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

Вид материала

Документы

Содержание 1 - песчано-гравийные смеси; 2 - гравийно-песчано-глинистые смеси; а - пески; б - супеси; в - суглинки; г - глины Пример определения льдистости по данным электроразведки Обобщенные зависимости скорости продольных волн от температуры при фиксированных значениях весовой влажности грунтов различного Модель изменения параметров мерзлого грунта при изменении его влажности Калибровка прибора и преобразователей при акустическом просвечивании Форма записи результатов скважинных измерений Межскважинное просвечивание От параметров состава и температуры для мерзлых грунтов Номограммы для определения механических свойств мерзлых грунтов по сейсмоакустическим данным 1 - глины; 2 - супеси Номограммы для определения компонентов льдистости по данным акустических измерений Пример определения физико-механических свойств и элементов криогенного строения по данным акустических измерений Результаты определения интервальных значений физико-механических свойств и элементов криогенного строения по результатам акустич Графики для определения плотности и влажности по данным радиоизотопного каротажа

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.

Рис. 1. Номограмма 1 для определения УЭС породы ρ_пр

1 - песчано-гравийные смеси; 2 - гравийно-песчано-глинистые смеси; а - пески; б - супеси; в - суглинки; г - глины

Для равномерно-сетчатой текстуры, где m = q, λ = 1, имеем



По указанным формулам на основе данных рис. 1 были рассчитаны номограммы рис. 2-5 слоисто-сетчатых криотекстур. Номограммы построены для различных μ = ρ_л/ρ_пр При этом ρ_пр определялось из номограммы 1 для соответствующего типа грунта, а ρ_л всегда принималась равным ≈ 10⁵ Ом∙м, которое характерно для пресных льдов. Параметр номограмм q/m определяет степень слоистости: q/m = 1 - равномерно-сетчатая; q/m = 0 - слоистая.



Рис. 2. Номограмма 2 для определения льдистости супеси (μ = 20) со слоисто-сетчатой текстурой



Рис. 3. Номограмма 3 для определения льдистости легких суглинков (μ = 100) со слоисто-сетчатой текстурой



Рис. 4. Номограмма 4 для определения льдистости тяжелых суглинков (μ = 500) со слоисто-сетчатой текстурой



Рис. 5. Номограмма 5 для определения льдистости глин (μ = 1000-3000) со слоисто-сетчатой текстурой



Рис. 6. Номограмма 6 для определения льдистости дисперсных грунтов с линзовидной текстурой и соотношения размеров линз во взаимоперпендикулярных направлениях

Номограмма 6 для линзовидной криотекстуры рассчитана* по формулам, приведенным в работе [8]. Номограмма построена в предположении μ ³ 1, что практически всегда выполняется в случае пресных льдов, и поэтому является универсальной для всех типов грунтов.

* Номограмма рассчитана Рождественским Н.Ю.

В номограмме рис. 1 приняты следующие обозначения: θ - температура, °С, М - минерализация, г/л, b_гл - объемное содержание глинистых частиц в долях единицы, b_гр - объемное содержание гравия в долях единицы.

Приложение 4

ПРИМЕР ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЛЬДИСТОСТИ ПО ДАННЫМ ЭЛЕКТРОРАЗВЕДКИ

Определение льдистости рассмотрим на примере площадки в районе г. Лабытнанги. Геологический разрез площадки представлен супесчано-суглинистым грунтом, мерзлым с глубины 0,6 м. Криотекстура по всему разрезу преимущественно слоисто-сетчатая с размерами шлиров 2-4 мм в верхней части и 25-40 мм на глубинах ниже 4 м. Скважина пройдена с отбором керна, по которому визуально определялась льдистость Л_в, значения которой изображены звездочками (X) на диаграмме Л_в рисунка. В скважине были проведены термометрия и электрический каротаж потенциал-зондом А1, ОМ, а вблизи устья скважины - ВЭЗ. Результаты электрокаротажа и ВЭЗ представлены на рисунке. По каротажу выделяется 3 слоя Н = 1-4 м, ρ_t = 110 Ом·м; Н = 4-7 м, ρ_t = 300 Ом·м, Н = 7-10 м, ρ_t = 100 Ом·м.

По ВЭЗ выделено 2 слоя мерзлой толщи: Н₁ = 0,5-4 м; ρ_m = 630 Ом·м, Н = 4-10 м, ρ_m = 2700 Ом·м, мощность которых Н определялась с учетом поправки за анизотропию. Для каждого из слоев находим следующие параметры (см. таблицу): ρ_пр для суглинистого и супесчаного грунта при температуре - 0,5 и - 1 °С по номограмме 1, прил. 3; ρ_m/ρ_пр, ρ_t/ρ_пр, λ = ρ_m/ρ_t - вычислением; Л_в для суглинистого и супесчаного грунта по номограммам 3, 4 прил. 3, используя значения ρ_m/ρ_пр и ρ_t/ρ_пр. Полученные по номограммам значения льдистости Л_в, равные 0,05, 0,35 и 0,2 для 1-, 2- и 3-го слоев соответственно достаточно хорошо совпадают со значениями Л_в, определенными по керну.



Пример определения льдистости

Льдистость Л_в и параметры, необходимые для ее определения по данным электроразведки

Н, м	Тип грунта	Температура, °С	ρпр, Ом·м	ρm/ρпр	ρt/ρпр	λ	Криотекстура	Лв	Используемая номограмма
0,5-4	Суглинок	-0,5	90	7,3	1,2	5,7	Слоисто-сетчатая	0,05	4
4-7	«	-1	150	18	2	9	«	0,35	3
7-10	Супесь	-1	500	3,9	1,8	3	«	0,2	3

Приложение 5

ОБОБЩЕННЫЕ ЗАВИСИМОСТИ СКОРОСТИ ПРОДОЛЬНЫХ ВОЛН ОТ ТЕМПЕРАТУРЫ ПРИ ФИКСИРОВАННЫХ ЗНАЧЕНИЯХ ВЕСОВОЙ ВЛАЖНОСТИ ГРУНТОВ РАЗЛИЧНОГО СОСТАВА*

*По Зыкову Ю.Д., Червинской О.П.





Обобщенные зависимости

а - мелкозернистые пески; б - крупнозернистые пески; в - отмытые пески; г - супеси; д - суглинки; е - низкопластичные глины; ж - среднепластичные глины; з - высокопластичные глины

Приложение 6

МОДЕЛЬ ИЗМЕНЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ МЕРЗЛОГО ГРУНТА ПРИ ИЗМЕНЕНИИ ЕГО ВЛАЖНОСТИ

Экспериментальные исследования связей между составом, температурой и упругими свойствами производятся на модели, отвечающей принципу равномерного распределения дисперсных частиц грунта в единичном объеме, частично или полностью заполненном незамерзшей водой и льдом (рисунок). Параметрами модели являются объемная влажность, пористость, степень заполнения пор водой и льдом, содержание незамерзшей воды и льда (фазовый состав), общая плотность и плотность скелета, а также изучаемые упругие свойства.

Модель синтезирует два взаимосвязанных процесса: заполнение порового пространства водой и льдом до полного влагонасыщения и замещение минеральной части скелета модели соответствующим количеством льда при полном влагонасыщении.

При увеличении объемной влажности W_о от 0 до 100 % параметры модели изменяются следующим образом. Величина пористости n, определяемая начальной упаковкой грунтовых частиц, при изменении W_o от 0 до полного влагонасыщения остается постоянной. При этом степень заполнения пор водой и льдом q возрастает от 0 до 1, плотность скелета g_ск не меняется, а общая плотность g увеличивается за счет влагонасыщения. Дальнейшее увеличение W_o до 100 % при q = 1 приводит к следующим предельным значениям параметров: n → 1; g_ск → 0; g → g_л. При изменении температуры в модели происходит перераспределение объемных составляющих незамерзшей воды и льда. На рисунке схематично показаны также вероятные изменения скорости упругих волн при рассмотренных изменениях параметров модели.



Схема изменения параметров мерзлого грунта

Приложение 7

КАЛИБРОВКА ПРИБОРА И ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ПРИ АКУСТИЧЕСКОМ ПРОСВЕЧИВАНИИ

Истинное время распространения упругих волн t^и рассчитывается по формуле

t^и = t^отс K - Dt,

где t^отс - время, отсчитанное по шкале прибора, мкс; К - множитель цены деления устраняет возможность ошибок, обусловленных неидеальной калибровкой временного канала акустических приборов; Dt - поправка, включающая аппаратурные задержки, задержку за ошибку определения времени первого вступления и задержку в мембранах датчиков.

Множитель цены деления К и поправку Dt рекомендуется определять по следующим формулам:





Эти значения определяют в результате измерений на различных базах на любой эталонной среде, скорость распространения упругих волн в которой заранее известна. В качестве эталонной среды может быть использована дистиллированная вода, температура которой в момент профилирования должна быть известна. На рисунке приведена зависимость скорости упругих волн в пресной воде от температуры, с помощью которой определяется истинная скорость v_эт. Тогда t₁^и = v_эт/X₁ и t₂^и = v_эт/X₂.

Значения времени t₁^отс и t₂^отс соответствуют отсчету времени на двух базах X₁ и Х₂ в эталонной среде. За базы X₁ и Х₂ принимаются точки годографа t = f (x), наилучшим образом совпадающие с осредняющей прямой.

Указанная калибровка прибора и преобразователей проводится до и после каждого цикла измерений.



Зависимость скорости звука в пресной воде от температуры

Приложение 8

ФОРМА ЗАПИСИ РЕЗУЛЬТАТОВ СКВАЖИННЫХ ИЗМЕРЕНИЙ

Акустический каротаж

Глубина, м		Номера датчиков, излучателей, приемников	База L, м	Продольная волна Р			Поверхностная волна R			Отношение vR/vP	Форма сигнала
hoтc	hист			Фаза	Время tотс, мкс	Скорость по годографу vP, м/с	Фаза	Время tотс, мкс	Скорость по годографу vR, м/с

Межскважинное просвечивание

Глубина, м		База, м		Продольная волна Р			Поперечная волна S				Примечание
hoтc	hист	без поправок х	с поправкой х + Dх	Время, мкс		Скорость vP, м/с	Угол поворота	Время, мкс		Скорость vS, м/с
				tотс	tист			tотс	tист

Приложение 9

СВОДНЫЕ ДИАГРАММЫ ЗАВИСИМОСТЕЙ v_P ОТ ПАРАМЕТРОВ СОСТАВА И ТЕМПЕРАТУРЫ ДЛЯ МЕРЗЛЫХ ГРУНТОВ





Сводные диаграммы

а - пески; б - суглинки; в - глины

Приложение 10

НОМОГРАММЫ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ МЕРЗЛЫХ ГРУНТОВ ПО СЕЙСМОАКУСТИЧЕСКИМ ДАННЫМ



Рис. 1. Номограмма для определения модуля упругости Юнга по значениям скорости продольных волн, коэффициента Пуассона и плотности



Рис. 2. График зависимости между скоростью продольных волн и модулем общей деформации для мерзлых грунтов

1 - глины; 2 - супеси



Рис. 3. График зависимости между статическим Е_с и динамическим E_g модулями упругости для мерзлых грунтов



Рис. 4. Номограмма для определения s_сж по значениям v_p и температуры

Приложение 11

НОМОГРАММЫ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОМПОНЕНТОВ ЛЬДИСТОСТИ ПО ДАННЫМ АКУСТИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ*

*По Зыкову Ю.Д., Червинской О.П.





Рис. 1. Номограммы для определения компонентов льдистости для суглинков при разной температуре





Рис. 2. Номограммы для определения компонентов льдистости для глин при разной температуре

Приложение 12

ПРИМЕР ОПРЕДЕЛЕНИЯ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ И ЭЛЕМЕНТОВ КРИОГЕННОГО СТРОЕНИЯ ПО ДАННЫМ АКУСТИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ

Определение строения и свойств мерзлого массива рассмотрено на примере площадки в районе г. Лабытнанги. На площадке пробурены две скважины, в которых проведены акустические измерения АК и МП. Геологическая колонка и данные визуальной оценки льдистости Л_в представлены в прил. 10.

Результаты АК (v_Р^┴ и v_R^┴) и МП (v_P˝), а также вычисленные значения χ представлены в виде соответствующих диаграмм на рисунке. На диаграммах выделяются четыре интервала; средние по интервалам значения скоростей упругих волн и χ даны в таблице. Дальнейшая интерпретация ведется в полном соответствии с пп. 3.33-3.47 Рекомендаций. Результаты определения интервальных значений физико-механических свойств и элементов криогенного строения даны в таблице.



Результаты акустического каротажа и межскважинного просвечивания

Результаты определения интервальных значений физико-механических свойств и элементов криогенного строения по результатам акустических измерений

Глубина интервала Н, м	Плотность g, г/см3	Суммарная влажность Wс, %	Объемная влажность Wо	Влажность грунтовых прослоев W	Скорости упругих волн, м/с			μ	Еg, ГПа	G, ГПа	K, ГПа	Едеф, МПа	Ест, ГПа	sсж МПа	χ	Компоненты криотекстуры, в долях единицы				Лв
					vР┴	vP˝	vR┴									Л׀׀	Лi	Лц	Лрр
1-2,5	1,75	4,2	0,5	0,35	2540	2640	1270	0,3	7,8	3	6,5	5,1	2,1	1,4	1,039	0,09	0,4	0,35	0,05	0,14
2,5-4,4	1,7	5,3	0,56	0,35	2630	2690	1300	0,31	9,1	3,51	8,07	54,5	2,5	1,5	1,022	0,07	0,55	0,35	0,2	0,27
4,4-7,5	1,5	65	0,59	0,35	2940	3200	1420	0,315	10,4	3,95	9,37	6,80	3	2,1	1,088	0,37	0,35	0,35	0	0,37
7,5-10	1,73	52	0,56	0,25	3430	3430	1700	0,31	15,3	5,83	13,42	9,35	4,9	2,75	1	0	0,56	0,25	0,31	0,31

Приложение 13

ГРАФИКИ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПЛОТНОСТИ И ВЛАЖНОСТИ ПО ДАННЫМ РАДИОИЗОТОПНОГО КАРОТАЖА