Содержание к диссертации
Введение
1. Современное состояние в области инженерно-геологических изысканий на морском шельфе 10
2. Анализ и выбор прямых методов инженерно-геологических изысканий на шельфе 24
2.1. Инженерно-геологическое бурение 24
2.2 Пробоотеор донных грунтов забортными средствами , 38
2.3 Исследование грунтов в массиве (in-situ) 42
2.3.1 Статическое зондирование (СРТ) 45
2.3.2 Стандартные пенетрационные испытании (SPT) 52
2.3.3 Полевые испытания крыльчаткой (FVT) 55
2.3.4 Прессиометрические испытания (РЫТ) 56
2.3.5 Дилатометрия (DMT) 59
2.3.6 Динамическое зондирование (DPT) 60
2.3.7Дополнительные параметры, определяемые in-situ 62
3. Исследование взаимосвязи состава и свойствгрунтов шельфа и параметров статического зондирования 68
3.1 Методика обработки и интерпретации срт 68
3.1.1 Основные параметры, учитывающиеся при обработке данных статического зондирования 68
3.1.2 Основы интерпретации результатов статического зондирования... 78
3.2 Практические результаты интерпретации статического зондирования 111
3.2.1 Классификация грунтов 112
3.2.2 Природная плотность грунта 123
3.2.3 Показатели пластических свойств связных грунтов 124
3.2.4 Прочностные характеристики грунтов 132
3.2.5 Деформационные характеристики грунтов 140
3.2.6 Температурные измерения 147
4. Сопоставительный анализ и гармонизация российских и зарубежных стандартов 153
4.1 Зарубежные нормативные документы 153
4.1.1 Нормативная база Американского общества испытаний и материалов 155
4.1.2 Стандарты Европейских стран 159
4.2 Сопоставление структуры российской и зарубежных классификацийГрунтов 162
4.2.1 Классификационные системы FME, ASTM, BSuux отличия от ГОСТ 162
4.2.2 Канадский и Американский стандарты для мерзлых грунтов 181
4.3 Гармонизация классификационных принципов и практическиерекомендации по конвертации характеристик и номенклатуры грунтов 183
4.3.1 Основные отличия в определении номенклатуры грунтов 183
4.3.2 Рекомендации по конвертации свойств и номенклатуры грунтов... 186
5. Предложения по разработке нормативного документа для инженерно-геологических изысканий на шельфе 198
5.1 Виды Работ 198
5.1.1 Сбор и анализ материалов изысканий и исследований прошлых лет 198
5.1.2 Бурение и пробоотбор 199
5.1.3 Геофизические исследования 212
5.2 Виды и объемы работ на различных стадиях изысканий 217
5.2.1 Разработка предпроектной документации (обоснования инвестиций) 218
5.2.2 Изыскания для разработки проекта и рабочей документации 222
5.2.3 Изыскания сопровождающие строительство, эксплуатацию и ликвидацию сооружений 231
Заключение 233
Список литературы 239
- Инженерно-геологическое бурение
- Основные параметры, учитывающиеся при обработке данных статического зондирования
- Классификация грунтов
- Классификационные системы FME, ASTM, BSuux отличия от ГОСТ
Введение к работе
Актуальность темы. В условиях недостаточного прироста запасов углеводородного сырья в Западной Сибири освоение углеводородных месторождений шельфа Арктических морей становится все более реальной задачей. Успешное освоение месторождений на шельфе Северного и Норвежского морей, Мексиканского залива, Индийского океана подтверждает необходимость начала работ и на шельфе Российской Арктики, что предусмотрено Морской доктриной РФ до 2020г. Первыми месторождениями, которые планируются к освоению в 2005 и 2008г.г, соответственно должны стать При-разломное нефтяное и Штокмановское газоконденсатное. Общие запасы углеводородов на шельфе Западной Арктики оцениваются в 60 млрд. условных тонн.
Реальная активность работ в северных морях значительно снизилась с распадом СССР. Единственным объектом последних лет является Сахалинский проект. По оценкам специалистов уже сегодня 1/3 добываемых нефти и газа в мире приходятся на шельф. Отсутствие реального опыта привело к существенному отставанию в области технологий, методологий и при инженерно-геологической подготовке месторождений. Современная техническая, нормативно-методическая база в России соответствует уровню 80-х годов прошлого столетия, наиболее успешных в изучении шельфа. При таком отставании реальное освоение шельфа может затянуться на многие годы, если не использовать весь современный потенциал и передовой мировой опыт, накопленный за последние десятилетия в сфере инженерно-геологических изысканий на мор е.
Практическая значимость. В данный момент идет работа над подготовкой Свода Правил по инженерно-геологическим изысканиям на шельфе (при участии автора диссертации). Материалы диссертации напрямую используются в данном нормативном документе. В условиях интернационального характера выполнения изысканий на шельфе, востребованными в дальнейшем окажутся и уже применяются результаты^шошлвтних'иссястгараний
П»ОС НАЦИОНАЛЬНА» .
I БИБЛПОтеКА I
09 дат»"'
в области сопоставимости отечественных и зарубежных методик, адекватного понимания как отдельных терминов, так и структуры классификационных систем, их признаков, способов получения и идентификации грунтовых характеристик. Пока этой теме посвящены немногочисленные работы (Skopek, 1975; Okuntsov, 1996; Дмитриев, 1983; Локтев, 1997,2001,2003).
Цель работы. При работе автор преследовал прагматическую цель - исследовать современные (западные и российские) методы и технологии инженерно-геологических изысканий для возможности их практического применения при освоении морей Арктического региона РФ.
Основные задачи работы: 1) исследование и гармонизация российских и зарубежных стандартов классификации грунтов; 2) анализ и выбор техники изучения морских грунтов прямыми методами, включая технологии испытаний «в массиве»; 3) исследование взаимосвязи параметров, получаемых «в массиве» и физико-механических свойств грунтов; 4) предложения по разработке нормативного документа для инженерно-геологических изысканий на шельфе.
Методика работ: 1) автором выполнен подробный анализ технологий современных способов исследований морских грунтов и теоретических основ интерпретации по российским и зарубежным источникам, даны рекомендации по их применению; 2) при изучении взаимосвязи классификационных свойств грунтов и характеристик, получаемых при статическом зондировании, использован статистический анализ фактических данных по российским морям и их сопоставление с эмпирическими зависимостями зарубежных авторов (Limne, Robertson, Campanella и др.); 3) при сопоставлении номенклатуры грунтов в различных стандартах исследованы структуры этих систем, отличия в методиках получения классификационных свойств и даны рекомендации по возможности преобразования свойств и названий при их конвертации между системами.
Личный вклад автора Автор непосредственно участвовал в получении фактических данных, использованных в работе, в период с 1986 по 2003г.г.,
выполняя полевые (морские) лабораторные и камеральные работы в составе «Арктической морской инженерно-геологической экспедиции»; являлся со-руководителем шести совместных проектов (по два в Печорском, Карском и Черном морях) при проведении изысканий под различные сооружения на шельфе Российских морей, в результате которых были подготовлены совместные двуязычные (англо-русские) и двухстандартные отчеты; стажировался более 1 года в международной геотехнической компании Фугро Инжинеерс (Fugro Engineers B.V.), участвуя в полевых и камеральных работах на шельфе Индии, ЮАР, Северном и Черном морях, непосредственно применяя передовые технологии и обрабатывая полученные результаты.
Научная новизна. Проведена критическая оценка существующей отечественной нормативно-методической базы изысканий на шельфе, на основе накопленного практического опыта и современных достижений в области технологии исследований грунтов предложены изменения по видам и объемам на различных стадиях, методике работ в ведомственные строительные нормы по изысканиям для морских нефтегазопромысловых сооружений; впервые в России проведен анализ существующих методик и эмпирических данных по определению физико-механических свойств морских грунтов in situ на базе более чем 20-ти летних исследований на Арктическом шельфе; защищаемая диссертация - первый опыт гармонизации и сопоставления российских и зарубежных стандартов, используемых при изысканиях на шельфе. Апробация работы. Основные положения диссертации представлялись автором на международных конференциях по освоению Арктического шельфа России - РАО (С.Петербург, 1995,1997,2003) и «Нефть и газ Арктического шельфа» (Мурманск, 2002); по технологиям в портах и полярных регионах РАОС 95 (Мурманск, 1995) и ПОЛЯРТЕХ (СЛетербург, 1996); на крупнейшей конференции по технике и технологиям на шельфе Offshore Technology Conference (Хьюстон, 1997); международной конференции «Геотехника, оценка состояния основания» (СЛетербург, 2001); международном симпозиуме по статическому зондированию (Линкопинг, 1995); международном
научном семинара «Проблемы биологии и геологии в связи с перспективой рыболовства и нефтегазодобычи в Азовском море» (Ростов-на-Дону, 2000); международной конференции, «Седиментологические процессы и эволюция морских экосистем в условиях морского перигляциала» (Мурманск, 2001). Практическое использование основных выводов также проводилась при производстве международных проектов и изысканий на шельфе российских море, в частности, по Штокмановскому и Приразломному месторождениям (Баренцево море, 1994, 2002, 2003), трубопроводу через Байдарцкую губу (Карское море, 1994,1995), газопроводу Джубга-Самсун и Новороссийскому нефтяному терминалу (Черное море, 1997,1999).
Публикации, Материалы диссертационной работы отражены в 14 публикациях.
Основные защищаемые положения. Уточнены существующие и получены новые эмпирические зависимости для интерпретации данных статического зондирования на шельфе; проведена гармонизация ряда российских и зарубежных стандартов с изложением алгоритма преобразования данных из одного стандарта в другой; разработаны предложения для Свода Правил по инженерно-геологическим изысканиям на шельфе по методике, видам и объемам работ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения. Рукопись содержит 256 страниц текста, включая 75 рисунков и 37 таблиц. Список литературы состоит из 207 наименований, включая 143 на иностранных языках.
Автор выражает искреннюю признательность научному руководителю к.г.-м.н. Кутергину В.Н. за помощь в работе, сотрудникам отдела инженерно-геологических исследований и оборудования ПНИИИС к.г.-м.н. Кальберге-нову Р.Г. и к.т.н. Афонину АП за полезные советы и замечания при подготовке рукописи. Также автор благодарит директора ФГУП ПНИИИС, д.г.-м.н., академика РАЕН, Баулина В.В. за поддержку и проявленную заинтересованность в результатах работы, директора ОАО АМИГЭ Бондарева В.Н. за
содействие, Дурдойна Л. (Голландия) за советы и консультации в области зарубежных стандартов, весь состав полевых и камеральных подразделений АМИГЭ, так или иначе участвовавших в получении данных, использованных в диссертации. Особую признательность автор выражает Локтевой Е.Н., за неоценимую помощь при оформлении рисунков, графиков и терпение в процессе работы.
Инженерно-геологическое бурение
Современные технологии морского инженерно-геологического бурения весьма разнообразны. Как и при бурении на суше их основополагающее усло виє и цель - получение максимально ненарушенного керна и, как правило, высокий процент выхода вещества, более 80% [4]. В силу естественно-природных условий получение грунтового материала под дном моря сопряжено с рядом особенностей, как осложняющего, так и облегчающего задачу свойства. Нахождение грунта ниже уровня моря (воды) определяет его водонасыщенное состояние, меньшую изменчивость, выдержанность свойств по разрезу и латера-ли. Все это позволяет получать менее нарушенные пробы грунта. С другой стороны сами технологии бурения требуют большей изощренности, т.к. бурение на открытой дневной поверхности намного проще, нежели с водной или подводной поверхности. Поэтому при очевидной генетической связи морских технологий с сухопутными, они обладают рядом особенностей.
Не вдаваясь в детали, следует отметить следующие очевидные вещи: буровые средства (станок) устанавливается на носитель (судно, баржу, платформу), который чаще всего не имеет жесткой связи с дном и поэтому подвержен воздействию волн, течений, приливов, ветра и т.д. Хотя, из истории известно, что первые скважины на море бурились не с различных плавучих платформ, а с пирсов, эстакад и прочих береговых конструкций [198]. Современные же средства - автономные и полуавтономные плавучие (полупогружные, свайные или придонные) установки (стационарные или разборные), удерживаемые на точке при помощи якорей, динамического позиционирования или анкерных свай. В качестве носителя используются как переоборудованные, так и специально спроектированные и построенные суда и платформы (см.гл.1).
При инженерно-геологическом бурении применяются обычно технологии вращательного, либо залавливаемого (динамического или статического) типа. Т.к. морские грунты представлены в основном глинисто-песчаными разностями от текучей до полутвердой консистенции и для бурения в них не требуется слишком больших нагрузок, вращательного момента (как для полускальных или скальных грунтов), то и на шельфе применяются сухопутные установки типа УРБ-ЗА-3, ПБУ-1, ЗИФ-1200 и др. Для отделения бурильной колонны от морской воды (между корпусом судна и собственно скважиной под дном моря) применяется водоотделяющая колонна или используется технология совмещения водоотделяющей и одновременно обсадной колонн. Последняя позволяет оперировать более эффективно, поднимая и опуская буровой инструмент и керноприемную часть без подъема всей колонны (рис.3).
С точки зрения качества получаемого керна значительный интерес представляет не технология бурения, но способ отбора проб и его извлечения из грунтоноса, так как от этого зависит достоверность параметров, результат. Как известно, ненарушенного керна не бывает, поэтому необходимо вести речь о степени нарушенности образца [97]. Грунт, извлеченный из массива, теряет свое природное, естественно-напряженное состояние и уже по этому признаку не может оставаться «ненарушенным». Отсюда необходимость восстановления его природного состояния при лабораторных испытаниях. В связи с этим автор предлагает использовать шкалу «нарушенности» природного грунта (табл. 1).
В зависимости от поставленных задач отбираемые пробы грунтов могут быть: 1) с нарушенной структурой; 2) с ненарушенной структурой. Отбор проб грунтов нарушенного сложения осуществляется любыми грунтоносами. Для получения проб естественного сложения используются специальные технологии и приспособления. Ненарушенные пробы (фрагменты керна, сохранившие естественные влажность, плотность, текстурно-структурные характеристики и связность между частицами) используются для лабораторных измерений физико-механических свойств, применяемых при расчетах грунтовых оснований. Данная таблица в равной степени применима и для пробоотбора забортными средствами и приспособлениями (см. главу 2.2), может быть распространена на опробование на суше, и основана на практическом опыте автора с использованием опубликованных данных [97,125,182].
Очевидно, пригодными пробами для лабораторных исследований прочностных и деформационных свойств могут быть лишь образцы 1 класса, т.к. деформации и незначительные нарушения естественного сложения могут привести к получению искаженных результатов. Образцы 2 класса могут быть использованы для определения влажности, плотности, классификационных показателей, а также прочностных и деформационных свойств, при условии возможности восстановления их природно-напряжеиного состояния в испытательных приборах (например, в 3-х осных камерах). Все остальные пробы, относящиеся к классу нарушенных, применимы для визуального описания, определения ограниченного перечня свойств. Пробы несвязных грунтов, в силу невозможности отобрать ненарушенными (класс 4 и 5) из-за отсутствия сил сцепления, следует отбирать большими навесками (несколько килограмм) с целью формирования образцов в испытательных приборах с заданной плотностью.
Требования к качеству проб (условиям их отбора и хранения) регламентируются также нормативными документами [13, 82, 106]. Часто в западной практике изысканий на шельфе, грунты отбираются в специальные грунтоносы, герметизируются (не вскрываясь и не описываясь) и доставляются в стационарные лаборатории для дальнейших исследований. Практика морских изысканий в России всегда подразумевает извлечение керна, его визуальное описание, оценку нарушенности, опробование, экспресс-испытания в судовой лаборатории и уже потом доставку части проб (нарушенного и ненарушенного сложения) в стационарную лабораторию. Такая последовательность представляется наиболее рациональной, т.к. без исследования грунта сразу по извлечении его из скважины, без его описания, могут быть утеряны важные характеристики; начиная от качества и количества выхода керна, и заканчивая наличием специфических включений, состояния - которые могут быть подвержены влиянию изменения температуры, давления и пр.
В практике морского скважинного пробоотбора обычно используются одинарная, двойная и тройная колонковая трубы, гидроударные и вдавливаемые пробоотборники, обуривающие и забивные грунтоносы. Одинарная колонковая труба, в принципе, не предназначена для получения проб ненарушенного сложения, технология использования этого вида пробоотборника позволяет получать преимущественно пробы нарушенного сложения из всех видов грунтов из-за вращения керноприемной части в процессе бурения. Однако, в связных плотных глинистых и полу скальных грунтах, при отсутствии видимых деформаций, полученные таким способом пробы могут использоваться для определения механических свойств. При двойной и тройной конструкции колонковой трубы внутренняя керноприемная часть не вращается, что позволяет получать керн ненарушенного сложения из пылевато-глинистых и елабосцементиро ванных грунтов (рис. 4г-е). Такие конструкции грунтоносов наиболее пригодны при инженерно-геологических изысканиях, т.к. позволяют получать образцы 1 и 2 класса («ненарушенные»).
Основные параметры, учитывающиеся при обработке данных статического зондирования
В разделе 2.3.1 уже были рассмотрены основные факторы, влияющие на точность и достоверность данных СРТ, которые должны быть учтены при обработке результатов зондирования (калибровочные данные, инклинометрия, износ, прецизионная точность, конструкция зонда и пр.). Остановимся здесь на некоторых поправках, имеющих теоретическое обоснование и реальное практическое значение.
Эффект порового давления Величина лобового сопротивления внедрению конуса при проведении СРТ должна быть откорректирована за счет эффекта порового давления. Этот эффект вызван конструктивными особенностями зонда и иногда из-за этого называется также «эффектом неодинаковости площадей» (the unequal area effect). На рисунке 9 приведена схема зонда и приложенные силы. Очевидно, при наличии зазора на концах муфты трения и разницы в величине ее сечения и сечения основания конуса, зонд дополнительно к сопротивлению внедрения на лобовой поверхности от грунта (qc) будет испы тывать действие сил, вызванных поровым давлением на обратную поверхность базы конуса и на конце муфты трения (иг). Исходя из геометрии зонда суммарное или общее лобовое сопротивление (или сопротивление грунта под наконечником зонда - ГОСТ 19912-2001), qt может быть выражено уравнением: Яі=Яс+и2 ( 1 -а), где и2 - поровое давление, а - коэффициент площади зонда (cone area ratio), a=An/Ac Очевидно, что влияние порового давления более существенно в связных грунтах, особенно в слабых (при сопоставимых значениях и и qc). В несвязных грунтах его эффект обычно пренебрежительно мал. В современной практике морских изысканий на шельфе используются зонды с различными величинами a=0.38v0.9. Идеально было бы использование конструкций с а— 1.0. Преимущество РСРТ заключается в возможности измерить поровое давление и внести соответствующую поправку, т.е. уйти от неопределенности. В таблице 7 приведен ряд зондов и их параметров, применяемых Fugro B.V., v.d.Berg и в России.
Очевидно, при Asb=Ast эффект может быть существенно уменьшен. Обычно, при обработке данных СРТ в силу незначительности этого влияния, а также редкости измерения из им попросту пренебрегают и не учитывают в расчетах, хотя известны случаи, когда такой эффект был достаточно заметным и приводил к заметным корректировкам ft (Q [65].
Эффект расположения датчика норового давления Так как местоположение датчика порового давления в пьезозонде до сих пор не стандартизовано, то при обработке данных СРТ следует учитывать и такой фактор. Следует отметить, что ГОСТ не рассматривает вообще измерение параметра порового давления при статическом зондировании, методические и практические разработки этого вопроса имеются лишь в западной литературе и испытаниях.
Как уже указывалось выше, в современной практике используются зонды с 3-мя и даже 4-мя расположениями датчика порового давления. Многочисленные экспериментальные и полевые исследования позволяют сделать вывод о том, что максимальная величина параметра измеряется на кончике зонда (и,), где достигается максимальное напряжение сжатия при тесте. Также установлено, что величина порового давления на полу удалении от кончика до края основания конуса (ui) практически такая же, как и на кончике (Robertson et al, 1986). Непосредственно же за основанием конуса образуется зона нормального распределения напряжения и измеряемое поровое давление (иг) носит здесь нормальный характер. Далее вдоль муфты трения зонда происходит резкое падение порового давления, и потому датчик за ней определяет пониженную величину. Поэтому, при невозможности измерения сразу нескольких значений параметра вдоль зонда (весьма дорого и не всегда результативно) рекомендуется использовать пьезозонд с датчиком непосредственно за основанием конуса (иг) [133]. У такого датчика также те преимущества, что он менее подвержен износу и механическому воздействию, чем другие; его показания могут быть использованы непосредственно при расчете qt; при производстве «затухающего» теста он менее зависим от процедуры и технологического воздействия. Вместе с тем датчики с иным расположениям могут быть эффективными при решении специфи ческих задач, например, детальной стратификации тонкослоистых отложений или при тестировании в полутвердых, переуплотненных грунтах (ut), или при точном измерении сопротивления трению - ft (из, вместе с иг).
Также следует учитывать, что при тестировании различных грунтов реакция на пенетрацию может быть различной. Водонасыщенные связные грунты текучей - мягкопластичной консистенции, слабо и нормально уплотненные будут создавать положительное поровое давление (на конусе и вдоль муфты трения). В грунтах дилатантных, плотных песках, пылевато-глинистых или переуплотненных глинах будет создаваться избыточное поровое давление на конусе, а низкое и даже отрицательное - вдоль муфты трения.
Классификация грунтов
Как отмечалось выше, классификации грунтов, разработанные на основе западных методик не могут иметь прямого применения в отечественной практике по причине некоторых отличий в номенклатуре грунтов, классификационных свойствах, порядке и технике их определения. Поэтому, для возможности практического использования при классификации грунтов, данные СРТ необходимо увязать с соответствующими видами и разновидностями по ГОСТ 25100-95.
Определение классификационных свойств грунтов производилось согласно Российским ГОСТам в лаборатории АМИГЭ. Статическое зондирование производилось с борта НИС Бавенит, с использованием установки статического зондирования изготовления Фугро (downhole & seabed modes). Применялись зонды европейского стандарта (угол 60 , диаметр 35.7мм, площадь конуса 10см , скорость вдавливания 2см/сек, с датчиком порового давления и2 и без него, производства Fugro и v/d Berg (F5CKEW2/V, F7.5CKE/V и ELC 10 CFP).
При интерпретации и сравнении результатов лабораторных анализов и СРТ использовалась классификационная шкала Robertson et al (1986) и соотношение112 соответствующих параметров - рис. 29а. Выбор данной классификации был обусловлен применением зондов с датчиком порового давления и, соответственно, возможностью получения величины общего сопротивления внедрению под конусом qt. С другой стороны применение других классификаций практически оказалось затрудненным. Например, для получения коэффициента порового давления, Bq потребовалось бы получение равновесного или in-situ порового давления, uo, а для этого необходимы «затухающие» РСРТ тесты (таких данных было выполнено на шельфе Арктики ограниченное количество, в ряде скважин Приразломного НМ). Для использования классификации Jefferies & Davies (1991) потребовались бы данные SCPT (также весьма ограниченные данные). Очевидно, что классификации, основанные на использовании указанных параметров, не могут быть массовыми, т.к. требуют получения дополнительных, нестандартных характеристик. Очевидно, также, что российские производители и изыскатели не будут изготавливать и применять подобные методики широко в ближайшее время. Поэтому автору представилось более целесообразным и практически полезным проведение сравнений с более общепринятыми технологиями СРТ.
На рисунке 296 представлена рекомендуемая классификационная шкала для определения номенклатуры грунтов согласно ГОСТ 25100-95 по данным статического зондирования. Шкала позволяет определить название грунта (номенклатуру грунта таксономического ранга еид и разновидность), основываясь на соотношении параметров СРТ удельного сопротивления под конусом (q), удельного сопротивления грунта на участке боковой поверхности (f) и их соотношения (R). Фактически использовалось общее сопротивление под конусом, qt {total), т.е. сопротивление с учетом порового давления в грунте. Поэтому корректно применять приведенную здесь шкалу для результатов СРТ с зондами, снабженными датчиками порового давления. Вместе с тем допустимо использовать ее и для зондов, не снабженных таковыми датчиками (ГОСТ 19912-2001), учитывая более широкое распространение подобных зондов в России и a) то, что величина поправки за поровое давление обычно на порядок меньше измеряемой величины удельного сопротивления под конусом.
Оценивая полученную шкалу, следует отметить, что общие закономерности распределения грунтов в ней сохраняются и согласуются с выше упомянутыми западными шкалами. Для глинистых грунтов характерны более высокие отношения сопротивления трению к сопротивлению под конусом (f/q), чем для песков; высокие же абсолютные значения сопротивлений вдавливанию свойственны грубозернистым отложениям. Вместе с тем наблюдаются вполне очевидные отличия, обусловленные разницей в классификациях, используемых параметрах и способах их получения.
В нижней части шкалы выделены 3 зоны грунтов, характеризующиеся малыми сопротивлениями вдавливанию под конусом (менее 1 мПа) при большой изменчивости отношения f/q. Они отождествляется с илами от супесчаного до глинистого (рис. 30-31). В западных классификациях подобные разновидности грунтов отсутствуют.
Классификационные системы FME, ASTM, BSuux отличия от ГОСТ
Как уже отмечалось, эти стандарты и компании доминируют на современном мировом рынке геотехнических услуг. Говоря здесь о классификационной системе, мы должны осознавать, что за ней стоят определенные методы и технологии, позволяющие пользоваться такой классификацией. Т.е. это взаимосвязанные вещи. Система прямо не диктует, что и как получать, но, говоря, например, об относительной плотности песков, параметра, определяющего в конечном итоге прочностные свойства песка, нельзя не говорить о СРТ, по данным которого он и может быть получен более достоверно.
Сопоставление производится на базе классификационной системы FME по той причине, что она достаточно универсальна и может применяться практически в различных климатических зонах и морях, кроме этого основана на тех же принципах, что NEN, ASTM, BS. Причем авторы создавали ее на базе именно двух последних, как наиболее используемых и популярных в западной практике, пытаясь избежать недостатков и критических точек обеих [138]. В последние годы именно эти классификационные системы используются изыскателямиизменен в ряде некоторых стандартах (NEN 2560, ISO 565). Принцип деления дисперсных грунтов в других западных стандартах такой же, однако, ASTM имеет другую границу для тонких и порог их содержания (более 50%). Таблица 26 иллюстрирует основные различия в количественных критериях выделения разновидностей грунтов по ГОСТ и западным стандартам. Авторы классификационной системы FME все-таки считают, что влияние тонких фракций сказывается на свойствах даже при меньшем содержании и из практического опыта оставляют предел в 35%. Кроме того, не соглашаются с доводами о необходимости разделять грунт на тонкий и грубый, что в нашем понимании ассоциируется со связным и несвязным материалом, по пластичности [18, 158]. Основной довод авторов Системы заключается в нарушении при этом принципа «измеримости» и «непрактичности» такого подхода [138].
На взгляд автора, такие суждения в меньшей степени подходят к классификационным принципам Российского ГОСТ, хотя и не лишены здравого смысла. Во-первых, в западных классификациях определение пластических свойств производится не на всем грунте, а на веществе тоньше 0.425мм (в ГОСТ - 1мм). Т.е. заведомо грунт разделяется и его пластические свойства не характеризуют его в целом (причем, в силу указанного выше, такое влияние выше в западных методиках). В практике исследований на шельфе оно практически не сказывается, т.к. для лабораторных анализов используется природно-влажный, часто водонасыщенный грунт (образцы), которые при определении пластических свойств не дифференцируют, а пользуют всю массу. Это, что касается «измери-тельности». А вот «непрактичность» действительно присутствует. Скажем, наличие сразу двух условий оставляет неопределенность, какому из них следовать, какой более важный. Российский ГОСТ 25100-95 (таблица Б11 и Б12), например, не определяет приоритеты. В случае наличия пластических свойств (1р 1) и высокого содержания песчано-гравийных фракции ( 50%), что будет определяющим? Такая неоднозначность преодолена в рассматриваемой системе FME, где зерновой состав на данной стадии указан как основополагающий принцип, хотя деление по пластическим свойствам все же представляется болеелогичным (влияние тонкодисперсного вещества сказывается на свойствах грунта даже при его незначительном содержании 3-10% [34]).
Выделение на первом уровне биокластиков и собственно пород (сцементированных и литифицированных грунтов) в FME (рис. 67) основано на разработке Clark & Walker (115). Очевидно, определенная ограниченность системы, обусловлена направленностью первоисточника на конкретную область применения системы (Персидский залив, Красное море, зоны с жарким климатом). Мерзлые грунты вообще не могли попасть в область ее рассмотрения, а в породах превалирует деление на карбонатные и некарбонатные, будь то кластиче-ские (обломочные [8]), биокластические (биогеннообломочные) или необломочные. Более подробно градация мерзлых грунтов рассмотрена ниже.
Что касается деления на карбонатные и некарбонатные породы и грунты, то оно вполне обосновано, т.к. в зонах с жарким климатом карбонаты преобладают, достигая 90-100% содержания в широтах между 30 с.ш. 30 ю.ш. Автору самому приходилось сталкиваться с карбонатными осадками состоящими практически исключительно из СаСОз. Причем то, что первоначально представлялось песком с высоким содержанием включений органических остатков (обломки моллюсков, гастропод, спикул губок, ежей и пр.), на деле оказывалось практически полностью ракушечным детритом (Индийский океан, побережье ЮАР, Маслбей, Порт Элизабет). Хотя для России присутствие карбонатных грунтов и пород менее характерно, исключение, пожалуй, составляют Черное и Каспийское моря; а это указывает на необходимость распространения подобных принципов и на отечественные стандарты и не противоречит градации ГОСТ 25100. В отечественной практике эта позиция мало разработана и не распространяется на собственно грунты (не сформированные в породы) и оставляет ее пользователей наедине с предположениями и возможностью апеллировать к общегеологической классификации. FME в этом смысле более законченная и проработанная и «доводит дело» до определения номенклатуры материала с его количественными характеристиками (рис. 67).
