Руководство по геотехническому контролю за подготовкой оснований и возведением грунтовых сооружений в энергетическом строительстве (стр. 65 )

4.5. На расчищенную площадку устанавливают плиту устройства, закрепляют ее костылями и производят нивелирование поверхности специальным приспособлением. Оно состоит из рейки, устанавливаемой на плиту над окном. В рейке имеются отверстия, в которые вставляется мерный стержень. С его помощью замеряется положение поверхности грунта относительно основания плиты устройства. Замер положения поверхности грунта производится по двум взаимноперпендикулярным положениям в разных точках. Результаты замеров складываются, сумма делится на число замеров и получается осредненная высота объема, не заполненного грунтом. Чтобы получить этот объем, нужно высоту умножить на площадь окна в плите, которая равна (pd2) / 4, где d - диаметр окна в плите.

Таким образом получается поправочный объем, который учитывается при определении объема грунта, вынутого из лунки.

4.6. После нивелирования поверхности грунт осторожно совком выбирают из лунки. Диаметр лунки должен совпадать с диаметром отверстия в плите, глубина лунки должна быть несколько больше высоты нижнего конуса вкладыша, уклоны откосов - не положе 60-45°. Для контроля размеров лунки применяется шаблон, устанавливаемый в окно плиты, шаблон поворачивается по кругу. Лунку выбирают до тех пор, пока при поворачивании шаблона он не будет касаться грунта, после чего производится зачистка поверхности лунки щеткой.

4.7. Отобранный из лунки грунт тщательно собирают в емкости, масса которых равна m1, и взвешивают на весах с точностью до 100 г, получают массу m2. Масса грунта, отобранного из лунки, равна mг = m2 – m1.

4.8. После взвешивания отобранного грунта из него сразу же отбирают пробу на определение влажности. Влажность крупнообломочного грунта определяется объемометрическим методом по специальной инструкции, разработанной в НИСе Гидропроекта.

4.9. После проверки шаблоном размеров лунки и зачистки ее поверхности устанавливают на плиту вкладыши, полый конус с воронкой и приступают к заполнению лунки песком.

Песок для заполнения лунок готовится заранее (высушивается и просеивается через сито с размером отверстий 5х5 мм). Подготовленный песок подвозится в пронумерованных и взвешенных с песком специальных емкостях с крышками. Масса каждой емкости с песком должна быть не более 20-25 кг. Емкости снабжены ручками для переноса их двумя рабочими.

При отсыпке песка в лунку заслонкой в тубусе воронки регулируется скорость заполнения лунки песком, она должна быть примерно 1-2 л/мин. После того, как песок полностью заполнит лунку (он перестает сыпаться из воронки), оставшийся в воронке песок перекрывается заслонкой, высыпается в опорожненные емкости и взвешивается с ними на технических весах с точностью до 100 г.

Масса песка, засыпанного в лунку, определяется формулой:

mп = me1 – me2,

где me1 - масса песка в емкостях до загрузки в лунку; me2 - масса емкостей с оставшимся песком после заполнения лунки.

Объем песка, засыпанного в лунку, определяется по массе и его плотности в рыхлом сложении

Vп = mп / rd.

Объем лунки определяется по формуле

Vл = Vп + Vв - Vк,

где Vп - объем песка, насыпанного в лунку и устройство; Vв - объем вкладыша; Vк - объем полого конуса; Vв - Vк - определяется при тарировке устройства. Это постоянная величина для данного устройства.

После определения объема лунки песок из нее осторожно выбирается совком в те же емкости; если необходимо, емкости пополняются таким же песком, взвешиваются и подносятся к следующей лунке. Лунка заделывается грунтом с трамбованием.

Примечание: При отборе образца крупнообломочного грунта без мелкого заполнителя для того, чтобы песок не просыпался в поры крупнообломочного материала, необходимо поверхность лунки перед установкой плиты покрыть марлей. При этом нужно следить за тем, чтобы марля лежала свободно, не натягивалась, фиксировала все неровности поверхности.

4.10. В крупнообломочном материале, где невозможно выровнять поверхность грунта, необходимо внести поправку на неровности поверхности. К объему лунки, полученному в результате замера ее песком, следует прибавить поправочный объем с соответствующим знаком, полученный в результате нивелирования поверхности (рис. 2.4, 2.5). Объем грунта, вынутого из лунки, равен:

Vг = Vл ± Vпопр.

Рис. 2.4. Зависимости поправочных коэффициентов K от измеряемых объемов и содержания в галечнике мелкозема (фракция менее 5 мм)

а, б - для пленки толщиной d = 0,04 мм; в, г - для пленки толщиной d = 0,2 мм.

Рис. 2.5. Зависимости плотности галечника (т/м3) от объемов отбираемых проб шурфов-лунок

1 - объемы, измеряемые водой и пленкой d = 0,2 мм; 2 - то же и пленкой d = 0,04 мм;

3 - фактическая плотность галечника в баке 2х2х2 м.

4.11. Плотность грунта, отобранного из лунки, равна:

rг = m2 / Vг,

где m2 - масса влажного грунта, отобранного из лунки; Vг - объем грунта, отобранного из лунки.

Плотность сухого грунта, отобранного из лунки, определяется по формуле:

rd = r / (1 + W),

где r - плотность влажного грунта, отобранного из лунки; W - массовая влажность грунта в долях единицы, определенная объемометрическим методом.

Результаты определений и вычислений записываются в табличной форме в журнал (приложение 1, форма 12).

На рис. 2.4 приведены зависимости поправочных коэффициентов K от измеряемых объемов и содержания в галечнике мелкозема (диаметр фракций менее 5 мм).

На рис. 2.5 приведены зависимости плотности галечника от объемов отбираемых проб шурфов-лунок.

Приложение 3

СОВРЕМЕННЫЕ РАДИОИЗОТОПНЫЕ МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПЛОТНОСТИ И ВЛАЖНОСТИ ГРУНТА

1. Физическая сущность исследования свойств грунтов радиоизотопными методами [144]

Радиационные и ядерно-геофизические методы основаны на эффектах взаимодействия ядерных излучений с объектом исследования. Для изучения физических и физико-химических свойств пород используют практически все известные ядерные излучения, включая космические. Для определения плотности и влажности грунтов обычно применяется гамма - и нейтронное излучение изотопных источников, при этом используют эффект поглощения и рассеяния гамма-квантов и нейтронов на ядрах элементов, слагающих горные породы. Данные о литологии (четком составе и глинистости грунтов) получают в результате изучения естественной радиоактивности пород.

Традиционные методы определения влажности и плотности грунтов с отбором из скважин и горных выработок образцов и последующим их анализом имеют ряд серьезных недостатков: большую трудоемкость отбора образцов, низкую производительность и сравнительно высокую себестоимость отбора проб и лабораторных анализов. Кроме того, им присущи трудно учитываемые погрешности из-за недостаточной объемной представительности образцов и несоответствия условий, в которых испытывают образцы, природным. В некоторых случаях качественный отбор образцов вообще невозможен, например, в рыхлых крупнообломочных, мерзлых и переувлажненных осадочных породах. Радиоизотопные методы лишены этих недостатков и позволяют изучать свойства горных пород непосредственно в условиях их естественного залегания.

Основой нейтронных методов изучения влажности пород является регистрация нейтронного или радиационного гамма-излучения, обусловленного взаимодействием быстрых нейтронов с ядрами атомов исследуемой среды. Доминирующий процесс взаимодействия быстрых нейтронов с породой - упругое рассеяние. При упругом столкновении с ядрами атомов нейтрон теряет свою кинетическую энергию, причем, чем легче рассеивающее ядро, тем больше потери энергии. Поэтому замедляющая способность воды за счет легких ядер водорода в сотни раз превышает замедляющую способность ядер кислорода, алюминия, кремния и других наиболее распространенных элементов, входящих в состав горных пород. В связи с тем, что вариации химического состава скелета породы в большинстве случаев не оказывают существенного влияния на его замедляющую способность, определяющим фактором замедления быстрых нейтронов является содержание воды в породе. Поэтому, если в породу или на ее поверхность поместить источник быстрых нейтронов и на некотором расстоянии от него детектор замедлившихся (надтепловых или тепловых) нейтронов или гамма-квантов, образующихся при радиационном захвате тепловых нейтронов, то их регистрируемая интенсивность будет однозначно связана с влажностью исследуемой среды.

Характер зависимости между интенсивностью регистрируемого излучения и влажностью среды определяется конструктивными особенностями измерительного преобразователя нейтронного влагомера, в первую очередь базовым расстоянием между источником и детектором излучения (длиной зонда L). Различают доинверсионные зонды, характеризующиеся максимально возможным сближением источника и детектора излучения, инверсионные - длиной зонда 15-25 см и заинверсионные - с длиной зонда более 30 см. При решении инженерно-геологических задач наибольшее распространение получили нейтронные влагомеры с доинверсионными зондами, обеспечивающие требуемую точность измерений при относительно низких активностях источников нейтронов.

Измерение плотности пород с помощью гамма-излучения основано на использовании закономерностей взаимодействия гамма-квантов с электронами и ядрами элементов, входящих в состав этих пород. Для большинства пород при средних энергиях гамма-квантов происходит рассеяние на электронах атомов, сопровождающееся потерей энергии. Ослабление гамма-излучения определяется концентрацией электронов в породе, которая практически линейно связана с ее плотностью. Поэтому измерение плотности сводится к облучению исследуемой среды потоком гамма-квантов и регистрации ослабленного первичного или рассеянного гамма-излучения.

Зависимость между интенсивностью рассеянного породой гамма-излучения и ее плотностью имеет инверсионный характер. С увеличением плотности интенсивность регистрируемого излучения с доинверсионными зондами возрастает, с заинверсионными - убывает. Точка инверсии, по данным различных исследователей, соответствует величине rкр · L = 15¸18 г/см2, где rкр - критическая плотность, соответствующая точке перегиба, г/см3; L - длина зонда, см.