СТАНДАРТ ОРГАНИЗАЦИИ

Деформационные
и прочностные характеристики
юрских глинистых грунтов Москвы

СТО 36554501-020-2010

Москва

2010

Предисловие

Сведения о стандарте:

1 РАЗРАБОТАН И ВНЕСЕН лабораторией электротехнических технологий (зав. лабораторией - канд. техн. наук Х.А. Джантимиров) НИИ-ОСП им. Н.М. Герсеванова - института ОАО «НИЦ «Строительство» вед. науч. сотр., канд. техн. наук О.И. Игнатовой

2 РЕКОМЕНДОВАН К ПРИНЯТИЮ секцией механики грунтов и исследования свойств грунтов НТС НИИОСП им. Н.М. Герсеванова

3 УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ приказом генерального директора ОАО «НИЦ «Строительство» от 10 февраля 2010 г. № 27

4 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

В связи с интенсивным развитием в последние годы строительства в Москве зданий повышенной этажности и высотных с глубокой подземной частью и подземных сооружений возникла необходимость в оценке строительных свойств грунтов, залегающих на больших глубинах. К этим грунтам относятся грунты юрского, мелового и каменноугольного периодов.

Оценка характеристик этих грунтов на основе статистического обобщения накопленных архивных данных инженерно-геологических изысканий является актуальной задачей.

Для выполнения работы был проведен сбор архивных материалов лабораторных и полевых испытаний дочетвертичных грунтов Москвы из отчетов по инженерно-геологическим изысканиям 40 организаций, проводящих изыскательские работы на территории города, поступивших в институт по конкретным объектам проектирования.

В настоящем стандарте приводятся результаты исследований для юрских J₃ глинистых грунтов.

Собраны результаты лабораторных испытаний грунтов на компрессию и одноплоскостной срез и результаты полевых испытаний штампом и прессиометром, а также данные статического зондирования зондом II типа по 187 площадкам изысканий.

Характеристики грунтов: модуль деформации Е, угол внутреннего трения φ и удельное сцепление с были подвергнуты статистической обработке с целью установления корреляционных связей этих параметров с физическими характеристиками, а для модуля деформации еще и с удельным сопротивлением грунта под конусом зонда q при статическом зондировании. Кроме того, были выполнены исследования для получения коэффициентов перехода от компрессионного модуля деформации к штамповому. Отдельные изыскательские организации для этой цели используют корректировочные коэффициенты, полученные для четвертичных грунтов, что неправомерно.

При исследованиях был использован аппарат корреляционно-регрессионного анализа.

Касаясь истории вопроса, следует отметить, что статистические обобщения результатов изысканий и исследования корреляционных взаимосвязей между показателями свойств грунтов проводились и ранее. Так, в 60-е годы XX столетия подобная работа была выполнена в НИИОСП для четвертичных грунтов, результатом чего явились таблицы СНиП 2.02.01-83* и корректировочные коэффициенты к компрессионным модулям деформации для четвертичных грунтов (СП 50-101-2004).

Результаты исследований связи модуля деформации по данным штамповых испытаний с удельным сопротивлением грунта под конусом зонда для юрских глин Москвы приведены в работе [1], но они основывались на небольшом статистическом материале.

На основе проведенных исследований для юрских глинистых грунтов составлены таблицы нормативных и расчетных значений прочностных и деформационных характеристик и установлены коэффициенты перехода от компрессионных модулей деформации к штамповым. Для этих грунтов получено также уравнение для оценки модуля деформации по результатам статического зондирования. Результаты проведенных исследований опубликованы в работе [2].

Эти результаты рекомендуется использовать в практике инженерно-геологических изысканий, проектирования и устройства оснований и фундаментов, что позволит повысить достоверность деформационных и прочностных характеристик, используемых в расчетах оснований.

СТАНДАРТ ОРГАНИЗАЦИИ

Дата введения 2010-02-25

1 Область применения

1.1 Настоящий стандарт распространяется на определение деформационных и прочностных характеристик юрских J₃ глинистых грунтов Москвы. Эти грунты были представлены следующими отложениями: J₃ν - волжский ярус; J₃ox - оксфордский ярус и J₃cl - келловейский ярус. В табл. 1 приведены диапазоны изменения и средние значения основных физических характеристик грунтов указанных отложений.

1.2 Стандарт предназначен для определения нормативных и расчетных значений деформационных и прочностных характеристик грунтов по таблицам и уравнениям в зависимости от их физических характеристик и данных статического зондирования.

1.3 Таблицы и уравнения для определения нормативных и расчетных значений деформационных и прочностных характеристик грунтов рекомендуется применять для предварительных расчетов оснований и фундаментов зданий и сооружений I уровня ответственности и окончательных расчетов оснований и фундаментов зданий и сооружений II и III уровней ответственности.

Таблица 1

2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы ссылки на следующие нормативные документы:

СП 50-101-2004 Проектирование и устройство оснований и фундаментов зданий и сооружений

ГОСТ 5180-84 Грунты. Методы лабораторного определения физических характеристик

ГОСТ 12248-96 Грунты. Методы лабораторного определения характеристик прочности и деформируемости

ГОСТ 19912-2001 Грунты. Методы полевых испытаний статическим и динамическим зондированием

ГОСТ 20276-99 Грунты. Методы полевого определения характеристик прочности и деформируемости

ГОСТ 20522-96 Грунты. Методы статистической обработки результатов испытаний

3 Общие положения

3.1 Настоящий стандарт предназначен для определения следующих характеристик юрских глинистых грунтов Москвы:

модуля деформации Е по данным полевых испытаний грунтов штампом и прессиометром в зависимости от физических характеристик;

модуля деформации Е по данным полевых испытаний грунтов штампом и прессиометром в зависимости от удельного сопротивления грунта под конусом зонда q при статическом зондировании;

коэффициента перехода от компрессионного модуля деформации к штамповому;

угла внутреннего трения φ и удельного сцепления с по данным испытаний на срез в зависимости от физических характеристик.

3.2 Испытания грунтов штампом выполнялись в скважинах площадью 600 см². Испытания прессиометром выполнялись в скважинах с использованием радиальных прессиометров и прессиометров с секторной нагрузкой на стенку скважины. Испытания проводились в соответствии с ГОСТ 20276.

Статическое зондирование грунтов выполнялось зондом II типа в соответствии с ГОСТ 19912.

Компрессионные испытания грунтов выполнялись в соответствии с ГОСТ 12248 для грунтов природной влажности. Для исследований были использованы результаты испытаний с конечной вертикальной нагрузкой р ≥ 0,5 МПа. Значения компрессионных модулей деформации вычислялись в диапазоне нагрузок 0,2 - 0,5 МПа.

Значения φ и с определялись по данным консолидированно-дренированных испытаний на срез грунтов природной влажности в соответствии с ГОСТ 12248.

Физические характеристики грунтов определялись в соответствии с ГОСТ 5180.

3.3 Для составления таблиц нормативных и расчетных значений деформационных и прочностных характеристик грунтов при статистической обработке материалов использован аппарат корреляционно-регрессионного анализа, позволяющий установить корреляционные связи и уравнения регрессии между механическими характеристиками Е, φ и с с одной стороны и физическими характеристиками и данными статического зондирования q с другой. Теснота связи характеризуется коэффициентом корреляции R и средним квадратическим (стандартным) отклонением S (приложение Б).

При корреляционном анализе использованы следующие физические характеристики: число пластичности I_р как показатель вида или глинистости грунта; коэффициент пористости е как показатель плотности грунта в природном залегании и показатель текучести I_L как показатель состояния грунта по консистенции.

3.4 Исследования корреляционных связей выполнены между нормативными значениями механических и физических характеристик и сопротивления зондированию q, определенными как среднее арифметическое значение частных значений для выделенных при изысканиях инженерно-геологических элементов (ИГЭ) (ГОСТ 20522).

Для определения нормативных и расчетных значений Е, φ и с по таблицам и уравнениям необходимо использовать нормативные значения физических характеристик и сопротивления зондированию q для ИГЭ.

4 Определение модуля деформации по физическим характеристикам

4.1 Нормативные значения полевого модуля деформации Е следует принимать по уравнению (1) или табл. 2, составленных на основе статистической обработки результатов испытаний грунтов штампом и прессиометром (рис. 1).

Таблица 2

Рисунок 1 - Зависимость модуля деформации по данным штамповых (Е_m) и
прессиометрических (E_n) испытаний (n_ИГЭ = 75; n_i = 280) от коэффициента
пористости е и показателя текучести I_L для юрских глинистых грунтов:
I_L:1 - (-0,25); 2 - 0,0; 3 - 0,25; 4 - 0,5; 5 - 0,75

5 Определение модуля деформации по данным статического зондирования

5.1 Нормативные значения полевого модуля деформации Е следует принимать в зависимости от удельного сопротивления грунта под конусом зонда q по уравнению (2), полученному на основе статистической обработки результатов испытаний грунтов штампом, прессиометром и статическим зондированием (рис. 2).

Рисунок 2 - Зависимость модуля деформации Е по данным штамповых
и прессиометрических испытаний от удельного сопротивления грунта
под конусом зонда q для юрских глинистых грунтов:
экспериментальные точки: 1 - для J₃ox; 2 - для J₃ν; 3 - зависимость Е = f(q)

6 Коэффициенты перехода от компрессионного модуля деформации к штамповому

6.1 Коэффициенты перехода m_k от компрессионного модуля деформации к штамповому следует принимать или в зависимости от коэффициента пористости е и показателя текучести I_L (табл. 3), или в зависимости от числа пластичности I_р и показателя текучести I_L (табл. 4).

Табл. 3 и 4 составлены на основе статистической обработки результатов параллельных определений модуля деформации по испытаниям штампом Е_ш и на компрессию Е_k, при этом Е_ш и Е_k представляют собой нормативные значения для ИГЭ.

Экспериментальные значения коэффициента m_k = Е_ш /Е_k приведены на рис. 3 и 4.

Таблица 3

Таблица 4

Рисунок 3 - Зависимость коэффициента m_k от коэффициента пористости е
и показателя текучести I_L для юрских глинистых грунтов
(n = 32; m_k = 2,47 + 0,53е - 1,60I_L; R = 0,79; S = 0,42):
I_L:1 - (-0,25); 2 - 0,0; 3 - 0,25; 4 - 0,5; 5 - 0,75

Рисунок 4 - Зависимость коэффициента m_k от числа пластичности I_р
и показателя текучести I_L для юрских глинистых грунтов
(n = 32; m_k = 2,51 + 0,02I_р - 1,24I_L; R = 0,83; S = 0,38):
I_L:1 - (-0,25); 2 - 0,0; 3 - 0,25; 4 - 0,5; 5 - 0,75

При использовании коэффициентов m_k по табл. 3 и 4 для корректировки компрессионных модулей деформации последние должны вычисляться в диапазоне вертикальных давлений 0,2 - 0,5 МПа, а значения коэффициента β, учитывающего невозможность бокового расширения грунта в компрессионном приборе, составлять 0,4 - для глин, 0,62 - для суглинков и 0,72 - для супесей.

7 Определение прочностных характеристик по физическим характеристикам

7.1 Нормативные значения прочностных характеристик юрских глинистых грунтов - угла внутреннего трения φ и удельного сцепления с, полученных по результатам консолидированно-дренированных (КД) испытаний грунтов на срез, следует определять в зависимости от числа пластичности I_р и показателя текучести I_L по уравнениям (3) и (4) или табл. 5 (рис. 5 и 6):

Таблица 5

7.2 Расчетные значения φ и с следует вычислять исходя из нормативных значений (табл. 5), уменьшая их на величину доверительного интервала Δ, вычисленного по методике прил. 2 СТО при доверительной вероятности α = 0,85 и α = 0,95 (СП 50-101).

Доверительный интервал Δ для φ и с составляет:

Δφ = 1° Δс = 7 кПа (при α = 0,85);

Δφ = 2° Δс = 11 кПа (при α = 0,95).

Рисунок 5 - Зависимость угла внутреннего трения φ° от числа пластичности
I_р и показателя текучести I_L для юрских глинистых грунтов; срез КД:
I_L:1 - (-0,25); 2 - 0,0; 3 - 0,25; 4 - 0,5; 5 - 0,75

Рисунок 6 - Зависимость сцепления с от числа пластичности I_р
и показателя текучести I_L для юрских глинистых грунтов; срез КД:
I_L:1 - (-0,25); 2 - 0,0; 3 - 0,25; 4 - 0,5; 5 - 0,75

Список литературы

1. Зиангиров Р.С., Каширский В.И. Оценка деформационных свойств дисперсных грунтов по данным статического зондирования // Основания, фундаменты и механика грунтов. - 2005. - № 1. - С. 12 - 16.

2. Игнатова О.И. Деформационные характеристики юрских глинистых грунтов Москвы // Основания, фундаменты и механика грунтов. - 2009. - № 5. - С. 24 - 28.

3. Руководство по составлению региональных таблиц нормативных и расчетных показателей свойств грунтов. - М.: Стройиздат, 1981. - 54 с.

Приложение А

Условные обозначения

J₃v - верхнеюрские отложения волжского яруса

J₃ox - верхнеюрские отложения оксфордского яруса

J₃cl - верхнеюрские отложения келловейского яруса

ρ - плотность грунта

е - коэффициент пористости грунта

I_р - число пластичности грунта

I_L - показатель текучести грунта

h - глубина отбора образца грунта или испытания штампом (прессиометром)

Е_ш - модуль деформации по результатам штамповых испытаний

Е_п - модуль деформации по результатам прессиометрических испытаний

q - удельное сопротивление грунта под конусом зонда при статическом зондировании

КД - консолидированно-дренированный срез грунта

R - коэффициент корреляции

S - среднее квадратичное отклонение (стандартное отклонение)

Приложение Б

Методика статистической обработки опытных данных

Для исследования взаимосвязей между механическими у и физическими х_i характеристиками использовался аппарат корреляционно-регрессионного анализа. Вычисления производились на компьютере по стандартной программе, которая предусматривает построение методом наименьших квадратов линейной зависимости вида

Для аппроксимации нелинейной зависимости чаще всего используются полином 2-й или 3-й степени или уравнение (Б.2). Однако в связи с тем, что статистические оценки в теории корреляции разработаны только для линейных зависимостей, нелинейные зависимости должны быть преобразованы в линейные путем замены переменных.

Зависимость (Б.2) преобразуется в логарифмически-линейную зависимость вида

Коэффициенты b определяются методом наименьших квадратов.

Для каждого уравнения связи определяются следующие статистические показатели: коэффициенты парной и множественной корреляции, характеризующие тесноту связи; среднее квадратичное (стандартное) отклонение зависимой переменной S_y от уравнения. Анализ полученных зависимостей позволяет выявить наилучшее сочетание факторов х_i, обеспечивающее наиболее тесную корреляционную связь. При этом анализе необходимо учитывать, что между самими переменными х_i существует корреляционная взаимосвязь (в некоторых случаях довольно тесная), характеризуемая коэффициентами парной корреляции. Так, очень тесно связаны влажность на границе текучести и число пластичности, плотность и коэффициент пористости, что учитывалось при выборе определяющих физических характеристик при статистической обработке.

В качестве факторов аргументов х_i при корреляционном анализе использовались следующие физические характеристики: число пластичности I_р как показатель вида или глинистости грунта; коэффициент пористости е как показатель плотности грунта в природном залегании и показатель текучести I_L как показатель состояния грунта по консистенции. Кроме того, была исследована зависимость модуля деформации по данным штамповых и прессиометрических испытаний от удельного сопротивления грунта под конусом зонда q при статическом зондировании.

Следует отметить, что корреляционные связи проявляются лучше в широком диапазоне изменения характеристик. При анализе следует обращать внимание не только на величину коэффициента корреляции, но и на стандартное отклонение.

Исследования корреляционных взаимосвязей согласно рекомендациям [3] выполнялись между нормативными значениями механических и физических характеристик для отдельных ИГЭ. Следует отметить, что эти взаимосвязи являются более тесными и достоверными, чем между частными значениями характеристик, полученными в отдельных точках. Кроме того, как известно, в расчетах оснований используются расчетные значения - производные от нормативных значений. В связи с этим при использовании полученных корреляционных зависимостей и таблиц для прогноза прочностных и деформационных характеристик грунтов необходимо применять также нормативные значения физических характеристик.

Для нахождения расчетных значений φ и с использована методика, изложенная в рекомендациях [3] и предусматривающая получение доверительного интервала для прогноза нового наблюдения для новой площадки изысканий. Доверительный интервал Δ вычисляется исходя из полученной для уравнения связи остаточной дисперсии S² с учетом среднего числа опытов и среднего стандартного отклонения для φ и с внутри инженерно-геологического элемента S²_вн по формуле

где

t_α - коэффициент, принимаемый по табл. 2 прил. Ж ГОСТ 20522;

m - среднее число определений φ и с в ИГЭ;

n - общее число нормативных значений φ и с (общее число ИГЭ);

d² - функционал, характеризующий изменение ширины доверительного интервала вдоль зависимости.

Следует отметить, что значение d²/n при тех значениях n, которые имели место в исследуемой выборке опытных данных, получалось пренебрежимо малым.

Расчетные значения φ и с вычислены при доверительных вероятностях α = 0,85 и α = 0,95, регламентированных СП 50-101.