Руководство по геотехническому контролю за подготовкой оснований и возведением грунтовых сооружений в энергетическом строительстве (стр. 47 )

8.3.2. Наблюдения в этом варианте выполняются с высокоточной портативной двух-четырехканальной сейсмической аппаратурой, допускающей возможность измерения времени в несколько миллисекунд с точностью до 1-2 сотых миллисекунды.

Сущность методики состоит в измерении времени пробега упругой волны, возбуждаемой ударом молота на некоторой постоянной базе, определяемой опытным путем. Наблюдения ведутся непрерывно вдоль прямолинейных профилей. Шаг перемещения вдоль профиля равен базе наблюдений. Для оценки состояния уплотненного слоя грунта на площади исследований размещают систему параллельных профилей. Количество профилей определяется требуемой детальностью исследований и производительностью работ.

Чем больше детальность, тем больше времени требуется на обработку площади. Исходя из необходимой детальности контроля и допустимого времени на его выполнение, выбирается схема наблюдений.

Для характеристики верхней части разреза - отсыпанного и утрамбованного слоя - используют одну постоянную базу измерений. Эффективное значение скорости вдоль профиля для данной базы наблюдений находят из соотношения

v = x / t, (116)

где x - база измерений или расстояние между приборами; t - время пробега между сейсмоприемниками.

Измеренное значение скорости характеризует слой, мощность которого связана с длиной зарегистрированной волны

Dh » l / 4, (117)

где l - длина волны.

Так, при скорости v = 400 м/с частота зарегистрированной волны f = 100 Гц

l = v / f = 400 : 100 = 4 м,

а мощность контролируемого слоя

Dh = 4 : 4 = 1 м.

Управлять частотой возбуждаемых и регистрируемых волн можно путем использования подставок из разных материалов, по которым наносится удар, или применяя различные фильтрации, если ими снабжена регистрирующая аппаратура.

В сейсмическом методе при работах с возбуждением колебаний ударами кувалды последние обычно наносятся по специальной подставке (подложке) для улучшения качества и унификации условий удара. Подставка обычно представляет собой или отрезок ствола дерева твердых пород диаметром 15-20 см и такой же высоты, или металлический диск того же диаметра. Применение в качестве подложки металлического диска существенно повышает частоту возбуждаемых колебаний (уменьшает длину регистрируемой волны) и, соответственно, уменьшает мощность характеризуемого слоя. Использованием фильтраций можно как понижать, так и повышать частоту регистрируемой волны. Таким образом, сейсмический метод принципиально располагает возможностью характеризовать слой требуемой мощности.

Составление корреляционного графика r = f (vp)

8.3.3. Критерием достаточности уплотнения отсыпанного и утрамбованного слоя может быть как сама величина скорости, так и соответствующая ей плотность грунта. Для этого в начале работ должно быть получено корреляционное соотношение r = f (vp), которое затем используется для пересчета значений скорости в величины плотности.

Делается это следующим образом. После отсыпки слоя грунта в процессе его укатки отбираются пробы методом режущего кольца и одновременно в том же месте производятся измерения скорости vp. Исходным материалом для корреляционного соотношения служат пары значений (r, vp), полученные в ходе укатки. Для получения надежного соотношения необходимо иметь 10-12 парных значений, охватывающих по возможности широкий диапазон значений r, vp [127].

В качестве примера на рис. 40 приведен график r = f (vp), полученный для намывных песков. Для повышения надежности исходных данных на каждой площадке измерений отбирается 4 образца грунта и производится 4 замера скорости. Примерная схема наблюдений дана на рис. 41. По каждой опорной площадке сравниваемые значения r и vp получаются как среднее из 4-х замеров

, . (118)

Рис. 40. Зависимость скорости vp от плотности сухого грунта для намывных песков (слой 1 м) по данным

Рис. 41. Примерная схема размещения линий сейсмических измерений и отбора проб грунта

1 - место отбора проб; 2 - пункт удара; 3 - сейсмоприемник.

После обработки требуемого числа опорных площадок, охватывающих достаточный диапазон изменения скорости v и плотности r, данные измерений наносятся на координатную плоскость (r, v). Полученная система точек аппроксимируется прямой или кривой линией (рис. 40).

Оценка эффективности уплотнения

8.3.4. При стандартной методике геотехконтроля критерием эффективности уплотнения служит величина плотности грунта. Выбираются определенные значения плотности, в пределах которых грунт считают оптимально уплотненным. По графику r = f (vp) находят диапазон скорости, соответствующей оптимально уплотненному грунту. Если на каком-то участке насыпи скорость имеет меньшую величину, это значит, что грунт здесь недоуплотнен. Повышенные значения скорости будут говорить о переуплотнении грунта. В принципе, если измерительная аппаратура используется только для целей геотехконтроля, можно проградуировать ее прямо в значениях плотности. Пример карты скоростей, полученной на супесчаной плотине в процессе контроля уплотнения очередного слоя грунта, приведен на рис. 42 [143].

Рис. 42. Поля скоростей vp в супесях Дангаринской насыпи при ее высоте 16 м.

Мощность изучаемого яруса 1,5 м (а) и 3,0 м (б)

1 - точка определения и значение скорости vp; 2-4 - зоны качества уплотнения насыпных грунтов (2 - выше проектного; 3 - проектного; 4 - ниже проектного;) 5 - ось будущего канала.

Оценка состояния насыпи по глубине по данным сейсмических наблюдений с поверхности

8.3.5. Сейсмический метод располагает возможностью восстановления скоростного строения толщи грунта при условии, что скорость монотонно (или скачками) возрастает по глубине.

Практикой установлено, что это условие на искусственных насыпях в большинстве случаев выполняется. Форма наблюдаемого в этом случае сейсмического годографа - криволинейного (градиентное строение среды), либо ломаного (пластовое строение) - дает возможность получить закон изменения скорости от дневной поверхности по глубине насыпи. Если для материала насыпи ранее было установлено корреляционное соотношение скорость-плотность, то тем самым может быть получен закон изменения плотности по глубине r = f (h).

Обработка годографов преломленных волн (пластовое строение) выполняется традиционными способами, описанными в любом пособии по инженерной сейсморазведке [126, 137].

Обработка годографов рефрагированных волн, получаемых в случае плавного возрастания скорости по глубине, производится следующим образом. На годографе произвольным образом выбирается несколько точек A1, A2, …, Ai, через которые проводятся касательные к выпуклому годографу. Скорости, определенные по наклону этих касательных, обозначим v1, v2, …, vi. Пересечение каждой из прямых с осью времен дают времена t01, t02, …, t0i. Кроме этого, для расчета графика v = f (h) нужны значения скоростей, определенных по наклону прямых из начала координат (точка 0), в каждую из точек на годографе A1, A2, …, An. В качестве примера определим скорости для точки A3:

v3 = 0 x3 / (t3 – t03); (119)

v3 = 0 x3 / t3. (120)

Для расчета глубины, на которую проник каждый из лучей в отмеченных точках A1, …, Ai, используют величину скорости, определяемую из соотношения

. (121)

Максимальная глубина, на которую проник луч, пришедший в точку A, определяется по формуле

. (122)

Заключительный этап интерпретации годографа рефрагированной волны состоит в построении графика v = f (h) по точкам с координатами vi, hi (рис. 43).

При необходимости полученные величины скоростей v могут быть преобразованы в соответствующие значения плотности r по корреляционному графику связи r = f (h).

8.3.6. Контроль внутренних частей насыпи при любом изменении характеристик слагающего ее грунта может быть осуществлен с помощью наблюдений за проходящими волнами, которые можно регистрировать, используя конфигурацию поперечного сечения плотины (насыпи). Сущность методики заключается в расположении сейсмического профиля вкрест продольной оси плотины, через два ее противоположных склона и гребень (рис. 44). Имея время распространения упругих волн при нескольких положениях источника колебаний, можно восстановить скоростное строение внутренних частей насыпи для рассматриваемого сечения. Решение задачи производится путем расчетов на ЭВМ по специальным программам. Для наблюдений в данном случае предпочтительно использовать многоканальную сейсмическую аппаратуру, хотя в принципе можно работать и с одноканальной. В частности, для случая, показанного на рис. 44, была использована одноканальная сейсмическая установка с накоплением.

Рис. 43. Годограф рефрагированных волн, схема хода лучей упругих волн в градиентной среде и график изменения скорости по глубине

Рис. 44. Годографы (а) и схема хода лучей в поперечном сечении искусственной насыпи (б)

8.3.7. В результате проведенного этапа геотехконтроля отчетным материалом может быть профиль с выписанными значениями скорости продольных волн для отсыпанного и укатанного слоя заданной технологии отсыпки грунта, если контроль ведется выборочно вдоль одной линии. При необходимости это может быть карта значений скорости для изученной площади, подобная изображенной на рис. 42. На карте выделяются участки, нормально уплотненные, недоуплотненные и переуплотненные. При необходимости карта скоростей может быть преобразована в карту плотностей с помощью графика связи r = f (vp), полученного в начальный период отсыпки данного сооружения.