Геомаркетинг » ПОЛЕВЫЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ СВОЙСТВ МЕРЗЛЫХ ГРУНТОВ: СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА. ЧАСТЬ 1. ПРЕССИОМЕТРИЧЕСКИЕ ИСПЫТАНИЯ

DOI: https://doi.org/10.25296/2221-5514-2022-14-4-24-42

ПРИОБРЕСТИ ПОЛНУЮ ВЕРСИЮ за 250 руб.

“Геотехника”, Том XIV, № 4/2022

ПОЛЕВЫЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ СВОЙСТВ МЕРЗЛЫХ ГРУНТОВ: СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА. ЧАСТЬ 1. ПРЕССИОМЕТРИЧЕСКИЕ ИСПЫТАНИЯ

Болдырев Г.Г., Идрисов И.Х.

Болдырев Г.Г., Идрисов И.Х., 2022. Полевые методы исследования свойств мерзлых грунтов: состояние вопроса. Часть 1. Прессиометрические испытания. Геотехника, Том ХIV, № 4, с. 24–42, https://doi.org/10.25296/2221-5514-2022-14-3-24-42.

В обзорной статье подробно рассмотрен прессиометрический метод исследования механических свойств мерзлых грунтов в полевых условиях. Прессиометрический метод испытаний в мерзлых грунтах часто используется в зарубежной практике и менее распространен в отечественных исследованиях. Один из методов прессиометрических испытаний термопрессиометром с возможностью управления процессом оттаивания мерзлого грунта был разработан в СССР в середине 1980-х гг., но до сих пор не используется в практике инженерно-геологических изысканий. Испытания прессиометром используются для определения модуля деформации, характеристик ползучести и релаксации мерзлых грунтов. Модуль деформации может быть определен как в мерзлом состоянии, так и в процессе оттаивания грунтов. Испытания на ползучесть проводятся при одноступенчатом и многоступенчатом нагружениях. Исследования, проведенные В. Ladanyi, показывают, что имеются ограничения для испытаний на ползучесть. Вследствие ограничения полного объема прессиометра датчики регистрируют данные только для относительных коротких периодов ползучести и для среднего диапазона напряжений. Эти ограничения привели к введению релаксационных испытаний, когда падение напряжений контролируется во времени. Испытания термопрессиометом проводятся в скважине путем нагревания мерзлого грунта вокруг прессиометра, измерения перемещений стенки скважины в результате расширения эластичной оболочки термопрессиометра при его оттаивании. В процессе испытаний выполняется измерение радиальных перемещений, давления в камере зонда и теплового потока с последующим определением деформационных характеристик грунта. В СССР и РФ было предложено несколько конструкций прессиометров для испытаний мерзлых грунтов с оттаиванием, которые могут быть взяты за основу при дальнейшей их модификации и серийном выпуске.

1. Амарян Л.С., 1986. Лопастная прессиометрия и ее применимость в инженерной геологии. В сб. научных трудов Технология и техника полевых испытаний грунтов. Изд-во ПНИИИС Госстроя СССР, Москва, с. 14–20.
2. Васильев А.В., Кальбергенов Г.Г., 1986. Лабораторные и полевые нестандартные методы определения деформационных свойств оттаивающих грунтов. Инженерно-геологические изыскания в области вечной мерзлоты, Тезисы докладов научно-практической конференции, Благовещенск, 1986, с. 97–99.
3. Дерябин Г.Н., Маренинов И.А., Дубиков Г.И., Белов В.С., Моисей О.Н., 1988. Способ испытания оттаивающих грунтов и прессиометр для его осуществления. Авторское свидетельство SU 1446236А1 от 23.12.1988 Государственного Комитета СССР по делам изобретений и открытий.
4. Дерябин Г.Н., Маренинов И.А., Чеботарев В.М., Моисей О.Н., 1992. Устройство для испытания оттаивающих грунтов. Авторское свидетельство SU 1726640А1 от 15.04.1992 Государственного Комитета СССР по делам изобретений и открытий.
5. Лебедев Е.Е., Лушников В.В., 1980. Способ испытания мерзлых грунтов термопрессиометром. Патент СССР на изобретение
№ 775221 от 30.10.1980.
6. Лебедев Е.В., Лушников В.В., Маренинов И.А., 1982. Способ испытания мерзлого грунта и устройство для его осуществления. Авторское свидетельство SU 933874А1 от 07.06.1982 Государственного Комитета СССР по делам изобретений и открытий.
7. Лушников В.В., 1991. Развитие прессиометрического метода исследований нескальных грунтов. Автореф. дис. … докт. техн. наук, ВНИИ гидротехники им. Б.Е. Веденеева, Ленинград.
8. Лушников В.В., 2014. Развитие в России прессиометрического метода испытаний грунтов. Геотехника, № 5–6, с. 46–61.
9. Малышев М.В., Чумичев Б.Д., 1968. Прессиометр. Патент СССР на изобретение № 286308A1 от 08.08.1968.
10. Маренинов И.А., Вострецов О.К., Леонов М.В., 1992. Способ испытания грунтов в скважине и устройство для его осуществления. Авторское свидетельство SU 1783420А1 от 23.12.1992 Государственного Комитета СССР по делам изобретений и открытий.
11. Маренинов И.А., Дерябин Г.Н., Моисей О.Н., Пожидаева В.И., Проняева Ю.И., 1990. Способ испытания оттаивающих грунтов прессиометром. Авторское свидетельство SU 1573088А1 от 23.06.1990 Государственного Комитета СССР по делам изобретений и открытий.
12. Маренинов И.А., Дерябин Г.Н., Чеверев В.Г., Рублев Н.И., 1991. Способ испытания оттаивающих грунтов на сжимаемость. Авторское свидетельство SU 1680867А1 от 30.09.1991 Государственного Комитета СССР по делам изобретений и открытий.
13. Маренинов И.А., Лушников Е.В., Ямов В.И., 1986. Способ испытания оттаивающих грунтов на сжимаемость. Авторское свидетельство SU 1240826А1 от 30.06.1986 Государственного Комитета СССР по делам изобретений и открытий.
14. Маренинов И.А., Орлов В.А., Дерябин Г.Н., Пожидаева В.И., 1986. Проблемы полевого метода испытаний оттаивающих грунтов термопрессиометром. Инженерно-геологические изыскания в области вечной мерзлоты, Тезисы докладов научно-практической конференции, Благовещенск, 1986, с. 159–160.
15. Маренинов И.А., Ямов В.И., 1984. Способ испытания мерзлых грунтов при оттаивании в полевых условиях. Авторское свидетельство SU 1079749А1 от 15.03.1984 Государственного Комитета СССР по делам изобретений и открытий.
16. Работнов Ю.Н., 1966. Ползучесть элементов конструкций. Наука, Москва.
17. Ульянов В.Ю., 2019. Из опыта первых испытаний талых крупнообломочных грунтов лопастными прессиометрами Л.С. Амаряна. URL: https://geoinfo.ru/product/ulyanov-vasilij-yurevich/iz-opyta-pervyh-ispytanij-talyh-krupnooblomochnyh-gruntov-lopastnymi-pressiometrami-l-samaryana-40624.shtml (дата обращения: 10.11.2022).
18. Andersland O.B., Ladanyi B., 2004. An introduction to frozen ground engineering. Chapman and Hall, New York, NY, USA.
19. Fensury H., 1985. Determination of creep parame-ters of frozen soil using the pressurumeters test. Mastet of Science Thesis, University of Manitoba, Winnipeg, Manitoba, Canada.
20. Lacerda W.A., Houston W.N., 1973. Stress relaxation in soils. Proceedings of the 8th International Conference on soil mechanics and foundations engineering, Vol. 1, Moscow, 1973, pp. 221–227.
21. Ladanyi B., 1972. Interpretation of pressuremeter test results in frozen soils. Internal Report No. 401 of the Division of Building Research, https://doi.org/10.4224/20386700.
22. Ladanyi B., 1979. Borehole relaxation test as a means for determining the creep properties of ice covers. Proceedings of the 5th on Port and Ocean Engineering Under Arctic Conditions Conference, Vol. 1, Trondheim, Norway, 1979, pp. 757–770.
23. Ladanyi B., 1982. Borehole creep and relaxation tests in ice-rich permafrost. Proceedings of the 4th Canadian permafrost Conference, Calgary, Alberta, Canada, 1982, pp. 406–415.
24. Ladanyi B., 1996. Borehole penetration and expansion devices for ice testing. Canadian Journal of Civil Engineering, Vol. 23, No. 1, рр. 156–164, https://doi.org/10.1139/l96-016.
25. Ladanyi B., Johnston G.H., 1973. Evaluation of in situ creep properties of frozen soils with pres-suremeter Evaluation of in situ creep properties of frozen soils with pres-suremeter. Proceedings of the permafrost Second International Conference, Yakutsk, 1978, рр. 310–318.
26. Ladanyi B., Melouki M., 1993. Determination of creep properties of frozen soils by means of the borehole stress relaxation test. Canadian Journal of Civil Engineering, Vol. 30, No. 1, pp. 170–186, https://doi.org/10.1139/t93-015.
27. Ladanyi B., Saint-Pierre R., 1978. Evaluation of creep properties of sea ice by means of a borehole dilatometer. Proceedings of the International Association for Hydro-Environment Engineering and Research Symposium on ice problems, Part 1, Lulea, Sweden, 1978, pp. 97–115.
28. Ladanyi B., Barthelemey A., Saint-Pierre R., 1978. In situ determination of creep properties of ice covers by means of borehole creep and relaxation tests. Proceedings of the Workshop on the bearing capacity of ice covers, Winnipeg, Manitoba, Canada, 1978, pp. 44–64.
29. Menard L., 1957. Messures in situ des proprietes physiques des sol. Annales des Ponts et Chaussees, Vol. 1, No. 3, рр. 357–376.
30. Ostergard F.E., Zubeck H.K., 2013. Practice of testing frozen soils. ASTM Committee D18, pp. 62–75, https://doi.org/10.1520/STP156820130012. URL: https://www.astm.org/stp156820130012.html (дата обращения: 10.11.2022).
31. Yu W.B., Lai Y.M., Zhu Y.L., Li H.P., Zhang J.M., Zhang X.F., Li H.P., Zhang S.J., 2002. In situ determination of mechanical properties of frozen soils with the pressuremeter. Cold Regions Science and Technology, Vol. 34, Issue 3, pp. 179–189, https://doi.org/10.1016/S0165-232X(02)00005-8.
32. Zhang H., Zhang J.M., Su K., Liu S.W., 2015. Comparison between pressuremeter test and uni-axial compression test of frozen soil. Journal of Jilin University (Earth Science Edition), Vol. 45, No. 5, pp. 1479–1484, https://doi.org/10.13278/j.cnki.jjuese.201505202.

БОЛДЫРЕВ Г.Г.*
ООО «НПП “Геотек”», г. Пенза, Россия, g-boldyrev@geoteck.ru
Адрес: ул. Центральная, д. 1Н, г. Пенза, 440068, Россия
ИДРИСОВ И.Х.
ООО «НПП “Геотек”», г. Пенза, Россия, idrisov@npp-geotek.ru

Geotechnics, Vol. XIV, No. 4/2022

FIELD METHODS OF FROZEN SOIL PROPERTIES RESEARCH: STATE OF THE ART. PART 1. PRESSUREMETRIC TESTS

Boldyrev G.G., Idrisov I.Kh.

Boldyrev G.G., Idrisov I.H., 2022. Field methods of frozen soil properties research: state of the art. Part 1. Pressuremetric tests. Geotechnics, Vol. XIV, No. 4, pp. 24–42, https://doi.org/10.25296/2221-5514-2022-14-3-24-42.

In the review paper the pressuremetric method of investigating the mechanical properties of frozen soils in field conditions is considered in detail. The pressuremetric method of testing in frozen soils is often used in foreign practice and is less common in domestic research. One of the methods of pressuremeter tests with a thermopressuremeter with the possibility of controlling the thawing process of frozen soil was developed in USSR in the mid-1980s, but is still not used in the practice of engineering and geological surveys. Pressuremeter tests are used to determine the deformation modulus, creep and relaxation characteristics of frozen soils. The modulus of deformation can be determined both in the frozen state and in the process of soil thawing. Creep tests are carried out under single-stage and multistage loading. Studies conducted by V. Ladanyi show that there are limitations to creep tests. Due to the limitation of the full volume of the pressuremeter, the sensors only record data for relative short creep periods and for the average stress range. These limitations led to the introduction of relaxation tests where the stress drop is monitored over time. Thermopressuremeter tests are performed in a borehole by heating frozen soil around a pressuremeter, measuring the displacements of the borehole wall as it thaws and the elastic shell of the pressuremeter expands. While testing, radial displacements, pressure in the probe chamber and heat flux are measured with subsequent determination of soil deformation characteristics. Several designs of pressuremeter s for testing frozen soils with thawing have been proposed in the USSR and the Russian Federation, which can be taken as a basis for their further modification and serial production.

frozen soils thermopressuremeter relaxation creep tests pressuremeter mechanical properties

1. Amaryan L.S., 1986. Blade pressuremetry and its applicability in engineering geology. In collection of scientific papers Technology and equipment for field soil testing. Publishing house of the Production and Scientific Research Institute of Engineering Research in the Construction of the USSR State Construction Committee, Moscow, pp. 14–20. (in Russian)
2. Vasiliev A.V., Kalbergenov G.G., 1986. Laboratory and field non-standard methods for determining the deformation properties of thawing soilsв. Engineering-geological surveys in the field of permafrost, Abstracts of reports of the scientific and practical Conference, Blagoveshchensk, 1986, pp. 97–99. (in Russian)
3. Deryabin G.N., Mareninov I.A., Dubikov G.I., Belov V.S., Moses O.N., 1988. Method for testing thawing soils and a pressuremeter for its implementation. Author’s Certificate SU 1446236А1 dated December 23, 1988 of the USSR State Committee on Inventions and Discoveries. (in Russian)
4. Deryabin G.N., Mareninov I.A., Chebotarev V.M., Moses O.N., 1992. Device for testing thawing soils. Author’s Certificate SU 1726640А1 dated April 15, 1992 of the USSR State Committee on Inventions and Discoveries. (in Russian)
5. Lebedev E.V., Lushnikov V.V., 1980. Method for testing frozen soils with a thermopressiometer. The patent of the USSR No. 775221 dated October 30, 1980. (in Russian)
6. Lebedev E.V., Lushnikov V.V., Mareninov I.A., 1982. Method for testing frozen soil and device for its implementation. Author’s Certificate SU 933874А1 dated June 07, 1982 of the USSR State Committee on Inventions and Discoveries. (in Russian)
7. Lushnikov V.V., 1991. Development of the pressureometric method for studying non-rocky soils. Extended abstract of DSc Thesis, Vedeneev All-Union Scientific Research Institute of Hydraulic Engineering, Leningrad. (in Russian)
8. Lushnikov V.V., 2014. Development of the pressuremetric soil testing method in Russia. Geotechnics, No. 5–6, pp. 46–61. (in Russian)
9. Malyshev M.V., Chumichev B.D., 1968. Pressiometer. The patent of the USSR No. 286308A1 dated August 08, 1968. (in Russian)
10. Mareninov I.A., Вострецов О.К., Леонов М.В., 1992. Способ испытания грунтов в скважине и устройство для его осуществления. Author’s Certificate SU 1783420А1 dated December 23, 1992 of the USSR State Committee on Inventions and Discoveries. (in Russian)
11. Mareninov I.A., Deryabin G.N., Moses O.N., Pozhidaeva V.I., Pronyaeva Yu.I., 1990. Method for testing thawing soils with a pressuremeter. Author’s Certificate SU 1573088А1 dated June 23, 1990 of the USSR State Committee on Inventions and Discoveries. (in Russian)
12. Mareninov I.A., Deryabin G.N., Cheverev V.G., Rublev N.I., 1991. Method for testing thawing soils for compressibility. Author’s Certificate SU 1680867А1 dated September 30, 1991 of the USSR State Committee on Inventions and Discoveries. (in Russian)
13. Mareninov I.A., Lushnikov V.V., Yamov V.I., 1986. Method for testing thawing soils for compressibility. Author’s Certificate SU 1240826А1 dated June 30, 1986 of the USSR State Committee on Inventions and Discoveries. (in Russian)
14. Mareninov I.A., Orlov V.A., Deryabin G.N., Pozhidaeva V.I., 1986. Problems of the field method of testing thawing soils with a thermopressiometer. Engineering-geological surveys in the field of permafrost, Abstracts of reports of the scientific and practical Conference, Blagoveshchensk, 1986, pp. 159–160. (in Russian)
15. Mareninov I.A., Yamov V.I., 1984. Method for testing frozen soils during thawing in field conditions. Author’s Certificate SU 1079749А1 dated March 15, 1984 of the USSR State Committee on Inventions and Discoveries. (in Russian)
16. Rabotnov Yu.N., 1966. Creep of structural elements. Nauka, Moscow. (in Russian)
17. Ulyanov V.Yu., 2019. From the experience of the first tests of thawed coarse-clastic soils with blade pressureometers L.S. Amaryan. URL: https://geoinfo.ru/product/ulyanov-vasilij-yurevich/iz-opyta-pervyh-ispytanij-talyh-krupnooblomochnyh-gruntov-lopastnymi-pressiometrami-l-samaryana-40624.shtml (accessed: 10 November 2022). (in Russian)
18. Andersland O.B., Ladanyi B., 2004. An introduction to frozen ground engineering. Chapman and Hall, New York, NY, USA.
19. Fensury H., 1985. Determination of creep parame-ters of frozen soil using the pressurumeters test. Mastet of Science Thesis, University of Manitoba, Winnipeg, Manitoba, Canada.
20. Lacerda W.A., Houston W.N., 1973. Stress relaxation in soils. Proceedings of the 8th International Conference on soil mechanics and foundations engineering, Vol. 1, Moscow, 1973, pp. 221–227.
21. Ladanyi B., 1972. Interpretation of pressuremeter test results in frozen soils. Internal Report No. 401 of the Division of Building Research, https://doi.org/10.4224/20386700.
22. Ladanyi B., 1979. Borehole relaxation test as a means for determining the creep properties of ice covers. Proceedings of the 5th on Port and Ocean Engineering Under Arctic Conditions Conference, Vol. 1, Trondheim, Norway, 1979, pp. 757–770.
23. Ladanyi B., 1982. Borehole creep and relaxation tests in ice-rich permafrost. Proceedings of the 4th Canadian permafrost Conference, Calgary, Alberta, Canada, 1982, pp. 406–415.
24. Ladanyi B., 1996. Borehole penetration and expansion devices for ice testing. Canadian Journal of Civil Engineering, Vol. 23, No. 1, рр. 156–164, https://doi.org/10.1139/l96-016.
25. Ladanyi B., Johnston G.H., 1973. Evaluation of in situ creep properties of frozen soils with pres-suremeter. Proceedings of the permafrost Second International Conference, Yakutsk, 1978, рр. 310–318.
26. Ladanyi B., Melouki M., 1993. Determination of creep properties of frozen soils by means of the borehole stress relaxation test. Canadian Journal of Civil Engineering, Vol. 30, No. 1, pp. 170–186, https://doi.org/10.1139/t93-015.
27. Ladanyi B., Saint-Pierre R., 1978. Evaluation of creep properties of sea ice by means of a borehole dilatometer. Proceedings of the International Association for Hydro-Environment Engineering and Research Symposium on ice problems, Part 1, Lulea, Sweden, 1978, pp. 97–115.
28. Ladanyi B., Barthelemey A., Saint-Pierre R., 1978. In situ determination of creep properties of ice covers by means of borehole creep and relaxation tests. Proceedings of the Workshop on the bearing capacity of ice covers, Winnipeg, Manitoba, Canada, 1978, pp. 44–64.
29. Menard L., 1957. Messures in situ des proprietes physiques des sol. Annales des Ponts et Chaussees, Vol. 1, No. 3, рр. 357–376. 30. Ostergard F.E., Zubeck H.K., 2013. Practice of testing frozen soils. ASTM Committee D18, pp. 62–75, https://doi.org/10.1520/STP156820130012. URL: https://www.astm.org/stp156820130012.html (accessed: 10 November 2022).
31. Yu W.B., Lai Y.M., Zhu Y.L., Li H.P., Zhang J.M., Zhang X.F., Li H.P., Zhang S.J., 2002. In situ determination of mechanical properties of frozen soils with the pressuremeter. Cold Regions Science and Technology, Vol. 34, Issue 3, pp. 179–189, https://doi.org/10.1016/S0165-232X(02)00005-8.
32. Zhang H., Zhang J.M., Su K., Liu S.W., 2015. Comparison between pressuremeter test and uni-axial compression test of frozen soil. Journal of Jilin University (Earth Science Edition), Vol. 45, No. 5, pp. 1479–1484, https://doi.org/10.13278/j.cnki.jjuese.201505202.

GENNADII G. BOLDYREV*
Scientific Production Enterprise Geotek LLC; Penza, Russia; g-boldyrev@geoteck.ru
Address: Bld. 1H, Centralnaj St., 440068, Penza, Russia
ILIY H. IDRISOV
Scientific Production Enterprise Geotek LLC; Penza, Russia; idrisov@npp-geotek.ru

Статьи из журнала

УСТРОЙСТВО ОСНОВАНИЙ И ФУНДАМЕНТОВ В XIX — НАЧАЛЕ ХХ вв.

“Геотехника”, Том XIV, № 4/2022

Автор: Шашкин В.А.

В статье представлен обзор технических решений, которые практиковались при устройстве оснований и фундаментов в XIX — начале ХХ вв., до начала эпохи массового применения железобетона. Источником информации об исторических приемах ...

ПОЛЕВЫЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ СВОЙСТВ МЕРЗЛЫХ ГРУНТОВ: СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА. ЧАСТЬ 1. ПРЕССИОМЕТРИЧЕСКИЕ ИСПЫТАНИЯ

“Геотехника”, Том XIV, № 4/2022

Авторы: Болдырев Г.Г., Идрисов И.Х.

ОСОБЕННОСТИ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ НАГРУЗКИ МЕЖДУ ЭЛЕМЕНТАМИ СВАЙНОГО ФУНДАМЕНТА С НИЗКИМ РОСТВЕРКОМ

“Геотехника”, Том XIV, № 4/2022

Авторы: Кравченко П.А., Парамонов М.В., Сливец К.В.

В связи с постоянным развитием мегаполисов возникает необходимость уплотнительной застройки и приспособления существующих зданий и сооружений под современные нужды. Постоянно растущая потребность в новых площадях заставляет решать все более и ...

КОНСТАНТИНОВСКИЙ ДВОРЕЦ В СТРЕЛЬНЕ: ВОЗРОЖДЕННОЙ ГОСУДАРСТВЕННОЙ РЕЗИДЕНЦИИ 20 ЛЕТ

“Геотехника”, Том XIV, № 4/2022

Авторы: Улицкий В.М., Шашкин А.Г., Шашкин К.Г.

Приспособление Константиновского дворца в Стрельне для современного использования в качестве Государственного Дворца Конгрессов позволило сохранить этот выдающийся памятник архитектуры и вернуть ему исходную функцию парадной государственной резиденции. Новейшая история Константиновского ...

ПРИМЕНЕНИЕ МЕЖСКВАЖИННОГО РАДИОВОЛНОВОГО ПРОСВЕЧИВАНИЯ ПРИ ОБСЛЕДОВАНИИ ОСНОВАНИЯ МОСТОВЫХ ОПОР

“Геотехника”, Том XIV, № 4/2022

Авторы: Истратов В.А., Чуркин А.А., Перекалин С.О.

Обследование опор эксплуатируемых сооружений транспортной инфраструктуры требует привлечения косвенных геофизических методов в дополнение к прямым методам инженерно-геологических изысканий. Это особенно актуально для участков развития опасных инженерно-геологических процессов. Поскольку доступ к ...