvirtinimas 4.13 pav. Hidraulinių presų grupė Apkrovos perdavimo bandomajam poliui įrangą sudaro hidraulinis cilindrinis presas (domkratas) ir tepalo siurblinė. Bandymo metu apkrovai perduoti galima naudoti kelis hidraulinius presus, tačiau jie turi būti sujungti į bendrą hidraulinę sistemą ir dirbti vienodai (4.13 pav.). Tepalo siurblinės gali būti rankinės ir automatinės (elektrinės ar skystojo kuro). Perduodama apkrova matuojama manometrais perskaičiuojant tepalo slėgį į apkrovą, arba dinamometrais, kurie rodo perduodamos jėgos dydį. Tiksliausiai yra išmatuojama dinamometrais. Apkrova į bandomąjį polį turi būti perduodama tolygiai, be smūgių ir didelių apkrovos šuolių. Vienos pakopos užkrovimo (nukrovimo) laikas apie 3 5 min. Greitas užkrovimas gali sukelti nuosėdžio paklaidas (dėl porinio slėgio įtakos) ar suardyti atsvaros sistemą. Lėtesnis užk rovimas (daugiau kaip per 5 min) ilgina bandymo laiką. Apkrovos dydis per visą pakopos laikymo laiką turi būti vienodas. Poliui sėdant, slėgis sistemoje krinta ir mažėja apkrova, dėl to ją reikia palaikyti vienodą. Polio galvos deformacijoms (nuosėdžiams) matuoti yra naudojami ind ikatoriai ( 4.14 pav.). Indikatorių matavimo padalos tikslumas turi būti ne mažesnis kaip 0,1 mm. Deformacijoms matuoti naudojami ne mažiau kaip du indikatoriai. Polio bandymo vertikaliąja gniuždančia apkrova metu, rekomenduojama matuoti ir horizontalias polio deformacijas. Deformacijų matavimo indikatoriai yra tvirtinami prie atskiro metalinio rėmo (4.14 pav. B). Šio rėmo inkaravimo elementai į gruntą įgilinami,5 m atstumu nuo bandomojo polio krašto. Rėmo padėtis bandymų metu negali kisti, jis turi būti įtvirtintas stabiliai. Jo stabilumas yra tikrinamas visą bandymų laiką nepriklausomu nuotoliniu matuokliu (nivelyru, lazeriniu matuokliu) pav. Deformacijų matavimo indikatorių išdėstymas (A) ir jų tvirtinimo rėmas (B) 154

156 Prieš pardedant polio bandymą, yra rekomenduojama polį apkrauti pirmine apkrova (angl. preloading stage PRL), kuri yra lygi 0,05 0,1 didžiausios bandymo apkrovos (angl. test load TL). Šios apkrovos reikia tam, kad būtų suderinta visa matavimo ir atsvaros sistema. Pirminė apkrova turi būti išlaikyta 1 val. Ją išlaikius, matavimo prietaisai grąžinami į nulinę padėtį, o apkrova paliekama ir prilyginama nuliui, t. y. prie bandymo apkrovos pakopų yra sumuojama pirminė apkrova (PRL + P 1 = PRL + 0,5 DL, PRL + P = PRL + 0,50 DL ir t. t.) (P 1 pirma apkrovos pakopa (angl. first load stage), P antra apkrovos pakopa (angl. second load stage), DL projektinė apkrova (angl. design load)). Visas polio bandymas yra sudalijamas į 6 8 apkrovimo pakopas, neįskaitant tarpinio ir baigtinio nukrovimo pakopų. Mažesnis apkrovimo pakopų skaičius yra taikomas tada, kai bandymas yra tik kontrolinis (4.1 lentelė). Apkrovimo pakopų skaičių nulemia ir apkrovos dydis bei geologinės sąlygos. Smėlio gruntuose apkrovos pakopų skaičių galima mažinti, molio gruntuose reikėtų didinti. Polio bandymas vykdomas naudojant nukrovimą. Nukrovimas gali būti tarpinis ir baigtinis. Tarpinis nukrovimas atliekamas tada, kai bandomasis polis yra įgilinamas sudėtingomis geologinėmis sąlygomis, bandymas yra ikiprojektinių ar projektinių tyrimų dalis ar to reikalauja būsimo statinio specifika. Tarpinis nukrovimas paprastai atliekamas kai bandymo metu yra pasiekiama projektinė apkrova arba kai pasiekiama pusė maksimalios bandymo apkrovos. Baigtinis nukrovimas yra atliekamas beveik visais atvejais. Tarpinis ir baigtinis nukrovimai vykdomi pakopomis, kurios atkartoja apkrovimo pakopas (4.1 lentelė). Kartais bandymo metu nukrovimas gali būti vykdomas po kiekvienos apkrovos pakopos uždėjimo. Apkrovos išlaikymo trukmė priklauso nuo geologinių sąlygų polio įgilinimo vietoje, bandymo svarbos ir reikalingo tikslumo. Apkrovos pakopos išlaikymo trukmė gali būti apribota laiku (4.1 lentelė) arba nuosėdžio stabilizacijos sąlyga: 0,1 mm per laiko tarpą. Tačiau dažniausiai apkrovos išlaikymas yra apribojamas kartu ir laiku, ir nuosėdžio stabilizacijos sąlyga. Pavyzdžiui: yra nustatoma, kad apkrova turi būti išlaikyta, kol polio nuosėdis neviršys 0,1 mm per tam tikrą numatytą laiką, tačiau ji turi būti jos išlaikoma ne mažiau kaip 1 val. Apkrovos kryptis Apkrovimas Nukrovimas Apkrovimas Nukrovimas 4.1 lentelė. Polio bandymo pakopų dydis ir išlaikymo laikas Apkrovos pakopos dydis (P nuo DL) Vidutinė pakopos išlaikymo trukmė (t, min) 0,05 0,1 DL (PRL) 60 0,5 DL 60 0,50 DL 60 0,75 DL 60 1 DL 60 0,75 DL 10 0,50 DL 10 0,5 DL 10 PRL 60 1 DL 360 1,5 DL 60 1,50 DL 360 1,5 DL 10 1 DL 10 0,75 DL 10 0,50 DL 10 0,5 DL 10 PRL

157 Nuosėdžio stabilizacijos kriterijus (0,1 mm per tam tikrą laiką) nustatomas atsižvelgiant į bandymo svarbą, tikslumą ir geologinį pjūvį. Stabilizacijos vertinimo kriterijus gali kisti nuo 0,1 mm per 10 min iki 0,1 mm per 1 val. ir ilgiau. Kai polis remiasi į smėlio gruntus ir bandymas yra kontrolinis, tai imamas minimalus laikas (0,1 mm/10min), kai polis remiasi į smėlinius gruntus, o bandymas yra ikiprojektinių ar projektinių tyrimų sudedamoji dalis, tai nuosėdžio stabilizacija pasirenkama 0,1 mm/30 min arba ilgiau. Poliui, atremtam į molio gruntus, nuosėdžio stabilizacija imama nuo 0,1 mm/30 min ir daugiau tai priklausomai nuo tyrimų svarbos. Polio galvos deformacijos (nuosėdis) yra matuojami ir užrašomi tam tikrais laiko intervalais. Šie intervalai yra pateikti normose ir rekomendacijose. Kai kurios normos pateikia, tokį duomenų užrašymo laiką: 0,, 5, 10, 15, 0, 5, 30, 40, 50, 60 min ir toliau kas 10 min (ISO/DIS 477 1, 005). Kitos rekomendacijos pateikia taip: 0,, 5, 10, 0, 40, 60, 90, 10, 180 ir t. t. (DGGT.1, 1998). Apibendrinant duomenų užrašymo intervalus galima pasakyti, kad pradiniame apkrovos uždėjimo etape duomenys užrašomi dažniau, vėliau vis retyn. Visi bandymo duomenys yra užrašomi į lauko žurnalą. Lauko žurnale yra žymimas darbų pradžios laikas, apkrovos pakopų didumas, apkrovos trukmės laikas, polio nuosėdis (kiekvieno indikatoriaus rodmenys atskirai), bendras bandymo laikas. Be minėtų duomenų apie polį, dar yra žymimas oro temperatūros kitimas vykstant bandymui. Polio bandymas spaudžiant pastoviu greičiu (CRP). Šiam bandymui atlikti naudojamų atsvaros sistemų konstrukcijos yra tokios pat kaip ir pakopiniam (ML) bandymui. Įranga, skirta apkrovai ir deformacijai matuoti, irgi yra analogiška ML bandymo įrangai. Skiriasi tik darbų atlikimo eiga. Polio bandymas spaudžiant pastoviu greičiu yra atliekamas esant nesudėtingoms geologinėms sąlygoms ir kai bandymo rezultatams nekeliami dideli tikslumo ir patikimumo reikalavimai. CRP bandymas atliekamas polį spaudžiant į gruntą pastoviu greičiu. Polio įspaudimo greitis neturi būti didesnis kaip 0, mm/min. Bandymo duomenys yra užrašomi kas 1 min. Šiam bandymui labiausiai tinka automatinis apkrovos uždėjimo ir duomenų registracijos įrenginys. Bandymo metu, tuo pačiu laiku, yra registruojamas polio nuosėdis ir apkrovos didumas. Gauti duomenys yra pateikiami grafiniu pavidalu. Polių bandymo statine apkrova duomenų analizė. Bandant polius ašine gniuždančiąja apkrova, duomenys yra registruojami lauko žurnale arba naudojant daviklius kompiuterio standžiajame diske. Polių bandymo ataskaitoje gauti duomenys yra pateikiami grafikų pavidalu. Iš gautų duomenų yra braižomi šie grafikai: 1. polio nuosėdžio (galvos deformacijos) ir apkrovos (nuokrovos) priklausomybės (4.15 pav.);. valkšnumo verčių ir apkrovos (4.16 pav.); 3. nuosėdžio ir laiko logaritmo kiekvienai apkrovos pakopai (4.17 pav.); 4. laiko ir apkrovos pakopos didumo (4.18 pav.) pav. Nuosėdžio ir apkrovos grafikas (Žaržojus, 004) 156

158 4.16 pav. Valkšnumo verčių ir apkrovos grafikas (Žaržojus, 004) 4.17 pav. Dviejų polių nuosėdžio ir laiko logaritmo priklausomybės grafikas (Žaržojus, 004) 4.18 pav. Laiko ir apkrovos pakopos didumo grafikas (DGGT, 1998) 157

159 4.19 pav. Nuosėdžio ir apkrovos grafiko kreivės variantai esant skirtingiems gruntams: 1 silpnas gruntas; stiprus gruntas; 3 labai stiprus gruntas (Šimkus, 1984) Svarbiausias iš pateiktų grafikų yra nuosėdžio ir apkrovos priklausomybės grafikas (4.15 pav.). Šis grafikas gali būti įvairus priklauso nuo polio pagrindą sudarančių gruntų stiprumo (4.19 pav.). Kai polio pagrindą, ypač po jo padu, sudaro silpnas gruntas, tai trinties jėgai prie polio šonų pasiekus didžiausią reikšmę, jis pradeda intensyviai išsispausti iš po polio pado ir polis nesulaikomai grimzta gilyn. Tokio polio sėdimų priklausomybės nuo apkrovos grafike (4.19 pav., 1) yra aiškus lūžis. Ribinė polio pagrindo laikomoji galia F u lygi jėgai, kurios veikiamas polis nesustodamas ima smigti į gruntą. Kai polio pagrindą, ypač po jo padu, sudaro stiprus gruntas, trinties jėgai prie polio šonų pasiekus didžiausią reikšmę, polis sėda nedaug, o nusėdimai stabilizuojasi greitai. Tokio polio sėdimų priklausomybės nuo apkrovos grafikas yra žemyn pasvirusi kreivė ( 4.19 pav., ). Kad ribinė polio pagrindo laikomoji geba yra pasiekta, laikoma tada, kai ji lygi jėgai, kuria apkrautas polis nusėda dydžiu S (4.). Kai polio pagrindą, ypač po jo padu, sudaro labai stiprus mažai susispaudžiantis gruntas, polis sėda mažai. Sėdimų priklausomybės nuo apkrovos grafikas artimas tiesei ir visai mažai tepasviręs žemyn ( 4.19 pav., 3). Jeigu polio nusėdimas mažesnis negu pagal ( 4.) formulę apskaičiuotas dydis S, tai ribinė polio pagrindo laikomoji galia imama lygi bandomajam poliui perduotai didžiausiai apkrovai, bet pastaroji turi būti ne mažiau kaip 1,5 karto didesnė negu projektinė polio apkrova (1,5DL). Jeigu polio nusėdimas, nustatytas pagal (4.) formulę, bus didesnis negu 0,1D, tai imama ta ribinės polio pagrindo laikomosios gebos F u vertė, kai S = 0,1D mm. Pateikti projektavimo normų nurodymai ribinei polio pagrindo laikomajai gebai rasti pagrįsti skirtingais principais. Pirmuoju atveju, kai polio sėdimų priklausomybės nuo apkrovos grafike yra aiškus lūžis (4.19 pav., 1), randama tikra ribinė polio pagrindo laikomoji geba. Ji priklauso tik nuo polio pagrindą sudarančių gruntų stiprumo. Antruoju atveju pasviręs polio sėdimų priklausomybės nuo apkrovos grafikas (4.19 pav., ) rodo, kad ribinė polio pagrindo laikomoji geba bandant nepasiekta, polį galima apkrauti ir didesne jėga. Tačiau polis sėda daug, todėl jam perduodama apkrova apribojama (4.) nusėdimo sąlyga. Polio nusėdimą S atitinkanti jėga laikoma ribine polio pagrindo laikomąja geba. Tačiau tai yra ne tikroji, o sąlyginė ribinė polio pagrindo laikomoji geba, nes ji priklauso ne tik nuo pagrindo gruntų stiprumo, bet ir nuo projektuojamo pastato konstrukcijos jautrumo nevienodiems nusėdimams. Į vienodus gruntus įgilintų vienodų polių ribinė pagrindo laikomoji geba, nustatyta pagal nusėdimo sąlygą, skirtingiems pastatams yra skirtinga. Trečiuoju atveju, kai polio pagrindą sudaro stiprūs gruntai, pagrindo laikomoji geba yra labai didelė, todėl, bandant stati- 158

160 ne apkrova, jos ribinės reikšmės pasiekti dažnai nepavyksta ( 4.19 pav., 3). Tokiu atveju ji imama sąlyginė, lygi didžiausiai bandomam poliui perduotai jėgai. Bandant polius įvairiuose gruntuose, apkrovos ir nuosėdžio grafikas gali būti skirtingos formos. Pagal gautą grafiko formą galima spręsti, kokie gruntai yra polio pade ir jo šonuose ar apie polio betono vientisumo suardymą (4.0 pav.). Iš 4.0 pav. matyti, kokios skirtingos būna apkrovos nuosėdžio kreivės, gautos apdorojus polio bandymo statine ašine gniuždančiąja apkrova duomenis. 4.0 pav. A dalyje pateikta kreivė atitinka tipinę kreivę, kai polis yra įrengtas silpnuose gruntuose. 4.0 pav. B dalyje kreivė yra trinties polio puskiečiuose moliniuose gruntuose, 4.0 pav. C dalyje kreivė rodo, kad polis yra atremtas į silpnas porėtas uolienas, 4.0 pav. D dalyje kreivė rodo, kad polis pradžioje buvo atremtas į pakankamai tvirtų gruntų ar uolienų nedidelio storio sluoksnį, bet tolesnio bandymo metu tas sluoksnis buvo praspaustas ir polis vėl atsirėmė į tvirtą pagrindą, 4.0 pav. E dalyje įtrūkimas polio kamiene nuo apkrovos užsidaro, 4.0 pav. F dalyje kreivė parodo silpno betono įtrūkimą bandymo metu. Statiniu bandymu galima nustatyti ir raunamo polio pagrindo laikomąją gebą. Ribine polio pagrindo laikomąja geba imama jėga, kurios veikiamas polis pradeda nesulaikomai rautis iš grunto. Polio pagrindo laikomąją gebą galima įvertinti skaičiuojant pagal valkšnumą. Maksimali bandymo apkrova, kiekvieno polių bandymo metu turi būti pakankamai aukšta, kad polis pasiektų ribinę būseną, kurią lemia tokie kriterijai (4.4, 4.5): 4.0 pav. Nuosėdžio ir apkrovos kreivės formos analizė (pagal Tomlinson, 1975) 159

161 ribinis nuosėdis S f R R čia S f = 0,1D ir D polio skersmuo; f S f valkšnumas k s R R f k s 1, (4.4), (4.5) čia k s yra valkšnumo vertė, pasiekta bandymų metu. Nustatoma iš laiko ir polio nuosėdžio priklausomybės logaritminio grafiko kaip kampas α (4.1 pav.) (4.6): S Si Si1 k s tg, logt ti log t i1 čia k s valkšnumas (mm); S i polio nuosėdis per laiko logaritmą log t i (mm); S i 1 polio nuosėdis per laiko logaritmą log t i 1 (mm). Valkšnumas k s (α) skaičiuojamas kiekvienai apkrovos pakopai. Valkšnumas deformacijos laike funkcinė priklausomybė, t. y. grunto savybė plastiškai deformuotis veikiant apkrovai per laiką. Šiuo atveju kreivalinijinės deformacijos S ir laiko logaritmo logt priklausomybė suskirstoma į sąlyginai tamprią ir valkšnią deformacijų sritis. Polio pagrindo ribinei laikomajai gebai surasti sudaromas valkšnumo ir apkrovos priklausomybės grafikas. Grafike imama reikšmė ten, kur k s = 1,0 mm (4.16 pav.), ir ją atitinkanti apkrova yra polio pagrindo ribinė laikomoji geba (R f ). Kitas būdas polio pagrindo ribinei laikomajai gebai nustatyti iš valkšnumo ir apkrovos grafiko yra toks: kreivė (4.16 pav.) tam tikrame taške lūžta ir toje vietoje yra polio pagrindo laikomoji geba. Teoriškai k s = 1,0 mm ir lūžio vieta turi sutapti, bet praktikoje tai retai pasitaiko. Polio ribinį stiprumą nustatant šiais būdais, jo reikšmės ne visada sutampa. Pagal valkšnumo dydžius galima prognozuoti nuosėdžių pokyčius ateityje. Tam yra naudojama tokia formulė: S S j ti lgt j ks (4.6) lg, (4.7) čia S būsimas bendras nuosėdis laikui t i, mm; S j nuosėdis, nustatytas bandymo metu esant apkrovai P j, mm; t j apkrovos trukmė, kuriai praėjus nustatytas ją atitinkantis S j, dienomis; t i laikas, kurio metu skaičiuojamas būsimasis nuosėdis, dienomis; k s valkšnumas, mm. 4.1 pav. Polio nuosėdžio ir laiko logaritmo grafiko fragmentas kreivės polinkio kampui α nustatyti (DGGT, 1998) 160

162 4.3. Polių bandymai dinamine apkrova Polio bandymai dinamine apkrova taip pat plačiai taikomi lauko tyrimų ir statybos praktikoje. Šių bandymų naudojimą skatina tobulėjanti apkrovos perdavimo technika ir paprastėjanti duomenų apdorojimo metodika. Polio bandymas dinamine apkrova priklauso tiesioginių bandymo metodų klasei. Šio bandymo metu yra nustatoma polio laikomoji geba, struktūrinis stiprumas ir apkrovos deformacijos charakteristikos matuojant polio reakciją į smūginę apkrovą. Bandymais yra nustatyta, kad egzistuoja dinaminės apkrovos, polio smigimo smūgio metu ir statinio gruntų pasipriešinimo ryšys. Šis ryšys yra panaudotas daugelyje polio kalimo formulių. Kalimo formulėse smūgio energiją buvo bandoma susieti su polio nuosėdžiu. Ši energija yra perduodama plaktu smūgiuojant į polį. Polio nuosėdis yra tampriųjų ir liekaninių deformacijų komponenčių visuma. Pastaruoju metu, atsiradus pakankamam kiekiui programinės įrangos ir supaprastėjus skaičiavimams, polio pagrindo laikomoji geba iš dinaminio bandymo duomenų yra nustatoma remiantis vienmatės bangos sklidimo teorija. Šios teorijos taikymas praktikoje leido spręsti ne tik apie polio ir grunto sistemos sąveiką ir laikomąsias gebas, bet ir apie polio vientisumą, polio medžiagos kokybę ir formą. Šiuo metu polių bandymas dinamine apkrova ir gautų duomenų interpretavimas yra dviejų krypčių: Pirmoji polių bandymas dinamine apkrova, duomenų interpretacijai taikant empirines energijos sklaidos ir polio pagrindo laikomosios gebos formules. Bandymo metu matuojamas tik polio nuosėdis nuo vieno smūgio ar smūgių serijos. Antroji polių bandymas dinamine apkrova, duomenų interpretacijai taikant vienmatės bangos sklidimo teoriją. Bandymo metu yra matuojamas ne tik polio nuosėdis, bet ir sklindančios bangos parametrai. Dinaminio polių bandymo atlikimo metodika. Prieš pradedant bandyti polį, jo galva turi būti paruošta bandymui, t. y. turi būti išlyginta, pašalinti nešvarumai. Armatūros karkasas bandomojo polio galvoje turi būti žemiau betono lygio. Kaltiniai poliai gali būti bandomi jų kalimo metu, kai paskutiniame kalimo metre yra skaičiuojami smūgiai kas 10 cm. Kitos rekomendacijos nurodo, kad polio smigimas turi būti matuojamas po kiekvienų 10 smūgių. Tačiau, norint gauti patikimus bandymo rezultatus, dalį polių reikia bandyti po tam tikro laiko (poilsio), kuris nurodomas bandymų rekomendacijose. Polio poilsio laikas priklauso nuo grunto, į kurį įgilintas polis, ir nuo polio rūšies. Į smėlio gruntus įgilintam kaltiniam poliui siūlomas poilsio laikas yra 3 paros. Į molio gruntus įgilinto kaltinio polio, poilsio laikas gali būti nuo 3 iki 5 savaičių. Jei dinamine apkrova yra bandomi vietoje lieti poliai, tai juos bandyti galima tik tada, kai polio betonas pasieks 80 % savo stiprumo. Kai bandomi poliai po pertraukos, kalimo metu yra matuojamas nuosėdis po kiekvieno smūgio. Dinaminė apkrova, kuria reikia paveikti polį, turi būti > 1 % didesnė už projektinę apkrovą. Smūginė apkrova perduodama sunkiu svoriu, smogiant į polio galvą. Apkrova gali būti perduota atliktas dviem pasirinktiniais būdais: 1. Dinaminės apkrovos perdavimas poliakalės plaktu;. Dinaminės apkrovos perdavimas specialiai tam skirta įranga, kuri gali būti: A) mechaninio tipo (4. pav., A); B) su sprogstamuoju užtaisu (4. pav., B) Bandomojo polio deformacijos nuo smūgio yra matuojamos specialiais elektroniniais prietaisais arba tiesioginiu būdu, naudojant nivelyrą ar lazerinį matuoklį. Visa nuosėdžio (deformacijos) matavimo įranga turi būti patikrinta ir užtikrinti reikiamą matavimo tikslumą. Matuoklis turi būti įrengtas tokiu atstumu nuo bandomojo polio, kad nejaustų bandymo metu sukeliamų vibracijų (4.3 pav.). 161

163 4. pav. Dinaminės apkrovos perdavimas specialia įranga: A mechaninis smūgiavimas; B su sprogstamuoju užtaisu 4.3 pav. Matavimo įrangos išdėstymo schema Kai bandymo metu matuojamas ne tik nuosėdis (deformacija), bet ir energijos bangos sklidimas ir perduotos jėgos parametrai, prie polio turi būti tvirtinami specialūs duomenų registravimo davikliai. Perduodama poliui jėga yra matuojama dviem davikliais, kurie vienas priešais kitą tvirtai tvirtinami prie polio kamieno. Rekomenduojama daviklius tvirtinti apie 1,5D atstumu žemiau polio galvos. Energijos bangos parametrams matuoti naudojami du matuokliai. Šie matuokliai taip pat tvirtinami vienas priešais kitą apie 1,5D atstumu nuo polio galvos. Bandymo metu yra naudojami ir prietaisai polio galvos deformacijos greičiui matuoti. Šie prietaisai būna atskiri arba integruoti į kitus matavimo įrenginius. Duomenys iš minėtų registravimo įrenginių patenka į kompiuterį ir ten išsaugomi tolesniam apdorojimui. Duomenų užrašymas turi vykti nepertraukiamai visą bandymo laiką. Dinaminio bandymo duomenų analizė pagal kalimo formules. Polio pagrindo laikomajai gebai skaičiuoti pagal polio kalimo rezultatus yra sukurta labai daug formulių. Viena pirmųjų formulių buvo pateiktas A. Hiley (195): 16

164 R u W h W n W C W W S P P, čia R u polio pagrindo laikomoji geba, kn; W plakto svoris, kn; h plakto kritimo aukštis, m; W P polio svoris, kn; S polio įsmigimo gylis nuo paskutinio smūgio, cm; n polio medžiagos atsikūrimo (restitucijos) koeficientas; η plakto smūgio efektyvumo koeficientas; C energijos nuostolių koeficientas. Ši formulė yra naudojama Europos šalyse. Jungtinėse Amerikos Valstijose taikoma ENR formulė (angl. Engineering News Record). Ši formulė yra sutrumpinta ir supaprastinta Hiley formulė: (4.8) W h R u. (4.9) S 0,1 Vėliau ši formulė buvo modifikuota (MENR) prie jos pridėta Hiley formulės antroji dalis: R u W h W n W S 0,1 W W P P (4.10) Į buvusios SSRS normas, o dabar ir dabartinės Rusijos normas yra įtraukta N. M. Gersevanovo formulė (4.11). Ši formulė šiek tiek skiriasi nuo Hiley (4.8) formulės ir jos modifikacijų: m A M 4 En W0 n W1 WP R 1 1 u, (4.11) m A S W 0 W1 WP čia R u polio pagrindo laikomoji geba, kn; m polio medžiagos tampriųjų savybių koeficientas; A polio skerspjūvio plotas, m ; M polio įgilinimo būdą įvertinantis koeficientas; E n plakto energija, kj; n tampriųjų deformacijų koeficientas; W 0 visas plakto svoris, kn; W P polio svoris, kn; W 1 nejudančios plakto dalies svoris, kn; S polio nuosėdis nuo vieno smūgio, m. Polio pagrindo ribinė laikomoji geba, skaičiuota pagal Gersevanovo formulę (4.11), yra artimiausia polio pagrindo ribinei laikomajai gebai, gautai pagal statinio bandymo duomenis. 163

165 Literatūra (1 4 skyrių) Aas G., Lacasse S., Lunne T and Hoeg K Use of in situ test for foundation design on clay. Proc. ASCE Specialty Conf. In Situ '86: Use of In Situ Tests in Geotecb. Engng, Blacksburg, VA, Ambraseys N Intensity attenuation and magnitude intensity relationships for northwest European earthquakes. Journ. Earthq. Eng. & Struct. Dynamics, vol. 13, Andresen A., Berre T., Kleven A. and Lunne T Procedures used to obtain soil parameters for foundation engineering in the North sea. Marine Geotechnology, 3 (3), Baldi G., Belloti R., Ghionna V., Jamiolkowski M. and Pasqualini E Interpretation of CPTs and CPTUs; nd part: drained penetration of sands. Proceedings of the Fourth International Geotechnical Seminar, Singapore, Baligh M. M, Azzouz A. S., Wissa A. Z. E., Matyin R. T. and Morrison M. H The piezocone penetrometer. Cone penetration testing and experience. Proceedings of the ASCE National Convention, St. Louis, Baligh M. M, Vivatrat V. and Ladd C. C Cone penetration in soil profiling. Journal of the Geotechnical Engineering Division, ASCE, 106(GT4), Baligh M. M Theory of deep site static cone penetration resistance. Massachusetts Institute of Technology, Department of Civil Engineering, Cambridge, Mass., Publication No. R Barentsen P Short description of a field testing method with cone shaped sounding apparatus. Proceedings of the 1 st International Conference on Soil Mechanics and Foundations Engineering, Cambridge, Mass 1, B/3, Bayne J. M. and Tjelta T. I Advanced cone penetrometer development for in situ testing at Gullfaks C. Offshore Technology Conference, Richardson, Texas, paper No Begemann H. K. S Improved method of determining resistance to adhesion by sounding through a loose sleeve placed behind the cone. Proceedings of the 3 rd International Conference on Soil Mechanics and Foundations Engineering, Zurich, 1, Begemann H. K. S The friction jacket cone as an aid in determining the soil profile. Proceedings of the 6 th International Conference on Soil Mechanics and Foundations Engineering, Montreal, 1, Begemann H. K. S The Dutch Static Penetration Test with the adhesion jacket cone. LGM Mededelingen, 1 (4), Belloti R., Bizzi G. and Ghionna V Design, construction and use of a calibration chamber. Proceedings of the nd European Symposium on Penetrating testing, ISOPT, Amsterdam,, , Balkema Pub., Rotterdam. Biscontin G. and Pestana J. M Influence of peripheral velocity on vane shear strength of an artificial clay. ASTM Geotech. Testing J., 4 (4): Bjerrum L Problems of soil mechanics and construction on soft clays and structurally unstable soils. State of the art report, Session IV, Proc. 8 th Int. Conf. Soil. Mech. and Found. Eng., Moscow, Volume 3, Bjerrum L. and Eggestad A Interpretation of loading test on sand. Proceedings European Conference on soil mechanics and foundation engineering, Wiesbaden. Vol Bondarik G. K Dynamic and static sounding of soils in engineering geology [Translated from Russia]. Israel Program for Scientific Translations, Jerusalem, 137 p. Briaud J. L The Pressuremeter and foundation design. Proc. In situ 1986: Use of in situ tests in Geot. Engng, Blacksburg V A, Briaud J. L The Pressuremeter. Balkeema, Rotterdam. 164

166 Broms B. B. and Flodin N History of soil penetrating testing. Proc of 1 st international symposium on penetration testing, ISOPT 1, Orlando. Penetration testing 1988, Balkema, Roterdam, ISBN , Buisman A. S. K De weerstand van pallpunkten in zand. De ingenieur, 50 (14), Bustamante M. and Gianeselli L Pile bearing capacity predictions by means of static penetrometer CPT. Proceedings of the Second European Symposium on Penetration Testing, ESOPT II, Amsterdam, May 4 7, Balkema, Vol., Cadling L. and Odenstad S The vane borer. Proc. Royal. Swed. Geot. Inst., No.. Campanella R. and Robertson P. K Applied cone research. Cone penetration testing and experience. Proceedings of the ASCE National Convention, St. Louis, Campanella R. and Robertson P. K Current status of the piezocone test. Proceedings of the International Symposium on Penetrating testing, ISOPT 1, Orlando, 1, , Balkema Pub., Rotterdam. Campanella R. and Robertson, P. K Flat Plate DMT: Research at UBC. Proc., 1st int. conf. on the Flat Dilatometer, Edmonton, Canada. Mobile augers and research Ltd. Campanella R., Robertson P. K. and Gillespie D A seismic cone penetrometre for offshore applications. Proceedings of the Oceanology International conference: Advances in Underwater Technology, Ocean Science and Offshore Engineering, Brighton, UK, 6, Chapter 51. Carlsson L Determination in situ of the shear strength of undisturbed clay by means of a rotating auger. Proc. nd Int. Conf. on Soil Mech. Found. Engng, Rotterdam, 1: Cerato A. B. and Lutenegger A. J Disturbance effects of field vane tests in a varved clay. Proc. nd Int. Symp. on Geotech. Site Characterization, Porto, Portugal, 1: Chan A. C. Y. and Morgenstern N. R Measurement of lateral stresses in a Lacustrine Clay deposits. Proc., 39 th Can. Geotech. Conf.: Chandler R. J The in situ measurement of the undrained shear strength of clays using the field vane. Vane Shear Strength Testing in Soils. Field and Laboratory Studies, ASTM STP 1014, ASTM, Philadelphia, Clarke B. G and Smith. A Self boring pressuremeter test in weak rocks, Construction and Building materials, 6 (), Clarke B. G Pressuremeters in geotechnical design. Glasgow: Blackie Academic and Professional Clayton C. R. I, Matthews M. C. and Simons N. E Site investigation. Department of Civil engineering University of Surrey (UK), Chapter 9, p , Wiley Blackwell; Sub editions. Clayton C. R. I SPT energy transmission: theory measurement and significance. Ground Engineering, 3 (10): Clough G. W. and Goeke P. M In situ testing for Lock and Dam 6 Cellular Cofferdam. Use of in situ tests in geotechnical engineering, ASCE: Crespellani T. and Vannucchi G Dynamic properties of soils. In: Seismic hazard and site effects in the Florence area. G. Vannuchi (ed), Assoc. Geotech. Italiana, Rome, Daniel C. R Energy transfer and grain size effects during the standard penetration test (SPT) and large penetration test (LPT). PhD thesis. Department of Civil Engineering the University of British C o- lumbia, Vancouver, Canada, 350 p. Davidson J. L. and Boghrat A Flat dilatometer testing in Florida. Proc., inter. symp. on in situ testing of soil and rock, Paris, : Day R. W. 00. Geotechnical earthquake engineering handbook. 1 st edition, New York: McGraw Hill, Inc., USA. 165

167 de Beer E. E Etudes des fondations sur pilotis et des fondations directs. L Appareil de penetration en profondeur. Tijdschrift der Openbare Werken van Belgie, Annales des Travaux Publics de Belgique, April, June and August, de Ruiter J Electric penetrometer for site investigations. Journal of the Soil Mechanics and Foundation Division, ASCE, Boulder, Colorado, 1, de Ruiter J Current penetrometer practice: Cone penetration testing and experience. Proceedings of the ASCE National Convention, St. Louis, de Ruiter J The static cone penetration test. State of art report. Proceedings of the nd European Symposium of penetration testing, ESOPT II, Amsterdam,, , Balkema Pub., Rotterdam. de Ruiter J. and Beringen F. L Pile foundation for large North Sea structures. Marine Geotechnology, (3): p Decourt L The Standard Penetration Test, state of the art report, Proc. 1 th Int. Conf. on Soil Mech. and Found. Eng., Rio de Janeiro. Douglas B. J. and Olsen R. S Soil classification using electric cone penetrometer. Cone penetration testing and experience. Proceedings of the ASCE National Convention, St. Louis, American society of engineers (ASCE). Dundulis K. ir Žaržojus G Comparative analysis of static and dynamic probing results. Proc of the 11 th Baltic Sea Geotechnical Conference Geotechnics in Maritime Engineering, vol. 1. September 15 18, 008, Gdansk, Poland. Polish Committee on Geotechnics & Gdansk University of Technology, Eslami A. and Fellenius B. H Pile capacity estimated from CPT data Six methods compared. Proc of the 14 th International Conference on Soil Mechanics and Foundation Engineering. Hamburg, Germany, September 6 1, Balkema, Fabius M Experience with the Dilatometer in Routine Geotechnical Design. Proc. 38 th Can. Geotech. Conf. Fellenius B. H. 00. Background to Unicone. Uni soft Ltd., Calgary. Alberta. Fellenius B. H. and Eslami A Soil profile interpreted from CPTu data, in Proc of Geotechnical Engineering Conference Year 000 Geotechnics, Asian Institute of Technology, Bangkok, Thailand, November 7 30, 18 p. Fletcher G. F. A Standard Penetration Test: Its uses and abuses: Journal Soil Mechanics Foundations Division, ASCE, 91, (SM4), Flodin N. and Broms B Soft Clay Engineering. E. W. Brand and R.P. Brenner, Eds., Elsevier, Amsterdam, the Netherlands, Ghionna V. N. and Jamiolkowski M A critical appraisal of calibration chamber tests in Po river sand. Proceedings of the International Symposium on Calibration Chamber Test. Potsdam, New York, 1991, Balkema Pub., Rotterdam. Ghionna V. N., Jamiolkowski M., Pedroni S. and Piccoli S Cone pressuremeter tests in Po river sand. Proceedings of the Conference on the Pressuremeter and its new avenues, Sherbrooke, Canada, Glaser S. D. and Chung R. M Use of Ground Improvement to Mitigate Liquefaction Potential fol lifelines. Proceedings US Taiwan Geotechnical Collaboration Workshop, Taipei, Tawan. Gravesen S Elastic semi infinite medium bounded by a rigid wall with a circular hole Laboratoriet for Bygninsteknik, Danmarks Tekniske Hojskole, Meddelelse No. 10, Copenhagen. Hamandshiev K. B. and Lutenegger A. J Study of OCR of Loess by flat dilatometer. Proc., 1 th Int. Conf. on Soil Mech. and Found. Engr., 4: Hayes J. A Case histories involving the flat dilatometer. Proc., 1 st int. conf. on the Flat Dilatometer. Edmonton, Canada. Mobile augers and research Ltd. 166

168 Hayes J. A Comparison of dilatometer test results with observed settlement of structures and earthwork. Proc., 39 th Can. Geotech. Conf.: Hryciw R. D Small strain shear modulus of soil by dilatometer. J. Soil Mech. Found. Div., ASCE, 116 (11): Huizinga T. K Grundmechanica, Amsterdam, Arend and Son, 79. Hvorslev M. J Subsurface Exploration and Sampling of Soils for Civil Engineering Purposes: Committee on Sampling and Testing, Soil Mechanics and Foundations Division, American Society of Civil Engineers: U.S. Corps of Engineers Waterways Experiment Station, Vicksburg, MS. Imai T. and Yokota K Relationships between N value and dynamic soil properties. Proceeding nd European Symposium on penetration testing, ESOPT II, Amsterdam, 1: Inžinerinių tyrinėjimų institutas Reklaminis prospektas. EMKB. Vilnius. Jamiolkowski M., Ghionna V., Lancellotta R. and Pasqualini E New correlations of penetration tests for design prastice. Proc. ISOPT, Orlando, FL, l: Jamiolkowski M., LoPresti D. C. F. and Manassero M Evaluation of Relative Density and Shear Strength of Sands from Cone Penetration Test and Flat Dilatometer Test, Soil Behavior and Soft Ground Construction (GSP 119), ASCE, Reston, Virginia, 001, p Janbu N. and Senneset K Effective stress interpretation of in situ static penetration tests. Proceedings of the European Symposium on Penetration Testing. ESOPT, Stockholm,., Jefferies M. G. and Davies M. P Soil classification by the cone penetration test. Discussion. Canadian Geotechnical Journal, 8 (1): Jezequel J. F., Lamy J. L. and Perrier M The LPC TLM pressio penetrometer. Proceedings of the Symposium on the Pressuremeter and its Marine Application, Paris, 75 87, Edidions Technip, Paris. Jones G. A., Van Zyl D. and Rust E Mine tailings characterization by piezometer cone. Cone penetration testing and experience. Proceedings of the ASCE National Convention, St. Louis, Kaderabek T. J., Barreiro D. and Call M. A In situ tests on Florida peat. Use of in situ tests in geotechnical engineering, ASCE: Kamey T. and Iwasaki K., Evaluation of undrained shear strength of cohesive soil using a flat dilatometer. Soils and Found. 35 (): Kleyn E. G., Maree J. H. and Savage P. F The application of portable pavement dynamic cone penetrometer to determine in situ bearing properties of road pavement layers and subgrades in South Africa, in Proc. of nd European Symposium on Penetration. Kovacs W. D. and Salomone A SPT hammer energy measurement. Journal Geotech. Engng Div., ASCE, 108(4): Kovacs W. D., Evans J. C. and Griffith A. H Towards a more standardized SPT, Proc. 9 th Int. Conf. Soil Mech. and Found. Eng., Tokyo, Volume, Kramer S. L Geotechnical earthquake engineering. 1 st edition. Prentice Hall international series in civil engineering and engineering mechanics. New Jersey: Prentice Hall, Inc., USA. Kulhawy F. H. and Mayne P. W Manual on Estimating Soil Properties for Foundation Design. Report EPRI EL 6800, Electric Power Research Institute, Palo Alto, 306 p. Kumar K Basic geotechnical earthquake engineering. 1 st edition. New Delhi: New Age International (P) Ltd., Publishers. La Rochelle P., Roy M. and Tavernas F Field measurements of cohesion in Champlain clays, Proc. 8th Int. Conf. Soil Mech. and Found Eng., Moscow, Volume 1.1, p Lacasse S. and Lunne T Dilatometer tests in two soft marine clays. Norwegian Geotechnical institute Publ. No. 146:

169 Lacasse S. and Lunne T Dilatometer tests in sand. Use of in situ tests in geotechnical engineering, ASCE: Larrson R Undrained shear strength in stability calculation of embankments and foundations on soft clays. Canadian Geotech., J., 17 (4): Larsson R. and Mulabdic M Piezocone tests in clay. Swedish Geotechnical Institute, Linkoping, Report, 4. Loertscher T. Y. and Youd T. L Magnitude scaling factors for analysis of liquefaction. T. D. O'Rourke, & M. Hamada, Proc. Fifth U.S. Japan workshop on earthquake resistant design of lifeline facilities and countermeasures for soil liquefaction. Technical Report NCEER , SNOWBIRD, UT Lunne T. and Christophersen H. P Interpretation of cone penetrometer data for offshore sands. Proceedings of the Offshore Technology Conference, Richardson, Texas, Paper No Lunne T., Lacasse S. and Rad N. S State of the art report on in situ testing of soils. Proc. XII ICSMFE, Rio de Janeiro, 4: Lunne T., Robertson P. K. and Powell J. J. M Cone penetration testing in geotechnical practice. London., UK: Blackie Academic & Professional. Luo X., Salgado R. and Altschaeffl A Dynamic cone penetration test to assess the mechanical properties of the subgrade soil, Final Report [FHWA/IN/JTRP 98/13/, Purdue University, West Lafayette, Indiana, USA, September 30, 1998, 147 p. Lutenegger A. J. and Donchev P Flat dilatometer testing in some metastable loess soils. Proc. inter. symp. in situ testing of soil and rock. Paris. Vol. : Lutenegger A.J. and Timian D. A Flat plate penetrometer tests in marine clays. Proc., 39th Can. Geotech. Conf.: Mair R. J and Wood D. M Pressuremeter testing-methods and interpretation, Butterworth. Marchetti S In situ test by flat dilatometer. J. Geotech. Engng div., ASCE, Jnl GED, 106 (3): Marchetti S On field determination of K 0 in sand. Discussion session No A. Proc. XI th int. conf. soil. Mech. Found. Engng. San Francisko, 5: Marchetti S The flat dilatometer: Design Applications. Proc. Third Intern. Geotechn. Eng. Conference. Keynote lecture, Cairo University. Jan., Marchetti S. and Crapps D. K Flat Dilatometer Manual. Internal Report of G.P.E. Marchetti S. and Totani G C h evaluations from DMTA dissipation curves. Proceedings of 1 th International Conference of Soil Mechanics and Foundation engineering, Rio de Janeiro, 1: Marchetti S., Monaco P., Totani G. and Calabrese M The flat dilatometer Test (DMT) in soil investigations. A Report by the ISSMGE Committee TC16. Proceedings of International Conference on In situ Measurement of Soil Properties, Bali, Indonesia. 41. Mayne P. W Determination of OCR in clays by piezocone tests using cavity expansion and critical state concepts. Soils and Foundations, 31 (), Mayne P. W The nd James K. Mitchell Lecture: Undisturbed Sand Strength from Seismic Cone Tests, Geomechanics & Geoengineering, 1(4), Taylor & Francis Group, London, 006, in press. Francis Group, London, 006. Mayne P. W Cone Penetration Testing State of Practice. Georgia Institute of Technology, Atlanta, Georgia. Final Report. NCHRP Project Topic Transportation Research Board Synthesis Study, p Meyerhof G. G Penetration testing and bearing capacity of cohesionless soils. Journal of the Soil Mechanics and foundation division, ASCE, 8 (SM1):1 19. Meyerhof G. G Penetration testing outside Europe. General report at the European Symposium on penetration testing, ESOPT, Stockholm,.1, 40 8, Balkema Publ., Rotterdam. 168

170 Meyerhof G. G Scale effects of pile capacity. American Society of Civil Engineers, ASCE, Journal of Geotechnical Engineering, 108 (GT3):p Ming Fang C The flat dilatometer test and its application to two Singapore clays. Proc., 4 th Int. Geotech. Seminar on field instrumentation and in situ measurements. Singapore: Minkov M., Karachorov P., Donchev P. and Genov R Field tests of soft saturated soils. Proc., 6 th conf. on soil mech. and found. engr., Budapest: Mohr H. A Discussion of Standard Penetration Test: Its uses and abuses, by G. F. A. Fletcher: Journal Soil Mechanics Foundations Division, ASCE, 9 (SM1): p Muhs H Arbeiten der Degebo in den Jahren , Bautechnik Archiv, No. 3, Muhs H years of deep sounding with static penetrometers Berlin Univeritat, Deutche Forschungsgesellsch fur Boden Mechanik (Degebo). Mitteilungen (34), Muromachi T Cone penetration testing in Japan. Proceedings of the ASCE National Convention: Cone penetration testing and experience, St. Louis, Ohta Y. and Goto N Empirical shear wave velocity equations in terms of characteristic soil indexes. Earth Engng and Struct. Dynamics, 6: Parkin A. K. and Lunne T Boundary effects in the laboratory calibration of a cone penetrometer in sand. Proceedings of the nd European Symposium on Penetrating testing, ISOPT, Amsterdam,, , Balkema Pub., Rotterdam. Plantema G Construction and method of operating a new deep sounding apparatus. Proceedings of the nd International Conference on Soil Mechanics and Foundations Engineering, Rotterdam, 1, Powell J. J. M A comparison of four different pressuremeters and their methods of interpretation in a stiff, heavily overconsolidated clay. Proceedings of the 3 rd International Symposium on Pressuremeters, Oxford, 87 98, Thomas Telford, London. Powell J. J. M. and Quarterman. R. S. T The interpretation of cone penetration tests in clays, with particular reference to rate effects. Proc. Int. Symp. Penetration testing ISOPT 1, Orlando,, Balkema Pub., Rotterdam. Powell J. J. M. and Uglow I. M Dilatometer testing in stiff overconsalidation clays. Proc., 39 th Can. Geotech. Conf.: Press H The bearing capacity of pile groups in relation to that of single piles (in German). Bautechnik, 11: Quiros G. W. and Young A. G Comparison of field vane, CPT and laboratory strength data at Santa Barbara Channel site. Vane Shear strength testing in soils: Field and laboratory studies, ASTM Special technical publication, STP 1014, Rad N. S. and Lunne T Correlations between piezocone results and laboratory soil properties. Norwegian Geotechnical Institute, Oslo, Report Rad N. S. and Lunne T Direct correlations between piezocone test results and undrained shear strength of clay. Proc. Int. Symp. Penetration testing ISOPT 1, Orlando,, Balkema Pub., Rotterdam. Riggs C. O North American Standard Penetration Test Practice an essay, Proc. ASCE Conf on use of in situ tests in geot. eng., Blacksburg, VA, Robertson P. K Soil classification using the cone penetration test. Canadian Geotechnical Journal, 7 (1), Robertson P. K Guide to in situ testing, California: Gregg Drilling & Testing Inc., 87 p. Robertson P. K Performance based earthquake design using the CPT. Keynote lecture, IS Tokyo. Robertson P. K. and Campanella R. G Interpretation of cone penetration tests: Part II: Clay. Canadian Geotechnical Journal, 0 (4),

171 Robertson P. K. and Wride C. E Cyclic Liquefaction and its Evaluation based on the CPT Canadian Geotechnical Journal, 1998, Vol. 35, August. Robertson P. K., Campanella R. G., Gillespe D.G. and By T Excess pore pressure and the flat plate dilatometer. Proc. Int. Symp. Penetration testing ISOPT 1, Orlando, Balkema Publishers, The Netherlands, 1: Robertson P. K., Campanella R.G., Gillespe D.G. and Greig J Use of piezometer cone data. Proceedings of the ASCE Specialty Conference in situ 86: Use of in situ tests in Geotechnical Engineering, Blacksburg, , American Society of Engineers (ASCE). Rogers J. D. 006A. Subsurface Exploration Using the Standard Penetration Test and the Cone Penetrometer Test. Environmental & Engineering Geoscience, Vol. XII, No., May 006, p Rogers J. D. 006B. Gow, Mohr, Terzaghi and origins of the standard penetration test. University of Missouri Rolla for the Annual Meeting Association of Environmental and Engineering Geologists, Boston, Massachusetts. Roy M., Tremblay M., Tavenas F. and La Rochelle P Induced pore pressures in static penetration tests in sensivity clay, Proceedings of the 33 rd Canadian Geotechnical Conference, Calgary, Preprint Volume to Sandven R Strength and deformation properties of fine grained soils obtained from piezocone tests. Ph.D. thesis. Norwegian Institute of technology, Trondheim. Sandven R., Senneset K. and Janbu N Interpretation of piezocone tests in cohesive soils. Proc. Int. Symp. Penetration testing ISOPT 1, Orlando,, , Balkema Publishers, Rotterdam. Sanglerat G The penetrometer and soil exploration. Elsevier, Amsterdam, 464 p. Sanglerat G., Nhim T.V., Sejourne M. and Andina R Direct soil classification by static penetrometer with special friction sleeve. Proceedings of the First European Symposium on Penetration Testing, ESOPT 1, June 5 7, Stockholm, Vol.., p Scala A. J Simple methods of flexible pavement design using cone penetrometers. Golden Jubilee of the International Society for Soil Mechanics and Foundation Engineering: Commemorative Volume. Ed. by A. C. T Barton, Institution of Engineers, Australia, 1 1. Schmertmann J. H Static cone to compute static settlement over sand. Journal of the soil Mechanics and foundation division, ASCE, 96(SM3): Schmertmann J. H Penetration pore pressure effects on quasi static cone bearing, q c. Proceedings of the European Symposium on Penetration Testing. ESOPT, Stockholm,., Schmertmann J. H Measurement of in situ shear strength. Proceedings of the ASCE Specialty Conference on in situ Measurement of soil properties, Raleigh, North Carolina,, ASCE. Schmertmann J. H Guidelines for cone penetration test, performance and design. US federal Highway Administration, Washington, DC, Report, FHWA TS 78 09, 145. Schmertmann J. H A method for determining the friction angle in sands from the Marchetti Dilatometer test. Proc., nd ESOPT, : Schmertmann J. H Past, present and future of the DMT. Proceedings of First international conference on the flat dilatometer. Edmonton, Canada. Mobile augers and research Ltd. Schmertmann J. H Guidelines for using CPT, CPTU and Marchetti DMT for geotechnical design. Report FHWA PA , Office of research and Special studies, USA. Schmertmann J. H. and Crapps D. K Use of in situ penetration tests to aid pile design and installation. Proc., Geopile 83. Associated Pile and Fitting corp.: Schnaid F In situ testing in geomechanics. The main tests. Taylor & Francis. London and New York. 39 p. Seed H. B., Idriss I. M and Arango I Evaluation of liquefaction potential using field performance data. Journal Geotechnic Engineering, ASCE, 109(3):

172 Seed H. B., Tokimatsu K., Harder L. F. and Chung. R. M Influence of SPT procedures in soil liquefaction resistance evaluations, Proc. ASCE, J. Geot. Eng., Dec., Senneset K. and Janbu N Shear strength parameters obtained from static cone penetration tests. Strength testing of marine sediments; Laboratory and In situ measurements. Symposium, San Diego, 1984, ASTM Special technical publication, STP 883, Senneset K., Sandven R., Lunne T., By T. and Amundsen T Pjezocone tests in silty soils. Proc. Int. Symp. Penetration testing ISOPT 1, Orlando,, , Balkema Publishers, Rotterdam. Šimkus J Lietuvos TSR gruntų statybinės savybės. Vilnius: Mintis. 89 p. Šimkus J Gruntų mechanika, pamatai ir pagrindai. Vilnius: Mokslas. 70 p. Šimkus J. 00. Pagrindų ir pamatų šakinė mokslo laboratorija. Vilnius: Technika. 58 p. Skempton A. W The ø = 0 analysis of stability and its theoretical basis. Proceedings of the nd International Conference on Soil Mechanics and Foundation Engineering. 1: Skempton A. W Standard penetration test procedures and the effects in sands of overburden pressure, relative density, particle size, ageing and overconsolidation, Géotechnique, 36 (3): Stefanoff G., Sanglerat G., Bergdahl U. and Melzer K. J Dynamic probing (DP): international refe r- ence test procedure, in Proc of the 1 st International Symposium on Penetration Testing /ISOPT 1/ Penetration Testing 1988, vol. 1. Ed. by De Ruiter, J. Martch 0 4, 1988, Orlando, USA. Rotterdam: A. A. Balkema, Strout J. M. and Senneset K Historical development of the screwplate compressometer. First International Conference on Site Characterization, Atlanta 18 4 April Sy A Energy measurements and correlations of the standard penetration test (SPT) and the Becker penetration test (BPT). PhD thesis. Department of Civil Engineering the University of British C o- lumbia, Vancouver, Canada, 13 p. Sykora D. W. and Stoke K. H Correlations of in situ measurements of shear wave velocity, soil characteristics and site conditions. Geotech. Report GR83 33, Dept. Div. Engng., University of Texas, Austin, TX. Tanaka H. and Tanaka M Characterization of sandy soils using CPT and DMT. Soils and Foundations, Japanese Geotechnical Society, 38 (3): Terzaghi K Relation between soil mechanics and foundation engineering, Presidential address, Proc. 1st Int. Conf Soil Mech. and Found. Eng., Harvard, Volume 3, p Terzaghi K Fifty years of Soil exploration. Proc. 3 rd Int. Conf. Soil Mech. a Found. Eng., Zurich, 3, p Terzaghi K. and Peck R. B Soil Mechanics in Engineering Practice, 1 st edition, John Wiley& Sons, New York. Terzaghi K., Peck R. B. and Mesri G Soil mechanics in engineering practice. John Wiley & Sons, INC. USA. Tomlinson M. J. and Boorman R Foundation design and construction. Great Britain, TJ International Ltd. Padstow, Cornwall. Tomlinson. M. J Foundation Design and Construction. Wiley. Great Britain. Torstensson B Time dependent effects in the field vane test, Proc. Int. Symp. on Soft Clay, Asian Inst. Tech., Bangkok, p Torstensson B. A Pore pressure sounding instrument. Proceedings of the ASCE Specialty Conference on in Situ Measurement of Soil Properties. Raleigh, North Carolina,, 48 54, American Society of Engineers (ASCE). Tumay M. T. and Fakhroo M Pile capacity in soft clays using electric QCPT data. American Society of Civil Engineers, ASCE, Cone Penetration Testing and Experience, St. Louis, October 6 30, p

173 Van Impe W. F Evaluation of deformation and bearing capacity parameters of foundation from static CPT results. Proceedings of the 4 th International Geotechnical Seminar, Singapore, 51 70, Nanyang Technical Institute, Singapore. Veismanis A Laboratory investigation of electrical friction cone penetrometers in sands. Proceedings of the European Symposium on Penetration testing, Stockholm, June 1974,., Vermeiden J Improved sounding apparatus as developed in Holland since Proceedings of the nd International Conference on Soil Mechanics and Foundations Engineering, Rotterdam, 1, Vesic A. S Expansion of cavities in infinite soil mass. Proceeding of the ASCE, Vol. 96, No. SM, March. Vesic A. S Principles of pile foundation design. Duke University. Soil mechanics series, No. 38. Vlasblom A The electrical penetrometer; a historical account of its development. LGM Mededelingen, Part XXII, 9 p. Weltman A. J Pile load testing procedure, PG7, CIRIA. Wissa A. E. Z., Martin R. T. and Garlanger J. E The piezometer probe. Proceedings of the ASCE Specialty Conference on in Situ Measurement of Soil Properties. Raleigh, North Carolina, 1, , American Society of Engineers (ASCE). Withers N. J., Schaap L. H. J. and Dalton C. P The development of a full displacement pressuremeter. Proceedings of the nd International Symposium on the Pressuremeter and its Marine Application, College Station, Texas, ASTM Special technical publication, STP 950, Wroth C. P The interpretation of in situ soil test. 4 th Rankine Lecture, Geotechnique, 4 (4): Wroth C. P Penetration testing a more rigorous approach to interpretation. Proceedings of the International Symposium on penetration testing, ISOPT 1, Orlando, 1, Balkema Pub., Rotterdam. Žaržojus G UAB Philip Morris Lietuva pirminės gamybos korpuso B01 1 Klaipėdoje inžinerinės geologinės sąlygos bei polių laikomosios gebos įvertinimas. Bakalauro darbas. Vilnius. 99 p. Žaržojus G Dinaminio zondavimo rezultatų ir juos įtakojančių veiksnių analizė bei sąsajos su statinio zondavimo duomenimis Lietuvos gruntuose. Daktaro disertacija. Fiziniai mokslai, Geologija (05P) Vilniaus Universitetas. Vilnius. 155 p. Žaržojus G. ir Dundulis K Problems of correlation between dynamic probing test (DPSH) and cone penetration test (CPT) for cohesive soils of Lithuania, The Baltic Journal of Road and Bridge Engineering, 5 (): Zuidberg H. M Piezocone penetration testing probe development. Proceedings of the nd International Symposium on penetration testing, ISOPT 1, Orlando, Specialty Session No. 13, 4 March. Balkema Pub., Rotterdam. Zuidberg H. M. and Post M. L The cone pressuremeter: An efficient way of pressuremeter testing. Proceedings of the Conference on the Pressuremeter and its new avenues, Sherbrooke, Canada, Balkema Pub., Rotterdam. Zuidberg H. M., ten Hoope J. and Geise J. M Advances in situ measurements. Proceedings of the nd International Symposium on Field Measurements in Geomechanics, Kobe, 1, 79 91, Balkema Pub., Rotterdam. Бондарик Г. К., Комаров И. С., Ферронский В. И Полевые методы инженерно геологических исследований. Москва: Недра. Бондарик Г.К., Ярг Л А Инженерно геологические изыскания. Москва: КДУ. Брилингас А. С Методика инженерно геологических изысканий для промышленного и гражданского строительства в районах распростронения ледниковых отложений (на примере территории Литовской ССР). Диссертация на соискание ученой степени кандидата геолого минералогических наук. Москва. 17

174 Грязнов Т. А Оценка показателей свойств пород полевыми методами. Москва: Недра. Дорошкевич Н. М., Клейн Г. К., Смиренкин П. П Основания и фундаменты. Москва. Высшая школа. Дудлер И. В Комплексные исследования грунтов полевыми методами. Москва: Стройиздат. 13 с. Лебедев. Е. В Способ испытания грунтов винтовым штампом с управляемым погружением и его аналитические возможности. No 5, стр Реконструкция городов и геотехническое строительство. Ломтадзе В. Д Инженерная геология. Специальная инженерная геология. Москва: Недра. Рубинштейн А. Я., Кулачкин Б. И Динамическое зондирование грунтов, Москва: Недра, 9 с. Солодухин М. А Инженерно геологические изыскания для промышленного и гражданского строительства. Москва: Недра. Солодухин М. А Инженерно геологические изыскания для промышленного и гражданского строительства. Москва: Недра. Сугакевич О. В К вопросу об определении плотности песков методом динамического зондирования, Материалы к совещанию Полевые методы исследования грунтов, Редакционная колегия А. В. Василщьев, Л. Н. Воробков и др. Рязань, Октября, 1969, ПНИИИС, Трофименков Ю. Г., Воробков Л. Н Полевые методы исследования строительных свойств грунтов. Москва: Стройиздат. Ферронский В. И Пенетрационно каротажные методы. Москва: Недра. Швец В. Б., Лушников В. В., Швец Н. С Определение строительных свойств грунтов, Киев: Будивельник, 103 с. Standartai ASTM D Standard Test Method for Penetration Test and Split Barrel Sampling of Soils: American Society for Testing and Materials. ASTM D Test method for bearing capacity of soil for static load and spread footings. ASTM D Standard Test Method for Standard Penetration Test (SPT) and Split Barrel Sampling of Soils. ASTM D Standard Test Method for Standard Penetration Test (SPT) and Split Barrel Sampling of Soils. ASTM D Standard Test Method for Field Vane Shear Test in Cohesive Soil. ASTM D Standard Test Method for Prebored Pressuremeter Testing in Soils. ASTM D (007) Standard Test Method for Performing the Flat Plate Dilatometer. BS 1377: Part 9: (1990) British Standard Methods of test for soils for civil engineering purposes, Part 9: In situ tests, British Standards Institution, London. BSI Code of practice for foundations CP 004, British Code of Practice. DGGT Working group.1, Recommendations for Static and Dynamic Pile Tests, IGB TUBS. DIN Soil classification for civil engineering purposes. DIN Geotechnical Investigations For Civil Engineering Purposes. DIN Dynamic and standard penetrometer. Part 1: Dimensions of apparatus and method of operation; Part : Application and evaluation. Deutsches Institüt für Normung, Berlin. 173

175 EN ISO Geotechnical investigation and testing Field testing Part 1: Electrical cone and piezocone penetration test. EN ISO 476. Geotechnical investigation and testing Field testing Part : Dynamic probing. Geotechniniai tyrinėjimai ir bandymai. Lauko bandymai. dalis. Dinaminis zondavimas (LST EN ISO 476 :005) EN ISO Geotechnical investigation and testing Field testing Part 3: Standard penetration test. Geotechniniai tyrinėjimai ir bandymai. Lauko bandymai. 3 dalis. Standartinis penetracijos bandymas (LST EN ISO 476 3:005). EN ISO Geotechnical investigation and testing. Field testing. Part 4: Ménard pressuremeter test. EN ISO Geotechnical investigation and testing Field testing Part 6: Self boring pressuremeter test. EN ISO Geotechnical investigation and testing Field testing Part 8: Full displacement pressuremeter test. EN ISO Geotechnical investigation and testing Field testing Part 9: Field vane test. EN ISO Geotechnical investigation and testing Field testing Part 11: Flat dilatometer test. Geotechniniai tyrinėjimai ir bandymai. Lauko bandymai. 11 dalis. Bandymas plokščiuoju dilatometru EN ISO Geotechnical investigation and testing. Field testing Part 1. Mechanical cone penetration test (CPTM). Geotechniniai tyrinėjimai ir bandymai. Lauko bandymai. 1 dalis. Mechaninis bandymas kūgiu (CPTM) EN ISO Geotechnical investigation and testing Field testing Part 13: Plate loading test. Eurocode 7: Geotechnical design Part 1: General rules. (EN :007). Eurocode 7: Geotechnical design Part : Ground investigation and testing. (EN 1997 :007). ISO/DIS Geotechnical investigation and testing Testing of geotechnical structures Part 1: Pile load test by static axially loaded compression. ISSMFE Appendix A: International reference test procedure or cone penetration test (CPT). Report of the ISSMFE Technical Committee on Penetration Testing of Soils TC 16, with Reference to Test Procedures, Swedish Geotechnical Institute, Linkoping, Information, 7: ISSMFE. Axial Pile Loading Test Part 1: Static Loading, JIS A Method of penetration test for soils, Japanese Industry Standard. LST :1995. Automobilių kelių gruntai. Bandymas štampu. LST EN Specialieji geotechnikos darbai. Spraustiniai poliai. LST EN ISO :004. Geotechniniai tyrinėjimai ir bandymai Grunto atpažintis ir klasifikavimas. dalis: Klasifikavimo principai. LST 1445:1996. Geotechnika. Gruntų klasifikacija ir identifikacija. NBR 6484:001. Solo Sondagens de simplesreconhecimento com SPT Método deensaio. Brazil. TP BF StB Teil 8.3 Technische Prüfvorschriften für Boden und Fels im Straßenbau (in Germany). БССР РСН Динамическое зондирование грунтов в условиях БССР. Госстрой БССР Минск. ГОСТ Грунты. Методы полевого определения характеристик деформируемости. ГОСТ Грунты. Методы полевых испытаний статическим и динамическим зондированием. ГОСТ Грунты. Методы полевого определения характеристик прочности и деформируемости. (Soils. Field methods for determining the strength and strain.) ГОСТ Грунты. Классификация. 174

176 ГОСТ Надежность строительных конструкций и оснований Основные положения по расчету. (Reliability of the constructions and the foundations.) ГОСТ Грунты. Методы лабораторного определения физических характеристик. (Soils. Laboratory methods for determination of physical characteristics.) СН Указания по зондированию грунтов для строительства. СП Свод правил по проектированию и строительству. Инженерно геологические изыскания для строительства. Nuorodos un_demi-si_cle_d_histoire_ probes/mechanical cpt/ geotechnical.com/ 175

177 II dalis. HIDROGEOLOGIJA

178 5. HIDROGEOLOGINIAI LAUKO TYRIMŲ METODAI Pagrindinis hidrogeologinių tyrimų tikslas gauti būtiną informaciją apie požeminį vandenį, kad būtų galima pagrįstai prognozuoti žemės gelmėse vykstančius procesus ir taip toliau pažintį gamtą. Nuolat didėja hidrogeologinių tyrimų apimtis, įvairovė, tobulinami ir tampa sudėtingesni jų metodai. Šiuolaikiniais hidrogeologiniais tyrimų metodais sprendžiamų konkrečių uždavinių kompleksas labai platus: paieškos, žvalgyba ir eksploatacinių gėlojo požeminio vandens išteklių vertinimas geriamojo vandens tiekimui, žemės ūkiui, pramonei; paieškos, žvalgyba ir eksploatacinių mineralinio, terminio, pramoninio vandens išteklių įvertinimas gydymo, chemijos pramonės, šiluminės energetikos tikslais; naudingųjų iškasenų telkinių hidrogeologinių sąlygų įvertinimas dėl telkinių eksploatacijos; hidrogeologiniai tyrimai sausinimo ir drėkinimo tikslais; hidrogeocheminė naudingųjų iškasenų telkinių paieška; hidrogeologiniai tyrimai dirbtiniam požeminio vandens išteklių papildymui ir apsaugai nuo užteršimo; hidrogeologiniai tyrimai susiję su radioaktyviųjų ir pramonės atliekų laidojimu; hidrogeologiniai tyrimai susiję su požeminių naftos ir dujų saugyklų įrengimu, ir kt Hidrogeologinių tyrimų paskirtis Hidrogeologiniai tyrimai atliekami hidrotechninėje, melioracinėje, vandentiekio, civilinėje, pramoninėje, kelių statybose, išaiškinama rajono (teritorijos) geologinė sandara, hidrogeologinės sąlygos, vykstantys geologiniai procesai, uolienų fizinės mechaninės ir vandeningumo savybės. Hidrogeologiniai tyrimai vykdomi projektuojant ir statant visus stambius ir smulkius statinius; užtvankas, tiltus, vandens saugyklas, tunelius, geležinkelius, autokelius, pastatus ir kt. Hidrogeologiniai tyrimai, kad ir kokia būtų jų konkreti paskirtis, turi padėti išspręsti šiuos svarbiausius uždavinius: išaiškinti pagrindinius procesus ir veiksnius, turėsiančius įtakos hidrogeologinėms sąlygoms, pastačius inžinerinius statinius; parinkti ir pagrįsti struktūrines schemas ir svarbiausius prognozuojamų procesų rodiklius, atsižvelgiant į visus apribojimus iš hidrogeologinių, ekologinių ir techninių, ekonominių pozicijų; pateikti patikimą pagrindinių procesų prognozę ir nustatyti projektuojamo statinio įtaką hidrogeologinėms sąlygoms. Visa tai padeda tinkamai parinkti statybos aikštelės vietą, statinių tipą, konstrukciją ir tinkamai išdėstyti statinius. Hidrogeologinių tyrimų pobūdis priklauso nuo statinio paskirties, tipo, konstrukcijos, matmenų ir kitų charakteristikų. Hidrogeologinių tyrimų apimtis ir pobūdis priklauso nuo inžinerinio statinio paskirties. Projektuojant sausinimo ir drėkinimo sistemas, reikia detaliau tirti hidrogeologines sąlygas, uolienų filtracines ir kitas vandeningumo savybes. Hidrotechniniams statiniams, pramoniniams ir civiliniams pastatams projektuoti reikalingi detalūs uolienų filtracinių, mechaninių savybių tyrimai, nes pamatai dažnai negilūs ir požeminiai vandenys turi palyginti mažesnę įtaką. Vandenvietės statybai reikalingi detalūs vandeningųjų sluoksnių išsidėstymo ir jų našumo tyrimai. Vietovės hidrogeologinės sąlygos, atsižvelgiant į kurias projektuojamos užtvankos, sausinimo ir drėkinimo sistemos, tuneliai, keliai, įvairūs pastatai, yra įvairios, kaip ir patys inžineriniai statiniai. Todėl kiekvienu konkrečiu atveju reikia išskirti, kas svarbiausia. Dėl to hidrogeologiniai tyrimai yra skirtingo pobūdžio ir nevienodos apimties. Pavyzdžiui, statant užtvanką, keliami vieni reikalavimai, įrengiant drėkinimo sistemą kiti, statant gyvenamąjį namą treti, nors vietovės hid177

179 rogeologinės sąlygos ir būtų vienodos. Hidrogeologiniai tyrimai skiriasi ir tuo atveju, kai statiniai yra vienodi, bet statomi skirtingomis hidrogeologinėmis sąlygomis. Hidrogeologinių tyrimų pobūdis ir apimtis labiausiai priklauso nuo vietovės gamtinių sąlygų sudėtingumo, geologinio ir hidrogeologinio ištyrimo laipsnio, inžinerinio statinio paskirties ir projektavimo stadijos. Vietovės gamtinių sąlygų sudėtingumas priklauso nuo geologinės sandaros, hidrogeologijos, geomorfologijos, klimato ir kitų veiksnių. Tiriamo ploto geologinę sandarą apibūdina nevienodas sluoksnių susiklostymas tiek vertikaliai, tiek horizontaliai, geologiniai procesai ir reiškiniai (erozija, abrazija, karstas, nuošliaužos), uolienų litologinė sudėtis. Nuo vietovės geologinių sąlygų sudėtingumo priklauso inžinerinio statinio konstrukcija, neretai ir pats statinio tipas, o kartu hidrogeologinių tyrimų pobūdis ir apimtis (gręžimo metodai, gręžinių skaičius ir gylis bandymo darbų ir laboratorinių tyrimų pobūdis). Vandeningųjų sluoksnių paplitimas (slūgsojimo gylis, storis, vandeningojo sluoksnio uolienų laidumas vandeniui), našumas, požeminio vandens cheminė sudėtis ir fizikinės savybės yra pagrindiniai hidrogeologiniai veiksniai, kurie turi įtakos tyrimo gręžinių gyliui, skaičiui ir išsidėstymui erdvėje. Tiriamos teritorijos geologinės ir hidrogeologinės sąlygos skirstomos į sudėtingas, vidutinio sudėtingumo ir paprastas. Sudėtingomis geologinėmis ir hidrogeologinėmis sąlygomis pasižymi vietovės, kurių sudėtinga geologinė sandara ir aktyviai vyksta šiuolaikiniai geologiniai procesai. Vandeningieji sluoksniai čia yra negiliai, ir vietomis požeminis vanduo išsilieja žemės paviršiuje. Šiose vietovėse reikia atlikti labai daug ir sudėtingų hidrogeologinių tyrimo darbų. Vietovėse, kuriose išplitusios didelės vienodų uolienų storymės, vandeningi sluoksniai slūgso giliai, geologinės ir hidrogeologinės sąlygos yra paprastos. Vidutinio sudėtingumo geologinių ir hidrogeologinių sąlygų plotuose atliekami vidutinio sudėtingumo tyrimai. Tiriamos teritorijos geologinių ir hidrogeologinių sąlygų sudėtingumo laipsnis nustatomas iš literatūros, archyvinių ir rekognostinių tyrimų metu surinktų duomenų. Nuo tiriamo ploto geomorfologinių sąlygų taip pat priklauso gręžinių gylis, skaičius, išsidėstymas erdvėje. Vietovės geologinio ir hidrogeologinio ištirtumo laipsnis yra svarbus rodiklis, sudarant hidrogeologinių tyrimų programą. Prieš sudarant šią programą reikia surinkti ir išnagrinėti visą anksčiau atliktų šioje teritorijoje geologinių ir hidrogeologinių tyrimų medžiagą, kurią galima rasti atitinkamų organizacijų geologiniuose fonduose ir įvairių žinybų archyvuose. Hidrogeologiniai tyrimai atliekami tam tikra tvarka. Praktikoje dažnai laikomasi tokio nuoseklumo: literatūrinės, archyvinės ir fondinės medžiagos rinkimas, analizavimas ir apibendrinimas; rekognostiniai hidrogeologiniai tyrimai; kompleksinė hidrogeologinė (ir dažniausiai inžinerinė geologinė nuotrauka); gręžimo ir žvalgymo darbai; lauko tyrimai ir bandymai (išpumpavimai, pripylimai į gręžinius ir kt.); požeminio vandens filtracijos modeliavimas; stacionarūs stebėjimai; laboratoriniai tyrimai; medžiagos kameralinis tvarkymas; ataskaitos paruošimas. Šių darbų kompleksas skirstomas į paruošiamuosius darbus, tyrinėjimus lauke ir kameralinius darbus. Paruošiamieji darbai. Hidrogeologinių tyrimų sparta ir kokybė labai priklauso nuo tinkamo pasiruošimo. Ruošiantis tyrimams, surenkami literatūros, archyviniai ir fondiniai duomenys apie tiriamo objekto geologines, hidrogeologines sąlygas, uolienų fizines, mechanines ir vandeningumo savybes, klimato ir ekonomines sąlygas. Tuo metu išanalizuojami principiniai objekto variantai arba galimi sprendimai, sudaroma tyrimų programa ir sukomplektuojami tyrimams reikalingi specialistai, įrankiai ir prietaisai. 178

180 Tyrimai lauke. Lauke daroma kompleksinė hidrogeologinė nuotrauka, žvalgoma, atliekami bandymai ir stacionarūs stebėjimai. Kompleksinė hidrogeologinė nuotrauka yra kompleksas veiksnių, nuo kurių priklauso tyrimai lauke, statybos sąlygos, statinio patvarumas. Sudarant šią nuotrauką, tiriama vietovės geologinė sandara, geomorfologinės ir hidrogeologinės sąlygos, šiuolaikiniai geologiniai procesai, uolienų fizinės, mechaninės savybės. Todėl į šią nuotrauką įeina geologinė, geomorfologinė ir hidrogeologinė nuotraukos. Geologinėje nuotraukoje išskiriama ne tik tiriamo rajono stratigrafija ir tektonika, bet ir litologija, geologiniai procesai, pažymimi nuardyti upių krantai, griovos, karstai ir kiti reiškiniai. Sudarant geomorfologinę nuotrauką, nustatomas tiriamo rajono paviršiaus reljefas, išsiaiškinama jo priklausomybė nuo vietovės geologinės sandaros, taip pat geomorfologinių elementų raidos. Dažnai reljefo pobūdis padeda atskleisti jį sudarančių uolienų litologinę sudėtį. Atliekant geomorfologinius tyrimus išaiškinami būdingų reljefo elementų absoliutiniai ir santykiniai aukščiai, vyraujančios reljefo formos ir jų matmenys, reljefo amžius. Daug dėmesio reikia skirti upių slėnių tyrimui. Reikia išsiaiškinti, kiek upė turi terasų, kokio jos tipo, aukščio, pločio. Hidrogeologinė nuotrauka yra vietovės hidrogeologinių sąlygų ištyrimas ir apibendrinimas. Nuotraukai sudaryti atliekami hidrogeologiniai tyrimai. Šių tyrimų tikslas yra ištirti požeminio vandens slūgsojimo sąlygas, režimą, tekėjimo kryptį ir greitį, maitinimo šaltinius, kiekį. Požeminiai vandenys iki erozijos bazės tiriami pagal natūralias požeminių vandenų atodangas (šaltinius arba supelkėjusius šlaitus), o esant žemiau erozijos bazės gręžiniais. Tiriant upių slėnius, kur yra daug šaltinių, hidrogeologinius tyrimus tikslinga atlikti išilgai slėnio. Sudarant hidrogeologinę nuotrauką, reikia atidžiai apžiūrėti ir išnagrinėti dirbtines atodangas (šulinius, gręžinius, griovas, karjerus). Išmatuojamas šulinių ir gręžinių vandens gylis nuo žemės paviršiaus, vandens temperatūra. Apklausiami vietiniai gyventojai ir išsiaiškinama, ar šulinys išsenka ir kokiais metų laikais, koks vandens lygio svyravimas per metus. Reikia pažymėti, kad hidrogeologinė nuotrauka dažniausiai sudaroma didelių teritorijų ir palyginti smulkiu masteliu. Lietuvoje tokia nuotrauka yra sudaryta. Specialiems atskirų objektų tyrimams ši nuotrauka dažnai nedaroma, o tik panaudojama esamos nuotraukos medžiaga. Žvalgymo darbai padeda išsiaiškinti vietovės geologinę sandarą ir hidrogeologines sąlygas. Žvalgymo metu tiriama uolienų storymė, kuri gali turėti įtakos statant ir eksploatuojant inžinerinius statinius. Žvalgoma gręžiniais ir kasiniais. Gręžimo darbai yra labai svarbūs, nes jie sudaro didesnę hidrogeologinių tyrimų dalį. Gręžiniai būna įvairaus gylio ir priklauso nuo daugelio veiksnių. Gręžimo trūkumas yra tas, kad pjūvyje arba gręžvietėje negalima tiesiogiai apžiūrėti uolienų. Dėl to tenka imti iš gręžinio uolienų pavyzdžius, juos apžiūrėti ir apibūdinti. Tyrimų metu daromi įvairūs kasiniai (šurfai, šachtos, štolnės, grioviai, nuovalos), kurios leidžia apžiūrėti ir aprašyti sluoksnius, paimti didelių matmenų ir norimos formos uolienų monolitus, arba pavyzdžių. Kasant kasinius, galima atlikti įvairius uolienų fizinių, mechaninių savybių lauko tyrimus ir bandymus. Lauko tyrimai ir bandymai atliekami, siekiant nustatyti uolienų filtracijos koeficientą, požeminio vandens judėjimo kryptį, greitį ir kitas uolienų charakteristikas. Šie duomenys reikalingi rengiant plotų sausinimo ir drėkinimo, civilinių ir pramoninių pastatų bei hidrotechninių statinių projektus. Minėti duomenys gaunami įvairiais metodais, prietaisais ir aparatais. Uolienų filtracijos koeficientą galima nustatyti, išsiurbiant iš gręžinių arba įpilant į juos bei šurfus vandenį, taikant infiltracijos ir kitus metodus. Požeminio vandens tekėjimo kryptį galima nustatyti iš hidroizohipsių arba hidroizopjezių žemėlapio, išgręžus tris gręžinius ne vienoje linijoje ir išmatavus juose vandens gylį nuo žemės paviršiaus. Požeminio vandens tekėjimo greitis matuojamas įvairiais indikatoriais, arba elektriniu būdu. Stacionarių stebėjimų metu nustatomas požeminio vandens režimas ir įvairių geologinių procesų raida. Kadangi požeminio vandens lygis, kiekis, fizinės ir cheminės savybės kinta, projek179

181 tavimui dažnai neužtenka trumpalaikių tyrimo ir stebėjimo duomenų. Tą spragą užpildo stacionarūs stebėjimai, kurie trunka ne mažiau kaip vienerius hidrologinius metus iki statybos pradžios. Dažnai jie tęsiami ir statybą užbaigus. Stacionariems požeminio vandens režimo stebėjimams įrengiamas postų tinklas. Postai gali būti specialiai išgręžti gręžiniai, šaltiniai ir šuliniai. Visuose postuose periodiškai matuojamas vandens lygis, temperatūra ir, jei tikslinga, imami vandens bandiniai cheminiam tyrimui. Stebėjimo postų skaičius, išdėstymo schema ir matavimo periodų intervalas priklauso nuo stebėjimams keliamų uždavinių. Kameraliniai darbai. Kameralinių darbų metu daromi laboratoriniai tyrimai, sutvarkoma lauko darbų metu surinkta medžiaga, atliekami reikalingi skaičiavimai ir paruošiama ataskaita. Laboratoriniai tyrimai yra neatskiriama hidrogeologinių tyrimų dalis. Laboratorijoje tiriamos uolienos ir vanduo. Tiriant laboratorijoje uolienas, nustatomas jų filtracijos koeficientas, granuliometrinė sudėtis, fizinės, mechaninės savybės. Uolienų laboratorinių tyrimų apimtis ir sudėtis priklauso nuo vietovės geologinių sąlygų sudėtingumo, statinio paskirties ir projektavimo stadijos. Laboratorijoje nustatomus uolienų savybių rodiklius galima suskirstyti į tris grupes: 1) klasifikaciniai (mineralinė, granuliometrinė sudėtis); ) netiesioginiai skaičiuojamieji (tūrio masė ir tankis, įvairios drėgmės konstantos ir kt.); 3) tiesioginiai skaičiuojamieji (filtracijos koeficientas, vandens atidavimo koeficientas ir kt.). Požeminis vanduo tiriamas laboratorijoje tik tada, kai jis slūgso negiliai ir gali būti agresyvus statomam statiniui. Paprastai tiriamas vandens agresyvumas betonui arba cheminės sudėties įtaka uolienų mechaninėms savybėms. Kai siekiama įvertinti požeminio vandens kokybę, atliekama fizinė, cheminė ir bakteriologinė analizė. Medžiagos kameralinis tvarkymas. Kameraliai medžiaga pradedama tvarkyti dar lauke, nes tada išvengiama klaidų, kurių vėliau nebegalima atitaisyti. Didelę kameralinių darbų dalį sudaro lauke surinktos medžiagos sisteminimas, analizavimas, skaičiavimai, įvairių žemėlapių, pjūvių arba profilių ir gręžinių kolonėlių braižymas. Paskutinis kameralinių darbų ir apskritai hidrogeologinių tyrinėjimų etapas yra ataskaitos paruošimas. Paprastai ataskaita susideda iš tekstinės ir grafinės dalies. Tekstinę dalį arba aiškinamąjį raštą sudaro įvadas, bendroji dalis, specialioji dalis ir išvados. Įvade trumpai nusakoma projektuojamo objekto svarba, apibūdinama darbų apimtis ir programa, nurodoma, kas ir kada vykdė tyrimus. Bendrojoje dalyje aprašomos objekto gamtinės sąlygos (geografinė padėtis, klimato, geologinės, geomorfologinės, hidrogeologinės ir kt. sąlygos). Specialiojoje dalyje aiškinama tyrimo darbų metodika, stacionarūs stebėjimai, bandymo darbai, laboratoriniai tyrimai ir projektavimui pateikiami pagrindiniai duomenys. Tekstinės dalies pabaigoje pateikiamos išvados. Čia turi būti įvertintos hidrogeologinės sąlygos, pateikiama prognozė ir pasiūlymai projektuojamiems statiniams. Po išvadų eina naudotos literatūros sąrašas. Be tekstinės dalies, dar būna įvairių grafinių ir tekstinių priedų. 5.. Distanciniai ir geofiziniai tyrimo metodai Aerodistanciniai metodai užtikrina stambaus mastelio vaizdo gavimą ir nuodugnesnį vietovės ištyrimą. Šie metodai gali būti taikomi atskirai arba kartu su kosminiais, siekiant gauti detalesnę tiriamos teritorijos nuotrauką. Yra skiriami penki aerokosminio teritorijos vaizdo gavimo lygiai: globalus, žemyninis, regioninis, lokalinis ir detalusis. Jie skiriasi skiriamąja geba vietovėje, pateikia nevienodai informacijos ir gali būti skirti įvairiems uždaviniams spręsti. Globalaus lygio nuotrauka paprastai būna 1: mastelio ir apima visą apšviestą planetos dalį. Tokie vaizdai paprastai turi bendrą geologinę reikšmę ir jų vaidmuo vykdant regioninius hidrogeologinius tyrimus nėra didelis. Žemyninio lygmens nuotraukos mastelis būna nuo 1: iki 1: Ši nuotrauka apima atskirus kontinentus arba jų dalis. Gautų duomenų interpretacija leidžia išskirti tarps180

182 luoksninių požeminių vandenų baseinus, lūžio zonų ir plyšiuotų sistemų vandenis, įvertinti stambių lūžinių sistemų hidrogeologinį vaidmenį. Regioninio lygmens nuotraukos mastelis paprastai būna nuo 1: iki 1: Tokia nuotrauka apima atskirus regionus arba jų dalis. Teritorijos geologinės sandaros analizė leidžia išskirti atskirus požeminio vandens baseinus, plyšiuotas sistemas ir jų vandenis. Lokalinio lygio nuotraukų mastelis būna 1: ir stambesnis. Jos apima atskiras dideles kelių dešimčių tūkstančių kvadratinių kilometrų teritorijas. Gauti duomenys leidžia išskirti vandeningus kompleksus, plyšiuotumo zonas ir pagrindines gruntinio vandens dinamikos kryptis. Detalaus lygmens nuotraukos mastelis būna nuo 1: ir stambesnis. Šio lygmens nuotraukos paprastai gaunamos iš aerovaizdų. Iš jų galima detaliai įvertinti rajono geomorfologinę sandarą, augmenijos tipą ir paplitimą, požeminio vandens iškrovos vietas, gruntinio vandens slūgsojimo gylį, mineralizaciją, teritorijos užpelkėjimą ir kt. Pagal spinduliuojamų laukų charakterį, nustatomą elektromagnetinių bangų diapazoną ir signalo priimtuvų rūšis distancinius metodus galima suskirstyti į fotografinius, televizinius (filmavimas), infraraudonuosius, radiošiluminius, radiolokacinius ir daugiaspektrius. Aerodistancinių tyrimų metu yra naudojamos fotografavimo ir filmavimo kameros, lazeriai, radarai, sonarai, seismografai arba gravimetrai. Aerodistanciniai tyrimo metodai apima keturis etapus: 1 distancinis pradinių duomenų gavimas; duomenų atpažinimas ir interpretacija; 3 dešifravimo duomenų pagrindimas ir patikrinimas; 4 informacijos pateikimas žemėlapių arba kitokių modelių pavidalu. Taikant aerodistancinius tyrimo metodus yra naudojami du hidrogeologinio interpretavimo variantai indikacinis ir landšaftinis. Pirmuoju atveju pasitelkiami gruntinių vandenų išoriniai požymiai: augalų rūšys ir jų grupės, dirvų tipai, kai kurios geomorfologinės sandaros. Šis variantas paprastas ir prieinamas, bet reikalauja daug darbo. Landšaftinis variantas pagrįstas hidrogeologinių savybių tarpusavio ryšiu su tam tikrais landšafto taksonominiais vienetais (Gudritienė, Aleknavičius, 007). Interpretuojant indikatorius vizualiai, naudojamasi tiesioginėmis interpretavimo žymėmis, daugiausia vaizdo fototonu ar spalva. Tono skirtumai priklauso nuo augalijos rūšies, vegetacijos fazės, dirvos projektyvinės dangos ir tipo. Tinkamiausias laikas daryti aerofotografiją, skirtą hidrogeologiniams tyrimams yra pavasaris ir vasaros pradžia. Darbai apytikriai atliekami tokia tvarka: bandymu laukuose tiriami indikatoriai ir jų interpretavimo žymės, interpretuojama, rezultatai patikslinami lauke. Gruntinių vandenų paieškai perspektyvus yra radiolokacinis giluminis zondavimas, atliekamas lygiagreta su įprasta aerofotografija, kuri naudojama radiozondavimo duomenims susieti. Taikant distancinius metodus hidrogeologijoje gaunamos įvairaus pobūdžio nuotraukos, schemos, planai ir žemėlapiai, o taip pat ir registrogramos, fiksuojančios tiriamo objekto parametrus grafikuose. 5.1 pav. Elektromagnetinio spektro visuma nuo trumpiausio iki ilgiausio bangos ilgio ( 181

183 5. pav. Distancinių tyrimo metodų tipų iliustracija ( Distancinių metodų, taikomų hidrogeologijoje, pagrindą sudaro gautų vaizdų dešifravimas. Tyrimo objektas šiuo atveju yra sudėtinga gamtinė sistema, apimanti požeminio vandens buvimo zoną, geologinę sandarą, grunto medžiaginę sudėtį ir savybes, vandeniui laidžių ir nelaidžių uolienų pasiskirstymą. Gautų distanciniais metodais vaizdų pagrindą sudaro viršutinis žemės paviršiaus sluoksnis (reljefas, dirvožemio ir augalijos danga, paviršiniai vandenys, ūkio objektai). Antžeminiai geofiziniai metodai. Dabar įvairių hidrogeologinių uždavinių sprendimui plačiai taikomi antžeminiai geofiziniai metodai, kurių pagrindą sudaro gamtinių ir dirbtinai sukurtų fizikinių laukų, kaip antai žemės magnetinio ir gravitacinio lauko (magnetometrija, gravimetrija), gamtinių ir dirbtinai sukurtų elektromagnetinių laukų (elektrinė žvalgyba), tampriųjų svyravimų laukų (seisminė žvalgyba), terminių laukų (termometrija), atskirų cheminių elementų išsibarstymo aureolių (radiometrija) tyrimai. Geofiziniai metodai hidrogeologijoje leidžia sėkmingai išspręsti tokius uždavinius: 1) atlikti hidrogeologinį pjūvio suskirstymą (negręžiant); ) ištirti ir įvertinti uolienų medžiaginę sudėtį ir filtracines savybes (aeracijos zonos, vandeningųjų sluoksnių, vandensparų); 3) ištirti ir kartografuoti lūžius, uolienų plyšiuotumo zonas, karstines ertmes; 4) išaiškinti palaidotus slėnius; 5) kartografuoti gruntinius skirtingos mineralizacijos vandenis; 6) nustatyti gruntinio vandens slūgsojimo gylį; 7) nustatyti požeminio vandens judėjimo greitį ir kryptį; 8) nustatyti požeminio vandens iškrovos (ištakos) zonas. Pagal naudojimo sąlygas yra skiriami antžeminiai geofiziniai metodai (lauko geofizika) ir geofiziniai metodai, taikomi gręžiniuose (gręžinių geofizika). Atliekant tyrimus šiais metodais, matuojami įvairių gamtinių ar dirbtinai sukurtų fizikinių laukų parametrai. Antžeminiai geofiziniai metodai (elektrinė žvalgyba, seisminė žvalgyba, magnetometrija, gravimetrija) daugiausiai taikomi vykdant paieškinius nuotraukinius tyrimus ir tiriant hidrogeologines atskirų teritorijų sąlygas. Jie yra atliekami nuo žemės paviršiaus. Hidrogeologijoje iš antžeminių geofizinių tyrimo metodų labiausiai yra paplitusi elektrinė žvalgyba. Elektrinė žvalgyba tai daugybė įvairių tyrimo metodų, kuriais tiriami įvairūs gamtinės kilmės ar dirbtinai sukelti elektromagnetiniai laukai, kurių intensyvumas ir forma priklauso nuo pjūvį sudarančių uolienų elektromagnetinių savybių. Kadangi įvairiomis sąlygomis susidariusių uolienų ir jų poras užpildžiusių fluidų (naftos, vandens ar dujų) elektriniai parametrai skirtingi, atlikus tyrimą pjūvį galima suskirstyti į atskiras dalis. Iš daugelio elektrinės žvalgybos metodų hidrogeologijoje plačiausiai taikomi vadinamieji varžų metodai, skirti pjūviui suskaidyti į zonas, turinčias skirtingas savitąsias elektrines varžas. 18

184 Šiais metodais tiriamas nuolatinės srovės laukas tai: vertikalusis elektrinis zondavimas (VEZ), elektrinis profiliavimas (EP) ir elektrinė tomografija (ET). Savitųjų elektrinių varžų matavimo vienetas ommetras (Ωm). Pagal savitosios varžos dydį galima spręsti apie litologines ir petrografines uolienų savybes, jų drėgnumą, požeminio vandens mineralizaciją, uolienų vandens fizikines savybes, plyšiuotumo laipsnį. Kiekybinė gautų duomenų interpretacija yra vykdoma naudojantis įvairiomis kompiuterinėmis programomis, taip pat empirinėmis priklausomybėmis ir koreliaciniais ryšiais tarp nustatytų savitųjų elektrinių varžų ir hidrogeologinių parametrų. Elektrinė tomografija yra skirta tirti sudėtingos geologinės sandaros pjūvius, kuriuos tiriant įprastais geofizinių tyrimų metodais negaunama teigiamų rezultatų. Elektrinės tomografijos metodas šiuo metu yra tobuliausias geofizinis pastovios srovės tyrimų metodas. Jis ne tik visiškai pakeičia VEZ ir elektrinio profiliavimo metodus, bet ir rezultatai daug patikimesni darbų projektavimui ir gautų duomenų interpretacijai naudojant modeliavimą (Šečkus, 00). Ši tyrimų ir interpretacijos metodika pastaraisiais metais vis plačiau taikoma hidrogeologiniuose, inžineriniuose geologiniuose, archeologiniuose ir kitokio pobūdžio tyrimuose, reikalaujančiuose patikimos informacijos apie požeminės erdvės sandarą. Tyrimų gylis ir išsamumas priklauso nuo įžeminamų grunto paviršiuje elektrodų skaičiaus ir atstumų tarp jų. Teoriškai tyrimų gylis neribotas, tačiau praktiškai pasitenkinama pirmuoju šimtu metrų nuo žemės paviršiaus. Svarbiausias geologinis rezultatas, gaunamas elektrinės tomografijos metodu yra pjūvio suskirstymas į atskirus sluoksnius. iš elektrinės tomografijos duomenų galima nustatyti gruntinio vandens lygį, pelkių sandarą, požeminio vandens taršą, karstines ertmes (Šečkus, 00). Gruntinio vandens slūgsojimo gylį iš ET duomenų galima patikimai nustatyti tik ypač palankiomis sąlygomis arba jei tyrimų teritorijoje yra išgręžtas bent vienas gręžinys. Smėlinguose ir molinguose sluoksniuotuose pjūviuose tyrimų kompleksas turi būti išplėstas, nes šiuo atveju tiek seisminės, tiek elektrinės skirtingų geologiniu ir hidrogeologiniu požiūriu uolienų savybės gali būti vienodos. Tyrimai georadaru nenaudingi dėl labai mažo tyrimų gylio ( 5 m). Iš kitų elektrožvalgybos metodų, taikomų hidrogeologijoje, reikia paminėti gamtinio elektros lauko (savaiminės poliarizacijos (SP)) metodą (taikomas požeminio vandens ištakos zonoms vandens telkiniuose nustatyti, atmosferinių kritulių infiltracijos sritims surasti), įelektrinto kūno (ekvipotencialių linijų) metodą (taikomas požeminio vandens judėjimo krypčiai ir greičiui nustatyti) ir indukuotos (sukeltos) poliarizacijos metodą (taikomas nustatyti vandensparinių ir vandeniui laidžių uolienų slūgsojimo gylį, bendrą požeminio vandens mineralizaciją; pirmojo nuo žemės paviršiaus vandeningojo sluoksnio pralaidumą; uolienų litologinius ypatumus) (Ogilvy, 1990). Seisminė žvalgyba vienas svarbiausių giluminės sandaros tyrimų ir naftos telkinių žvalgymo būdų, kuris remiasi dirbtinai (mažų sprogstamų užtaisų ar smūgių) sukeltų virpesių (seisminių bangų) plitimo uolienų sluoksniais dėsningumų tyrimais. Jos pagrindą sudaro tampriųjų svyravimų įvairiomis geologinėmis sąlygomis sklidimas. Seisminių ribų slūgsojimo gylis ir seisminių bangų greičiai nustatomi pagal lūžusių ar nuo geologiniame pjūvyje esančių seisminių ribų atsispindėjusių seisminių bangų pasirodymo žemės paviršiuje laiką ir virpesių formą. Taip išaiškinamos tektoninių lūžių zonos, nustatomos sluoksnių raukšlės (struktūros), kur, kai sąlygos palankios, kaupiasi nafta. Šis metodas leidžia nustatyti litologines ribas, tektoninio trupinimo ir lūžių zonas, nustatyti gruntinio vandens slūgsojimo gylį. Iš seisminės žvalgybos metodų hidrogeologijoje plačiausiai yra taikomas lūžusių bangų koreliacinis metodas. Juo galima nustatyti įvairių ribų buvimo vietą, uolienų litologiją ir fizines, mechanines jų savybes. Gravimetrinė žvalgyba tai gravitacinio lauko pasiskirstymo tiriamoje teritorijoje ir jo ryšio su geologine sandara tyrimai, nes uolienų tankis ir iš jų sudarytų kūnų forma atspindi įvairius sedimentacijos, metamorfizacijos, magmatizmo, tektonikos procesus, vykusius Žemės gelmėse. Gravimetrinės žvalgybos metu gravimetrais matuojami santykiniai sunkio jėgos (gravitacinio lauko stiprio) pokyčiai, kurie išreiškiami miligalais (mgal). Matuoti galima švytuoklės svyravimo periodą, spyruoklės ištempimo ilgį ir jėgą, kvarcinio siūlo sukimo jėgą. 183

185 Gravimetrijos pagrindą sudaro sunkio jėgos gamtinio lauko tyrimas, leidžiantis nustatyti skirtingo tankio uolienas. Gravimetrinis metodas taikomas teritorijos tektoniniam rajonavimui, sprendžiant struktūrinius geologinius uždavinius. Hidrogeologijoje gravimetrija naudojama: 1) hidrogeologiniam teritorijos rajonavimui ir raukšlėtų struktūrų kartografavimui; ) litologinių ir petrografinių uolienų savybių ir tankio nustatymui; 3) kristalinio pagrindo kraigo morfologijos tyrimui; 4) karsto zonų ir palaidotų slėnių nustatymui ir kt. Magnetometrinė žvalgyba tyrimų ir gautų rezultatų interpretacijos metodologiniu požiūriu artima gravitacinei žvalgybai, tačiau magnetometrinė remiasi Žemės magnetinio lauko stiprio pokyčių matavimais. Jos pagrindą sudaro geomagnetinio lauko (susijusio su skirtingu uolienų įmagnetinimu) ypatumų tyrimai. Dažniausiai tai regioninių tyrimų metodas, kai siekiama nustatyti teritorijas, kuriose geologinius pjūvius sudaro skirtingas magnetines savybes turinčios uolienos. Dažniausiai magnetinė žvalgyba taikoma tiriant tektoninių plokščių kristalinį pamatą, magmines uolienas nuosėdinėje dangoje, žvalgant rūdinių naudingųjų iškasenų telkinius. Pastaruoju metu šis metodas plačiai taikomas net archeologijoje. Magnetinio lauko stiprio vienetas nanotesla (nt). Magnetometrijos naudojimas hidrogeologijoje pagrįstas tuo, kad dauguma uolienų, kurioms būdingos geros vandeningumo savybės, turi labai silpnas magnetines savybes. Tai pirmiausia nuosėdinės uolienos, kaip antai smiltainiai, smėliai, klintys, dolomitai ir kt. Magnetometrija hidrogeologijoje taikoma spręsti tokius uždavinius: 1) išsiaiškinti rajono, uždengto šiuolaikine nuosėdine danga, geologinę tektoninę sąrangą; ) nustatyti nuosėdinės storymės storį ir kristalinio pamato slūgsojimo gylį; 3) nustatyti kristalinio pamato uolienų sudėtį; 4) išsiaiškinti tektoninių lūžių zonas, sprūdžius, gyslas, daikas ir kitus struktūrinius elementus; 5) nustatyti karstinių ertmių ir plyšiuotų zonų tysą; 6) požeminio vandens telkinių žvalgybai. Gręžinių geofizika naudojama faktiškai visose požeminio vandens tyrimo stadijose, tačiau labiausiai paplitusi pradinės ir detalios žvalgybos stadijose. Geofiziniai tyrimai gręžiniuose (GTG) naudojami ištirti ir kokybiškai įvertinti gręžinių pjūvius ir yra pagrindas atliktų antžeminių geofizinių tyrimų metu gautų rezultatų susiejimui ir interpretacijai bei įvairių uolienų parametrinių savybių įvertinimui ir yra privalomoji hidrogeologinių tyrinėjimų dalis. Gręžinių geofizinių tyrimų esmę sudaro tų pačių geofizinių laukų tyrimai kaip ir antžeminėje geofizikoje, aišku, atsižvelgiant į dirbtinius veiksnius, kurių atsiranda vykdant tyrimus gręžiniuose. GTG vykdomi nekontūruotuose (nesutvirtintuose vamzdžiais) gręžiniuose, o pripildytuose molio skiedinio arba švaraus vandens (labai retai tai yra daroma sausuose gręžiniuos). Hidrogeologinių tyrimų gręžiniuose praktikoje labiausiai paplitę metodai yra: elektriniai (tariamųjų varžų, savaiminių (gamtinių) potencialų, indukciniai, rezistivmetrijos ir kt.); radioaktyvieji (gama, neutroninis gama, izotopinis ir kt.); akustiniai; terminiai ir kt. Kol kas rečiau taikomi indukuotos poliarizacijos ir branduolinio magnetinio rezonanso metodai. Pirmiau minėtų darbų kompleksas leidžia spręsti tokius uždavinius: 1) nustatyti geologinio pjūvio sandarą ir atlikti detalų jo suskirstymą pagal litologinę sudėtį; ) išskirti vandeninguosius ir vandensparinius sluoksnius; 3) išaiškinti uolienų filtracines ir talpumo savybes (poringumą, drėgnumą, filtracijos ir vandens pralaidumo koeficientus, statinius spūdžius, filtracijos greičius, tikrąjį požeminio vandens judėjimo greitį); 4) nustatyti tarpusavio ryšį tarp vandeningųjų sluoksnių ir jų zonų; 5) nustatyti bendrą požeminio vandens mineralizaciją ir temperatūrą. Kaip minėta, išgręžtame gręžinyje geofizinių tyrimo metodų taikymas yra labai platus, pradedant litologiniu pjūvio skaidymu ir baigiant filtracinių parametrų įvertinimu. Kadangi požeminio vandens stebėsenos gręžiniai paprastai negilūs, apsiribojama minimaliu kompleksu tyrimų, kuriais remiantis galima įvertinti pjūvio litologinį skaidymą ir išskirti vandeniui laidžius sluoksnius bei vandensparas, tačiau, padidinus tyrimų kompleksą, galima spręsti ir sudėtingesnius gilesnių gręžinių geofizinio tyrimo uždavinius (Požeminio vandens monitoringas, 1999). Nereikėtų manyti, kad taikytas vienas geofizinis metodas, atsakys į visus hidrogeologiniuose tyrimuose iškilusius klausimus. Sudėtingos geologinės ir hidrogeologinės sąlygos reikalauja viso (arba kuo didesnio) komplekso geofizinių darbų. Geologinės sandaros ir jos litologinių ypatumų analizė naudojant GTG yra 184

186 vykdoma remiantis iš anksto atliktais natūriniais kerno (in situ) ir geofizinių diagramų palyginamumo bei tipinių pjūvių sudarymo principais pagal reperinius (atraminius) gręžinius ir jų savybes. Jeigu dėl eksploatacijos stebėsenos objekto požeminis vanduo teršiamas cheminiais junginiais, o dėl to akivaizdžiai (daugiau nei 0,1 g/l) didėja bendra vandens mineralizacija, šio proceso dinamikai stebėti dažniausiai naudojami elektriniai, tiek antžeminiai, tiek gręžinių tyrimo metodai. Režimo stebėjimų pradžios taškas yra geofiziniai duomenys, gauti pradinėje stebėsenos stadijoje. Didėjanti mineralizacija sukelia gruntinio vandens, kartu ir jį talpinančios uolienos varžos mažėjimą. Dabar efektyviausias tokio proceso tyrimų metodas yra elektrinė tomografija. Kartotiniai tam tikrą laiką vykstantys matavimai išilgai tų pačių profilių nekeičiant nei tyrimų linijos tipo, nei jos ilgio leidžia stebėti, kaip plinta taršos debesys vertikalia ir horizontalia kryptimis. Elektrinės tomografijos duomenų apdorojimo ir interpretavimo technika leidžia nustatyti varžų pokyčius, susijusius tik su fluido varžų pokyčiais. Gręžiniuose paprastai atliekama kartotinė rezistyvimetrija. Labai svarbu organizuojant tokio pobūdžio tyrimus tinkamai parinkti stebėjimo profilių vietą. Stacionarūs profiliai parenkami tiek išilgai, tiek skersai požeminio vandens srauto linijų. Svarbu, kad objektą eksploatuojant išilgai tokių profilių nebūtų atliekami kokie nors konstrukciniai darbai: vykdoma statyba, tiesiami privažiavimo keliai ir pan., galintys padaryti elektrinės tomografijos tyrimus neįmanomus (Požeminio vandens monitoringas, 1999). Drėgmės migracijai aeracijos zonoje stebėti dažniausiai taikomi dielektriniai metodai (grunto dielektrinės skvarbos matavimai), mažiau branduoliniai, terminiai ar elektriniai tyrimo metodai (Ogil'vi, 1990). Daugelis autorių pažymi geofizinių metodų pranašumą stebint ši procesą, palyginti su tradiciniais inžineriniais geologiniais metodais, nes atliekant drėgmės migracijos stebėseną geofiziniais metodais, be didelių sąnaudų stebėjimus galima atlikti gana dažnai, antra matavimo metu tiriamas gerokai didesnis grunto tūris. Migracijai fiksuoti per visą aeracijos zoną įrengiamos specialios stacionarios girliandos, kurių eksploatacijos laikas 10 metų ir ilgiau (Chamrajev, 1979) Hidrogeologinių gręžinių įrengimo principai Hidrogeologiniai gręžiniai yra skirti imti gruntinį ir tarpsluoksninį požeminį vandenį. Norint išgręžti gręžinį, yra parengiamas jo projektas, kuriame nurodomas gręžimo būdas ir gręžinio konstrukcija, gręžinio gylis, vamzdžių kolonos skersmuo, vandens ėmimo dalies, vandens pakėlimo ir gręžinio žiočių tipas, taip pat nurodoma gręžinio išbandymo tvarka. Projekte būtina numatyti debito, vandens lygio gręžinyje matavimo prietaisus ir vandens ėminių paėmimo galimybę, remonto darbų atlikimą, gręžinio praplovimą, naudojant impulsinius, reagentinius ir kombinuotus regeneracijos metodus (Statybos techninis reglamentas STR.0.04:004). Suderintas gręžinio projektas yra leidimas gręžinį įrengti, atskiro statybos leidimo nereikia. Gręžimo būdas parenkamas pagal gręžinio paskirtį. Pagal paskirtį gręžiniai skirstomi į žvalgomuosius, eksploatacinius ir pagalbinius. Žvalgomieji gręžiniai gręžiami, ieškant naudingųjų iškasenų, atliekant hidrogeologinius ir inžinerinius geologinius tyrinėjimus, darant geologinę nuotrauką. Eksploataciniai gręžiniai yra skirti naftai, dujoms, gėlajam, mineraliniam ir karštam vandeniui gauti. Pagalbiniai gręžiniai gręžiami uolienų sprogdinimo, gruntų sutvirtinimo, sušildymo ir kt. reikalams. Atsižvelgiant į tikslinę paskirtį ir konkrečias rajono sąlygas hidrogeologiniai gręžiniai gali būti gręžiami įvairiais būdais: 1) sukamuoju būdu su tiesioginiu ir atgaliniu įsiurbiamuoju praplovimu; ) sukamuoju būdu prapučiant suspaustu oru, aeruotu skiediniu arba putomis; 3) sukamuoju būdu be praplovimo arba prapūtimo sraigtu, lėtai arba greitai besisukančiu; 4) sukamuoju kalamuoju panaudojant pneumatinius plaktukus; 5) kalamuoju trosiniu; 6) kalamuoju mechaniniu su atvirkštiniu įsiurbiamuoju praplovimu; 7) kombinuotu būdu; 8) sraigtiniu būdu. 185

187 Lietuvoje hidrogeologinius gręžinius gręžia ir visą reikalingą įrangą sumontuoja specialios privačios įmonės. Tam reikalingą informaciją, įvairius normatyvinius dokumentus galima susirasti internete arba Lietuvos geologijos tarnybos bibliotekoje. Gręžimas gali būti vykdomas paimant arba nepaimant kerno. Sukamasis gręžimas su tiesioginiu praplovimu yra naudojamas gręžiant įvairaus kietumo uolienas įvairiu gyliu. Sukamasis gręžimas su atgaliniu praplovimu yra naudojamas gręžiant minkštas ir purias uolienas iki m gylio, kai vandens lygis yra 3 m nuo žemės paviršiaus, taip pat gręžiant didelio skersmens gręžinius ( mm). Sukamasis gręžimas su oro prapūtimu yra naudojamas gręžti stabiliose uolienose esant ne didesniam kaip 3 l/s vandens pritekėjimui į gręžinį ir naudojant aeruotus skiedinius. Kalamasis trosinis gręžimas yra naudojamas gręžiant gręžinius sudėtingomis hidrogeologinėmis sąlygomis iki m gylio, apsauginėms kolonoms įdėti arba ištraukti naudojant vibracinius mechanizmus, taip pat naudojant vandens įpylimui į gręžinį. Kombinuotas gręžimo būdas (sukamasis sraigtinis, kalamasis trosinis, sukamasis su praplovimu) yra naudojamas gręžiant sraigtu minkštas purias uolienas iki 50 m gylio ir įrengiant gręžinyje vandens paėmimo zoną pagal sukamojo arba kalamojo trosinio gręžimo technologiją. Esant koloniniam, rotoriniam, turbininiam ir hidrauliniam gręžimui, smulkmė iš gręžvietės pašalinama praplovimo skysčiu. Gręžiniams praplauti naudojamas molio skiedinys (molio ir vandens mišinys), švarus vanduo, vandens ir oro mišinys, druskų tirpalai. Praplovimo skystis išvalo gręžskylėje susikaupusią smulkmę, išnešant ją iš gręžinio, sutvirtina gręžinio sieneles, kol nuleidžiami apsauginiai vamzdžiai, atšaldo gręžimo antgalį. Gręžinys gali būti praplaunamas dviem būdais: tiesioginiu ir atvirkštiniu. Tiesioginio praplovimo metu skystis į gręžskylę patenka gręžimo štangomis, atšaldo gręžimo antgalį, surenka smulkmę ir išneša ją į paviršių. Atvirkštinio praplovimo metu skystis į gręžskylę patenka pro hermetiškai įrengtas gręžinio žiotis, surenka smulkmę ir išneša ją pro gręžinio štangas į žemės paviršių. 5.3 pav. Hidrogeologinio gręžinio schema: 1 apsauginis vamzdis; tamponavimo pakeris; 3 filtrinė kolona; 4 eksploatacinis vamzdis; 5 oro (erlifto) vamzdis; 6 smėlio užpildas; 7 kamštis 186

188 Vandenvietėse gręžiniai gali būti dviejų tipų: iki 35 m ir giluminiai (iki 100 ir daugiau metrų gylio). Gręžinyje yra apsauginė kolona, kurią paprastai sudaro mm skersmens vamzdžiai ir tinklinis filtras (5.3 pav.). Didesnis vandens poreikis gręžiant pramoninius gręžinius reikalauja kur kas didesnio skersmens. Pagal filtro įrengimo kokybę galima skirti du gręžinių tipus tobulą gręžinį, kurio filtras įrengtas per visą vandeningo sluoksnio ilgį, ir netobulą gręžinį, kurio filtras įrengtas tik tam tikroje vandeningojo sluoksnio dalyje. Ši klasifikacija svarbi vandens pritekėjimo į gręžinį savybėms ir kartu gręžinio hidraulinių bandymų rezultatų vertinimui. Norint išvengti pirmalaikio gręžinio filtro senėjimo, požeminis vanduo į gręžinį turi tekėti laminariniu srautu. Kad filtro pasipriešinimas sumažėtų, filtro plyšių (skylių) plotas turi būti kuo panašesnis į vandeningojo sluoksnio efektyvųjį poringumo koeficientą. Tai yra, filtro plyšių dydis priklauso nuo vandeningojo sluoksnio granuliometrinės sudėties. Papildomai filtro vamzdis turi atlikti pačios vandeningos uolienos sulaikymo funkciją (Smolianskis, 006). Gręžinio filtras apipilamas frakcionuotu žvyru. Gręžinio užpildas yra svarbi gręžinio konstrukcijos sudedamoji dalis, skirta sutvirtinti gręžinio koloną ir apsaugoti nuo vandeningojo sluoksnio smulkios frakcijos patekimo į gręžinį. Užpildo dalelių dydis turi būti parenkamas taip, kad, viena vertus, smėlio grūdeliai būtų sulaikomi, kita vertus vykdant gręžinio praplovimą, išplautos smėlio dalelės galėtų laisvai pereiti per užpildo porų kanalus. Reikia stengtis parinkti kuo šiurkštesnės frakcijos užpildą, nes taip padidėja vandens pralaidumas (Smolianskis, 006). Seklieji gręžiniai gręžiami pakankamai greitai vieną dvi darbo dienas. Gręžiant gręžinį vamzdis, kad jo nepasiektų užterštas paviršinis vanduo, izoliuojamas specialiu moliu ar cementu, kad tokį vandenį būtų galima gerti. Kuo dažniau gręžinys naudojamas, tuo ilgiau jis tarnauja (praktikoje iki 15 metų, dažniausiai 5 8 metus). Giluminiai ( arteziniai ) gręžiniai skiriasi ne tik gyliu ir našumu, bet ir gręžimo sudėtingumu. Tai lemia didesnis apsauginių kolonų, esančių gręžinyje, kiekis. Priklausomai nuo to, kokia yra gręžinio kilmė ir gylis, jo gręžimo darbų trukmė pailgėja iki penkių ir daugiau dienų. Giluminio gręžinio kaina yra didesnė, kita vertus, jo tarnavimo laikas yra kur kas ilgesnis 50 ir daugiau metų. Eksploatacinės vamzdžių kolonos skersmuo priklauso nuo reikiamo išgauti vandens kiekio ir siurblio tipo, kurio techninės charakteristikos nurodomos siurblio techniniame dokumente. Vamzdžių kolonoms naudojami plieniniai, vientisai ištempti, besiūliai ir polivinilchlorido (PVC) vamzdžiai. Sienelės storis 5 mm. Sujungimai būna srieginiai arba suvirinti. Cinkuoti vamzdžiai vandens tiekimui netinka laikui bėgant, vandenyje atsiranda kenksmingų cinko junginių. Atsižvelgiant į vietovės sąlygas ir gręžinio įrangą, gręžinių žiotys įrengiamos virš žemės specialioje patalpoje (siurblinėje) arba požeminėje kameroje. Siurblinės arba požeminės kameros matmenys plane pasirenkami pagal elektros variklio, elektros prietaisų ir kontrolinių matavimo prietaisų išdėstymą. Siurblinės arba požeminės kameros aukštis priklauso nuo įrenginių matmenų, bet negali būti mažesnis kaip,4 m. Viršutinė eksploatacinių vamzdžių kolonos dalis virš siurblinės ar požeminės kameros grindų turi būti iškilusi ne mažiau kaip 0,5 m. Gręžinio žiotys hermetiškai sujungiamos su vandens kėlimo įrenginiais, kad į gręžinį nepatektų paviršinio vandens ir teršalų. Gręžinio filtro konstrukciją ir matmenis reikia parinkti atsižvelgiant į hidrogeologines sąlygas, vandeningojo sluoksnio našumą ir gręžinio eksploatacijos režimą. Apsauginės vamzdžių kolonos skersmuo, gręžiant gręžinį smogiamuoju būdu, turi būti didesnis už išorinį filtro skersmenį ne mažiau kaip 50 mm, o apipilant filtrą skalda ne mažiau kaip 100 mm. Naudojant rotorinį gręžimo būdą, netvirtinant gręžinio sienelių vamzdžiais, gręžinio skersmuo turi būti didesnis už išorinį filtro skersmenį ne mažiau kaip 100 mm. Filtro darbinės dalies ilgis parenkamas pagal vandeningojo sluoksnio storį ir reikalingą vandens kiekį. Eksploatuojant kelis vandeninguosius sluoksnius, filtro darbines dalis reikia išdėstyti kiekviename jų ir sujungti tarpusavyje sandariais vamzdžiais (kertant mažai laidžius vandeniui sluoksnius). Viršutinė viršfiltrio dalis turi būti ne mažiau kaip 3 m aukščiau apsauginės kolonos antgalio, jei gręžinio gylis daugiau kaip 30 m, ir ne mažiau kaip 5 m, jei gręžinio gylis daugiau kaip 50 m. Kai imamas tarpsluoksniais vanduo, nusodintuvas turi būti ne ilgesnis kaip 5 m. Imant gruntinį vandenį, nusodintuvo ilgis priklauso nuo siurblio montavimo vietos. Befiltres gręžinių konstrukcijas galima įrengti tada, kai vanduo imamas iš birių uolienų, kai virš jų glūdi tvirta uoliena ir nėra pavojaus, kad ji įgrius. Įrengus gręžinius ir filtrus, būtina numatyti gręžinio dezinfekciją ir praplovimą, o naudojant rotorinį gręžimą su molio skiediniu gręžinio pra187

189 plovimą iki visiško molio dalelių išplovimo. Atsarginių gręžinių skaičius pasirenkamas pagal tai, kokios kategorijos vandentiekiui imamas vanduo, ir pagal veikiančių gręžinių skaičių. Dėl gręžinių senėjimo išgaunamo vandens debitas juose mažėja, nes gręžinio filtrai užanka. Yra kelios pagrindinės gręžinių debito sumažėjimo priežastys: užnešimas smėliu; korozija: agresyvūs požeminiai vandenys, žemas redokso potencialas, t. t.; užkalkėjimas: karbonatų iškritimas; geležies ir mangano apnašų susidarymas ant filtro ir užpilde : FeII/MnII oksidacija ir virtimas FeIII/MnIV hidratais. Iš tvarkingai įrengto ir praplauto gręžinio vanduo tiekiamas faktiškai be smėlio. O smėlio išplovimo, jei gręžinys įrengtas netinkamai ar vykdant praplovimą neįmanoma išvengti, tačiau tam tikrais atvejais, naudojant specialų vandens tiekimo režimą, galima sumažinti. Tą galima pasiekti sumažinant gręžinio pompos įjungimų ir išjungimų skaičių. Tada vanduo tiekiamas mažesniu debitu nepertraukiamu režimu. Filtro kolonų korozijos galima išvengti naudojant korozijai atsparias medžiagas ar antikorozines dangas. Filtrų ir užpildo užkalkėjimas bei geležies ir mangano apnašų susidarymas priklauso nuo vandens cheminės sudėties, vandeningojo sluoksnio ir užpildo poringumo, jų filtracinių savybių, deguonies kiekio, bakterijų veiklos ir kitų veiksnių (Smolianskis, 006). Norint vėl padidinti gręžinio debitą, taikomi įvairūs gręžinių valymo ir regeneravimo metodai. Norint padidinti gręžinio našumą tiek, kad jis būtų kuo panašesnis į pirminį, būtina periodiškai atlikti gręžinio valymą. Šiuo metu dažniausiai taikomi mechaniniai (pvz., valymas šepečiais, atliekant šokinius sprogdinimus gręžinyje, ultragarsu), cheminiai (naudojant įvairių rūgščių tirpalus) ir kombinuoti (kombinuojant vieną ar kelis mechaninius ir cheminius metodus) gręžinių valymo metodai. Daugumos šių metodų trūkumai didelis vandens sunaudojimas, aplinkai pavojingų medžiagų naudojimas, gręžinio konstrukcijos ir skaldos užpildo pažeidimai, ilgas laikotarpis, kai gręžinys negali būti eksploatuojamas. Ultragarso metodas yra viena iš gręžinių regeneravimo alternatyvų. Šis metodas remiasi tokiomis ultragarso fizikinėmis savybėmis kaip kavitacija. Valymas ultragarsu jau daugelį metų yra žinomas ir sėkmingai taikomas kaip alternatyva cheminiams valymo metodams įvairiose pramonės srityse. Taikant ultragarso metodą gręžiniams regeneruoti, iš pradžių šepečiais pašalinamos visos apnašos nuo apsauginio vamzdžio ir filtro kolonos, ultragarso daviklis ar jų grupė įleidžiami į gręžinį ir laipsniškai ultragarsu veikiama visa filtro kolona (kiekvienas segmentas veikiamas apie 5 min). Pastaruoju metu apie būtinybę regeneruoti gręžinius ultragarsu pradėta kalbėti ir Lietuvoje. Iki šiol Lietuvoje gręžiniai faktiškai nebuvo regeneruojami dėl gana pigaus naujų gręžinių įrengimo ir mažėjančio vandens sunaudojimo. Brangstant paslaugoms imama ieškoti naujų galimybių ir alternatyvų. Periodiškas gręžinių valymas padeda išlaikyti gręžinio našumą ilgesnį laikotarpį. Kuo dažniau gręžinys valomas, tuo ilgesnis jo gyvavimo laikas. Atliekant periodišką valymą, yra stabdomas gręžinio senėjimo procesas. Kad ir kokį valymo metodą pasirinktume, svarbu tai daryti ne tada, kai gręžinio debitas sumažėjęs faktiškai iki nulio, bet tada, kai gręžinio našumas pradeda mažėti. Pasirenkant vienokį ar kitokį gręžinio regeneravimo metodą svarbu atsižvelgti į tai, kad šis būtų veiksmingas, nepažeidžiantis gręžinio konstrukcijos, pigus ir tausojantis aplinką. Gręžinių regeneravimas ultragarsu gerai atitinka šias sąlygas (Smolianskis, 006). Be priežiūros paliktas gręžinys tai potencialus požeminio vandens teršimo židinys. Dažnai neeksploatuojami gręžiniai iškomplektuojami, pablogėja jų sanitarinė higieninė būklė. Tokius gręžinius būtina neatidėliotinai užkonservuoti arba likviduoti (Gręžinių vandeniui tiekti..., 1999). Gręžinys konservuojamas hermetiškai uždarant (užvirinant, įrengiant specialius dangčius) jo žiotis, paliekant galimybę naudoti jį ateityje vandeniui tiekti arba stebėjimams. Gręžinio antžeminės dalies koroduojančios metalinės dalys nudažomas antikoroziniais dažais, siurblinė išvaloma ir laikoma patikimai uždaryta. Ant užkonservuoto gręžinio dangčio užrašomas gręžinio numeris ir konservavimo data. Gręžinio likvidavimas (tamponavimas) tai gręžinio gręžskylės hermetizavimas. Ji pripildoma cemento mišinio, molio, nepaliekant galimybės naudoti gręžinį ateityje (Gręžinių vandeniui tiekti...,1999). Atsižvelgiant į geologines sąlygas ir gręžinio konstrukciją, gali būti tamponuojama visa gręžtinio šulinio gręžskylė arba tik jos dalis, kurioje yra vandeningasis sluoksnis. Gręžskylė 188

190 tamponuojama norint apsaugoti vandeninguosius sluoksnius nuo galimo jų užteršimo, taip pat nuo nepageidautino įvairių tipų vandenų maišymosi ir vandeningojo sluoksnio išsekimo gręžiniui fontanuojant. Vandeningojo sluoksnio užteršimo ir požeminio vandens kokybės blogėjimo priežastys gali būti: netinkama gręžinio konstrukcija, nekokybiškas apsauginių vamzdžių izoliavimas įrengiant gręžinį, vamzdžių korozija, netinkama, nesisteminga gręžinių eksploatacija, užteršto ar mineralizuoto vandens pertekėjimas į gėlojo arba mineralinio vandens sluoksnius, bloga gręžinio angos izoliacija, užteršto vandens patekimas į vandeningąjį sluoksnį per nesutvarkytus ir nekokybiškus gręžinius, siurblines, nekokybiškas gręžinio tamponavimas. Likviduoti reikia visų tipų hidrogeologinius gręžinius (žvalgomuosius eksploatacinius, stebėjimo ir kt.), panaudotus pagal paskirtį, jei toliau juos naudoti vandeniui tiekti ar stebėjimams netikslinga, taip pat visų tipų žvalgomuosius gręžinius (paieškos inžinerinius geologinius ir kt.), kartografuojamuosius ir struktūrinius gręžinius, baigus numatytus tyrimus. Tokių gręžinių tamponavimas numatomas gręžimo darbų projekte. Pagal galimybes ištraukiami apsauginiai vamzdžiai. Gręžskylė vandeningojo sluoksnio dalyje pripilama švaraus smėlio, o viršutinė gręžinio dalis tamponuojama moliu ar užpilama molio arba cemento skiediniu. Gręžinio savininkas privalo likviduoti gręžinį per šešis mėnesius nuo to laiko, kai nustoja jį naudoti arba gauna privalomą nurodymą jį likviduoti. Ilgiau nei du mėnesius nenaudojami gręžiniai turi būti užkonservuojami taip, kad nebūtų galimybės per juos teršti požeminį vandenį. Likviduojant eksploatacinius gręžinius, atidengiančius vandeninguosius sluoksnius, kurių vanduo skirtingos kokybės ir nevienodų spūdžių, fontanuojančius gręžinius, giliuosius ir specialiuosius gręžinius (naftos, dujų, pramoninio vandens ir kt.), taip pat gręžinius, esančius visų kategorijų miestų ir miestelių veikiančiose ir projektuojamose vandenvietėse, turi būti sudaromi individualūs tamponavimo projektai su aiškinamuoju raštu ir brėžiniais. Tamponavimo projekte turi būti ši dokumentacija: likviduojamo gręžinio numeris pagal valstybinį gręžinių kadastrą, situacijos schema, kurioje nurodyti likviduotini ir gretimi gręžiniai bei sanitarinės apsaugos zonos (jeigu jos įvertintos), geologinis techninis gręžinio pjūvis, absoliutūs angos aukščiai, gręžinio konstrukcija, filtro tipas. Jeigu nėra gręžinio geologinio techninio pjūvio, jį leidžiama daryti pagal to rajono geologinį pjūvį Išpumpavimas iš gręžinių ir požeminio vandens lygio matavimas Išpumpavimas iš gręžinių. Požeminio vandens eksploatacinių išteklių įvertinimo rezultatai daug priklauso nuo pagrindinių hidrogeologinių parametrų tikslumo. Hidrogeologiniai parametrai tiksliausiai nustatomi pagal gręžinių hidrodinaminio išbandymo išpumpavimo duomenis (Juodkazis, 199). Išpumpavimai iš gręžinių dar yra vadinami vandeningojo sluoksnio bandymais, gręžinio pralaidumo bandymais, hidraulinio pralaidumo bandymais. Išpumpavimai iš gręžinių yra atliekami dviem tikslais: 1) nustatyti gręžinio darbo charakteristikas ir ) nustatyti vandeningojo sluoksnio hidraulines charakteristikas. Siekiant įsitikinti, jog gaunami geriausios kokybės duomenys (parametrai), išpumpavimai iš gręžinių turi būti atliekami pagal tam tikrą metodologija, atidžiai užrašant laiką, debitą ir vandens lygį. Gręžinių išpumpavimai yra svarbi hidrogeologinių tyrimų dalis. Pagal paskirtį išpumpavimai skirstomi į: 1. bandomuosius;. tiriamuosius; 3. tiriamuosius eksploatacinius. Gręžinių išpumpavimai yra skirti įvertinti vandeningos storymės erdvinę filtracinių parametrų sklaidą. Tai ganėtinai brangūs tyrimai, sudėtingi ir dažnai ilgalaikiai, norint gauti patikimas vertes. Planuojant atlikti išpumpavimą iš gręžinių krūmo privalu padaryti tokius darbus: didelio skersmens (centrinio) gręžinio gręžimas ir jo įrengimas; pumpavimo įrangos sumontavimas; 189

191 pjezometrų išdėstymas, jų tipo parinkimas ir įrengimas; vandens iš centrinio gręžinio pumpavimas, debito ir vandens lygių pjezometruose ir centriniame gręžinyje matavimas. Pjezometrų išdėstymo įtaka matuojamiems vandens lygiams gruntiniame ir spūdiniame sluoksniuose parodyta 5.4 pav. Pjezometrai turi būti pasirenkami pagal jų atsako (reakcijos) laiką (toliau tekste). Aliuvinėse, stambiose nuolaužinėse nuogulose rekomenduojama naudoti atvirus pjezometrus ir, priešingai, mažai laidžiose pastovaus tūrio. Pastaruosius reikia rinktis ir tais atvejais, kai patikimai nežinome sluoksnio filtracinių savybių. Nėra taisyklės, kuri reglamentuotų pjezometrų skaičių, bet visiškai akivaizdu kuo daugiau turėsime pjezometrų, tuo bus detalesnė ir patikimesnė išpumpavimo duomenų interpretacija. Jeigu norime įvertinti sluoksnio filtracijos koeficientą tik viena kryptimi, reikia mažiausiai trijų, dviem statmenomis kryptimis septynių. Norint gauti gerus rezultatus pirmuoju atveju reikia 4 5, o antruoju 9 10 pjezometrų. Atstumai tarp pjezometrų parenkami pagal geometrinę progresiją, tai palengvina duomenų interpretaciją. Spūdiniuose sluoksniuose filtro gylis neturi didelės įtakos, nes spūdžio pokyčiai pagal gylį maži, o ekvipotencialės yra vertikalės. Gruntinio vandens sluoksniuose ekvipotencialės yra kreivės ir tuo labiau lenktos, kuo arčiau centrinio gręžinio. Dėl to, kuo arčiau centrinio gręžinio įrengtas pjezometras, tuo giliau reikia nuleisti jo filtrinę dalį ir priešingai. 5.4 paveikslas iliustruoja pjezometro filtro ilgio ir gylio įtaką matuojamam spūdžio dydžiui. Pjezometruose 1 ir 3 matuojamas spūdžio dydis bus vienodas, nors jų žiočių koordinatės skirtingos, bet tikroji spūdžio vertė atitiks spūdžio vertę taške A. Ta pati situacija susidaro ir antrame pjezometre, t. y. spūdis atitiks taško B atstumą nuo gręžinio, nors antro pjezometro žiotys yra toliau nuo gręžinio. 4 ir 5 pjezometrai matuos spūdį taške C ir šis nepriklausys nuo pjezometro filtracinės dalies gylio ir ilgio. Centrinio gręžinio skersmuo parenkamas pagal naudojamo siurblio matmenis ir galimo vandens lygio pažemėjimą. Kuo didesnis debitas ir siurblys, tuo turi būti didesnis spindulys. Gręžinio gylis geriausia per visą storymę, t.y. tobulas gręžinys. Jeigu gylis labai didelis, tai rekomenduojama naudotis tokia taisykle: gylis turi būti mažiausiai 5 kartus didesnis už filtro skersmenį ir skirtumas tarp gręžinio ir filtro skersmens būti ne mažesnis kaip 10 cm. Šis tarpas užpildomas stambiagrūdžiu smėliu, kurio parinkimui taikoma keletas skirtingų taisyklių. Seniausia yra Terzaghi, kuri užpildui iš smėlio kelia du reikalavimus: smėlio vienodumo koeficientas turi būti mažesnis už ; išreiškiama tokia nelygybe: 4d15 sluoksnio d15 smėlio d85 sluoksnio, čia d smėlio dalelės skersmuo, atitinkantis 15 ir 85 procentus sudėties, nustatomas pagal granuliometrinės sudėties integralinę kreivę. 5.4 pav. Pjezometrų įrengimo vietos įtaka vandens lygio matavimams: a) spūdinis 1 ekvipotencialės (punktyrinės linijos abiejose schemose); b) gruntinis 1,, 3, 4 ir 5 pjezometrai. 190

192 Skiriasi šių išpumpavimų trukmė ir bandomojo krūmo, kurį sudaro centrinis (eksploatuojamas) ir stebimieji gręžiniai, konstrukcija. Prieš bandomuosius ir tiriamuosius išpumpavimus gręžiniui išvalyti yra daromi parengiamieji išpumpavimai, kurių trukmė 0,5 1 para, siekiant nustatyti maksimalų tikėtiną vandens lygio pažemėjimą, išgaunamo vandens kiekį esant įvairiems išpumpavimo greičiams ir vandens lygio pažemėjimams, geriausią vandens debitą, numatyti, kur išpumpuoti vandenį, kad būtų išvengta pakartotinio pritekėjimo, o jeigu atliekami aplinkosauginiai darbai (teršalų valymas iš sluoksnio), kur saugoti užterštą vandenį, nustatyti, ar stebimieji gręžiniai yra išsidėstę taip, kad būtų galima stebėti vandens lygio pažemėjimą ir gauti naudingus duomenis. Prieš pradedant gręžinio išpumpavimo bandymą reikia įsitikinti, kad vandens lygis sugrįžo į pradinę padėtį (statinį vandens lygį). Bandomieji išpumpavimai. Šių išpumpavimų tikslas yra nustatyti orientacinę priklausomybę tarp vandens debito ir lygio pažemėjimo. Bandomieji išpumpavimai visuose hidrogeologiniuose gręžiniuose atliekami su viena vandens lygio pakopa, t. y. pumpuojama pastoviu debitu tol, kol vandens lygis nusistovi. Norint gauti antrą vandens lygio pakopą, reikia padidinti debitą ir vėl pumpuoti tol, kol nusistovės kitas vandens lygis. Šių išpumpavimų tikslas preliminarus vandenį talpinančių uolienų geofiltracinių parametrų (filtracijos koeficiento) įvertinimas tam, kad būtų galima palyginti jų vertes atskiruose vandeningojo sluoksnio plotuose. Jų trukmė iki 1 parų (Juodkazis, 199). Tiriamieji išpumpavimai. Tokių išpumpavimų tikslas nustatyti pagrindinius hidrogeologinius parametrus (filtracijos, vandens pralaidumo, pjezopralaidumo, lygio pralaidumo, vandens atidavimo, pertekėjimo koeficientus, išvestinį gręžinio įtakos spindulį, vandens telkinio dugno varžą). Kai vanduo pumpuojamas iš vieno gręžinio ir nėra stebimųjų gręžinių, tai tokie gręžiniai vadinami pavieniais. Šie tiriamieji išpumpavimai skirti vandens lygio pažemėjimo priklausomybei nuo debito nustatyti. Dažniausiai jie atliekami su 3 vandens lygio pažeminimo pakopomis. Jei pumpuojant vandenį iš gręžinio, vandens lygis matuojamas kituose šalia esančiuose gręžiniuose, tai tokie išpumpavimai krūminiai. Į krūmą gali įeiti ir stebimieji gręžiniai, esantys gretimuose vandeninguosiuose sluoksniuose. Stebint vandens lygio šiuose gręžiniuose pokyčius, nustatomas ryšys tarp pumpuojamo ir gretimų vandeningųjų sluoksnių. Stebimųjų gręžinių gylis turi atspindėti vandeningojo sluoksnio sąlygas. Esant idealioms sąlygoms, bet kuris išpumpuojamasis gręžinys turi turėti bent du stebimuosius gręžinius. Stebimieji gręžiniai turi būti išdėstyti skirtingais atstumais ir orientuoti į priešingas puses nuo išpumpuojamojo gręžinio. Arčiau esantis stebimasis gręžinys padės geriau suprasti vandeningojo sluoksnio sąlygas šalia pagrindinio gręžinio, o toliau esantis stebimasis gręžinys bus naudingas įvertinant depresinio piltuvo formavimosi atstumą. Taip pat ypač svarbu yra žinoti gruntinio vandens tekėjimo kryptį. Krūminių išpumpavimų atmaina tiriamieji grupiniai išpumpavimai, kai vanduo pumpuojamas iš kelių gręžinių. Jų prireikia tada, kai pumpuojant vandenį iš vieno gręžinio neįmanoma pasiekti tokio vandens pažemėjimo, kad būtų galima gauti patikimus hidrogeodinaminius parametrus ar išsiaiškinti vandeningųjų sluoksnių sąsają. Tokie išpumpavimai trunka 7 10 parų. Organizuojant tiriamuosius išpumpavimus, svarbu numatyti jų trukmę, kad būtų galima surinkti reikalingus duomenis ir galima patikimai interpretuoti hidrodinaminius dėsningumus, nustatyti pagrindinius parametrus. Tai įmanoma padaryti, jei tiriamoje filtracijos srityje hidrodinaminis režimas pasidaro kvazistacionarus. Tačiau pasitaiko, kad kvazistacionarus režimas nusistovi ne iš karto. Tai būdinga vandeningiesiems sluoksniams, sudarytiems iš birių poringų nuogulų, kuriose formuojasi vadinamasis Boltono efektas, taip pat spūdiniuose ir nespūdiniuose sluoksniuose, sudarytuose iš plyšiuotų uolienų, kurioms būdingas dvilypis poringumas. Į šiuos reiškinius būtina atsižvelgti planuojant tiriamuosius išpumpavimus. Kai, išpumpuojant gręžinį, sluoksnis pasipildo paviršinio upių ar požeminių sluoksnių vandeniu, pumpuoti tikslinga tol, kol filtracija pasidarys stacionari. Kai yra daugiasluoksnė vandeningoji sistema, išpumpavimo trukmę lemia mažai laidžių vandeniui uolienų filtracinės savybės ir šių uolienų storis. Atliekant tiriamuosius išpumpavimus būtina, kad centriniuose gręžiniuose vandens lygis pažemėtų 3 4 m. Todėl iš gręžinio ar grupės gręžinių turi būti išpumpuojamas atitinkamas vandens debitas, kurį lemia vandeningųjų sluoksnių litologija ir filtracinės savybės, taip pat techninės išpumpavimo priemonės. 191

193 5.1 lentelė. Orientacinė tiriamųjų išpumpavimų trukmė Tikslinė išpumpavimo paskirtis 1. Pagrindinių parametų nustatymas (k, km,) a) spūdinis vandeningasis sluoksnis, sudarytas iš poringų uolienų b) nespūdinis vandeningasis sluoksnis, sudarytas iš poringų uolienų c) spūdinis ir nespūdinis vandeningieji sluoksniai, sudaryti iš plyšiuotų uolienų. Ryšio tarp paviršinio ir požeminio vandens (povaginės varžos) nustatymas 3. Ryšio tarp daugiasluoksnės sistemos vandeningųjų sluoksnių nustatymas Trukmė paromis nuo iki Jeigu detaliu žvalgymu nėra galimybės nustatyti vandeningojo sluoksnio ribinių sąlygų, viename ar keliuose eksploatuojamuose gręžiniuose sudėtingomis hidrogeologinėmis sąlygomis atliekami tiriamieji eksploataciniai išpumpavimai (Juodkazis, 199). Tokie išpumpavimai trunka nuo vieno iki keleto mėnesių. Pumpuojama dažniausiai ne vienas gręžinys, o keletas eksploatacinių gręžinių pastoviu debitu. Suminis debitas tokiais atvejais turi sudaryti ne mažiau kaip 50 % būsimo vandenvietės našumo. Remiantis tiriamaisiais eksploataciniais išpumpavimais, nustatoma lygio kritimo priklausomybė nuo laiko S = ƒ(t). Tad ir jų trukmė priklauso nuo laiko, būtino minėtai priklausomybei nustatyti. Lygio kritimas laiko atžvilgiu nepriklauso nuo gręžinio filtro ir priefiltrinės zonos varžos. Todėl pagal nenusistovėjusio režimo formules centriniams gręžiniams galima gauti pakankamai tikslius duomenis apie sluoksnio filtracinio laidumo ir filtracijos koeficientus. Palyginę gautus rezultatus su reikšmėmis, nustatytomis pagal Diupiuji formulę, galime spręsti apie papildomą filtro ir priefiltrinės zonos varžą (paviršiaus efektą), dėl kurios papildomai nukrinta vandens lygis. Spūdžio ir lygio laidumo koeficientų reikšmės pagal centrinio gręžinio duomenis būna netikslios. Bandomieji, tiriamieji ir tiriamieji eksploataciniai išpumpavimai susiję su didelėmis darbo sąnaudomis. Jie reikalauja nemažai lėšų. Todėl juos būtina gerai organizuoti tiek techniniu, tiek metodiniu atžvilgiu. Hidrogeodinaminiai parametrai gali būti nustatomi, kaip minėta, pagal stacionarios filtracijos formules. Norint filtracijos ir filtracijos laidumo koeficientus apskaičiuoti pagal režimo formules, būtina, kad vandens lygis gręžinyje stabilizuotųsi. Vandens lygis dažniausiai stabilizuojasi, kai išbandomi negiliai slūgsantys vandeningieji sluoksniai, kur intensyvi vertikali filtracija pro vadinamuosius hidrogeologinius langus ir mažai laidžias uolienas, taip pat sluoksniai, kurie pastoviai maitinami. Tačiau atliekant paieškų ir žvalgymo darbus hidrogeologiniai parametrai dažniausiai nustatomi remiantis nenusistovėjusio režimo formulėmis, nes šiuo atveju galima įvertinti visus šešis pagrindinius parametrus. Išpumpavimai dažniausiai atliekami, kai yra pastovus debitas ir vandens lygis gręžinyje krinta pagal priklausomybę S = ƒ(t). Tačiau tai nebūtina sąlyga. Remiantis skaičiavimo metodika, parametrus galima nustatyti ir tuo atveju, kai gręžinys ar keletas centrinių gręžinių pumpuojami pastoviu debitu. Baigiant tiriamuosius ir kitos paskirties išpumpavimus, vandens lygis turi atsikurti. Kaip lygis krinta ir atsikuria, stebima iš stebimųjų ir centrinių gręžinių. Pradėjus išpumpavimą, matuojama dažniau, o vėliau stebėjimai pamažu retinami. Vandens lygis visuose gręžiniuose turi būti matuojamas vienu laiku. Stebėjimus, kad būtų sinchroniški, tikslinga automatizuoti. Gręžinių debitas matuojamas rečiau. Tačiau laiko atžvilgiu juos visuomet būtina suderinti su lygio matavimais. Vandens lygio stebėjimų dažnumas atliekant bandomuosius ir atskiruosius tiriamuosius (trumpalaikius 1 3 paros) išpumpavimus ir grupinius tiriamuosius bei tiriamuosius eksploatacinius (ilgalaikius 5 6 paros) išpumpavimus skiriasi. Tai susiję su tuo, kad pirmuoju atveju stebimųjų gręžinių yra nedaug ir jie visuomet įrengiami arti centrinio gręžinio. Todėl analizuojant gautus duomenis orientuojamasi ne tik į vėlyvąją, bet ir į pradinę lygio kritimo ar atsikūrimo atkarpas. O ilgalaikio išpumpavimo stebimųjų gręžinių yra daug daugiau ir kai kurie jų yra toli nuo centrinių pumpuojamų gręžinių. Be to, šiuo atveju hidrodinaminiai parametrai beveik niekuomet nenustatomi pagal pradinę sluoksnio nenusistovėjusio režimo atkarpą. Todėl vandens lygis pradiniu išpumpavimo tarpsniu gali būti matuojamas rečiau. Nustatomų hidrogeologinių parametrų tikslumas daugiausia priklauso nuo techninės darbų kultūros. Todėl planuojant gręžinių hidrodinaminio išbandymo darbus būtina iš anksto numatyti ne tik parametrų skaičiavimo būdus, bet ir technines nepertraukiamo išpumpavimo priemones, kad 19

194 lygis žemėtų iki riekiamo dydžio, taip pat būtų reikiamu tikslumu matuojamas debitas. Organizuojant bandomuosius ir tiriamuosius išpumpavimus, būtina iš anksto orientuotis, kokioje geofiltracinėje situacijoje atliekami tyrimai, ir apsispręsti, kaip bus nustatomi hidrogeologiniai parametrai. Geofiltracinį režimą išpumpuojant gręžinį daugiausia lemia vandeningojo sluoksnio ribinės sąlygos. Tačiau, be to, svarbu sluoksnio litologija, vienalytiškumas, tai pat uolienų poringumo ir plyšiuotumo pobūdis, vandentalpos ir vandengrąžos savybės. Į visa tai atsižvelgiama, tipizuojant vandeninguosius sluoksnius pagal geofiltracinį režimą išpumpuojant gręžinį. Požeminio vandens lygio ir slėgio matavimai pjezometrais. Pjezometras (graikiškų žodžių pjeidzen slėgis, spaudimas ir meter matuoti junginys) yra sumontuotas įrenginys vandeningajame arba mažai laidžiame vandeniui sluoksnyje, skirtas matuoti požeminio vandens spūdį (lygį) tam tikrame taške. Spūdis ir slėgis sluoksnyje esant ramybės būsenai ir vykstant išpumpavimui yra skirtingi dydžiai. Tai gerai iliustruoja schema (5.5 pav.). Tarus, kad vandeningasis sluoksnis yra ramybės (nesužadintas išorinio poveikio) būsenos, šiuo atveju pagal Bernulio lygtį spūdis h taške M (5.5a pav.) bus lygus: h p z, w (5.1) čia z taško M koordinatė; p vandens slėgis taške M; o w vandens savitasis sunkis. Šiuo atveju grafiškai p/ w = MA ir h = z + MA = AB. Pagal vertikalę AB spūdis yra konstanta ir lygus požeminio vandens paviršiaus lygiui taške, imant atskaitos plokštumą z = 0, o vandens paviršiaus ekvipotencialės bus vertikalios linijos. Jei požeminis vanduo judėtų, t. y. vyktų išpumpavimas, vandens paviršius taptų išlenkta kreive (5.5b pav.) ir žemėjimas būtų nukreiptas link pumpuojamojo gręžinio. Visuomet spūdis bus aprašomas viena lygtimi, o ekvipotencialė AB iš tiesės taps išlenkta linija ir taškas A pasislinks į kairę, o spūdis h = H. Pjezometras yra sudarytas iš: montavimo vamzdžio, filtro ir izoliacinio kamščio (pakerio) (5.6 pav.). Matuojant lygį pjezometre yra nustatomas vandens stulpo aukštis nespūdiniam vandeningajam sluoksniui arba atliekami slėgio matavimai. Dėl to yra naudojami dviejų tipų pjezometrai: atviro tipo pirmuoju atveju ir uždari, kurių tūris pastovus, antruoju atveju. Kiekvieno pjezometro įrengimas vandeningajame ar mažai laidžiame sluoksnyje pažeidžia iki tol buvusią hidrodinaminę pusiausvyrą, todėl po galutinio įrengimo visuomet turi praeiti laiko, kol bus galima tame sluoksnyje matuoti vandens lygį ar slėgį. Šis laiko tarpas bus tuo ilgesnis, kuo vandeningųjų uolienų laidumas vandeniui bus mažesnis ir pjezometro skersmuo didesnis. Šis laikas yra vadinamas pjezometro atsako laiku. Šio laiko fizikinė prasmė yra tokia, kad, prabėgus šiam tarpsniui, vandens lygis ar slėgis sluoksnyje ir pjezometre bus vienodas, kaip buvo prieš jį įrengiant. 5.5 pav. Spūdžio vandeningajame sluoksnyje samprata sluoksniui esant ramybės būsenos (a) ir vykstant išpumpavimui (b) (modifikuota pagal Cassan, 005) 193

195 5.6 pav. Pjezometro įrengimo ir vandens lygio matavimo schema: 1 filtras; izoliacinis kamštis (pagal Cassan, 005) Atviro tipo pjezometrai gali būti įrengiami dviem būdais: sumontuojami prieš tai išgręžtame gręžinyje arba įkalami vibraciniu būdu. Gręžinyje įrengiant pjezometrą nėra griežtų normų, koks turi būti gręžinio ir pjezometro skersmens santykis. Ekonominiais tikslais ir norint sumažinti pjezometro atsako laiką, pjezometro skersmuo turi būti maksimaliai mažas, kuris užtikrintų sėkmingą vandens lygiui ar slėgiui matuoti naudojamos įrangos darbą. Pjezometro išorinis skersmuo paprastai kinta nuo 40 iki 50 mm, o vidinis turi būti didesnis kaip 0 mm. Gręžinio skersmuo turi būti 50 mm didesnis už pjezometro išorinį skersmenį, bet norint patikimai sumontuoti tamponinį kamštį, pageidautina didinti šį skirtumą (Norme NF P ). Įrengiant pjezometrą aliuvinėse nuogulose, gręžinys turi būti gerai išplautas, jeigu buvo gręžiama su molio skiediniu. Filtrinės dalies ilgis turi būti ne mažesnis kaip vienas metras. Filtro skylučių matmenys arba kitaip laidumas vandeniui turi būti daug kartų didesnis, palyginti su vandeningojo sluoksnio, kuriame įrengtas pjezometras. Griežtų normų nėra, bet patartina remtis tokia nuostata: filtro dalies, lygios jo išoriniam skersmeniui, bendras skylučių plotas turi būti tarp 0,5 0,75. Pavyzdžiui: 40 mm vidinio skersmens pjezometro filtrinėje dalyje galima išpjauti 18 skylučių 8 mm skersmens, išdėstant jas šachmatiniu būdu, 50 mm ilgio fragmente. Sąlyginė norma galėtų būti tokia: perforuotas plotas turi būti ne mažesnis kaip 10 % lateralinio išorinio pjezometro filtro dalies ploto. Pjezometrai, kurie įrengiami smėlinguose vandeninguosiuose sluoksniuose, turi būti apsukami tinkleliu iš geotekstilės ar metaliniu iš nerūdijančios medžiagos. Įrengus sluoksnyje pjezometrą, būtina filtrinę dalį plauti tol, kol pradės bėgti skaidrus vanduo. Tame pačiame gręžinyje gali būti įrengiami daugiafunkciai pjezometrai, skirti vienu metu matuoti spūdžius skirtinguose vandeninguosiuose sluoksniuose arba tome pačiame, bet skirtinguose gyliuose. Dažniausiai būna dviejų lygių pjezometrai (5.7 pav.). Standartizuoti pjezometrai gaminami daugelio garsių firmų įvairiose šalyse, bet žinomiausi visame pasaulyje yra Kasagrande (Casagrande) (JAV) ir Geonor, sukurtas Norvegijos geotechnikos institute (5.8 pav.). Kasagrandės pjezometro filtras gaminamas iš keramikos, jo ilgis 5 cm, išorinis skersmuo 50,8 mm (A tipas) arba plastikinis poringas 30 cm ilgio ir 19 mm skersmens (B tipas). Jų filtrinė dalis sumontuota ant pjezometro vamzdžio, pagaminto iš polivinilo. Gaminamas pjezometras (C tipo), kuris yra kaip B tipo, bet jo filtras apsaugotas plieniniu galvanizuotu perforuotu gaubtu su smailiu antgaliu, kuris leidžia jį įkalti į uolienas. 194

196 5.7 pav. Paprastas (A) ir dvigubas (B) pjezometrai: 1 užpildas; izoliacinis kamštis; 3 filtras; 4 sandarinimas; 5 rakinamas pjezometro dangtis (Cassan, 005) 5.8 pav. Kasagrandės (A) ir Geonor (B) tipo pjezometrai (Cassan, 005) Geonor konstrukcijos pjezometras gaminamas iš grūdintos bronzos 33 mm skersmens ir cm ilgio. Filtrinė dalis yra apsaugota metaliniu vamzdžiu su smailiu gale antgaliu, kuris leidžia šį pjezometrą įkalti, bet jis gali būti įrengiamas gręžinyje taip pat kaip ir Kasagrandės tipo. Vandens lygiui matuoti atviro tipo pjezometruose naudojama įvairi įranga. Norint teisingai išmatuoti vandens lygį, dažniausiai, skiriami du matavimo būdai: 1) tiesioginis; ) netiesioginis. Tiesioginiai vandens lygio matavimai gali būti vykdomi diskretiškai zondais rankiniu būdu arba naudojant elektrines matuokles arba plūdurus. Rankinis matavimo zondas paprastai yra maitinamas 1,5 V įtampos trijų elementų ir matuoja vandens lygį, kurio varža kinta nuo 0,3 iki ommetrų. Fondasol markės elektrinio zondo schema yra pateikta 5.9 pav. Jį sudaro: plūduras su dviem viduje įmontuotais elektriniais kontaktais, gervė ir matavimų pultas, kurie yra žemės paviršiuje. 195

197 5.9 pav. Elektroninio matavimo zondo Fondasol schema: 1 konduktorius; ritė; 3 lizdas kištukui; 4 potenciometras; 5 indikacinė lemputė; 6 dvigubas dekametras; 7 pjezometro vamzdis; 8 plūduro korpusas; 9 izoliacinis strypas; 10 plūduro antgalis; 11 valdymo pultas (Cassan, 005) Plūduro apačioje esantis kontaktas, paniręs po vandeniu, sujungia elektrinę grandinę, o pradėjusią tekėti elektros srovę dar sustiprina tranzistoriai, kurie matavimų pultelyje įžiebia lemputę arba duoda garsinį signalą. Netiesioginiai vandens lygio matavimai leidžia matuoti hidrostatinį slėgį keliuose taškuose, kurie yra skirtinguose gyliuose žemiau vandens lygio. Šiam matavimų būdui priklauso limnimetrinis, slėginis, panaudojant suslėgtas dujas ar orą, ir slėgio davikliais. Limnimetrinis turi limnigrafinę įrangą, leidžiančią užregistruoti plūduro, esančio pjezometro viduje judesius. Limnigrafai gaminami su trosu ir mechaniniai (5.10 pav.). Trosiniai limnigrafai šiuo metu leidžia ištisai registruoti požeminio vandens svyravimus, naudojant įvairius duomenų kaupiklius, o mechaniniai dažniausiai būna rašaliniai ir mechaniškai ant popieriaus brėžia lygio svyravimų pokyčius laike. Pastarieji jau yra nepopuliarūs ir retai naudojami. Pirmųjų pranašumas yra tas, kad vandens lygių duomenys tiesiogiai įrašomi į kompiuterinę laikmeną, o tai labai palengvina jų naudojimą ir apdorojimą. Slėginio vandens lygio matuoklio, panaudojant dujas ar orą, principinė schema pateikta 5.11 pav. Matavimo principas būtų toks: suslėgtos dujos (turi būti netirpios vandenyje, dažnai naudojamas azotas) iš baliono, reguliuojant slėgį, leidžiamos per vamzdį, panardintą į tam tikrą gylį h žemiau požeminio vandens lygio. Kai išeinančių iš baliono dujų slėgis minimaliai viršija hidrostatinį slėgį panardintame vamzdyje į gylį h, dujos iš baliono pradeda tekėti pastoviu debitu. Hidrostatinis slėgis vandenyje injekcinio vamzdžio gale bus lygus: p wh. (5.) Matavimų įrangos komplektą sudaro: slėginis indas su azotu, matavimų pultas su manometru registratoriumi ir panardinamas į norimą gylį vamzdis. Matavimas vyksta, esant labai mažiems azoto nuotėkio debitams, todėl matavimus galima vykdyti ilgai su vienu slėginiu indu. Kaip ir limnigrafuose, šiuo metu yra pritaikyti automatiniai duomenų registratoriai, kurie leidžia duomenis perkelti į kompiuterius. 196

198 5.10 pav. Limnigrafo su trosu (A) ir mechaninio (B) schemos: 1 sukimo ritė; vamzdis; 3 svarelis; 4 šerdis; 5 šulinys (Cassan, 005) 5.11 pav. Slėginio vandens lygio matuoklio schema: 1 matavimo dėžė; slėginis azotas (Cassan, 005) 197

199 Hidrostatinio slėgio matavimas slėginiais davikliais remiasi įvairių diafragmų deformacinių judesių, kuriuos sukelia slėgio skirtumai sluoksnyje ir daviklio viduje, įvertinimu. Diafragmų deformacijos sukelia skirtingas elektrines varžas jose ar mechaninius virpesius. Pagal tai nustatomas slėgis, kuris tai sukelia, t. y. hidrostatinis slėgis sluoksnyje. Atviro tipo pjezometro atsako laiko nustatymas. Pjezometro įrengimas sluoksnyje visuomet yra lydimas slėgio pokyčių sluoksnyje ir tuo didesnių, kuo blogesnės filtracinės savybės. Tai priklauso nuo to, kaip buvo įrengtas pjezometras, gręžtiniu ar įkalant, koks panaudotas gręžimo būdas, nuo spūdžių skirtumo sluoksnyje ir filtrinėje dalyje, filtro skersmens (tūrio) ir priefiltrinės dalies filtracinės varžos. Debitas, įtekantis į filtro vidinę ertmę per sieneles, bus: Q mkzb, (5.3) čia z spūdis; B filtro vidinis skersmuo; k filtracijos koeficientas; m bedimensis dydis, lygus filtro ilgio ir skersmens santykiui. Esant L > 1,B bus: m L ln B L B L 1 B. (5.4) Jeigu per laiko tarpą dt vanduo pjezometre, kurio skerspjūvio plotas lygus s vandens lygis dz padidėja dydžiu dz, tai debitas bus lygus s ir lygus pritekėjimo į pjezometrą debitui, tada: dt s dz mkzb, dt (5.5) o atskyrus kintamuosius: dz mkb dt. z s (5.6) Tarus, kad pradiniu laiko tarpu iki gręžinio išgręžimo spūdis buvo z0, integravus gausime: z e z0 mkb s. (5.7) Atsako laikas t kai z lygu 0, yra neapibrėžtas dydis, todėl praktiškai prasirinkus labai mažą z santykį 0,05, gaunama: z0 t s 3s. ln 0 mkb mkb (5.8) Pavyzdžiui, 50,8 mm skersmens Kasagrandės pjezometro 50,8 mm skersmens su 1,7 mm skersmens vamzdžiais sumontuoto molyje, kurio filtracijos koeficientas lygus k = 10 8 m/s, atsako laikas t bus lygus 15 val. Standartinių matmenų Geonor pjezometro tame pat sluoksnyje bus 5 val, jeigu k = 10 9 m/s, tai atsako laikas sieks du mėnesius, jeigu k = 10 5 m/s 7 min, o kai k = 10 3 m/s, įvyks akimirksniu. Pastovaus tūrio pjezometrai. Pjezometrų atsako laiko analizė skirtingose uolienose, ypač mažai laidžiose, iki dviejų mėnesių, parodė, kad tai labai svarbus rodiklis, kuris apsunkina darbą su tokio tipo pjezometrais. Sprendžiant šią problemą, buvo sukonstruoti pastovaus tūrio pjezometrai. Visi tokie pjezometrai skirstomi į tris tipus: 1) hidrauliniai; ) priešpriešinio slėgio, 3) diafragmi198

200 niai. Prancūzijoje pastovaus tūrio pjezometrų naudojimas yra reglamentuotas 1996 m. vasario 0 d. nutarimu Pjezometriniai matavimai skyriuje Porinio slėgio matavimas (Afnor NFP ). Tam yra naudojami atviro tipo pjezometrai, kurių vamzdžio viršutinėje dalyje yra sumontuotas manometras (5.1 pav.). Hidraulinio pjezometro reakcija į slėgio pokyčius vandeningame ar mažai laidžiame sluoksnyje yra labai greita. Tam reikia pjezometrą pripildyti nespūdaus skysčio (pavyzdžiui alyvos) nors dažniausiai naudojamas vanduo. Laikoma, kad u* yra porinis slėgis sluoksnyje aplink pjezometro filtrinę dalį, lygus gravitaciniam ir priklausantis nuo atmosferos slėgio; u0 santykinis (reliatyvus) slėgis aplink pjezometrą, išskaičiuojant atmosferos ar kitą slėgį ir priklausantis tik nuo vandens stulpo aukščio; pa atmosferos slėgis; štangos, kurios pripildytos skysčio, savitasis sunkis; w vandens savitasis sunkis. Pagal matavimo schemą manometro rodomas slėgis p bus lygus absoliučiajam slėgiui p* arba reliatyviajam p = p* pa. Absoliutusis slėgis visuomet yra teigiamas, bet reliatyvusis gali būti ir neigiamas, t. y.: p* 0, o p pa. (5.9) Atsirandanti slėgių pusiausvyra pjezometro išorėje ir viduje leidžia parašyti: u* u p a p * h. (5.10) Prieš visas hidrostatinės pusiausvyros deformacijas, įrengiant pjezometrą ar gręžinį, reliatyvusis porinis slėgis u0 filtrinės dalies lygyje priklauso tik nuo vandeningojo sluoksnio buvimo ir jis bus lygus u0 = whw. Porinio slėgio pokyčio skirtumas u = u u0 prieš lygio deformacijas ir po jų turi visą laiką mažėti ir artėti prie nulio. Kai tik šis skirtumas tampa lygus nuliui, hidrodinaminė pusiausvyra yra nusistovėjusi ir 5.10 lygtį galima užrašyti taip: u 0 p a w hw p a p * h. (5.11) 5.1 pav. Hidraulinio pjezometro schema (Cassan, 005) 199

201 Iš (5.11) lygties gaunama, kad: hw p * pa h, w w p* p a ( h w hw ). (5.1) (5.13) Jeigu vamzdis pripildomas vandens, lygtis (5.1) taps tokia: hw h p * pa. w (5.14) Pagal (5.9) lygties antrą nelygybę gaunama: h hw pa. w (5.15) Dydis h hw yra atstumas tarp manometro ir vandens lygio paviršiaus. Remiantis 5.15 lygtimi gausime, kad nespūdiniame vandeningame sluoksnyje pjezometras negali funkcionuoti, kai vandens lygis yra giliau negu 10 m nuo žemės paviršiaus, o realiai gali būti iki 8 m. Matuojant slėgius manometrais yra labai svarbu pašalinti iš sistemos orą, nes oro burbuliukai labai iškraipo slėgio rodmenis. Dėl to tokio tipo slėgio matavimo įtaisuose, visuomet turi būti ir oro pašalinimo įranga kaip pavaizduota 5.13 pav. Naudojant dviejų manometrų, matuojančių įeinančiojo ir grįžtančiojo skysčio slėgius sistemą, galima nustatyti oro šalinimo sistemos būklę, t. y. manometrai turi rodyti vienodą slėgį, priešingu atveju yra blogai pašalintas oras. Kasagrandės ir Geonor tipo pjezometrai gali būti naudojami kaip hidrauliniai, bet jie turi tik vieną jungtį vamzdžiams, dėl to iš tokios sistemos yra sunku pašalinti orą pav. Pjezometro su oro šalinimo įrenginiu schema: 1 manometras; papildymo rezervuaras; 3 slėgio pompa; 4 oro šalinimo rezervuaras; 5 izoliacinis kamštis; 6 filtras (Cassan, 005) 00

202 Specialūs populiariausi pastovaus tūrio hidrauliniai pjezometrai yra šie: Vasby, sukonstruoti Švedijos geotechnikos instituto, kurių filtras pagamintas iš poringo akmens masės, 33 mm skersmens ir 40 mm aukščio (5.14A pav.). Prijungimui naudojami 8 mm vidinio skersmens variniai vamzdžiai. Pašalinti orą yra ganėtinai komplikuota, nes šis pjezometras turi tik vieną jungtį. Prie jo prijungti du manometrai yra skirti įvertinti temperatūrų pokyčius. Pjezometras Bishop, turintis dvi jungtis leidžia pašalinti iš sistemos orą ne tik įrengus, bet ir vėliau, ilgesnių matavimų metu (5.14B pav.). Filtras, 44,5 m skersmens ir 100 mm aukščio, yra pagamintas iš keramikos. Jungimui naudojami polietileniniai,8 mm vidinio skersmens vamzdžiai. Gali būti montuojamas į gręžinį arba tiesiogiai į pylimą, kai šis formuojamas. Švedų alyvinis pjezometras, pagamintas Švedijos geotechnikos institute, gerokai skiriasi nuo anksčiau minėtų (5.15 pav.). Filtrinė dalis, 48 mm skersmens ir 100 mm aukščio, iš anglies, jungiama prie 60 mm vamzdžių. Gali būti įkalamas ar įspaudžiamas į gruntą. Filtro viduje yra varinė 1,5 mm storio elastinga membrana, skirianti alyvą. Porinio slėgio pokyčiai grunte perduodami slegia alyvą, kuri nuo to deformuojasi, o pagal deformacijų dydį matavimo pultas leidžia nustatyti slėgį pav. Pjezometrų Vasby (A) ir Bishop filtro schema (B): 1 patikrinimo manometras; matavimo manometras; 3 įpurškimo dangtis; 4 vanduo, iš kurio pašalintas oras; 5 porėta medžiaga; 6 jungtys prie vamzdžių; 7 keraminis filtras (Cassan, 005) 5.15 pav. Švedų alyvinio pjezometro schema: 1 alyva; membrana; 3 filtras (Cassan, 005) 01

203 Priešpriešinio slėgio pjezometrai. Šio tipo pjezometrų matavimo principas yra dvejopas: 1) pagal rodyklės rodmenis, veikiant poriniam slėgiui; ) pagal membranos deformacijas, kaip ir švediškų alyvinių pjezometrų. Praktikoje yra naudojama daug skirtingos konstrukcijos priešpriešinio slėgio pjezometrų, todėl apžvelgsime plačiausiai paplitusius Europoje. Prancūzijos tiltų ir kelių laboratorijos pagamintas hidraulinis pjezometras (markė LCPC), kurio filtrinė dalis yra iš grūdintos bronzos, 4 mm skersmens, 4 mm aukščio ir apatinė dalis yra smaili. Viršuje yra dvi angos su sriegiais vamzdžiams prijungti, 0,7 ir 0,4 mm skersmens (5.16a pav.). Sluoksnyje gali būti montuojamas zondavimu, kėlikliu (domkratu) arba įkalamas kūju. Pasak M. Peignaud, plastiškuose moliuose geriausias įrengimo būdas yra įspaudimas keitikliu (5.16b pav.). Šio pjezometro pranašumas yra toks, kad jis gali būti naudojamas ir kaip atviras, tam reikia atjungti storesnį jungiamąjį vamzdį 1. Šio pjezometro pranašumas, palyginti su kitais, yra tai, kad gana lengvai atliekama oro pašalinimo procedūra ir vienu metu prie to paties matavimų pulto galima prijungti daugiau pjezometrų, bet, kaip ir visi vandeniu užpildomi pjezometrai, negali būti naudojamas tais atvejais, kai statinis požeminio vandens lygis yra giliau negu 8 m pav. Prancūzijos tiltų ir kelių laboratorijos hidraulinio pjezometro schema: 1 ir jungiamieji vamzdžiai; 3 apsauginiai vamzdžiai; 4 bronzinis filtras; 5 gyvsidabrinis vandens lygio matuoklis; 6 vandens rezervuaras; 7 kėliklis (Cassan, 005) 0

204 Prancūzijos tiltų ir kelių laboratorijos pneumatinio priešpriešinio slėgio pjezometro filtrinė dalis gali būti keraminė arba iš grūdintos bronzos. Porinio slėgio matavimų tuštuma lanksčia membrana yra atskirta nuo dviejų vamzdžių jungiamųjų angų. Filtrinė dalis gali būti trijų tipų: skirta įspausti (5.17a pav.); montuojama gręžinyje (5.17b pav.) ir rezervuaro tipo, pritaikyta tiems atvejams, kai yra sluoksnio nusausinimo pavojus dėl požeminio vandens lygio pažemėjimo (5.17c pav.). Šių pjezometrų veikimo principas pavaizduotas 5.18 pav. Dvi angos prisispaudę prie membranos ir slėgio kameros ir į vieną iš jų pumpuojamos suslėgtos dujos (oras, azotas ar anglies dvideginis). Kai tik dujų slėgis susilygina su poriniu slėgiu sluoksnyje, dujos pradeda tekėti per antrą angą ir įeinančio vamzdžio manometras rodo slėgį, o prie išeinančiojo vamzdžio prijungtas debitometras rodo pratekėjusių dujų tūrį. Eksperimentas vykdomas tol, kol reguliuojant slėgį gaunamas stabilus dujų debitas ir slėgis pav. Pjezometrų slėgio matuoklių tipai: įspaudžiamas (a), montuojamas gręžinyje (b) ir rezervuaro tipo (c): 1 dujų tiekimo ir išėjimo vamzdžiai; filtras; 3 membrana; 4 filtravimo elementas; 5 vidinio slėgio kamera; 6 keičiamas aštrus antgalis, skirtas įspausti c (pagal Cassan, 005) 5.18 pav. Priešpriešinio slėgio pjezometro schema (A) ir įrengimo gręžinyje reikalavimai (B): 1 manometras; reguliavimo vonelė; 3 dujų balionas; 4 debitometras; 5 diafragminis zondas; 6 cemento skiedinys; 7 smėlis (Cassan, 005) 03

205 Priešpriešinio slėgio pjezometro filtro kamera yra 40 mm skersmens ir 35 mm aukščio cilindras iš bronzos arba keramikos su lanksčia membrana, prigludusia prie jungiamųjų angų, 6 mm skersmens. Slėgiui matuoti gali būti naudojama alyva tuo atveju pjezometras veiks kaip hidraulinis, o oro pripildžius kaip pneumatinis. Pjezometrai su diafragma. Elektriniai ir akustiniai pjezometrai su diafragma, turintys filtro dalyje plieninę diafragmą, sujungtą su matavimo įranga, galinčią registruoti elektrinius ar akustinius reiškinius, veikiant poriniam slėgiui. Vienas iš tokių yra Telemaco tipo pjezometras, gaminamas su bronziniu filtru, naudojamas sluoksnyje, kai filtracijos koeficientas k = 10 5 m/s, ir keraminiu filtru, kai k = m/s Aeracijos zonos ir mažai laidžių uolienų tyrimai Aeracijos zonos uolienų tyrimai. Šios zonos hidrogeologiniai tyrimai yra labai svarbūs dėl jos tarpinės padėties tarp atmosferos ir gruntinio vandens. Aeracijos zonos specifika kad tai trikomponentė sistema, susidedanti iš mineralinių dalių, vandens ir oro. Aeracijos zonos vanduo pagal fizinę būseną yra skirstomas į skystą gravitacinį, kapiliarinį, plėvelinį, higroskopinį, stipriai ir silpnai susietą, garų pavidalo bei ledą žiemos metu, susidarantį įšalo zonoje. Faziniai vandens pokyčiai erdvėje lemia aeracijos zonos drėgmės migracinių, evapotranspiracinių ir infiltracinių procesų tyrimų sudėtingumą. Vandens judėjimas neįsotintose uolienose vyksta iš zonų, kurių didesnis bendrasis vandens energijos potencialas, link zonų, kurių mažesnis. Šiame pavyzdyje (5.19 pav.) yra nulinio vandens judėjimo gylis, virš kurio vanduo juda į viršų, o po juo žemyn, t. y. aeracijos zonos atžvilgiu į gilesnius sluoksnius. Bendras vandens energijos potencialas matematiškai yra lygus: p g, (5.16) čia Ψp įsiurbimo slėgis; Ψz gravitacinis potencialas pav. pateiktos gravitacinio (Ψg), įsiurbimo slėgio (Ψp) ir bendrojo energijos potencialo (Φ) pasiskirstymo pagal aeracijos zonos uolienų gylį priklausomybės pav. Bendrojo, gravitacinio ir slėgio potencialo skaidma pagal gylį (Cossandey ir kt., 000) 04

206 5.0 pav. Neįsotintų molio ir smėlio hidraulinio laidumo ir įsiurbimo slėgio ryšys (Cossandey ir kt., 000) 1931 m. L. Richards įrodė, kad Darcy dėsnis galioja ir neįsotintose uolienose, tik uolienų filtracijos koeficientas keičiamas uolienų drėgmės pernešimo koeficientu Kө, o spūdžio gradientas bendrojo potencialo gradientu IΦ: v K I, (5.17) čia v filtracijos greitis. Įsiurbimo slėgio gradientas, kartu srauto jėga yra didžiausia drėkinimo riboje, t. y. vandeniui įeinant į sausą uolieną. Įsotintose uolienose visos poros visiškai prisipildžiusios vandens, todėl tokios uolienos laidumas vandeniui yra maksimalus, bet kai vandens kiekis uolienoje mažėja, pirmiausia ištuštėja didžiausios poros ir laidumas labai sparčiai pradeda mažėti. G. Vachaud (1968) ir D. Hilel (1974) duomenimis mažėjimas gali būti iki kartų. Ryšys tarp Kө ir Ψp yra skirtingas ir priklauso nuo uolienų litologinės ir granuliometrinės sudėties (5.0 pav.). Šiuo metu yra daug įvairių metodų, skirtų įvertinti drėgmės absoliutines ir santykines vertes uolienose (5. lentelė). Terminis yra klasikinis pats seniausias uolienų drėgmės nustatymo metodas. Paimtas uolienos mėginys, kurio masė Mg, yra džiovinamas oC temperatūroje iki pastovios masės (Ms). Uolienos svorinė drėgmė (W) apskaičiuojama pagal formulę: W Mg Ms Ms. (5.18) 5. lentelė. Dažniausiai taikomi aeracijos zonos uolienų drėgmės matavimo metodai (Cosandey ir kt., 000) Metodas Terminis Tenziometrija Neutroninis TDR Talpinis zondas Matuojamas parametras Svorinė drėgmė Įsiurbimo slėgis Tūrinė drėgmė Tūrinė drėgmė Tūrinė drėgmė Matavimo vienetai Matavimo tūris Įrangos perkėlimo galimybė Etalonavimas in situ % Mėginio Ne Nereikalauja hpa Tūris aplink žvakę Ne Nereikalauja % cm Taip Būtinas % Priklauso nuo zondo matmenų Taip % Keli centimetrai Taip Ne, bet kaip išimtis Būtinas, išskyrus naujus 05

207 Problema, kad nustačius tik svorinę uolienos drėgmę, negalima apskaičiuoti tūrinės drėgmės ( v), kuri reikalinga vertinant neįsotintų uolienų geofiltracinius parametrus. Norint nustatyti tūrinę drėgmę, būtina papildomai žinoti sausos uolienos skeleto tankį ( d). Šiuo atveju: v W d. (5.19) Metodo trūkumas yra, kad kaitinant mėginį suardoma uolienoje esanti organinė medžiaga. Pranašumas tai vienintelis metodas, kuriuo matuojamas drėgmės kiekis ją pašalinant iš uolienos. Tenziometrinis metodas populiariausias matuojant uolienos įsiurbimo slėgį, kurio dydį lemia vandens kiekis uolienoje. Tam yra naudojama porėta žvakė, pripildyta vandens, kurios keraminė sienelė laidi vandeniui, bet nelaidi orui. Jinai sujungiama su slėgio matuokliu. Toks komplektas vadinamas tenziometru (5.1 pav.). Prie sluoksnyje esančios žvakės jungiamas gyvsidabrinis manometras ar kitas jautrus slėgio matavimo prietaisas. Sluoksnyje, priklausomai nuo jo drėgnumo, vanduo iš žvakės vidaus per sienelę gali judėti į sluoksnį, kol nusistovi slėgių pusiausvyra sluoksnyje ir žvakės viduje. Šį pusiausvyros slėgį parodo manometras. Toks slėgis vadinamas uolienos įsiurbiamuoju. Fizikine prasme jis parodo, koks slėgis turėtų būti, kad sausa uoliena galėtų siurbti vandenį, esant sąlyčiui su gravitaciniu vandeniu. Metodo trūkumai: maži matavimo intervalai, nedidesni kaip 800 hpa, o tai atitinka sujungto arba molekulinių jėgų sulaikomo uolienoje vandens kiekį. Labiau sumažėjus uolienos drėgniui, vykstant garavimui arba transpiracijai, į poringos žvakės vidų patenka oro ir tenziometras sugenda, matuoti nebegalima. Priešingai tenziometras labai gerai veikia, kai maži įsiurbimo slėgiai ir netgi matuoja neigiamus, jeigu sumontuojame vandeningame sluoksnyje arba pakilus požeminio vandens lygiui ir apsėmus aukščiau įrengtą tenziometrą. Dėl histerezės reiškinio, susidarančio vykstant infiltracijai ir evapotranspiracijai, pagal tenziometrinius matavimus negalima nustatyti drėgmės judėjimo krypties. Naujausios kartos tenziometrai gerai veikia esant daugiau kaip hpa slėgiui, bet nematuoja intervale hpa. Neutroninio zondavimo metodo principas remiasi tuo, kad vandens molekulės branduolys, savo mase artimas neutronų masei, sulėtina ir atspindi greitųjų neutronų srautus, kurie pasitaiko uolienoje jų kelyje. Vandenilio atomo svarba šiam procesui yra nepalyginti didesnė, nei visų kitų daug sunkesnių branduolių, kurių uolienoje yra gerokai daugiau. Sulėtinimo laipsnis tuo didesnis, kuo uolienoje yra daugiau vandenilio atomų branduolių, t. y. vandens molekulių. Kaip radioaktyvusis šaltinis dažniausiai naudojamas berilis (Americium Beryllium, Am Be), kuris spinduliuoja neut- 5.1 pav. Tenziometro žvakė, pagaminta iš poringo porceliano: 1 vamzdis; jungtis manometrui; 3 porcelianinis korpusas (Cossandey ir kt., 000) 06

208 ronus visomis kryptimis vienodai. Detektorius, naudojamas lėtiems atspindėtiems neutronams registruoti, nutolęs nuo šaltinio tam tikru atstumu suskaičiuoja neutronus. Neutronų skaičius funkciškai priklauso nuo uolienoje pasitaikiusių vandenilio branduolių skaičiaus, tai yra uolienos tūrinės drėgmės. Vykdant uolienos neutroninį zondavimą, į kitų elementų (Cl, B, Fe ir kt.) įtaką turi būti atsižvelgta etalonavimo metu in situ skirtingos litologinės sudėties uolienoms arba kiekvienam naujam matavimo taškui (Cuochat, 1960 ir 1977; Normand, 1970). Neutroninio drėgmėmačio principinė schema pateikta 5. pav. Nuo 1970 m. pradėti gaminti zondai, turintys silpnus šaltinius, kurie nereikalauja apsaugos, zondai automatinio registravimo, leidžiantys ištisinius registravimus arba norimu laiko intervalu ir brėžti duomenų kreives. Šių zondų atsiradimas buvo drėgmės matavimų neįsotintose uolienose perversmas. Dielektrinis metodas. Uolienos dielektrinė konstanta priklauso nuo tūrio ir drėgmės dydžio ir kinta nuo iki 7, o uolienoje esančio oro ir paties vandens dielektrinė konstanta kinta nuo 1 iki 80. Jeigu uolienos tankumas nekinta, kitaip tariant, tam pačiame uolienos tūryje mineralinės dalies masė lieka konstanta, tai kintanti dielektrinė konstanta priklauso tik nuo vandens kiekio. Tai ir leidžia įvertinti šį vandens kiekį atsižvelgiant į uolienos drėgmę. Yra dvi dielektrinio metodo modifikacijos: 1) impulsinis elektromagnetinis metodas (angl. Time Domain Reflectrometry TDR); ) talpinis. TDR prietaiso veikimo principas: matuojama uolienos dielektrinė konstanta. Matavimo zondas turi aukšto dažnio elektrinių impulsų emiterį ir du, tris ar daugiau metalinių strypų, kurie skleidžia šiuos impulsus, generuodami uolienoje elektromagnetinį lauką apie šį zondą. Šių strypų metalinis galas impulsus nukreipia (persiunčia) link šaltinio. Impulsų perdavimo laikas priklauso nuo uolienos dielektrinės konstantos ir uolienos vandens kiekio. Matavimo sfera yra strypo ilgio ir zondo skersmens funkcija. Gaminama daug modifikacijų metalinių strypų, kurie gali būti labiau skirti preciziškiems ar globaliems matavimams. Strypai metaliniai, todėl lengvai įbedami į uolieną, o dėl savo pigumo paprastai įbedami keliose vietose ir paliekami, o nešiojamas tik matavimo zondas, kurį galima prijungti ir atlikti matavimus bet kuriuo metu. Matavimo schema pateikta 5.3 pav. 5. pav. Neutroninio zondavimo drėgmėmatis: 1 radioaktyvusis šaltinis (Americium Beryllium, Am Be); detektorius; 3 apsauginis vamzdis; 4 kabelis su gylio matavimo skale; 5 švininis apsauginis gaubtas (Cossandey ir kt., 000) 07

209 5.3 pav. TDR zondavimo komplektas, skirtas matuoti nuo žemės paviršiaus ir gręžiniuose (Eijkelkamp, 1998) Prietaisui pakanka standartinio etalonavimo plačiam litologiniam uolienų spektrui. Būtina etalonuoti papildomai, kai molio mineralų yra daugiau kaip 40 % ar organinės medžiagos, kurios tankumas labai mažas, daugiau 10 %. Būtina užtikrinti gerą uolienos ir strypo sąlytį. Matavimo zona aplink zondą yra apie 5 cm. Šiuo metu gaminami modifikuoti zondai, kurie paliekami visam laikui ir gali registruoti duomenis ištisai, o tai leidžia in situ stebėti drėgmės pokyčius labai ilgai. Talpinės modifikacijos įrenginio matavimo schema pavaizduota 5.4 pav. Veikimo principas: uoliena ir į ją įsmeigti elektrodai sudaro kondensatorių; elektros energijos kiekis sukaupiamas vienetiniame kondensatoriaus tūryje priklauso nuo vandens kiekio ir jame ištirpusių druskų koncentracijos. Kiekvienam matavimų laukui prietaisą reikia kalibruoti. Mažas matavimų sferos spindulys leidžia atlikti matavimus prie žemės paviršiaus ir detalizuoti vertikalų drėgmės pasiskirstymo profilį, tai ypač svarbu dirvotyroje. Galimos dvi matavimo talpine modifikacija schemos: 1) drėgmė matuojama, kai zondas turi tiesioginį sąlytį su uoliena. Ši versija reikalauja tiesioginio etalonavimo; ) zondas yra apsuptas žinomos medžiagos ir šiuo atveju įtampos išsilygina pagal kontaktinę zoną su uoliena, bet matuojama ne tiesioginiai vandens kiekiai dirvoje. Pranašumas nereikia etalonuoti konkrečioje dirvoje. Kitas pranašumas daug pigesnis, palyginti su TDR versija. Trūkumas matavimo zonos spindulys tik kelių centimetrų, tai neleidžia giluminio zondo perkelti, kartu apriboja taikymo galimybes. Distanciniai drėgmės matavimai taikomi didelių paviršiaus plotų drėgmės sklaidos regioniniams tyrimams. Dažniausiai yra naudojami radarai ir palydovinės nuotraukos. Tyrimai atliekami šviesos ir infraraudonųjų spindulių spektre. Infraraudonųjų spindulių terminiai laukai domina regioninių dirvos drėgmės pobūdžio ir kaitos įvairiais laikais evapotranspiracijos tyrinėtojus. 5.4 pav. TDR zondavimo talpinė modifikacija ir matavimo schema (Eijkelkamp, 1998) 08

210 Pagrindinis metodo trūkumas didelis debesuotumas tam tikruose regionuose, o pranašumas vienu metu tiriamos didelės teritorijos. Dažniausia tokio pobūdžio tyrimams naudojami radarai ir palydovinės nuotraukos. Radarai skleidžia mikrobangas arba aukšto dažnio virpesius, kurie prasiskverbia per atmosferos drėgmę ir augaliją, dengiančią paviršių, bet labai jautrūs dielektrinėms dirvos savybėms, kurios labiausiai priklauso nuo vandens kiekio dirvoje. Radaras išspinduliuoja hiperdažnio elektromagnetinį signalą link tiriamo ploto, kuris išsklaido ir grąžina atgal atsispindėjusį signalą. Grįžusio signalo intensyvumas priklauso nuo imitatoriaus (sužadintojo) charakteristikų ir tiriamo objekto galimybės išsklaidyti ir atspindėti. Gauta atspindžio signalo galia aprašoma radaro lygtimi, kurioje kiekybiškai susiejami atspindžio koeficiento dydis ir fizikinės aplinkos charakteristikos (vandens kiekis) ir parazitinė informacija, kaip antai dirvos nelygumas, augalija, statiniai, vandens telkiniai ir kt. Tam naudojamos stacionarios stotys įvertinti koreliacinius ryšius, o paskui galima matuoti laiko ir erdvinius pokyčius žemės paviršiuje, atsižvelgiant į meteorologines sąlygas. Palydovinės nuotraukos naudojamos gauti informaciją apie drėgmės pokyčius storesniame sluoksnyje nei galima nustatyti radariniais tyrimais. Tai labai aktualu atliekant aeracijos zonos uolienų tyrimus. Paviršiaus temperatūrinės sklaidos duomenys, gauti pagal infraraudonųjų spindulių spektre padarytas nuotraukas, panaudoti vertinant realią evapotranspiraciją. Radarinių tyrimų, palydovinių ir meteorologinių duomenų kompleksas leidžia įvertinti arba apskaičiuoti drėgmės vertes iki vieno metro gylio, tai yra daugelio dirvos augalų šaknų zonoje. Uolienų drėgmės matavimo metodų pasirinkimas priklauso nuo keleto sąlygų: 1) tyrimų objekto; ) galimybės įmontuoti zondus; 3) reikalavimo registruoti duomenis laike ir pagal gylį; 4) lėšų kiekio ir kitų aplinkybių. Matavimų kokybė priklauso nuo naudojamos įrangos tipo (markės) ir ypač nuo etalonavimo patikimumo. Konstruktorių pateiktas etalonavimas šiuolaikiniuose prietaisuose yra didelis palengvinimas, bet visuomet pravartu įsitikinti, ar tai atitinka konkretaus tyrimo uolienų pobūdį. Tų pačių uolienų drėgmės tyrimų skirtingais metodais diagramos yra pavaizduotos 5.5 pav. 5.5 pav. Tūrinės drėgmės testinių matavimo duomenų tarpusavio palyginimas: 1 neutroninis zondas; TDR zondas; 3 terminis zondas (Objektif, 1998) 09

211 Testiniai tyrimai buvo atlikti liosuose Prancūzijoje. Šio eksperimento duomenys rodo, kad yra tam tikras skirtumas tarp netiesioginių (neutroninis ir TDR) ir tiesioginio (terminis) matavimo metodų. Didžiausi skirtumai susidaro profilio viršuje, matuojant neutroniniu būdu su didelio spindulio zondais, ir apatinėje dalyje. Artimiausi duomenys vidurinėje profilio dalyje, kur vyksta sotinimosi ir džiūvimo procesai, nes čia svarbesni šie reiškiniai, negu absoliutinės drėgmės vertės. Mažai laidžių uolienų filtracinių parametrų tyrimai. Tai uolienų tyrimo sritis, kurioje negalioja tiesinės filtracijos Darcy dėsnis, nes vandens filtracija čia vyksta žemiau apatinės Darcy dėsnio taikymo ribos. Tokiose uolienose filtracijos netiesiškumą lemia didelį suminį dalelių paviršiaus plotą veikiančios trinties, molekulinės traukos ir kapiliarinės jėgos. Dėl šių jėgų priešpriešos labai sunku nustatyti tokių uolienų filtracijos koeficientą (Schneebeli, 1966). Šiuolaikiniai filtraciniai tyrimo metodai leidžia nustatyti filtracijos koeficiento vertes iki 10 6 m/s, o slėginis Menardo permeametras iki 10 7 m/s. Naudojamos įrangos šiems tyrimams pasiūla labai gausi. Galima išskirti dvi grupes: 1) paviršiniams tyrimams (nuo sluoksnio paviršiaus); ) gręžiniuose. Savo ruožtu paviršinių tyrimų įranga skirstoma į skirtą tyrimams griežtai nuo žemės paviršiaus ir negiliuose įvairios formos geologiniuose kasiniuose iki vieno metro gylio. Principinė taikomų metodų schema pateikta 5.6 pav. 5.6 pav. Skirtingos filtracinių tyrimų schemos ir atitinkama įranga, skirta mažai laidžioms uolienoms: a, b dviejų žiedų infiltrometrai; c vieno žiedo infiltrometras; d įrenginys skirtas filtraciniams tyrimams, kai yra neigiamas slėgis; e įrenginys cilindro formos negiliems kasiniams ir gręžiniams; f įrenginys gręžinių filtraciniams tyrimams. Skaičiais pažymėta: 1 matavimo atskaitos plokštė; slėgio ir tūrio valdiklis; 3 įpurškimas; 4 vandens papildymas; 5 oro tiekimas; 6 dujinio azoto tiekimas (modifikuotas pagal Cassan, 005) 10

212 Pagrindiniai tiesioginiai uolienų filtraciniai lauko tyrimų metodai, taikomi in situ, naudojant specialią įrangą, yra tokie: 1. Dviejų žiedų atviras infiltrometras.. Vieno ir dviejų žiedų uždaras infiltrometras. 3. Įpylimas į atvirą gręžinį, kai spūdis pastovus. 4. Įpylimas į uždarą gręžinį, kai spūdis pastovus. 5. Įpylimas į uždarą gręžinį kai spūdis kinta (hidraulinis šokas). Lietuvoje dažniausiai naudojamas atviras dviejų žiedų infiltrometras arba modifikuota A. Boldyrevo ir N. Nesterovo infiltrometro versija, todėl detaliau nurodysime tik tyrimų šiais prietaisais metodinius reikalavimus. Tokio tipo infiltrometro schema pateikta 5.7 pav. Modifikuotą infiltrometrą sudaro 6 žiedų komplektas ir trys Marioto indai. Žiedų plotai tokie: S1 = 0,77 m; S = 0,385 m; S3 = 0,16 m; S4 = 0,073 m; S5 = 0,04 m; S6 = 0,0075 m. Žiedai S3 ir S5 buvo palikti standartinio infiltrometro. Tokios komplektacijos infiltrometru, keičiant išorinių ir vidinių žiedų kombinacijas, galima viename šurfe nustatyti iki penkių filtracijos koeficiento verčių skirtingiems uolienų filtracijos plotams ir tūriams. Didžiausio ir mažiausio žiedų plotai skiriasi daugiau negu 100 kartų. Šio infiltrometro privalumai: pirma, galima tirti įvairios litologinės sudėties, nuo molių iki gargždo uolienas; antra, viename filtraciniame taške tirti skirtingus uolienų tūrius, t. y. vertinti uolienų filtracinių parametrų kaitą horizontalioje ir vertikalioje plokštumoje; trečia, konkrečiam uolienų litologiniam tipui parinkti atitinkamą žiedų kombinaciją. 5.7 pav. Dviejų žiedų modifikuoto A. Boldyrevo ir N. Nesterovo infiltrometro schema: 1 Marioto indai; infiltraciniai žiedai; 3 vandens lygis žieduose; 4 infiltracinio srauto tėkmės linijos; 5 infiltracinio srauto įsisunkimo gylio linijos skirtingais laiko tarpais nuo pradžios infiltracijos (Klizas, 1994) 11

213 Rekomenduojamas standartinio infiltrometro vidinio žiedo skersmuo yra D1 30 cm, išorinio D = D1. Mūsų tyrimai parodė, kad, tiriant molingas uolienas išorinio žiedo plotas turi būti didesnis, o santykis D1/D mažesnis, negu standartinis. Filtracijos koeficiento priklausomybė nuo išorinio žiedo ploto pateikta 5.8 pav. Infiltraciniams tyrimams paruoštos aikštelės matmenys x = 4 m. Leistina horizontalumo paklaida ne didesnė kaip 1 cm/1 m ilgio. Žiedų įgilinimas 5 cm. Tai galima padaryti dviem būdais: apklijuojant arba įspaudžiant kėlikliu. Prieš apklijuojant aikštelės paviršiuje nubrėžiamas apskritimas, pagal vidinio žiedo kontūrą iškasama iki 5 cm gylio griovelis su viena vertikalia sienele, įstatomas žiedas ir iš išorės apklijuojama vandeniui nelaidžiomis medžiagomis. Gali būti naudojamos įvairios medžiagos: cemento skiedinys sustingstantis greičiau nei per vieną valandą (K < 10 9 m/s); elastinis silikonas; plastiškas molis. Toks klijavimo būdas taikomas atliekant visus lauko tyrimus. Įspausti kėlikliu galima tik į minkštas ir drėgnas uolienas. Į minkštus molius žiedai gali būti įkalami. Aikštelėje taip sumontavus žiedus, prieš pradedant matavimus, reikia laiko pradiniam tiriamos uolienos įsotinimui. Sotinimo laikas priklauso nuo tiriamų gruntų fizikinių parametrų, bet a priori gali būti įvertintas pagal tokį minimalios infiltracijos trukmės nustatymo grafiką (5.9 ir 5.30 pav.). 5.8 pav. Filtracijos koeficiento priklausomybė nuo išorinio žiedo ploto (Klizas, 1994) 5.9 pav. Sotinimo fazės trukmės evoliucija pagal Prancūzijoje galiojantį standartą (NF-X ) 5.30 pav. Minimalus infiltracijos laikas (NF-X ) 1

214 Atliekant tyrimus dviejų žiedų infiltrometrais, vidiniame žiede turi būti matuojami vandens lygis ir debitas plūdurais, arba tiesiogiai nuo vandens paviršiaus. Tai daroma rankiniu būdu matuoklėmis arba optiniais prietaisais, naudojant skaitmeninę registraciją. Turi būti atlikta ne mažiau kaip 15 matavimų, tolygiai pasiskirsčius juos laike. Infiltracija stabdoma, kai t = 0, min tenkina nelygybę: v t v t t v t < 0,, v t v t (5.0) čia v infiltracijos greitis. Grafinė išraiška pateikta 5.31 pav. Sudaromos grafinės priklausomybės: Q V 1 V arba q, t A t (5.1) čia V infiltracinio vandens tūris; A vidinio žiedo plotas pav. Infiltracijos greičio priklausomybė nuo laiko ir infiltracijos stabdymo kriterijus (A). Pateikti bandymų rezultatai (B): a) infiltracijos vandens tūrio kaita laike; b) vienetinio debito kaita laike (Cassan, 005) 13

215 Infiltraciniam vandens tūriui matuoti naudojami Marioto indai, o stabiliam vandens lygiui palaikyti išoriniame žiede speciali įranga, t. y. įvairios konstrukcijos rezervuarai (5.3 pav.). Infiltrometrais, turinčiais tiesioginio debito matavimo pompą, galima išmatuoti debitus, kurių reikia palaikyti pastovų spūdį vidiniame žiede. Matavimų duomenys, tarp jų ir filtrato temperatūra, kurią būtina registruoti visų infiltracinių eksperimentų metu, nuskaitomi automatiškai. Infiltracinių tyrimų interpretacijos bendrosios nuostatos. Tikslas patikrinti ir nustatyti sluoksnio vienalytiškumą po infiltrometru ir įvertinti drėgmės pasiskirstymą pagal gylį. Interpretuojant infiltracinių tyrimų rezultatus visuomet susiduriama su problema kaip nustatyti infiltracijos gylį, kuris būtinas bet kokiam analitiniam filtracijos koeficientui apskaičiuoti. Tai galima daryti įvairiais būdais: iš infiltracijos zonos paimti uolienų mėginių įkalant vidinio žiedo centre plieninį vamzdį. Vamzdžio sienelės turi būti plonos ir tvirtos, o apatinė dalis užaštrinta, kad lengviau būtų galima jį įkalti į gruntą. Vamzdžio skersmuo turi būti 3 4 cm, o reikalingi aprobavimo gylio intervalai 15 0 cm. Kitas būdas infiltracinės zonos kasimas ir tiesioginis mėginių ėmimas drėgmei nustatyti. Tai vadinamoji autopsija (5.33 A pav.). Abiem atvejais iš infiltracinės zonos paimti uolienos mėginiai tiriami laboratorijoje. Būtina nustatyti šiuos parametrus: svorinę drėgmę, kietųjų dalelių bei skeleto tankį, kad būtų galima nustatyti uolienos sotinimo laipsnio ir drėgmės kaitos pagal gylį profilius. Galiausiai tai leidžia įvertinti įsotinimo gylį. Šių priklausomybių pavyzdys pateiktas 5.33 pav. Filtracijos koeficientas šiuo atveju yra apskaičiuojamas pagal tokią priklausomybę: k v, h0 1 h (5.) čia v infiltracijos greitis; h0 vandens stulpo aukštis vidiniame žiede; h infiltracijos (įsotinimo) gylis. Kitą būdą nustatyti filtracijos koeficientą pagal infiltracinių tyrimų duomenis pasiūlė V. Šestakovas ir V. Badovas. Metodo esmė jeigu infiltracinės uolienos yra vienalytės, tai šiuo atveju sunkiai nustatomas infiltracijos (įsotinimo) gylis eliminuojamas ir keičiamas į jį įsifiltravusio vandens tūriu. Vertikalios infiltracijos neįsotintose uolienose lygtis pagal M. T. Van Genuchten ir P. J. Wierenga (1976): h hk h dh, kf 0 dt h (5.3) čia kf filtracijos koeficientas; h0 vandens stulpo aukštis vidiniame žiede; hk kapiliarinio pakilimo aukštis, prasideda nuo vidinio žiedo dugno ir leidžiasi žemyn, vykstant infiltracijai; h infiltracijos (įsotinimo) gylis; vandengrąžos koeficientas; t infiltracijos laikas. 5.3 pav. Dviejų žiedų infiltrometro tiesioginiai vandens tūrį matuojančio schema: 1 Marioto indas; tūrio matavimo skalė (modifikuotas pagal Cassan, 005) 14

216 5.33 pav. A uolienų autopsijos schema. B uolienų drėgmės ir įsotinimo laipsnio profiliai pagal gylį: 1 vidinio žiedo įgilinimo griovelis; mėginių drėgmei nustatyti ėmimas kasant; 3 vidinis žiedas; 4 išorinis žiedas (Cassan, 005) 5.34 pav. Boldyrevo ir Nesterovo modifikuoto infiltrometro duomenų grafinės priklausomybės: A tiesinė priklausomybė W nuo vw; B tiesinė priklausomybė n nuo 1/W (Klizas, 003) 15

217 Infiltracijos gylis yra lygus: h W, S (5.4) čia W įsifiltravusio vandens tūris; S vidinio žiedo plotas. Pagal Darcy dėsnį: v kf h0 hk h, h (5.5) čia v infiltracijos greitis. Įstačius lygtį (5.4) į (5.5) ir pergrupavus narius: v kf h0 hk S W W (5.6). Padalijus lygtį (5.6) iš W gaunama: v kf h0 hk S 1 W. (5.7) Grafiškai lygtys (5.6 ir 5.7) yra tiesės, nes tai pirmojo laipsnio dvinaris su dviem pirmo laipsnio kintamaisiais: 1) grafikas, kurio koordinatės vw ir W (5.6) yra tiesė su kampiniu koeficientu, lygiu filtracijos koeficientui; ) grafikas, kurio koordinatės v ir 1/W yra tiesė, kurios laisvasis narys (A) koordinačių ašyje vw atkirs atkarpą A, apskaičiuojamą pagal formulę: A k f Sh0 arba k f A. Sh0 (5.8) Infiltracinio bandymo rezultatų pavyzdys pateiktas 5.34 pav. Literatūra Association francaise de normalisation (Afnor) NF P Paris. Bougeault Ph Recherches et developpements interessant l hydrologie a Meteo France, comm. orale, Journees de la SHF, Lyon, mars. Cassan M Aide memoire d hydraulique souterraine. -e ed. Presses des Ponts et Chaussees. Cassan M Les essais de permeabilite sur la site dans la reconnaissance des sols. Presses des Ponts et Chaussees, 568 p. Cassan M Les essais de permeabilite sur la site dans la reconnaissance des sols. Presses des Ponts et Chaussees. Castany G Hydrogeologie, Principes et Methodes, Paris, Dunod. Cossandey C Le bilan d eau des sols. Une methode d etude de la reserve agricole par humidimetre a neutrons. RGE, Nancy, Nr. ½, p Cossandey C., Robinson M Hydrologie continentale. Edition Armand Colin, HER, Paris, 360 p. Couchat P La methode neutronique de mesure de l humidite des sols. Rapport CEAR 398, 9 p. Couchat P Aspects methodologiques et technologiques de mesure neutronique de l humidite des sols. Ann. agro., 8 (5), p Dobkevičius M Hidrodinamika. Vilnius Enciklopedija. Dobkevičius M Hidrogeodinamika. Vilnius, 358 p. 16

218 Dobkevičius M. 00. Determination of the permeability coefficient of unsaturated zone by the method of pouring water into open test pits. Geologija, 37. Vilnius, p Gręžinių vandeniui tiekti ir vandens šiluminei energijai naudoti projektavimo, įrengimo, konservavimo bei likvidavimo tvarka (LAND 4-99) m. gruodžio 3 d. Nr Gudritienė D., Aleknavičius A Skaitmeninė fotogravimetrija. Lietuvos žemės ūkio universitetas. Mokomoji knyga žemėtvarkos studijų programos studentams. Hillel D L eau et le sol. Principes et processus physiques. Traduction de l ed. Anglaise. Louvain, Vander. Isberie C Les bases physiques de la tensiometrie: principes theoriques, in Chol. Juodkazis V Požeminio vandens išteklių įvertinimo metodikos pagrindai. Vilnius. Mokslas. 16. Juodkazis V., Marcinonis A Aplinkos hidrogeologija. V., Vilniaus universitetas, 008, 480 p. Klizas P Laboratoriniai drėgmės migracijos tyrimai didelio skersmens kolonoje. Geologijos akiračiai, p Klizas P Drėgmės migracijos ir vandens filtracijos neįsotintose uolienose laboratoriniai ir lauko tyrimai. Daktaro disert. rankraštis. Vilnius, 135 p. Klizas P Hidrogeologijos laboratoriniai darbai. Vilnius, 111 p. Lambert R Geografie du cycle de l eau. Toulouse, Presses universitaires du Mirail. Moutonnet P., Buscarlet L.A., Marcesse J Emploi d un humiditre a neutrons de profondeur associe a un reflecteur pour la mesure de la teneur en eau au voisinage de la surface. Ann. ITBTP, mai. Mussy A. Et Ssoutter M Physique du sol. Lausanne, Presses polytechniques et universitaires romandes. Normand M La mesure d humidite des sols. Application aux problemes d hydrologique agricole. Bull. Tech. Du Genie rural, Nr Normand M In Guide to hydrological pratices. 5 edition, WMO, Nr. 168, p. 735, ch. 15, Soil Moisture Measurement, OMM. Norme NF P Essai au piezocone. Norme NF P Essai au piezocone. Norme NF P Mesures piezometrique, partie 1: sonde de mesure de pressions interstitielles. Norme NF P Mesures piezometrique, partie 1: tube ouvert. Norme NF X 3040 Determination du coefficient de permeabilite d une formation geologique en place, de materiaux rapportes ou artificiellement reconstitues. Infiltrometres a double anneau de type ouvert. Norme NF X Determination du coefficient de permeabilite d'une formation geologique en place, de materiaux rapportes ou artificiellement reconstitues. Infiltrometres a double anneau de type ouvert. Norme NF X 3043 Determination du coefficient de permeabilite d une essai a charge variable en forage ouvert. Norme NF X 3043 Determination du coefficient de permeabilite d'une essai a charge variable en forage ouvert. Obled Ch Le versant et le bassin versant: quelques apercus sur la formation des crues et la production du ruissellement, comm.orale, Journees de la SHF, Lyon, mars. Ogilvi A Osnovy inženernoj geofiziki. Moskva. Nedra Požeminio vandens monitoringas: metodinės rekomendacijos Sudarė: A. Domaševičius, J. Giedraitienė, V. Gregorauskienė ir kt. ats. red. K. Kadūnas; Lietuvos geologijos tarnyba. Vilnius. Richards L.A Capillary conduction of liquide through porous mediums. Physics 1, p

219 Robinson M. and Dean T. J Measurement of near surface soil water content using a capacitance probe. Hydrological Processes, vol. 7, p Smolianskis N Ultragarsas aplinkosaugoje. Geriamojo vandens gręžinių valymas ultragarsu. /Aplinkosauga. Statybos techninis reglamentas STR.0.04:004. Vandens ėmimas. Vandenruoša. Pagrindinės nuostatos. Šečkus R. 00. Svarbiausi elektrinės tomografijos naudojimo principai geologinių uždavinių sprendimui. Geologija. Nr. 38, p. p Tavenas F. Tremblay M., Seroueil S Mesure in situ de la permeabilite des argiles. Bull. Int. Assoc. Eng. Geology, Nr. -7, 1983, p Vachaud G Contribution a l etude des problemes d ecoulement en milieux poreux non satures, these, Grenoble. Vernet A Condensation et precipitations. L eau et le sol, notes de cours dactylographiees, Paris, ENSA. Nuorodos

220 6. VANDENINGOJO SLUOKSNIO HIDROGEOLOGINIŲ PARAMETRŲ TYRIMAI Požeminio vandens debito ar lygio pažemėjimo formulės įvertina pritekėjimo į spūdinio ir gruntinio (nespūdinio) vandens sluoksnius ypatumus, atsižvelgiant į geologines-hidrogeologines ir gamtines ribines sąlygas. Hidrauliniai hidrogeologinių parametrų nustatymo metodai plačiai aprašomi specialioje literatūroje. Aptarsime tik pagrindinius hidrogeologinių parametrų nustatymo, lauko bandymų ar tyrimų metodus, kurie plačiai taikomi požeminio vandens išteklių paieškų ir žvalgymo darbuose Stacionari filtracija Stacionari (nuostovi) požeminio vandens filtracija spūdiniame vandeningajame sluoksnyje nusistovi, kai, esant tam tikram debitui, vandens lygio kritimas sluoksnyje yra sulėtėjęs arba stabilizavęsis. Vykdant išpumpavimus iš spūdinio sluoksnio, galioja Diupiuji (Dupuit) priklausomybė poliarinių koordinačių sistemoje: dh Q F v r m k. (6.1) dr Gauta lygtis gali būti pertvarkyta, atskiriant kintamuosius, taip: Q dr dh. (6.) km r Stacionarios filtracijos lygtyje (6.) pasirenkamos ribos h = h 0 ; r = r 0 ; h = H ir r = R ir integruojama: arba H h0 Q dh km R r0 dr r. (6.3) Atlikus integravimą, gaunamas sprendimas tobulam gręžiniui (Todd ir Mays, 005): S Q R km r 0 H h0 ln S0 Q km. R ln r 0 0 Bet kuriam spūdinio sluoksnio taškui galioja bendresnė analogiška priklausomybė: S Q km, R ln r (6.4) (6.5) (6.6) čia Q debitas; S, S 0 lygio pažemėjimas atitinkamai bet kuriame sluoksnio taške ar gręžinyje; S 1 ir S stebimųjų gręžinių pažemėjimas; F gręžinio sienelių plotas; v filtracijos greitis; k filtracijos koeficientas; m sluoksnio storis; h spūdis bet kuriame sluoksnio taške; H pradinis spūdis; h 0 spūdis gręžinyje stabilizavusis požeminio vandens lygiui; r atstumas nuo gręžinio; R gręžinio įtakos spindulys; r 0 atskiro ar centrinio gręžinio spindulys. 19

221 6.1 pav. Spūdinio sluoksnio tobulo gręžinio schema Gręžinio hidraulinio išbandymo schema pateikta 6.1 pav., parodo spūdinio sluoksnio, kur įrengti centrinis ir du stebimieji gręžiniai, elgseną norint atsekti depresijos formavimąsi sluoksnyje požeminio vandens eksploatacijos metu. Formulė (6.7) pavadinta Thimo (Thiem) vardu ir naudojama sluoksnio vandens pralaidumo (pratakumo) koeficientui nustatyti pagal stebimuosius gręžinius, kurie nuo centrinio yra nutolę atstumais r 1 ir r : Q r Q r T km ln ln. (6.7) ( S S ) r ( h h ) r Naudojant centrinio gręžinio ar centrinio ir vieno iš stebimųjų gręžinių išpumpavimo duomenis, atitinkamai pratakumą galima apskaičiuoti pagal formules: ar Q R T km ln S r (6.8) Q r1 T km ln. (6.9) ( S S ) r Spūdinių sluoksnių filtracijos koeficientas ( k) nustatomas dalijant pratakumo koeficientą (T = km) iš sluoksnio storio (m). Gruntiniam (nespūdiniam) sluoksniui analogiškai galioja Diupiuji formulė: dh Q F v r h k. (6.10) dr Pasirinkus analogiškas kaip ir spūdiniam sluoksniui ribines sąlygas ir atlikus integravimą, gaunami sprendiniai debitui ar vandens lygio pažemėjimui centriniame gręžinyje nustatyti: Q dr hdh, (6.11) k r 0

222 1 6. pav. Gruntinio (nespūdinio) sluoksnio tobulo gręžinio schema R r H h r dr k Q hdh 0 0 (6.1) 0 ln r R k Q h H, (6.13) ln ) ( ln r R S S H k r R h H k Q, (6.14) 0 0 ln r R k Q H H S. (6.15) Naudojant (6.14) lygtį galima apskaičiuoti tobulo gręžinio filtracijos koeficiento vertę (6. pav.): ln ) ( ln ) ( r R S S H Q r R h H Q k. (6.16) Pagal centrinio ir vieno stebimojo gręžinio duomenis filtracijos koeficientas apskaičiuojamas taip: ln ) )( ( ln ) ( r r S S S S H Q r r h h Q k. (6.17) Naudojant dviejų stebimųjų gręžinių duomenis, filtracijos koeficientas nustatomas: ln ) )( ( ln ) ( r r S S S S H Q r r h h Q k. (6.18)

223 kad T Gruntinio sluoksnio pratakumo koeficientas gali būti apskaičiuotas pagal lygtį (6.18), tarus, h1 h k kh (Todd ir Mays, 005): T Q kh ln. S r 1 S 1 S 1 S H H r (6.19) Netobulų gręžinių atveju būtina papildomai įtraukti į parametrų skaičiavimo formules gręžinių filtracines varžas, atspindinčias atitinkamai centrinio, pirmo ir antro stebimųjų gręžinių netobulumo laipsnį: centrinis gręžinys spūdinis sluoksnis T gruntinis sluoksnis centrinis ir pirmasis stebimasis gręžinys Q R 0,17 km ln, (6.0) S r 0 0 Q R 0,17 Q R 0,17 k ln ln ; (6.1) ( H h0 ) r0 k(h S0 ) S0 r0 Q r1 spūdinis sluoksnis T km ln 0,17( 0 1), (6.) ( S S ) r Q r1 gruntinis sluoksnis k ln 0,17( 0 1) ( h h ) du stebimieji gręžiniai (H S 1 0 r0 0 Q S 1 )( S 0 S 1 r ln ) r 1 0 0,17( Q r spūdinis sluoksnis T km ln 00,17( 1 ) ( S S ) Q r ln ( h h ) r 1 1 r1 1 0,17( Q r gruntinis sluoksnis k ln 0,17( 1 ) ( h h ) (H S 1 r1 1 Q S )( S 1 S 1 r ln ) r 1 ), 0,17( 0 1 ) ; 1 ). (6.3) (6.4) (6.5) 6.. Nestacionari filtracija Neapribotam izoliuotam spūdiniam sluoksniui būdingas nestacionarios (nenuostovios) filtracijos režimas, kai pritekėjimas į gręžinį susidaro išskirtinai dėl sluoksnio ir požeminio vandens tampriųjų savybių ir apibūdinamas staigiu lygio kritimu gręžinyje m. Č. Theisas (C. Theis) pritaikęs šilumos teorijos sprendinius, gavo vandens lygio pažemėjimo formulę, kai gręžinyje nestacionarus filtracijos režimas:

224 Q S 4km 4 Q km u e x dx x 4 Q km W ( u) 3 4 u u u ln u u,! 3 3! 4 4! (6.6) r čia 0,577 Eulerio konstanta; x netikrasis (atspindžio) integralo kintamasis; u gręžinio 4at funkcijos W (angl. well function) argumentas. Gręžinio funkcijos W(u) vertės pateiktos 6.1 lentelėje. Tačiau šį sudėtingą sprendinį, praėjus keletui valandų nuo eksploatacijos pradžios, galima pakeisti supaprastinta kvazistacionarios (tariamai nuostovios) filtracijos formule, kurioje eksponentinė integralinė funkcija pakeičiama logaritmine priklausomybe. Kvazistacionarios filtracijos atveju, r kai argumentas u 0, 01, gręžinio funkciją lemia pirmieji du integralinės funkcijos nariai 4 at Eulerio konstanta ir ln u. Tada lygtyje (6.6) vietoje sudėtingos gręžinio funkcijos išraiškos gaunama W ( u) ln u 0,5771 ln ln1,78 ln ir kartu vandens lygio pažemėjimo (6.6) 4at,5at r r formulė pakeičiama į: Q,5at Q 1,5 at S ln. (6.7) 4km r km r Formulę (6.7) galima toliau modifikuoti į stacionarios filtracijos lygtį tarus, kad gręžinio įtakos spindulys R 1, 5 at : Q R S ln. (6.8) km r Visi pirmiau pateikti pažemėjimo sprendiniai (6.6; 6.7; 6.8) gręžinio hidraulinio bandymo metu užtikrina gautų hidrogeologinių parametrų verčių panašumą, nes formulių matematinis tikslumas visiškai tai leidžia paklaida tesudaro tik iki 0,5 %. Nestacionarios filtracijos atveju parametrų nustatymo formulė turi pranašumą, nes nebūtina vykdyti ilgalaikius gręžinio hidraulinius išbandymus. 6.1 lentelė. Gręžinio funkcijos W(u) ir argumento u reikšmes u 1,0,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 8,0 9,0 1 0,19 0,049 0,013 0,0038 0,0011 0, ,0001 0, , ,8 1, 0,91 0,70 0,56 0,45 0,37 0,31 0,6 10 4,04 3,35,96,68,47,30,15,03 1, ,33 5,64 5,3 4,95 4,73 4,54 4,39 4,6 4, ,63 7,94 7,53 7,5 7,0 6,84 6,69 6,55 6, ,94 10,4 9,84 9,55 9,33 9,14 8,99 8,86 8, ,4 1,55 1,14 11,85 11,63 11,45 11,9 11,16 11, ,54 14,85 14,44 14,15 13,93 13,75 13,60 13,46 13, ,84 17,15 16,74 16,46 16,3 16,05 15,90 15,76 15, ,15 19,45 19,05 18,76 18,54 18,35 18,0 18,07 17, ,45 1,76 1,35 1,06 0,84 0,66 0,50 0,37 0, ,75 4,06 3,65 3,36 3,14,96,81,67, ,05 6,36 5,96 5,67 5,44 5,6 5,11 4,97 4, ,36 8,66 8,6 7,97 7,75 7,56 7,41 7,8 7, ,66 30,97 30,56 30,7 30,05 9,87 9,71 9,58 9, ,96 33,7 3,86 3,58 3,35 3,17 3,0 31,88 31,76 3

225 Vienas iš patikimiausių nestacionarios filtracijos parametrų nustatymo metodų yra Theiso spūdinio sluoksnio etaloninės kreivės metodas. Etaloninės kreivės metodo esmę sudaro teorinio sprendinio narių funkcijos W(u) ir argumento u analogija su išpumpavimo duomenimis S ir r /t: Q S W ( u), (6.9) 4km r t u 4a. (6.30) Etaloninei (teorinei) kreivei sudaryti naudojamos funkcijos W(u) ir argumento u vertės pagal lentelę 6.1 (6.3 pav.). Pagal išpumpavimo S ir r /t duomenis sudaroma atskira to paties logaritminio mastelio kreivė, kur vertikalia kryptimi sudedamos pažemėjimo, o horizontalia atskirojo gręžinio spindulio ar atstumo nuo centrinio gręžinio ir laiko santykio vertės. Sutapatinant abi gautas kreives lygiagrečiai, išlaikant horizontalias ir vertikalias ašis, jų diagramos bus perstumtos viena kitos atžvilgiu dydžiais Q/4πkm (pagal ordinatę) ir 4a (pagal abscisę). Toliau iš sutapatintų kreivių diagramos bet kuriam būdingam taškui (angl. match point) nuskaitomos W(u), u, S ir r /t reikšmės, pagal kurias apskaičiuojami sluoksnio pratakumo ir pjezolaidumo koeficientai: Q km W ( u), (6.31) 4 S r / t a. (6.3) 4u Parinkimo metodas. Šis metodas taikomas naudojant dažniausiai vieno stebimojo gręžinio hidraulinio išbandymo duomenimis. Nagrinėjami skirtingi pažemėjimo ir gręžinio funkcijų santykiai: S S t1 t Q W ( u 4km 1 Q ) / W ( u 4km r W 4at ) r W 4at 1. (6.33) 6.3 pav. Etaloninės kreivės W(u) u ir gręžinio duomenų S r /t sutapatinimo diagrama 4

226 W ( r ) 4at 6.4 pav. Parinkimo metodo a n W ( r ) 4at n1 diagrama Parametrams km ir a nustatyti sudaroma diagrama, kur ordinačių ašyje atidedamos pjezolaidumo koeficiento vertės, o abscisių gręžinio funkcijų skirtingiems laiko tarpsniams santykiai (6.4 pav.). Laisvai parinkus skirtingus pjezolaidumo koeficientus, pavyzdžiui, a = 10 4, a = 10 5, a = 10 6 ir t. t., apskaičiuojami gręžinio funkcijų santykiai pagal (6.33) ir sudaromas grafikas, kaip parodyta 6.4 pav. Gręžinio funkcijai W nuo argumento ( r 4at) apskaičiuoti naudojami 6.1 lentelės duomenys. Pjezolaidumo koeficiento ( a) vertė surandama pagal sudarytos diagramos būdingą tašką, nuo kurio prasideda staigus grafiko kreivės užlinkimas, rodantis, kad pasibaigė nestacionarios filtracijos atkarpa. Pagal būdingo taško gręžinio funkcijos santykio ir laiką t W ( r ) 4atn atitinkančio W ( r ) 4at pažemėjimo sandaugą surandamas pažemėjimas t 1 n1 S. Pratakumo koeficientas apskaičiuojamas to paties iškirto taško St 1 ir W ( r ) reikšmių pagrindu, kur sluoksnio pjezolaidumo koeficientas 4at1 atitinka surastą iš diagramos būdingo taško vertę: r W 4at1 S t S 1 t, (6.34) r W 4at Q km 4S t1 r W 4at 1. (6.35) Hantušo ir Džeikobo metodas spūdiniam sluoksniui su pertekėjimu (Hantuch, Jacob, 1955) metodas. Jeigu nuo gruntinio sluoksnio spūdinis vandeningas sluoksnis atskirtas vandenspara, tai šiai schemai būdingas vertikalus pertekėjimas, kuris intensyvėjant eksploatacijai, sukelia lygio pažemėjimą stabilizuojantį efektą (6.5 pav.). Tada lygio pažemėjimo ir pertekėjimo parametrai aprašomi lygtimis: Q S W u, 4km r B, (6.36) 5

227 6.5 pav. Spūdinio sluoksnio su pertekėjimu schema r B r, km m k 0 0 (6.37) čia W(u, r/b) gręžinio funkcija sluoksniui su pertekėjimu; k 0 vandensparos filtracijos koeficientas; m 0 vandensparos storis; B vertikaliosios srūvos koeficientas. Gręžinio funkcijos W(u, r/b) vertės tabuliuotos M. S. Hantush (1956). Lygtis (6.36) pereina į Teiso spūdinio izoliuoto sluoksnio lygtį (6.6), jeigu k 0 0, B ir r/b 0. W. C. Waltonas (Wa lton, 1960) yra paruošęs schemai su pertekėjimu tipines etalonines kreives W(u, r/b) 1/u (6.6 pav.) 6.6 pav. Gręžinio funkcijos W(u, r/b) priklausomybė nuo 1/u ir r/b (pagal Walton, 1960) 6

228 Pagal išpumpavimo S ir t duomenis sudaroma atskira to paties logaritminio mastelio kaip ir 6.5 pav. kreivė, kur ordinačių ašyje sudedamos pažemėjimo, o abscisių išpumpavimo trukmės vertės. Sutapatinus abi gautas kreives, išlaikant lygiagrečias, horizontalias ir vertikalias ašis pagal sutapatintų kreivių diagramos, pasirinktam būdingam taškui nuskaitomos W(u, r/b), 1/u, S ir t reikšmės, pagal kurias apskaičiuojamos sluoksnio pratakumo, pjezolaidumo, vandensparos filtracijos ir vertikalios srūvos koeficientų vertės: Q T km W u, 4S r B, (6.38) 4km t u a, (6.39) r k 0 r km m0 B km m0, r B (6.40) km m0 B. (6.41) k 0 Gruntinio (nespūdinio) sluoksnio etaloninės kreivės metodas. Nespūdiniame sluoksnyje gręžinio eksploatacijos pirmomis minutėmis ir valandomis nestacionarios filtracijos režimas būna tapatus spūdinio sluoksnio režimui. Tačiau, laikui bėgant, pažemėjimas gerokai sulėtėja dėl sluoksnio vandengrąžos inercijos arba, kitaip tariant, dėl ryškių sluoksnio talpos savybių (6.7 pav.). Eksploatacijos metu vyksta lėtas gruntinio sluoksnio gravitacinės vandengrąžos procesas, todėl lygio pažemėjimo tempas jau po kelių dešimčių minučių labai sulėtėja ir jo sprendinys nutolsta nuo spūdinio sluoksnio Theiso (6.6) lygties sprendinio link nespūdinio sluoksnio formavimosi kreivės. 6.7 pav. Tipinė gruntinio (nespūdinio) sluoksnio pažemėjimo priklausomybės nuo laiko diagrama 7

229 Pažemėjimo formulė gruntiniam sluoksniui (Neuman, 1975): Q S W ( u a, u y, ), (6.4) 4km čia u a = r /4at gręžinio funkcijos argumentas pradiniam laiko momentui, kai galioja Theiso (6.6) lygtis; u y = r /4at gręžinio funkcijos argumentas vėlyvajam laiko momentui, kai galioja (6.4) r K z lygtis; gręžinio funkcijos argumentas, priklausantis nuo sluoksnio filtracinio heterogeniškumo vertikalia ir horizontalia kryptimis. h K x Gręžinio funkcijos W(u a, u y, ) priklausomybė nuo 1/u a ir 1/u y, gauta S. P. Neuman, 1975 (6.8 pav.). Metodo esmę sudaro teorinės funkcijos kreivės diagramos sutapatinimas su lygio pažemėjimu nuo išpumpavimo laiko (6.9 ir 6.10 pav.). Nuskaitant duomenis iš diagramų, S t kreivės grafikas perstumiamas du kartus: pirmą kartą nuskaitomi pradinės atkarpos apskaitos duomenys ir antrą kartą išpumpavimo pabaigos. Pagal grafikų būdingą tašką nuskaitomi η, W(u a, u y, ), 1/u a ir 1/u y bei S ir t. Sluoksnio filtraciniai parametrai nustatomi pagal šias formules: Q km W ( u a, u y, ), (6.43) 4 S 4uat a, (6.44) r 4u yt a y r, (6.45) km k x, (6.46) h k y h k x. (6.47) r 6.8 pav. Teorinė funkcijos W(u a, u y, ) priklausomybę nuo 1/u a ir 1/u y 8

230 6.9 pav. Tipinė eksploatacijos pradžios sugretinimo diagrama 6.10 pav. Tipinė eksploatacijos pabaigos sugretinimo diagrama 9

231 6.3. Kvazistacionari filtracija Kvazistacionariai (tariamai nuostoviai) filtracijai būdingas toks režimas, kai lygio kritimas sluoksnyje sulėtėja po staigaus kritimo, pasibaigus nestacionariam požeminio vandens judėjimui, ir sluoksnyje vyksta laipsniškas perėjimas į stacionarios filtracijos režimą. Kaip rašėme, lygio pažemėjimo formulė (6.6) transformuojama į logaritminę priklausomybę: Q r Q,5at S ( 0,577 ln ) ln. (6.48) 4km 4at 4km r Parametrams nustatyti taikomos trys Džeikobo modifikacijos ( S lnt, S lnr ir S lnt/r ) bei Kuperio ir Džeikobo metodas. Kai atliekama chronologinė analizė, nagrinėjamas vandens lygio pažemėjimo pokytis laike, kai teritorinė atstumo nuo centrinio gręžinio, o kai kombinuotoji laiko ir atstumo nuo centrinio gręžinio santykis. Chronologinės analizės tikslais Džeikobas atliko Theiso lygties (6.48) pertvarką į tiesinę dvinarę. Tada S lnt atveju: Q,5a Q S ln ln t, (6.49) 4km r 4km S A C ln t, (6.50) Q,5a A ln, (6.51) 4km r Q C, (6.5) 4 km čia A ir C tiesės koeficientai. Išpumpavimo duomenys išsidėsto tiesėje, neinančioje per koordinačių pradžią ir kertančioje ordinatės atkarpą A. Koeficientas C lygus tos pačios tiesės tgα kampui (6.11 pav.). Koeficientai A ir C nustatomi pagal lygtis: A S lnt S lnt 1 1, (6.53) lnt lnt1 S S1 C. (6.54) ln t ln t pav. Pusiau logaritminis S lnt priklausomybės grafikas 30

232 Panaudojus gautą koeficiento C reikšmę ir remiantis lygtimi (6.5) apskaičiuojamas pratakumo koeficientas: Q Q (lnt ln t1) km. (6.55) C 4 ( S S ) 4 1 Pjezolaidumo koeficientas nustatomas: A S1 ln t S ln t1 ln a ln,5 ln r 0,81 ln r. (6.56) C S S 1 čia Teritorinės analizės atveju Theiso lygtis modifikuojama į: Q Q S ln,5at ln r, (6.57) 4km 4km Q S1 ln r S ln r1 A ln,5at, (6.58) 4km ln r ln r 1 Q S1 S C. (6.59) km ln r ln r 1 Remiantis gautais koeficientais A ir C ir pusiau logaritmine vandens lygio pokyčio stebimajame gręžinyje diagrama (6.1 pav., B), apskaičiuojami pratakumo ir pjezolaidumo koeficientai: Q Q (ln r ln r1 ) km k C ( S S ), (6.60) 1 A ( S1 ln r S ln r1 ) ln a 0,81 ln t 0,81 ln t. (6.61) C S S 1 Kombinuotoji grafikų analizė atliekama S t/r koordinatėse (6.1 pav., A). Šiuo atvejų Theiso lygtis perrašoma į tiesinę lygtį: Q Q t S ln,5a ln. (6.6) 4km 4km r 6.1 pav. Pusiau logaritminiai S t/r (A) ir S r (B) priklausomybių grafikai: 1 smėlis, molis, 3 priemolis 31

233 Tiesinės lygties koeficientai atitinkamai yra: t t1 S1 ln S ln Q A ln,5a r r, (6.63) 4km t t1 ln ln r r Q ( S1 S ) C. 4km t t1 ln ln r r Tada galima nustatyti pratakumo ir pjezolaidumo koeficientų vertes: t t1 ln ln Q Q r r km k C 4 ( S S ), 4 1 t t1 S1 ln S ln A ln a 0,81 r r 0,81. C S S 1 (6.64) (6.65) (6.66) Kuperio ir Džeikobo grafoanalitinis metodas analogiškas prieš tai aptartam Džeikobo S lnt metodui, kai nagrinėjama priklausomybė: Q,5at,3Q,5at S ln lg. (6.67) 4km r 4km r Pusiau logaritminis grafikas atspindi pažemėjimo S tiesinę priklausomybę nuo laiko t (6.13 pav.). Diagramoje parenkami du taškai kurių laikas skiriasi per eilę, pavyzdžiui, lg10 ir lg100. Tada parinktų taškų pažemėjimų skirtumą aprašo priklausomybė: S,3 Q t. (6.68) 4km t S1 lg pav. Kuperio ir Džeikobo S t diagrama 3

234 t Jeigu parinktų taškų laiko logaritmai skiriasi per eilę, tada lg 1 ir (6.68) supaprastėja: t,3 Q S S1. (6.69) 4km Iš šios lygties gaunama pratakumo koeficiento lygtis:,3 Q Q T km 0,183. (6.70) 4( S S ) S S 1 1 Projektuojant tiesės susikirtimą su pažemėjimu S = 0 abscisių ašyje, iš lygties (6.67) kyla:,3 Q,5at 0 lg. (6.71) 4km r,5at Tokia sąlyga galioja kai lg1 = 0, nes laiko momentui t 0 santykis 0 1. r Tada iš nurodyto santykio kyla priklausomybės pjezolaidumo ir vandengrąžos koeficientams nustatyti: r a, (6.7),5 t 0 x,5 km t0. (6.73) r Parametrai pagal vandens lygio atsikūrimą nustatomi, sustabdant gręžinio eksploataciją. Iš vandens lygio atsistatymo duomenų galima sudaryti grafiką S lgt (6.14 pav.). Jeigu sustabdžius gręžinį laikas pažymimas t, pažemėjimas S ir lygio atsistatymo kreivės altitudė, bet kurio taško atitinkamai S 1 ir t 1, tada pakilimo skirtumą galima išreikšti taip: 0,183Q,5at 0,183Q,5at1 0,183Q t S S1 lg lg lg. (6.74) km r km r km t pav. Vandens lygio atsikūrimo gręžinyje kreivė 33

235 t Parinkus tokius laiko tarpus, kad jų santykio vertė būtų lg 1: t 0,183 Q S S1. (6.75) km Iš (6.75) kyla pratakumo koeficiento formulė: 0,183 Q km. (6.76) S S Stebimojo gręžinio išbandymas hidrauliniu smūgiu Gruntinio sluoksnio hidrauliniu smūgiu išbandymo (angl. slug test) metu atliekami svorio į gręžinį metimai, hidrauliniai bandymai suspaustu oru arba vandens injekcijos į stebimąjį gręžinį, dėl to vyksta trumpalaikiai požeminio vandens lygio svyravimai. Vandens lygiui gręžinyje staigiai pakilus ar nusileidus, laikui bėgant, vyksta požeminio vandens lygio grįžimas į pradinę padėtį (6.15 pav.). Lygio pokyčio greitis ir stabilizacijos laikas iki pradinės altitudės gręžinyje stebimas matavimais, o duomenys fiksuojami žurnale. Vienas pirmųjų filtracijos koeficiento nustatymo sprendinį pasiūlė Hvorslevas (Hvorslev, 1951): A H1 A S1 k ln ln, (6.77) F( t t ) H F( t t ) S 1 1 čia A gręžinio skerspjūvio plotas; F gręžinio konstrukcijos faktorius; H 1 /H gręžinio vandens lygių kitimo santykis: H 1 = S 1 /S 0 ; H = S /S 0, čia S 0 yra maksimalus lygio pakilimas ar nusileidimas, S 1 ir S atitinkamai lygio pokyčiai laiko momentais t 1 ir t pav. Gręžinio išbandymo hidrauliniu smūginiu schema 34