Научная статья на тему 'Изучение состояния и свойств закрепленного массива методами электрического зондирования'

Изучение состояния и свойств закрепленного массива методами электрического зондирования Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

CC BY
167
55
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ВЫСОКОНАПОРНАЯ ИНЪЕКЦИЯ / ВЕРТИКАЛЬНОЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ЗОНДИРОВАНИЕ / УДЕЛЬНОЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ / HIGH-PRESSURE INJECTION / VERTICAL ELECTRICAL SOUNDING / ELECTRICAL RESISTIVITY

Аннотация научной статьи по строительству и архитектуре, автор научной работы — Никулин Николай Юрьевич

Рассмотрен контроль изменения электрофизических свойств закрепленного массива методами электрического зондирования. Выявлены зависимости сейсмоакустических и электрофизических свойств грунтов.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по строительству и архитектуре , автор научной работы — Никулин Николай Юрьевич

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

The study of state and properties secured array by electrical sensing

We consider the control changes the electrical properties of the secured array by electrical sensing. Dependences of seismic and electrical properties of soils are revealed.

Текст научной работы на тему «Изучение состояния и свойств закрепленного массива методами электрического зондирования»

ФИЗИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ГОРНОГО ПРОИЗВОДСТВА

УДК 624.138:550.837

Н. Ю. Никулин

ИЗУЧЕНИЕ СОСТОЯНИЯ И СВОЙСТВ ЗАКРЕПЛЕННОГО МАССИВА МЕТОДАМИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ЗОНДИРОВАНИЯ

В [1] представлены итоги исследований гео-механических процессов в зоне высоконапорной инъекции грунтов (ВНИ), полученные инженерногеологическим и сейсмоакустическим методами на опытном полигоне. Ниже приведены наиболее существенные результаты геоконтроля на этом же участке электрофизическими методами, которые

включали вертикальное электрическое зондирование (ВЭЗ), круговое ВЭЗ и измерение срединного градиента. Схема расположения точек и профилей измерений изображена на рис. 11.

Все электроразведочные работы выполнялись низкочастотной аппаратурой типа ЭРП-5 «Березка» в соответствии со стандартной методикой,

а

б

ППЗ-2

ППЗ-3

ППЗ-4

ППЗ-5

\М2

Л3

Т

¡М3

/щ 0ч'і/И-4 N

/Т'

N¿1

Бл

В

Рис. 1. Схемы опытного участка (а), установки ВЭЗ (б) и кругового ВЭЗ (в): х - продольная координата; ППЗ-2-5 - профили поперечного зондирования;

И-1-4 - инъекторы; ВЭЗ-1-4 - установки продольного ВЭЗ; ВЭЗ-5-7 - установки поперечноао ВЭЗ; 01-О4 - центры установок ВЭЗ (оси инъекторов); Лп, Вп - питающие электроды; Мп N - приемные электроды; БП - блок питания; АК - автокомпенсатор «Березка»

2

4

1

изложенной в КСН-64-87. Зондирования выполнялись симметричной установкой ЛЫКВ с максимальными разносами питающей линии АВтах = 30 м, что согласно классической методике интерпретации ВЭЗ [2] позволило реализовать зондирование на глубину не менее 5 м. Профилирования были проведены продольными установками ВЭЗ вдоль линии инъекторов при ЛВ = 30 м и поперечными при ЛВ = 11 м. Центр каждой установки ВЭЗ располагался на оси соответствующего инъ-ектора. В качестве питающих электродов использованы стальные, а приемных - медные штыри длиной 0,8 м, которые забивались на глубину до

0,3-0,5 м.

Круговые ВЭЗ проведены симметричной четырехэлектродной установкой ЛЫКВ с максимальным разносом питающей линии ЛВ = 11 м. Центр установки располагался на оси инъектора И-4. Измерения проводились с шагом поворота 45°.

Профилирование методом срединных градиентов выполнено вдоль продольного профиля инъекторов. Заземление питающих электродов А и В производилось на расстоянии 3 метра от инъекторов И-1 и И-4 соответственно. В качестве приемных электродов М и N использовались сами инъекторы.

По результатам ВЭЗ получены зависимости изменения эффективного удельного электрического сопротивления (УЭС) р* на разных стадия ВНИ. График ВЭЗ по инъектору И-3 приведен на рис. 2.

Результаты анализа ВЭЗ позволили сделать следующие выводы:

- после нагнетания цементно-песчаного раствора наблюдается увеличение среднего значения УЭС в зоне инъекции (ЛВ/2 = 2,2-11 м) на 2-5 %;

- через 27 сут. после ВНИ происходит снижение среднего значения рк по глубине с 21 до 16,1 Ом-м, это свидетельствует о том, что на этом про-

межутке времени происходит диффузное перемещение влаги из цементно-песчанного раствора в окружающий его грунтовый массив;

- по окончании эксперимента, через 62 сут. после ВНИ УЭС в зоне закрепления увеличивается до 19 Ом-м, что указывает на снижение влажности за счет испарения с поверхности земли и

0

10

20

30

г*, Ом-м

Рис. 2. Графики ВЭЗ по инъектору И-3:

1 - до ВНИ; 2 - через 1 сут. после ВНИ; 3 - 27 сут. после ВНИ; 4 - 62 сут. после ВНИ

набора прочности укрепляющим раствором.

Для оценки характера изменения электрофизических свойств массива по продольной оси х построены графики среднего УЭС вдоль профиля И-1-И-4 на упомянутых стадиях ВНИ, которые приведены на рис. 3.

Из приведенных данных следует, что наи-

И-4

Рис. 3. Изменение среднего значения УЭС р* вдоль профиля х для продольных (а)

и поперечных (б) установок ВЭЗ на различных стадиях ВНИ:

1 - до ВНИ; 2 - через 1 сут. после ВНИ; 3 - 27 сут. после ВНИ; 4 - 62 сут. после ВНИ

большее увеличение УЭС в процессе набора прочности достигнуто на участке расположения инъекторов И-3 и И-4, это согласуется с данными геомеханических испытаний грунтов, описанными в работе [1], при этом по данным поперечных ВЭЗ среднее значение УЭС на инъекторе И-2 достигло

максимального значения р* = 27,5 Ом-м, что

свидетельствует о распространении зоны ВНИ в поперечном направлении вследствие анизотропии закрепленного массива.

По данным кругового ВЭЗ на инъекторе И-4 сделана выборка максимальных и минимальных значений УЭС для следующих полуразносов питающих линий ЛВ/2 (рис. 4): 2,2; 3; 4; 5,5 м.

Изменение значений рк тт и рктзх закрепляе-а

мых грунтов по глубине более наглядно представлено на графике зависимости УЭС от ЛВ/2 для различных этапов ВНИ (рис. 5).

Полученные результаты позволили детализировать установленные ранее закономерности:

- на следующие сутки после ВНИ происходит увеличение УЭС на 2,5-5 Ом-м на всю глубину зондирования, что свидетельствует о нарушении связей в массиве грунта (образование разрывов);

- за счет перемещения влаги из зоны инъекции в окружающий массив происходит снижение УЭС до значений, близких к первоначальным, данный процесс протекает на протяжении 20 сут. после окончания ВНИ;

- через 20 сут. после ВНИ начинается процесс

до ВНИ 1 7 12 20 27

62і, сут.

Рис. 4. Изменение минимального (а) и максимального (б) значения УЭС по результатам круговых ВЭЗ на различных стадиях ВНИ при применении полуразноса установки ЛВ/2:

1 — 2,2 м; 2 - 3 м; 3 - 4 м; 4 - 5,5 м

б

круговых ВЭЗ при различных разносах ЛВ/2:

1 - до ВНИ; 2 - через 1 сут. после ВНИ; 3 - 27 сут. после ВНИ; 4 - 62 сут. после ВНИ

а

Рис. 6. Зависимость изменения относительной разности потенциалов между инъекторами от времени и расхода закрепляющего раствора на разных этапах ВНИ:

Ґа - после тампонажа; ї1 - через 1 сут. после ВНИ; ґ2 - 7 сут. после ВНИ; ґ3 - 12 сут. после ВНИ; ґ4 -

20 сут. после ВНИ; ґ5 - 62 сут. после ВНИ

интенсивного набора прочности закрепленным массивом, это отражается в увеличении УЭС, особенно четко данный процесс выявлен для глубин, соответствующих глубине зондирования АВ/2=2,2 м, так для р^ тах изменение составило с 22 до 37,5 Ом-м. Для АВ/2 = 5,5 м изменение УЭС не превышало 20 %.

Методом срединного градиента были получены данные о изменении падения напряжения АП по отношению к начальным значениям АП0. Измерения проводились с заземлением инъекторов, поэтому оценка зависимости изменения АП/АП0 по времени проведена с учетом суммарного расхода закрепляющего раствора для каждой пары инъекторов, что составило соответственно V = 0,8; 0,6; 0,4 м3(см. рис. 6).

Используя банк данных, полученных ранее и приведенных в работе [1], получены уравнения регрессии экспериментальных зависимостей конечных значений УЭС, скоростей продольных Vp и поперечных Vs волн и несущей способности стандартной сваи Р, которые приведены в табл. 1,

где г - коэффициент корреляции; п - корреляционное отношение; с - среднеквадратичное отклонение; t - надежность оценки.

Анализ результатов проведенных комплексных исследований показал, что метод электрических зондирований с использованием различных модификаций (продольных, поперечных, круговых ВЭЗ, срединных градиентов) обеспечивает наиболее детальный и информативный геомониторинг гидрогеологических и геомеханических

Таблица 1. Корреляционные зависимости физических параметров укрепленного массива

Уравнение регрессии г, п о Ґ

V, = 110,960 + 3,6085р* V = 121,75 ехр(0,0204р*) г = 0,684 П = 0,687 6,496 6,474 1,876 1,891

Vp = 222,926 - 12,2396р* V = 270,228 ехр(0,02741р*) г = 0,696 П = 0,698 21,344 21,272 1,937 1,950

Р = 120,652 + 7,9408р* Р = 149,989 ехр(0,03125р*) г = 0,793 П = 0,788 9,72 9,825 4,109 4,043

процессов в зоне высоконапорной инъекции ослабленных грунтовых оснований технических сооружений как в пространстве, так и во времени.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Никулин, Н. Ю. Экспериментальное исследование геомеханических процессов в зоне высоконапорной инъекции грунтов / Н. Ю. Никулин, С. М. Простов, О. В. Герасимов // Вестник КузГТУ. - 2013. -№ 2. С. 3- 9.

2. Якубовский, Ю. В. Электроразведка. - М. : «Недра», 1973. - 304 с.

□ Авторы статьи

Никулин Николай Юрьевич, аспирант КузГТУ, инженер-геофизик ООО «НООЦЕНТР-Д», е-таД: n.v.nikulin@mail.ru

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.