CC BY
60
УДК 624.138:550.837
Н. Ю. Никулин
ГЕОРАДИОЛОКАЦИОННЫЙ МОНИТОРИНГ ПРИ ИЗУЧЕНИИ СВОЙСТВ ЗАКРЕПЛЕННОГО МАССИВА
Традиционный прямой геомеханический мониторинг (отбор и испытание образцов, статическое зондирование) является универсальным, поскольку обеспечивает контроль на любой стадии закрепления грунтов в любой его точке. Методы акустического и электрического профилирования позволяют реализовать одномерный (послойный) мониторинг. Для обеспечения двухмерного мониторинга целесообразно исследование возможностей вертикального электрического зондирования (ВЭЗ) с последующей инверсией и георадиолокации. Данные геофизические методы позволяют осуществлять изучение массива непрерывно или с наименьшим шагом вдоль профиля. Ниже изложены результаты двумерного (дифференцированного) мониторинга на опытном участке высоконапорной инъекции (ВНИ) грунтов, схема которого представлена на рис. 1. Результаты, полученные прямыми механическими и геофизическими методами, приведены в работах [1—2]1.
И-1
І-1) 4 м
И-2 ШЭЗ-2)
вых ВЭЗ, а также решать геологические задачи. Нацеленность на геологический результат является отличительной особенностью программы IPI2Win по сравнению с другими распространенными программами автоматического решения обратной задачи.
Для интерпретации георадиолокационных данных использовался штатный программный комплекс веоБсап 32, а также специальная программа для построения интегрированных радаро-грамм с различным шагом интегрирования [3].
Результаты интерактивной интерпретации ВЭЗ представлены в виде разрезов эффективных УЭС и геоэлектрических разрезов, которые приведены на рис. 2.
По полученным экспериментальным данным построены графики зависимостей средних значений относительных истинных р и эффективных рк удельных электросопротивлений (УЭС) от расхода закрепляющего раствора на различных этапах ВНИ (рис. 3).
И-3
И-4
4 м
^77777 777777777777" //////////// ************ -*Г**7
о £ \ ^ &
Рис. 1. Схема контроля процессов укрепления массива при ВНИ:
1 - зона закрепления; 2 - массив с неизученными свойствами; 3 - почвенно-растительный слой; И-1-4 - инъекторы;ВЭЗ-1-4 - точки вертикального электрического зондирования; ПГЗ - профиль георадиолокационного зондирования
Георадиолокационное зондирование осуществлялось аппаратурой ОКО-2 с антенным блоком АБ-400, что позволило изучать массив на глубину до 5 м. Зондирования проводились на всех этапах ВНИ вдоль профиля, совпадающего с линией размещения инъекторов, с шагом зондирования 5 см.
Интерактивная интерпретация данных ВЭЗ выполнялась в компьютерной программе IPI2Win, которая предназначена для одномерной интерпретации данных ВЭЗ по одному профилю наблюдений. Данная программа позволяет произвести удовлетворительный подбор теоретических кри-
1 Работа выполнена в рамках выполнения федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 гг. Соглашение №14.В37.21.0581 от 20 августа 2012 г.
Выполнена оценка изменения интегрального показателя УЭС 1р, который определялся по следующей формуле:
I р = ТГI Р/'8 •
8 0
где рг- — УЭС /-ого слоя; — площадь /'-ого слоя,
вычисленная по геоэлектрическому разрезу; 80 — площадь зоны контроля в сечении.
Из анализа полученных графиков следует, что на протяжении 7 сут. после ВНИ происходит равномерное снижение относительного эффективного УЭС на 14—22 % для инъекторов И-2 и И-3. На крайних инъекторах И-1 и И-4 на следующие сутки после закрепления происходит увеличение УЭС на 5 % с последующим снижением на 9—12%,
1,5
2,2
3.0
4.0
8.0
11,0 ЛЯ/2, м
' 1 1 1 V/,
. х/ '
к -
//// / /////, '/////
■ -
5,5
II,С
'///У/,
- - - --—
у///' '////,
V
0,0
1,0
2,0
3.0
4.0 Л, м
0,0
1.0 2,0
3.0
4.0 Л, м
И-2
10 х, м 10 13 17 23 30
—I II И "
И-З И-4 И-1 И-2
рТх] |еш | Ш |впз|
51ц
ЕЕ |123| П1Ш
т
ни
И-З
ш
10 х, м
И-4
ІШ1
ш
ЕД2
ш
Ш1
Ш1
им
ШІ
ЕЕ
ГШ1
ЕЕЗ
ШЕЭ
ШІ
Ш
[ЖЗ
ЕЗ
шґ
[ГхкГ^ЗЭ1
ш ^
о
6 8
О
6
10 х, м
10 х, м
Рис. 2. Разрез эффективных УЭС (а) и геоэлектрический разрез (б): ї0 - до проведения ВНИ; ї1 - через 1 сут. после ВНИ; ї2 - через 7 сут. после ВНИ; ї3 - через 62 сут. после ВНИ; ї - значение УЭС; ВЭЗ-1-4 - ось вертикального электрического зондирования; И-1-
4 - инъекторы
что свидетельствует о повышении влажности массива. Дальнейшие наблюдения позволили установить закономерности, отражающие процесс набора прочности закрепленного массива, это отображается в увеличении УЭС для всех инъекторов во временном интервале 7-62 сут. после ВНИ. Наибольшие изменения УЭС наблюдаются при расходе закрепляющего раствора 0,25 м3.
Зависимость изменения истинных УЭС во времени повторяет зависимость изменения эффективных УЭС, так на протяжении 7 сут. после нагнетания закрепляющего раствора происходит снижение эффективных УЭС на 18-21 % по отношению к начальным значениям, далее на протяжении 55 сут. наблюдается монотонное увеличение УЭС на 10-15 %, при этом начальные зна-
а
гк / гт 1, о
0,90
0,80
0,70
Гк / Г0 0,95
0,90
0,85
0,80
0,75
/р, Омм
5,5
5,0
4,5
4,0
V = 0,45 м3» *'■
Ч*ч * • • * О • ^ «О* = 0,15 м3
« * • * * V * ► ♦ ♦ тЛят^Т=0,25 м.3
♦ ***** **^17' л лг 3 V = 0,35 м
\‘Л \ * * V = 0,35 м3/ і X*
1 V = 0,15 му
І 0,45 м: Ий£‘*‘ V = 0,25 м3
1 уг* 1
к0 0,95
0,90
0,85
0,75
♦
V ч \ ч \ N ч / / / / / / / /
/ / / і г г / ^г2
б
V \
( \ * 1 V = 0,25м3 ^
і ч ч ♦ 1 \ ♦ \ л л ^ ** , "V = 0,35 м3^—
1 * л V * \^У= 0,15 ¥= 0,45 м3
г0 *1 *2
/р, Омм
4,5
4,0
0
^ 4> ✓ ч
* г3 * Ґ' \
\
г сут 0,15 0,25 0,35 V, м3
Рис. 3. Изменение среднего относительного УЭС (а), истинного относительного УЭС (б) и интегрального показателя УЭС (в) в зависимости от стадии ВНИ и расхода V закрепляющего раствора: г0 - до проведения ВНИ; г1 - через 1 сут. после ВНИ; г2 - через 7 сут. после ВНИ; г3 - через 62 сут. после ВНИ
чения УЭС (до ВНИ) достигнуты не были.
Анализ изменения интегрального показателя УЭС показал, что наибольший набор прочности закрепляющим раствором произошел на инъекто-ре И-3 (0,25 м3), эти данные согласуются с результатами, полученными другими методами изучения массива [1-2], при этом введение интегрального параметра повышает информативность монито-
ринга.
Результаты георадиолокационных исследований в форме исходных и интегрированных рада-рограмм представлены на рис. 4.
Данные георадиолокационного зондирования в интегральном виде получены путем разбиения исходной радарограммы на секторы прямоугольной формы с размерами Дx и ^, площадь которых
Рис. 4. Результаты электромагнитного сканирования на различных стадиях ВНИ ((—(ц):
1 - исходная радарограмма; 2 - обработанная радарограмма с шагом интегрирования Ах = А1 = 0,2 м; 3 - интегрированная радарограмма с шагом 1,0 м; И-1-4 - инъекторы
задается интерпретатором, и нахождения среднего значения амплитуды отраженного сигнала А по каждому из секторов. Цветовая заливка каждого из секторов осуществляется согласно цветовой градации А в исходной радарограмме. Далее для каждого инъектора произведено суммирование значений А в зоне его расположения, и найдено
среднее значение А . Результаты проделанной операции представлены в виде зависимостей изменения А / Ао от расхода закрепляющего раствора на различных этапах ВНИ (рис. 5), а также интегрального показателя 1а, аналогичного 1Р.
Анализ полученных результатов позволить сделать следующие выводы:
- наиболее интенсивный набор конечной
прочности массива приходится на инъектор И-2 с расходом закрепляющего раствора 0,25 м3;
- в целом после ВНИ наблюдается снижение величины контролируемого параметра А, а через 7 сут. после ВНИ происходит увеличение А, что говорит о наборе прочности;
- в качестве количественного критерия при двумерном мониторинге процессов закрепления массива целесообразно применять интегральные показатели 1р и 1а.
В зависимости от особенностей строения и свойств укрепляемого массива существует оптимальный объем закачиваемого раствора, который может быть установлен путем комплексных исследований на начальных стадиях ведения укрепительных работ.
а
Рис. 5. Изменение среднего относительного значения А (а) и интегрального показателя 1А (б) в зависимости от стадии ВНИ и расхода закрепляющего раствора
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Никулин, Н. Ю. Экспериментальное исследование геомеханических процессов в зоне высоконапорной инъекции грунтов / Н. Ю. Никулин, С. М. Простов, В. А. Хямяляйнен, О. В. Герасимов // Вест-ниу КузГТУ. - 2013. - №2. - С. 3-9.
2. Изучение состояния и свойств закрепленного массива методами электрического зондирования / Никулин Н. Ю. // Вестник КузГТУ, 2013. - №3. - С.2-6.
3. Простов, С. М. Совершенствование методики интерпретации георадарограмм / С. М. Простов, Е. А. Салтымаков // Природные и материальные ресурсы Сибири : матер-лы IX Междунар. науч.-практ. конф. - Кемерово, 2012. - С. 254-257.
□ Авторы статьи:
Никулин Николай Юрьевич, аспирант КузГТУ, инженер-геофизик ООО «НООЦЕНТР-Д», e-mail: n.v.nikulin@mail.ru
