Руководство по геотехническому контролю за подготовкой оснований и возведением грунтовых сооружений в энергетическом строительстве (стр. 68 )

Результаты расчета абсолютной средней квадратической погрешности измерения плотности прибором УР-70 в зависимости от ее абсолютных значений приведены на рис. 3.3. Увеличение диаметра скважин от 50 до 100 мм сопровождается увеличением погрешности измерений более чем в 2 раза. При дальнейшем увеличении диаметра скважин наблюдается снижение погрешности измерений в области больших значений при резком возрастании погрешностей в области малых значений плотности. Это обусловлено тем, что точка инверсии зависимости интенсивности рассеянного гамма-излучения от плотности с увеличением диаметра скважин смещается в область более высоких значений. Сделанные выводы, по-видимому, можно распространить и на другие типы радиоизотопных влагоплотномеров в силу несущественных различий параметров первичных измерительных преобразователей этих приборов.

Рис. 3.3. Зависимость средней квадратической абсолютной погрешности измерения плотности s (r) от ее абсолютных значений для сухих (а) и водозаполненных (б) скважин различного диаметра

В процессе радиоизотопных исследований в различных гидрогеологических и инженерно-геологических скважинах установлено, что градуировочные зависимости влагоплотномера для таких скважин, получаемые в лабораторных условиях на модельных средах с известной влажностью и объемной массой, обычно не обеспечивают на практике требуемой точности результатов измерений. Это связано с тем, что в лабораторных условиях практически невозможно смоделировать реальные условия прискважинной зоны. Поэтому градуировку приборов для заданных конструкций скважин целесообразно осуществлять на основе сопоставления радиоизотопной информации с результатами опробования традиционными методами опорных скважин, проходка которых осуществляется с отбором керна. Тем не менее, при использовании скважин общего назначения для радиоизотопных измерений в некоторых случаях удается получить лишь качественную информацию о строении массива и свойствах слагающих его пород. Как правило, это происходит, когда:

- диаметр бурения скважин превышает наружный диаметр обсадной трубы более чем на 30 мм;

- проходка скважины осуществляется с промывкой;

- скважина имеет двойную обсадку или гравийную обсыпку.

В этих случаях для получения количественной информации необходимо применять двухзондовые модификации аппаратуры радиоактивного каротажа, обладающие большей глубинностью и меньшей чувствительностью к влиянию прискважинной зоны.

В отличие от разовых измерений при режимном изучении гидрогеологических и инженерно-геологических процессов технология оборудования измерительных скважин приобретает решающее значение независимо от типа используемой аппаратуры. При проходке скважины не должны быть нарушены естественное сложение и свойства пород в прискважинной зоне и должно быть обеспечено плотное прилегание колонны обсадных труб к породе с гидроизоляцией внутреннего пространства скважины. Выполнение этих требований в настоящее время представляет собой сложную техническую задачу, особенно при значительных глубинах измерительных скважин. Опыт показывает, что одним из вариантов решения этой проблемы является оборудование куста скважин, каждая из которых удовлетворяет указанным выше условиям лишь в ограниченном интервале глубин, в целом скважины обеспечивают перекрытие всей исследуемой толщи.

Режимный вариант измерений накладывает дополнительные требования и на аппаратурно-методическое обеспечение работ. Стандартное в техническом и методическом отношениях проведение радиоактивного каротажа не обеспечивает требуемой точности наблюдений за изменением свойств горных пород, сопровождающим различные процессы. Многолетний опыт использования радиоизотопных методов в режимном варианте позволяет определить основные пути решения этой задачи:

- повышение точности регистрации исходной радиоизотопной информации;

- обеспечение идентичности условий градуировки и поверки аппаратуры в течение всего цикла наблюдений;

- операционный контроль сохранности градуировочных характеристик аппаратуры;

- точная фиксация измерительного зонда в скважине на заданных глубинах.

Достоверность исходной радиоизотопной информации удается повысить за счет перехода на дискретную форму записи результатов измерений с одновременным увеличением времени измерения или числа повторных замеров в одних и тех же точках исследуемого массива. Кроме того, с целью уменьшения погрешностей, связанных с временным дрейфом аппаратуры, измерения в скважинах сочетают с параллельными измерениями в стандартном образце, что позволяет учитывать этот дрейф при обработке информации. Измерения выполняют в режиме дискретного каротажа.

Систематическая составляющая суммарной погрешности измерения свойств радиоизотопными методами, в том числе погрешность градуировки, практически не оказывает влияния на точность оценки изменений этих свойств во времени при сохранении условий измерений. Идентичность условий градуировки и поверки аппаратуры в течение режимных наблюдений обеспечивается использованием эквивалентов стандартных образцов. Такой способ является в настоящее время наиболее простым и доступным. Разработанные для этих целей устройства весьма просты в эксплуатации и обладают приемлемыми массогабаритными характеристиками.

5. Учет влияния факторов, обусловливающих радиационно-метрологические характеристики нейтронных и гамма-гамма-методов

К основным радиационно-метрологическим характеристикам (РМХ) нейтронных и гамма-гамма-методов относятся: абсолютные скорости счета, формы и крутизна кривых зависимости скорости счета от влажности и плотности, диапазон измерений, геометрические параметры показывающих сфер и показывающих слоев, погрешности измерений влажности и плотности.

К факторам, обусловливающим основные РМХ влагоплотномеров, относятся следующие: аппаратурные, скважинные, контактные и почвенно-грунтовые. Для обеспечения высокой точности определения влажности и плотности с помощью РИП необходимо учитывать влияние всех факторов.

Учет аппаратурных факторов

К аппаратурным факторам относятся [115, 130]: интенсивность излучения, эффективность радиометра, энергетический спектр излучателя, спектральная чувствительность детектора, взаимное расположение излучателя и детектора. Для исключения погрешностей определения влажности и плотности почво-грунтов, обусловленных уменьшением интенсивности излучателя из-за его распада и изменением эффективности радиометра в процессе старения детекторов излучения и элементов радиоэлектронных узлов, скорость счета определяют в относительных единицах Iотн:

Iотн = Iскв / Iкку,

где Iскв - абсолютная скорость счета в скважине; Iкку - абсолютная скорость счета в контрольно-калибровочном устройстве (ККУ).

Измерения Iкку производят непосредственно до и после замера Iскв.

Эффективность детекторов излучения, особенно газоразрядных и сцинтилляционных, зависит от температуры. Определения скоростей счета в ККУ и в почво-грунте следует проводить при одной и той же температуре, с допуском ±5°. При значительной разнице температур воздуха на поверхности и в скважине необходимо выдерживать плотномеры и влагомеры перед определением скорости счета некоторое время в скважине, а в ККУ зонд следует вводить на возможно короткое время.

Учет скважинных факторов [115, 130]

К скважинным факторам относятся: диаметр скважин, материал и толщина обсадных труб, зазоры между зондом, обсадными трубами и стенками скважин, а также заполнитель зазоров. Эти факторы оказывают значительное влияние на основные РМХ влагомеров и плотномеров, поэтому измерения влажности и плотности следует проводить при тех же условиях (диаметр скважины, материал, толщина стенки и диаметр обсадной трубы), для которых были получены калибровочные зависимости. При отступлении от этого требования необходимо закладывать скважину возможно меньшего диаметра (с учетом обсадной трубы). Толщина стенки обсадной стальной трубы при определениях плотности не должна превышать 4-5 мм. Материал и толщина дюралевых, пластмассовых труб при толщине их стенок до 3 мм слабо влияют на скорость счета плотномеров.

Алюминиевые и дюралевые трубы с толщиной стенок до 2-2,5 мм практически не влияют на скорость счета влагомеров. Стальные трубы при этой толщине значительно уменьшают скорость счета. При толщине стенок 4-5 мм и более стальные и пластмассовые трубы не только "смещают" кривую зависимости скорости счета от влажности вниз или вверх соответственно, но и уменьшают ее крутизну.

Если исследуются скважины больших диаметров, то необходимо корректировать калибровочные зависимости. При измерениях влажности и плотности почво-грунтов по скважинам, заполненным водой, нужно учитывать смещение зависимости скорости счета от влажности и плотности, поэтому, как и в предыдущем случае, следует пользоваться калибровочными зависимостями для скважин с водой.

Зазоры между скважиной и обсадной трубой, а также между скважиной и зондом, если она не армирована, искажают показания влагомеров и особенно плотномеров. В сухих скважинах при влажности почво-грунтов 30% зазоры в 4 и 10 мм уменьшают скорость счета влагомеров на 1,5 и 3% соответственно. Показания скважинных плотномеров увеличиваются примерно на 3-5% на каждый миллиметр увеличения кольцевого зазора. При заполнении затрубного пространства водой (при проведении измерений ниже уровня грунтовых вод) величина погрешности за счет наличия зазора несколько снижается для плотномеров и возрастает для влагомеров.

Учет контактных факторов

Контактные факторы [115] - это зазоры между подошвой датчика и почво-грунтом при поверхностных измерениях, деформации окружающего зонд концентрического слоя почво-грунта при вдавливании труб или зонда. Зазоры между подошвой датчика и почво-грунтом весьма сильно влияют на показания поверхностных влагоплотномеров.

Сплошной двухмиллиметровый зазор под подошвой датчика приводит к уменьшению скорости счета влагомеров на 1-3% и к увеличению скорости счета плотномеров на 3-6% при различных значениях влажности и плотности почво-грунта. Резко влияют на скорость счета и локальные пустоты под датчиком, особенно под детектором. Поэтому при определениях плотности и влажности поверхностными плотномерами и влагомерами выбирают ровную без каверн поверхность грунта, к которой плотно притирают подошву датчика зонда.