ОЦЕНКА ДОСТОВЕРНОСТИ РЕЗУЛЬТАТОВ КОМПРЕССИОННЫХ ИСПЫТАНИЙ ГЛИНИСТЫХ ГРУНТОВ В РЕЖИМЕ РЕЛАКСАЦИИ НАПРЯЖЕНИЙ (МРН)

В статье представлен анализ результатов параллельных компрессионных испытаний глинистых грунтов, выполненных по методу релаксации напряжений (МРН) и стандартному методу по ГОСТ 12248-2010. Для испытаний были выбраны грунты покровных, флювиогляциальных и моренных от­ложений московского региона. Показано, что при идентичных результатах использование метода релаксации напряжений во много раз сокращает продолжительность компрессионных испытаний.

Ключевые слова: компрессионные испытания грунтов; сопоставление лабораторных методов; метод релаксации напряжений; ступенчатое принудительное деформирование; релаксация; инженерно-геологическая съемка

Широкое обсуждение в среде изыскателей в последнее время получил новый метод ком­прессионных испытаний грунтов в режиме релаксации напряжений (патент № 2272101) [1]. Как следует из многочисленных публикаций [2,3,4], метод МРН во много раз сокращает вре­мя проведения наиболее продолжительных компрессионных испытаний. В связи с большим интересом к данной разработке Правление СРО НП «Центризыскания» приняло решение о проведении специальных исследований по оценке достоверности результатов, получаемых при испытаниях данным методом. Оценку достоверности результатов было предложено про­вести в сравнении с принятыми за эталон испытаниями по ГОСТ 12248-2010 [5]. Выполнение соответствующих исследований было поручено ГП МО «Мособлгеотрест». Для испытаний грунтов по методу МРН была привлечена фирма ООО «Геликум». Полностью результаты испытаний представленны в отчетах ГП МО «Мособлгеотрест» [6] и ООО «Геликум» [7]. ». В настоящей статье отражены основные результаты этих исследований.
 Принципиальная сущность метода релаксации напряжений подробно описана в работе [2]. Заключается она в ступенчатом, условно мгновенном деформировании образца с контролем из­менения напряжения и деформации в процессе разгрузки (релаксации). Приложение очередной ступени деформирования осуществляется после стабилизации напряженно-деформированного состояния грунта, что соответствует завершению процесса фильтрационной консолидации.
Для сопоставительного анализа силами ГП МО «Мособлгеотрест» в г. Одинцово Московской об­ласти был проведен отбор монолитов из трех раз­новидностей глинистых грунтов четвертичных отложений: покровных суглинков, флювиогля­циальных отложений и моренных суглинков.
Для каждой разновидности грунта было ото­брано по 6 монолитов и дополнительно по 2 ре­зервных. Всего 24 монолита.
Из каждого монолита в лаборатории ГП МО «Мособлгеотрест» было вырезано по пять образцов.
Первый и третий образцы передавались в ООО «Геликум» для испытаний в режиме ре­лаксации напряжений в соответствии с требо­ваниями СТО 60284311-003-2012 [8].
Остальные образцы испытывались в лабо­ратории ГП МО «Мособлгеотрест» в соот­ветствии с требованиями ГОСТ 12248-2010 [5]. При этом второй и четвертый образцы ис­пытывались на стандартных компрессионных приборах конструкции института «Гидропро­ект» — КПр-1М, пятый образец испытывался на автоматизированном компрессионном при­боре АСИС фирмы «Геотек».
В качестве сравниваемой характеристики был выбран одометрический модуль деформа­ции Eoed, определяемый отношением:
Еoed = (.0.1 – .0.2)./.(.0.1 – .0.2),
где: .0.1 и .0.2 — значения давлений, соот­ветствующих участку определения модуля деформации на компрессионной кривой. В на­шем случае для всех испытаний он был выбран в диапазоне от 0,1 до 0,2 МПа; .0.1 и .0.2 — значе­ния относительных деформаций, соответствующих выбранному диапазону давлений.
Распределение значений одометрического модуля по глубине для исследованных разно­видностей грунтов представлено на рис. 1, 2 и 3.

Рисунок 1. График зависимости модуля деформации Еoed от глубины Н для покровных отложений

Рисунок 2. График зависимости модуля деформации Еoed от глубины Н для флювиогляциальных отложений

Рисунок 3. График зависимости модуля деформации Еoed от глубины Н для моренных отложений

Как видно из графиков области значений модулей деформации, полученные по методу ре­лаксации напряжений, для всех разновидностей исследованных грунтов практически полно­стью накладываются на области значений модулей, полученные при испытаниях по ГОСТ. Ниже представлена таблица нормативных значений одометрического модуля деформации, для исследованных разновидностей грунтов.
Как видим из таблицы 2, нормативные значения модулей деформации Еoed также довольно близки. Небольшие расхождения в пределах каждой разно­видности грунтов можно объяснить их природной неоднородностью.

Таблица 2. Нормативные значения Eoed, МПа

Для массивов данных каждой из разновидностей грунтов была произведена соответствующая стати­стическая обработка. Разброс значений модулей де­формации Еoed, полученных различными методами нагружения, может быть охарактеризован соответ­ствующими значениями коэффициентов вариации, приведенных в таблице 3. Из данной таблицы видно, что значения коэффи­циентов вариации для всех разновидностей грунтов при испытаниях по ГОСТ и по МРН отличаются не­значительно.

Таблица 3. Коэффициент вариации

Максимальный разброс получен при испытаниях по ГОСТ на приборах КПр для покров­ных отложений, минимальный для флювиогляци­альных глин на приборах АСИС. Для испытаний по методу релаксации напряжений (КР-2) коэффици­енты вариации занимают промежуточные значения.
Программой сопоставительных испытаний было предусмотрено определение модуля деформации в диапазоне давлений от 0,1 до 0,2 МПа. Однако ис­пытания проводились до 0,4 МПа. Это позволило исследовать изменение модуля деформации с ро­стом давлений для различных режимов нагруже­ния. На рисунках 4, 5 и 6 представлены значения одометрических модулей деформации, полученные для диапазонов давлений от 0,1 до 0,2 МПа, от 0,2 до 0,3 МПа и от 0,3 до 0,4 МПа.

Рисунок 4. График зависимости одометрического модуля деформации от диапазона давлений для покровных отложений

Рисунок 5. График зависимости одометрического модуля деформации от диапазона давлений для флювиогляциальных отложений

Рисунок 6. График зависимости одометрического модуля деформации от диапазона давлений для моренных отложений

Значения модулей отмечены значками, расположенными относительно среднего давления для соответствующего диапазона.
На рисунке 4 показано изменение модуля де­формации в зависимости от диапазона давлений для покровных отложений. Отмечается явно вы­раженная тенденция увеличения модуля с ростом давления, что хорошо описывается линейной за­висимостью. Полученные для различных методов испытаний графики зависимостей довольно близ­ки. Коэффициенты корреляции для стандартных испытаний на приборах АСИС и КПР составили 0,71 и 0,82 соответственно. Коэффициент корреля­ции по МРН составил 0,81.
Такой же характер графиков наблюдался и для флювиогляциальных отложений (рис. 5). Здесь ре­зультаты испытаний по МРН практически совпали с испытаниями в приборах АСИС. Зна­чение коэффициента корреляции для МРН составило 0,84.
Для моренных отложений почти совпали графики испытаний по МРН и стандартных ис­пытаний в приборах КПР. При этом значения коэффициента корреляции для стандартных испытаний в приборах КПР составило 0,59, а для МРН — 0,78.
Параллельно испытания производились на 18-ти приборах КПр и на 1-ом компрессиоме­тре-релаксометре КР-2. Чистое время одного испытания по ГОСТ 12248-96 в среднем со­ставило 115 часов, по методу МРН — 2 часа.
Однако на практике, кроме чистого времени испытаний, существуют вспомогательные процедуры, связанные с вырезанием образцов, установкой приборов в нагрузочное устрой­ство, их извлечением после испытания, обработкой результатов испытаний, с подготовкой паспортов и т.д.
В результате, в течение одного рабочего дня по методу МРН на одном приборе выполня­лись только по 2 испытания. Средние затраты времени на одно испытание по стандартному методу составило 5 рабочих дней.
Таким образом, реальное время проведения испытаний при использовании метода МРН сократилось в 10 раз.
Результаты данных исследований были представлены на проходившей в апреле 2014 г. в Москве Всероссийской конференции, организованной СРО НП «Центризыскания» и На­циональным объединением изыскателей. Резолюцией конференции метод МРН был одобрен и рекомендован к применению изыскательскими организациями.
ВЫВОДЫ
Сопоставительный анализ результатов компрессионных испытаний грунтов по методу релаксации напряжений (МРН) и по ГОСТ 12248-96 показал следующее:
1. Компрессионные испытания, выполненные по ГОСТ 12248-96 и по СТО 60284311-003-2012 (МРН) для всех испытанных разновидностей глинистых грунтов показали практи­чески идентичные результаты.
3. Методы испытаний по ГОСТ 12248-2010 и по МРН можно считать равнонадежными, а полученные результаты равноценными.
4. Общая продолжительность испытаний по методу МРН в среднем в 10 раз ниже, чем при стандартных испытаниях по ГОСТ 12248-2010.
5. Положительные результаты проведенного анализа подтверждают справедливость тех­нических требований и критериев, заложенных в СТО 60284311-003-2012 [8].
Наличие действующего стандарта на метод МРН наряду с рекомендацией Национального объединения изыскателей открывает возможность для его широкого внедрения в практику инженерных изысканий в Российской Федерации.
Подробную информацию по вопросу применения МРН можно получить по адресу: trufanov54@gmail.com.

 УДК 624 131

Труфанов А. Н., канд. техн. наук
НИИОСП им. Н. М. Герсеванова ОАО «НИЦ «Строительство»
Чайкин А. А., канд. геол.-минерал. наук
ГП МО «Мособлгеотрест»

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1.    Труфанов А. Н. Способ лабораторного определения деформационных характеристик грунтов: патент № 2272101// Бюллетень изобретений, 2006. № 8.
2.    Труфанов А. Н. Метод релаксации напряжений// Журнал «Основания, фундаменты и механика грунтов» № 5, Москва, 2012 г., С 7–11.
3.    Труфанов А. Н., Габсалямов Г. У., Климов В. Я., Шевелева Н. В. Определение деформационных свойств глинистых грунтов вендских отложений// Журнал «Основания, фундаменты и механика грунтов» № 2, Москва, 2013 г., С 8–11.
4.    Труфанов А. Н. Перспективы применения метода релаксации напряжений в практике инженерных изысканий// Журнал «Инженерные изыскания», № 5, Москва 2013 г, С 44–51.
5.    ГОСТ 12248- 2010. Грунты. Методы лабораторного определения характеристик прочности и деформируемости, М, 2011.
6.    Научно-исследовательская работа № 9214-М/1 «Сопоставление результатов испытаний глинистых грунтов полученных методом релаксации напряжений (МРН) со стандартными определениями по ГОСТ 12248-2010// ГП МО «Мособлгеотрест», Москва, февраль 2014, С 89.
7.    Научно-технический отчет по выполнению лабораторных испытаний глинистых грунтов методом релаксации напряжений (МРН)// ООО «Геликум», Москва, 2013, С 70.
8.    СТО 60284311-003-2012. Грунты. Метод компрессионных испытаний грунтов в режиме релаксации напряжений// НП СРО «КубаньСтройИзыскания», Краснодар, 2012, С 10.