4 Важные неразрушающие геофизические методы исследования грунта

Геотехническому исследованию любой строительной площадки предшествует предварительное геолого-геотехническое обследование. Оно представляет собой поверхностное обследование на месте, иногда включающее небольшие исследовательские работы, такие как открытие неглубоких шурфов и шахт. Обычно полевому визиту предшествует кабинетное исследование, включающее сбор существующей письменной и рисованной информации об участке, в частности, топографических и геологических карт, а также геотехнических карт, если таковые имеются.

В настоящее время также очень полезно использование двух- и трехмерных аэрофотоснимков, полученных со спутника и бесплатных средств веб-навигации, особенно при проведении крупных работ за пределами городских территорий, таких как дороги, плотины, а также для стабилизации естественных склонов. Когда речь идет о густонаселенных районах, обычно можно найти отчеты о геотехнических характеристиках близлежащих сооружений, которые представляют собой важные источники, подлежащие сбору и проверке.

Метод радара проникновения в грунт. Метод геофизических исследований

Анализ всей этой информации, а также данных предварительного обследования участка, сводится в отчет. Он ляжет в основу предварительного проекта или этапа исследования жизнеспособности строительных работ. Этот отчет также определит наиболее подходящую программу геотехнических исследований для проекта. Как правило, геотехническое исследование включает в себя геофизические исследования. В данной статье рассматриваются неразрушающие геофизические методы.

1. Метод электросопротивления

Метод удельного электрического сопротивления является одним из наиболее широко используемых среди неразрушающих геофизических методов. Этот метод определяет кажущееся электрическое сопротивление грунта. Это свойство в слоистом грунте изменяется по глубине в зависимости от литологии и микроструктуры. Этот метод также очень чувствителен к содержанию воды.

На рисунке 1 показана обычная схема с парой (AB) токовых электродов и парой (MN) потенциальных электродов.

Традиционное расположение токовых электродов и пары потенциальных электродов в методе электросопротивления Метод электрического сопротивления

Путем создания электрического поля в AB, измеренный потенциал в MN позволяет рассчитать удельное сопротивление данного участка почвы, охваченного электрическим полем.

Существуют два основных способа проведения исследований. При первом способе электроды остаются на одной линии, но токовые электроды постепенно расширяются по отношению к фиксированной центральной точке. Это вызывает более глубокое электрическое поле с последующим изменением измеренного удельного сопротивления. Результат интерпретируется как вертикальное одномерное зондирование ниже центральной точки, которое называется геоэлектрическим зондированием.

Во втором режиме относительное расстояние между электродами фиксировано, но массив перемещается в боковом направлении. Это позволяет охватить заданную прямоугольную область в плане. Недра профиля участка характеризуются в терминах удельного сопротивления до заданной глубины. Таким образом, получаются 2-D и 3-D модели исследуемого грунта, которые называются геоэлектрическим профилем.

Традиционно интерпретация результатов геоэлектрического зондирования осуществлялась с помощью теоретических графиков удельного сопротивления. В настоящее время интерпретация результатов любого вида геоэлектрических исследований осуществляется с помощью специального программного обеспечения.

2. Метод сейсмической рефракции

Метод сейсмической рефракции является хорошо зарекомендовавшим себя и традиционным неразрушающим методом. Этот метод заключается в генерации упругих волн в заданной точке поверхности. Эти волны регистрируются приемниками (вертикально-чувствительными геофонами), расположенными вдоль линейной решетки на поверхности. Источником волн может быть небольшой взрыв или механический вертикальный удар молотка по стальной пластине, установленной на поверхности земли. Метод показан на рисунке-2(а).

Метод сейсмической рефракции для расчета толщины конкретного пласта. Метод сейсмической рефракции

Если грунт-A находится ближе к поверхности и подстилается грунтом-B с более высокой скоростью распространения волн, то часть волн будет преломляться на границе раздела. Можно показать, что критический угол преломления (ic) связан с отношением скоростей волн следующим уравнением:

V1/V2 = sin(ic)

Критический угол преломления — это отношение скорости преломленных волн, идущих вдоль границы раздела, к скорости нижнего слоя.

d/V1 = t1

Принимая h1 за толщину почвы-A, время прихода преломленной волны составляет:

t2= [2h1/cos(ic) x V1]+[d/V2]-[2h1tan(ic)/V2].

Для точки пересечения двух прямых:

t1 = t2

С помощью приведенных выше уравнений можно получить значение толщины h1 верхнего слоя.

3. Метод спектрального анализа поверхностных волн (SASW)

Метод SASW предполагает генерацию волн Рэлея в заданной точке поверхности. Вызванное вертикальное движение на различных расстояниях регистрируется приемниками, расположенными вдоль линейной решетки, как показано на рисунке 3.

Метод SASW для измерения свойств почвы путем генерирования волн Рэлея в заданной точке поверхности Спектральный анализ метода поверхностных волн

Волны Рэлея распространяются в слоистом грунте с различной длиной волны и фазовой скоростью из-за изменения жесткости сдвига от слоя к слою. Чем больше длина волны, тем глубже слой, вовлеченный в рассеивание волны, как показано на рисунке 4.

Распространение волн Рэлея в методе Spectral-Analysis-of-Surface-Waves Представление длины волны в различных слоях почвы

Интерпретация этих записей с помощью цифровых кодов, специально разработанных для этой цели, приводит к получению профиля с распределением Vs по глубине. Поэтому данный метод можно рассматривать как неразрушающую альтернативу сейсмическим полевым (разрушающим) испытаниям, таким как поперечные или скважинные испытания.

4. Наземный проникающий радар (GPR) Метод

Применение георадара основано на том, что электромагнитные (ЭМ) волны распространяются в грунте со скоростью света, деленной на квадратный корень из диэлектрической проницаемости материала.

V = C/ Метод георадара

Как правило, передатчик и приемник объединены в одном устройстве. Перемещая этот прибор по поверхности вдоль прямой линии и поддерживая высокую скорость излучения, получают непрерывную запись, как показано на рисунке 5. Интерпретация этих результатов осуществляется с помощью специализированного программного обеспечения.

5. Преимущества и недостатки геофизических методов

В Таблице-1 приведены основные преимущества и недостатки описанных неразрушающих методов и их возможности.

МетодПреимуществаНедостаткиВозможностиЭлектрическое сопротивление1. Недорогой метод.
2. Достаточно простая интерпретация.1. Требуется несколько измерений с использованием различных схем расположения источника и приемника. 2. Не уникальность результатов.1. Геологическое картирование
2.Гидрогеология 3. Глубина залегания грунтовых вод
4. Верхняя часть коренных пород
5. Обнаружение полостейСейсмическая рефракция1. Недорогой метод.
2. Достаточно простая интерпретация.1. Относительно большое смещение источника и приемника. 2. Работает только в том случае, если VP увеличивается с глубиной. 1. Геологическое картирование
2. Гидрогеология
3. Глубина уровня грунтовых вод
4. Верхняя часть подстилающей породыSASW1.Хорошая характеристика неглубоко залегающего материала.
2. Точный профиль Vs с глубиной.1. Требуется несколько измерений с использованием различных схем расположения источника и приемника. 2. Интерпретация требует высокой квалификации.1. Геологическое картирование
2. Профиль Vs с глубинойGPR1. Портативное оборудование.
2. Простота визуализации информации для неспециалистов.1. Очень ограниченное проникновение в богатых глиной средах.
2. Дисперсия и рассеяние выше, чем при других сейсмических исследованиях.1. Геологическое картирование
2.Гидрогеология 3. Обнаружение полостей Преимущества и недостатки неразрушающих методов

Часто задаваемые вопросы

В чем заключается концепция метода георадара?

Метод георадара основан на распространении электромагнитных волн в грунте. Когда волны встречают границу раздела материалов, некоторое количество энергии отражается обратно в землю. Таким образом, может быть записан непрерывный профиль почвы.

Почему метод SASW сложнее метода GPR?

В методе SASW результаты не могут быть интерпретированы неспециалистом, в то время как в методе GPR результаты очень просты и могут быть интерпретированы неспециалистом.

10 самых распространенных причин разрушения фундамента

Этапы подготовки участка к строительству — отчет о грунте, раскопки и т.д.

Какие испытания грунта проводятся для принятия решения о закладке свайного фундамента?

Читайте далее:
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Центрсельстрой