Руководство по геотехническому контролю за подготовкой оснований и возведением грунтовых сооружений в энергетическом строительстве (стр. 66 )

Наибольшее распространение в плотномерах получили заинверсионные зонды, обеспечивающие однозначную интерпретацию результатов измерений во всем диапазоне возможных значений плотности пород.

Для измерения плотности приповерхностного слоя пород на глубины до 1 м и образцов пород используют плотномеры, регистрирующие ослабление породой первичного излучения источника на пути до детекторов гамма-квантов. У таких приборов с увеличением плотности регистрируемое излучение уменьшается, как правило, по экспоненциальному закону, т. е. как и у заинверсионных зондов.

Опыт практического использования радиоизотопных методов для измерения влажности и плотности пород показал, что основные их достоинства сводятся к следующему:

- измерения можно проводить непосредственно в исследуемом массиве горной породы без нарушения ее естественного сложения и происходящих в ней процессов;

- результаты измерений характеризуются большей представительностью, т. к. свойства пород усредняются по объему, составляющему 0,05-0,20 м3;

- обеспечивается хорошая воспроизводимость результатов, так как измерения в заданной точке могут выполняться с произвольной повторяемостью;

- измерения можно проводить с любой детальностью, вплоть до получения непрерывных пространственных и временных распределений;

- в несколько раз повышается производительность измерений;

- резко снижаются затраты ручного труда и объемы аналитических работ;

- отпадает необходимость в консервации, транспортировке и хранении проб.

2. Современные радиоизотопные приборы [144]

Принципиальная блок-схема основных функциональных узлов радиоизотопного прибора для измерения влажности и плотности грунтов приведена на рис. 3.1. Нейтроны или гамма-кванты источника 1 после взаимодействия с горной породой регистрируются детектором 2. При измерении влажности используются главным образом плутоний - или америций-бериллиевые источники быстрых нейтронов, при измерении плотности - изотопы цезий-137 или кобальт-60. В качестве детекторов нейтронов применяют преимущественно газонаполненные или бор-фтористые или гелиевые счетчики, а также сцинтилляционные детекторы на основе специальных светосоставов. Гамма-излучение регистрируют газоразрядными или сцинтилляционными детекторами. Для одновременного измерения влажности и плотности используют универсальные сцинтилляционные детекторы на основе лития-6, позволяющие раздельно регистрировать нейтроны и гамма-кванты.

Рис. 3.1. Функциональная схема радиоизотопного влагоплотномера

а) измерительный преобразователь; б) регистратор.

Предусилитель 3 обеспечивает электрическое согласование детекторов излучения с кабельной линией связи и предварительное усиление электрических импульсов, возникающих в детекторе под действием излучения. С выхода предусилителя импульсы с помощью кабеля передаются на линейный усилитель регистратора 4. В ряде случаев на вход усилителя для проверки работоспособности регистратора вместо импульсов измерительного преобразователя могут подаваться импульсы с блока питания 10. Выходные импульсы линейного усилителя 4 поступают на интегральный дискриминатор 5, при помощи которого задается амплитудный порог регистрации нейтронов или гамма-квантов. С выхода формирователя 6 снимаются сформированные по амплитуде и длительности импульсы, которые через ключ электронного таймера 7 поступают на пересчетное устройство или интенсиметр 8. Импульсы регистрируются устройством с цифровой индикацией в течение интервала времени, задаваемого электронным таймером, или в аналоговой форме с помощью измерителя скорости счета 9. Электрическое питание осуществляется от встроенного автономного источника, напряжение которого с помощью блока питания 10 преобразуется в напряжения, необходимые для питания отдельных элементов прибора.

Основные технико-эксплуатационные характеристики отечественных и некоторых зарубежных радиоизотопных влагоплотномеров приведены в табл. 3.1.

Таблица 3.1

Основные технико-эксплуатационные характеристики радиоизотопных влагоплотномеров

Наименование и тип прибора	Диапазон измерения	Основная погрешность измерения (не более), кг/м3	Время измерения (не более), с	Активность радиоактивных источников	Предельная глубина измерений, м	Диаметр скважинного измерительного преобразователя, мм	Общая масса основных блоков, кг
объемной влажности W·10-2, кг/м3	плотности, r·10-2, кг/м3	объемной влажности	плотности	объемной влажности	плотности	нейтронов, нейтр/с	гамма- квантов, Бк·107
Радиоизотопный влагоплотномер УР-70	0,3-10	12-27	15	30	60	40	105	4,9	25	45	30
Радиоизотопный влагоплотномер РИП-202	0,3-10	12-27	15	30	100	40	5х104	4,9	25	45	25
Поверхностно-глубинный влагомер ВПГР-1	0,2-10	-	15	-	100	-	5х104	-	30	36	17
Поверхностно-глубинный плотномер ППГР-1	-	12-23	-	40	-	100	-	1,0	30	35	19
Глубинный радиоизотопн. плотномер РПГ-36	-	12-23	-	50	-	60	-	2,5	20	36	26
Глубинный радиоизотопн. влагомер РВГ-36	0,3-10	-	15	-	60	-	105	-	20	36	25
Совмещенный радиоизотопн. влагоплотномер СРПВГ	0,3-10	12-23	15	40	60	60	105	2,5	20	35	-
Поверхностный влагоплотномер РВПП-1	0,3-3	10-25	10	50	100	100	5х104	7,4	0,3	-	19,5
Плотномер радиоизотопн. переносной РПП-2	-	10-25	-	50	-	100	-	2,5	0,3	-	16,6
Влагоплотномер фирмы Nuclear Enterprises (Великобритания)	0,3-10	12-23	15	40	30	180	7,5х104	2,2	-	38	39,7
Влагоплотномер фирмы Troxler Electronics (США)	0,3-10	10-25	15	20	60	60	2,5х104	11,1	-	38	22,5

Прибор УР-70 и его усовершенствованная модификация РИП-202 укомплектованы двумя зондами для раздельного измерения влажности и плотности. Кроме того, защитно-градуировочные контейнеры этих приборов обеспечивают проверку и в случае необходимости корректирование градуировочных зависимостей путем создания в защитно-градуировочном контейнере определенных потоков нейтронного и гамма-излучения на соответствующие детекторы измерительных преобразователей. Особенностью приборов ВПГР-1 и ППГР-1 является то, что в них конструктивно предусмотрена возможность измерения влажности и плотности грунтов в приповерхностном слое до глубины 0,3 м. Наличие специальных переходников в приборах РВГ-36 и РПГ-36 позволяет проводить измерения зондами разной длины. Влагоплотномер СРПВГ обеспечивает одновременные измерения влажности и плотности горных пород за счет совмещения в скважинном зонде двух измерительных преобразователей. Поверхностный влагоплотномер РВПП-1, в котором для регистрации нейтронов и гамма-квантов используется монокристалл йодистого лития, обогащенного изотопом литий-6 и активированного европием, также позволяет измерять влажность и плотность грунтов.

Приведенные в табл. 3.1 зарубежные влагоплотномеры не имеют принципиальных отличий от отечественных аналогов.

В последние годы разрабатываются совмещенные радиоизотопные влагоплотномеры с выводом информации в единицах измеряемых параметров и автоматическим учетом влияния на показания ряда мешающих факторов.

3. Метрологическое обеспечение РИП [144]

Метрологическое обеспечение радиоизотопных измерений влажности и плотности горных пород включает в себя следующее:

- выбор и обоснование номенклатуры нормируемых метрологических характеристик;

- разработку образцовых мер, воспроизводящих размеры измеряемых величин;

- разработку образцовых средств измерений и методик их аттестации;

- разработку поверочных схем для определения системы передачи размера единиц влажности и плотности от образцовых средств измерений к рабочим влагоплотномерам;

- разработку методик поверки влагоплотномеров и проведения с их помощью измерений;

- строгое соблюдение этих методик при проведении измерений.

Градуировка РИП является важнейшей операцией, определяющей качество и достоверность получаемой в результате измерений информации. Наибольшее распространение в настоящее время получили следующие способы градуировки:

- полевая градуировка в естественных условиях;

- лабораторная градуировка с использованием модельных сред известной влажности и плотности;