Рекомендации по определению физико-механических свойств мерзлых дисперсных грунтов геофизическими методами Москва Стройиздат 1989

Вид материала

Документы

Содержание 4. Радиоизотопные методы 6. Комплекс геофизических методов для определения физико-механических свойств мерзлых дисперсных грунтов

Подобный материал:

• Технические характеристики гусеничного бульдозера shantui sd16, 56.18kb.
• Рекомендации по статистическим методам контроля и оценки прочности бетона с учетом, 1336.84kb.
• Программа дисциплины дпп. Ф. 06 Коллоидная химия, 137.52kb.
• Вопросы к экзамену по дисциплине «поверхностные явления и дисперсные системы», 37.35kb.
• Определение механических характеристик грунтов, 94.24kb.
• Задачи семинара: представление молодыми учеными результатов исследований, полученных, 43.3kb.
• Улучшение физико-механических свойств фанеры на основе модифицированных нафтолами карбамидоформальдегидных, 238.15kb.
• Инженерные методы улучшения свойств грунтов, 142.51kb.
• Рекомендации по применению метода виброзондирования при инженерно-геологических изысканиях, 399.38kb.
• Развитие методов Оценки физико-механических свойств горных пород в массиве для геомеханического, 794.75kb.

3.48. Определение физико-механических свойств может выполняться по точечным значениям скоростей упругих волн с последующим определением по интервалам. Более удобным способом является выделение интервалов, характеризующихся близкими значениями скоростей, определение средних значений скоростей и расчет физико-механических свойств по их значениям. Результаты обработки представляются в виде диаграмм распределения по глубине всех измеренных и рассчитанных параметров (прил. 12).

4. РАДИОИЗОТОПНЫЕ МЕТОДЫ

4.1. Радиоизотопные методы при исследованиях мерзлых грунтов в общем комплексе геофизических методов, как правило, применяют для определения плотности, объемной влажности и производных от этих величин показателей грунта, а также оценки содержания в нем глинистых частиц.

Радиоизотопные методы позволяют определять показатели свойств мерзлых грунтов в естественном залегании.

4.2. Плотность грунта определяют методами ослабленного и рассеянного первичного гамма-излучения.

Методы определения плотности g грунта основаны на эффекте рассеяния и ослабления гамма-излучения на электронах атомов вещества, из которого состоит грунт.

Метод ослабленного первичного гамма-излучения (метод просвечивания) заключается в измерении и регистрации плотности потока гамма-квантов N_g, прошедшего через исследуемый слой грунта между радиоизотопным источником и детектором гамма-излучения.

Метод рассеянного первичного гамма-излучения заключается в измерении и регистрации плотности потока гамма-квантов N_g, рассеянных при взаимодействии потока первичного гамма-излучения с грунтом.

4.3. Объемную влажность W_o грунта определяют методом рассеянного нейтронного излучения (нейтронный метод).

Метод основан на эффекте замедления быстрых нейтронов на атомах веществ (в основном атомов водорода), из которых состоит грунт и зависимости между водородосодержанием среды и влажностью грунта. Нейтронный метод определения объемной влажности заключается в регистрации потока замедленных (тепловых, надтепловых) нейтронов N_w.

4.4. Содержание глинистых частиц (глинистость) оценивается по потоку гамма-излучения  исходящего из грунта. Метод основан на зависимости между содержанием радиоактивных элементов в грунте и содержанием в нем глинистых частиц.

4.5. Значения плотности и объемной влажности определяют по градуировочным зависимостям N_g = f (y) и N_w = f (W_o), выражающим связь между скоростью счета импульсов N_g, N_w и указанными характеристиками (прил. 13).

4.6. Оценку содержания глинистых частиц b_ГЛ выполняют по связи (b_гл = f ().

4.7. Определение плотности, объемной влажности и оценка глинистости выполняется радиоизотопными приборами, состоящими из следующих функциональных блоков:

первичных преобразователей с детекторами излучения (гамма, нейтронного);

регистраторов;

блоков радиоизотопных источников излучения (гамма, нейтронного).

Рекомендуемые к применению радиоизотопные приборы и их основные технические характеристики приведены в прил. 1.

4.8. Определение плотности грунтов следует производить в соответствии с ГОСТ 23061-78, ГОСТ 24181-80, а естественную радиоактивность в соответствии с ГОСТ 25260-82.

4.9. Градуировка радиоизотопных приборов производится в соответствии с ГОСТ 23061-78 и ГОСТ 24181-80.

Допускается для градуировки радиоизотопных плотномеров и влагомеров использовать экспериментально-аналитический способ, изложенный в прил. 14.

4.10. Погрешность радиоизотопных измерений складывается из случайной и систематической составляющих, которые зависят от следующих факторов:

аппаратурных (активность и энергетический спектр радиоизотопных источников, эффективность детекторов, взаимное расположение источника и детектора (база) и взаимовлияние различных излучений при одновременном определении плотности и влажности);

скважинных (диаметр скважины, толщина стенки и материал обсадных труб, затрубные зазоры, уплотнения и каверны в грунте, обводненность скважины);

грунтовых (химический состав, неоднородность грунта).

Аппаратурные факторы являются причиной проявления систематической погрешности и должны быть учтены в процессе градуировки приборов. Скважинные и грунтовые факторы могут являться причиной появления, как случайной составляющей погрешности, так и систематической составляющей погрешности и должны быть выявлены и учтены при поверке радиоизотопных приборов.

4.11. Поверка приборов выполняется при их получении, периодической аттестации, и после ремонта в полевых условиях применительно к конкретным условиям измерений.

Поверка приборов выполняется не менее, чем на 3-х инженерно-геологических элементах. Значения плотности и влажности этих элементов должны быть равномерно распределены во всем диапазоне, характерном для грунтов исследуемого региона.

4.12. Инженерно-геологические элементы, используемые для поверки радиоизотопных приборов, должны быть мощностью не менее 1 м и иметь коэффициенты вариации: по плотности не более 0,025; по влажности в диапазоне значений: 2-10 % - 0,1; 10-20 % - 0,05; >20 % - 0,025.

Примечание. При регулярном проведении измерений должна проводиться ежедневная поверка радиоизотопных приборов на эталонной среде.

В качестве эталонной среды для плотности g = 1 т/м³ и объемной влажности 100 % допускается использовать естественный водоем или емкость с водой размером не менее 600 ´ 800 мм.

4.13. Поверку радиоизотопных приборов в полевых условиях проводят следующим образом:

на основании имеющихся предварительных данных о геологическом строении исследуемого региона проводят поиск участков с выдержанными значениями характеристик грунтов;

на выбранных участках проходят зондированные скважины, такого же типа, как скважины, используемые для рабочих измерений, и проводят в них измерения с шагом 10 см; по полученным результатам измерений выделяют интервалы мощностью не менее 10 м с выдержанными значениями регистрируемых величин (отклонение от среднего значения не более 3 %) и принимают их в качестве эталонных для поверки радиоизотопного прибора;

на расстоянии не более 0,5 м от зондировочной проходят техническую скважину, и на уже выбранных интервалах, используемых при поверке в качестве эталонных, отбирают не менее 5 проб для лабораторного определения плотности и влажности, с целью получения сопоставительных результатов.

4.14. Разность между значениями плотности и влажности, полученными в лаборатории и радиоизотопными методами, не должна превышать погрешностей:

при определении плотности (с доверительной вероятностью случайной составляющей Р = 0,9) - 0,05 т/м³;

при определении влажности (с доверительной вероятностью случайной составляющей Р = 0,95) - 2 % в диапазоне от 2 до 50 % и 3 % в диапазоне > 50 %.

Если отклонения превышают вышеуказанные значения, то требуется переградуировка радиоизотопных приборов.

4.15. Проведение измерений в зондировочных скважинах производят после выполнения требований в градуировке и поверке.

4.16. Для измерений в необсаженных скважинах необходимо: проверить скважину и внести в полевой журнал данные о ее состоянии и конструкции; провести измерения диаметра скважин по всей глубине, с шагом 10 см, специальными приборами (см. прил. 1); провести измерения радиоизотопными плотномером и влагомером с шагом геокриологических условий и требований к строящемуся объекту; провести измерения естественной радиоактивности, с шагом 0,3 м. Результаты измерений диаметра, показаний радиоизотопных приборов, естественной радиоактивности заносятся в полевой журнал (прил. 15).

4.17. Для измерений в обсаженных скважинах необходимо проверить состояние скважины и результаты проверки внести в полевой журнал. Обсадные трубы должны быть предварительно проверены на идентичность путем погружения в воду (заглушенным концом) и измерения в них показаний радиоизотопным плотномером. Разрешается применять для обсадки трубы, в которых разброс показаний не превышает 3 %; при измерениях радиоизотопными приборами затрубные зазоры не должны превышать 3 мм. Запрещается производить измерения в местах соединения обсадных труб. Последовательность выполнения операций по измерению радиоизотопными приборами та же, что и в необсаженных скважинах.

4.18. Обработка результатов радиоизотопных измерений производится с целью определения действительных значений плотности g, объемной влажности W_o и оценки вида грунта, а также их производных: плотности в сухом состоянии g_d, природной суммарной влажности W, степени влажности S_r , коэффициента пористости е и т.д.

4.19. По измеренным значениям диаметра скважины вводят поправки в показания радиоизотопного плотномера по формуле

N_g = N_ig d_i/d_o,

где N_g - скорость счета, соответствующая значению плотности g с поправкой на диаметр; N_ig - измеренная скорость счета; d_i - измеренный диаметр; d_o - диаметр, на который отградуирован прибор.

4.20. Результаты радиоизотопных измерений представляют в виде диаграмм N_g = f (h_i); N_w = f (h_i); N_ge = f (h_i), где h_i - глубина измерений. В прил. 16 представлен пример обработки этих результатов.

4.21. На диаграммах выделяются вертикальные участки с одинаковыми значениями скоростей счета (N_g, N_w, ), т.е. отклонения от среднего значения не должны превышать 5 % по измеряемому показателю. Затем по среднему значению N_g, N_w, присущему каждому выделенному слою, по градуировочным графикам N_g = f (g), N_w = f (W_о), определяют действительные значения g, W_о, и приписывают их выделенному слою. После расчленения всех диаграмм на слои и определения действительных значений плотности g и объемной влажности W_о вычисляют производные от этих величин. Если требуется более детальное исследование мерзлого массива, то обработку диаграмм производят по методике, описанной в [9].

4.22. Формулы вычисления производных:

плотность в сухом состоянии (плотность скелета) грунта g_d

g_d = g - (W_о g_в)/100,

где g_в - плотность воды;

суммарная (весовая) влажность (W_с)

W_с = (W_о g_в)/(100 g_d),

пористость (n)

n = (D - g_d)/D,

где D - плотность твердых частиц, принимаемая в зависимости от вида грунта;

степень влажности S_r

S_r = W_о/n;

коэффициент пористости е

е = (D - g_d)/g_d.

После вычисления указанных параметров их значения относят к выделенным слоям (см. прил. 16).

5. ТЕРМОМЕТРИЯ

5.1. Инженерно-геокриологические исследования, выполняемые на площадках проектируемых, строящихся и эксплуатируемых зданий и сооружений, а также на опытных площадках, предназначенных для стационарных наблюдений, должны включать измерения температуры мерзлых, промерзающих и оттаивающих грунтов.

5.2. Полевые измерения температуры должны выполняться в соответствии с ГОСТ 25358-82.

5.3. Полевые измерения температуры выполняются в целях:

получения данных для выбора типов фундаментов сооружений и выполнения расчетов при проектировании;

получения конкретных значений температуры, используемых при интерпретации результатов геофизических исследований;

оценки и прогноза устойчивости территорий освоения;

контроля и оценки изменений, происходящих в тепловом режиме грунтов при осуществлении различных инженерных мероприятий.

5.4. Измерения температуры должны выполняться в заранее подготовленных и выстоянных скважинах. Для выполнения температурных измерений при геокриологических исследованиях в основном используются следующие виды измерительных преобразователей температуры: термометры расширения; термоэлектрические термометры; термометры сопротивления металлические и полупроводниковые; полупроводниковые приборы.

Температуру мерзлых, промерзающих и оттаивающих грунтов следует выражать в градусах Цельсия с округлением до 0,1 °С.

5.5. Инструментальная погрешность приборов для полевых измерений температуры грунтов не должна превышать в диапазоне температур, °С:

± 0,1                                           ± 3;

± 0,2                                           ± 3-10;

± 0,3                                           ± 10.

5.6. При подготовке и проведении термометрии необходимо выполнять работы по снижению суммарной погрешности измерений (инструментальной и дополнительной), обусловленной:

недостаточной выстойкой скважин после бурения и обустройства;

конвекцией воздуха в скважине;

конденсацией влаги на стенках скважин;

недостаточной выдержкой измерительного преобразователя в скважине;

неточной установкой термометров по глубине скважины;

неточностью определения момента фиксации температуры грунта;

недостаточной изоляцией проводов линий связи дистанционных датчиков температуры;

разогревом датчиков измерительным током.

5.7. Аппаратура и приборы для измерения температуры перед началом и после окончания полевого сезона, а также после выявления и устранения неисправностей должны проверяться путем сопоставления их с образцовыми мерами и иметь аттестаты поверок, содержащие величины поправок.

5.8. Градуировка и поверка температурных преобразователей должна выполняться с погрешностью не более 0,03 °С и включать температуру 0 ± 0,02 °С, при которой определяется поправка на «место нуля».

Ртутные термометры и медные термометры сопротивления разрешается поверять только на «место нуля».

Тарировка и поверка температурных преобразователей и измерительных приборов к ним должны проводится в лабораторных условиях на измерительных приборах более высокого класса точности, чем рабочие приборы.

5.9. Для измерения температуры грунтов следует использовать скважины диаметром не более 90 мм, пробуренные колонковым способом без промывки на малых оборотах бурового инструмента или ручным буровым комплектом. Не допускается использовать для измерения температуры грунтов скважины, заполненные водой, рассолом или другой жидкостью.

Скважина в пределах оттаивающего слоя грунта должна быть защищена обсадной трубой - кондуктором, заглубленным в вечномерзлый грунт не менее чем на 0,5 м.

Без обсадки разрешается использовать только сухие скважины с устойчивыми стенками.

5.10. Для инженерно-геокриологических исследований шаг измерения температуры в скважинах следует принимать: в пределах первых 3 м не более 0,5 м; до глубины 5 м - не более 1 м; ниже - не более 2 м.

5.11. При проведении режимных наблюдений на опытных площадках необходимо не нарушать растительный и снежный покров около скважин и на площадке в целом.

5.12. После окончания температурных измерений в полученные значения температур должны быть внесены инструментальные поправки, выявленные в результате поверки термодатчиков и измерительных приборов, и учтены дополнительные погрешности измерений (см. п. 5.6), которые оцениваются расчетным или опытным путем применительно к конкретным условиям их проявления.

5.13. Результаты измерений температуры следует оформлять в виде:

сводной ведомости значений температуры грунтов, скорректированных с учетом инструментальных и дополнительных поправок;

график распределения температуры по глубине для одноразовых измерений температуры или графика изотерм - для длительных режимных наблюдений.

Графики изотерм следует совмещать с геологическим разрезом, на котором показываются границы раздела талых и мерзлых грунтов, полученные инженерно-геологической и геофизической разведкой, с указанием даты проведения этих работ.

5.14. По результатам измерений температуры грунтов следует составлять технический отчет, который должен включать:

техническое задание и программу проведения термоизмерительных работ;

примененную методику измерений;

оценку инструментальных и дополнительных погрешностей;

акты поверок измерительной аппаратуры;

ситуационный план площадки с указанием плановой и высотной температуры грунтов;

результативные материалы (п. 5.13);

выводы о результатах термоизмерительных работ.

6. КОМПЛЕКС ГЕОФИЗИЧЕСКИХ МЕТОДОВ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ МЕРЗЛЫХ ДИСПЕРСНЫХ ГРУНТОВ

6.1. Задачами, стоящими перед комплексом геофизических методов являются:

изучение структуры массива с определением границ блоков, характеризующихся близким составом, строением, температурой и физико-механическими свойствами;

оценка степени неоднородности выделенных блоков и изучение изменения параметров грунтов в пределах каждого блока;

количественная оценка физико-механических свойств грунтов массива.

6.2. Комплекс включает в себя сейсмоакустические, электроразведочные, радиоизотопные геофизические методы и термометрию скважин.

6.3. Ни один из геофизических методов в отдельности не решает указанные задачи целиком. Комплексное использование геофизических методов с учетом возможностей каждого из них, указанных в разделах 2-5 настоящих Рекомендаций, позволяет решить большинство поставленных задач.

6.4. Решение перечисленных задач осуществляется в три этапа. Задачей первого этапа исследований следует считать оценку структуры разреза и строения изучаемой площади. На основании этих сведений следует размещать горные выработки (скважины и при необходимости, определяемой техническим заданием, шурфы).

Задача следующего этапа состоит в детальном изучении разреза в точках заложения скважин, при этом с помощью комплекса геофизических методов определяются физико-механические характеристики мерзлых грунтов.

Завершающим этапом исследований является распространение значений физико-механических характеристик, определенных по скважинам, на изучаемый массив мерзлых грунтов и его элементы.

6.5. В соответствии с указанной последовательностью выполняемых работ на первом этапе должны применяться наземные геофизические методы, в число которых входит электропрофилирование и сейсмическое профилирование.

6.6. Выбор электроразведочных установок или систем наблюдения при сейсморазведке определяется на основании известных данных о строении площадки и рекогносцировочных работ. Наблюдения следует выполнять по одним и тем же профилям с шагом, размеры которого зависят от масштаба исследований и предполагаемой неоднородности массива. Сеть наблюдений при этом должна в обязательном порядке закрепляться на местности. К геофизическим профилям привязываются контуры площадной ландшафтной съемки участка.

6.7. В силу особенностей электропрофилирования МДС, позволяющих по измерениям на одном профиле устанавливать простирания границ, возможно разрежение сети электроразведочных профилей по сравнению с сейсморазведочными. Вместе с тем, в процессе выполнения геофизических наземных исследований результаты предварительной интерпретации могут подсказать необходимость детализации работ на отдельных участках сложного строения массива.

6.8. Интерпретация электроразведочных и сейсморазведочных данных первоначально выполняется раздельно. По данным электроразведки строятся геоэлектрические разрезы и планы простирания геоэлектрических границ по профилям, схема корреляции границ на плане участка и оценивается ρ_к выделенных элементов разреза. Результаты сейсморазведки представляются в виде геосейсмических разрезов, где кроме глубины залегания преломляющих границ указываются значения скоростей прямых волн в верхней части разреза и граничных скоростей продольных и поперечных волн вдоль преломляющих границ. Эти значения выносятся на план участка и, по возможности, также строится корреляционная схема.

6.9. Совместное рассмотрение результатов электроразведочных и сейсморазведочных данных позволяет составить предварительно представление о строении участка в плане и частично по глубине, а также о некоторых инженерно-геологических характеристиках пород на изучаемой площади. Эта информация и является выходной для задач первого этапа.

6.10. На втором этапе выполняются комплексные каротажные исследования скважин, включающие термометрию, радиоизотопные измерения влажности, плотности и естественной радиоактивности, акустический и электрический каротаж, а также акустическое межскважинное просвечивание и ВЭЗ в точке бурения.