CC BY
53
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: [email protected]
