Все о геологии :: на главную страницу! Геовикипедия 
wiki.web.ru 
Поиск  
  Rambler's Top100 Service
 Главная страница  Конференции: Календарь / Материалы  Каталог ссылок    Словарь       Форумы        В помощь студенту     Последние поступления
   Геология >> Инженерная геология >> Грунтоведение | Диссертации
 Обсудить в форуме  Добавить новое сообщение

Разработка способов комплексных геофизических исследований грунтов, геотехнических и строительных конструкций

Капустин Владимир Викторович
Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук
содержание

Глава 2. Наземные методы исследований: обзор существующих методов и предложения по их дальнейшему совершенствованию.

В данном разделе рассматриваются возможности геофизических методов, появившихся к настоящему времени благодаря развитию теоретических основ методов, аппаратуры, вычислительной техники, методик проведения полевых работ и методов обработки. Предложены направления их развития с целью расширения круга решаемых задач.

1. Многоволновая сейсморазведка.

Ограничения на проведение наземных сейсмометрических исследований, накладываемые городскими условиями, определяются: необходимостью проведения работ на небольших по площади свободных участках, ограниченным временем, отводимым на проведение работ, высоким уровнем помех и неблагоприятными условиями для возбуждения и регистрации волновых полей.

В крупных городских агломерациях верхняя часть разреза чаще всего представляет собой сложную лито-техническую систему, при изучении которой большинство методов традиционной сейсморазведки сталкивается с техническими трудностями. Для исследования сложных неоднородных разрезов в ряде случаев достаточно успешно могут применяться методы, основанные на распространении сейсмической энергии вдоль направляющих поверхностей, в частности методы, основанные на изучении распространения поверхностных волн. Для наблюдения за распространением поверхностных волн могут быть использованы как расстановки параллельного просвечивания, так и томографические системы наблюдений.

Наблюдения на поверхностных волнах могут использоваться для определения участков разнородного строения, пустот и разупрочненных участков грунта, в частности образовавшихся в результате деформаций произошедших в грунтовом массиве, например за ограждающей конструкцией котлована. При использовании поверхностных волн необходимо изучать не только кинематические, но и динамические характеристики волн: амплитудно-фазовые характеристики, параметры поглощения. При изучении поглощающих свойств грунтов могут быть определены участки с аномально высоким поглощением, в которых процессы поглощения упругой энергии обусловлены структурной перестройкой в грунте.

Одной из особенностей современного развития методов инженерной геофизики является появившаяся возможность их использования для исследования строительных конструкций. Это касается в первую очередь волновых методов - георадиолокации, сейсморазведки, сейсмоакустики, ультразвуковых методов.

При обследовании построенных зданий с применением сейсмических и акустических методов могут решаться следующие задачи:

  • оценка состояния и степени однородности материала фундамента;
  • оценка фактической глубины заложения фундамента;
  • оценка условий контакта фундамента с грунтовым основанием;
  • оценка прочностных и деформационных характеристик грунтового основания.

    Для оценки контактных условий фундамента с грунтом предложено проводить измерения поверхностной волны на поверхности грунта и фундамента при ударном возбуждении колебаний на некотором расстоянии от фундамента. В работе предложено использование спектрального коэффициента передачи и получен экспериментальный материал, который более детально позволяет изучать условия контакта между грунтом и сооружением. Спектральный коэффициент передачи определялся отношением модуля спектра сигнала на фундаменте к модулю спектру сигнала на грунте:

     \begin {displaymath} К(j, \omega ) = {{\left| {K_f (j\omega )} \right|} \over {\left| {K_g (j\omega )} \right|}} \end{displaymath}

    Для определения глубины заложения ленточного фундамента и определения скорости распространения упругих волн в материале фундамента предложено и опробовано использование наблюдений по способу общей глубинной точки.

    Контроль качества создаваемых в грунте конструкций требует применения специальных методов, так как большинство традиционных методов, используемых при диагностике железобетонных конструкций, в данном случае неприменимы. Для проведения инструментального контроля бетонных свай наиболее широко используется метод Sonic Integrity Testing (SIT). В основу метода положено изучение распространения продольных волн в теле сваи, возбуждаемых ударным способом на ее поверхности. Наблюдая отражения от конца сваи и от дефектов в теле сваи, делается заключение о сплошности и однородности сваи. Имеющийся опыт применения и предложенные автором методические и технические усовершенствования метода SIT позволяют осуществить решение следующего ряда задач:

  • определение средней скорости распространения объемной волны в материале сваи и оценка его предела прочности на одноосное сжатие при известной длине сваи;
  • оценка длины сваи при известной скорости объемной волны в материале сваи;
  • определение сплошности и однородности сваи и наличия дефектов;
  • определение величины заглубления сваи в опорный слой;
  • изучение состояния опорного слоя;
  • определение наличия технологических расширений на конце или стволе сваи;
  • оценка контактных условий сваи с вмещающим грунтом.

    С целью расширения возможностей метода SIT автором показана необходимость и возможность использования зондирующих импульсов различного частотного состава (формы), которая позволяет изменять разрешающую способность метода. Как показывают данные натурных экспериментов, это способствует раздельному наблюдению различных целевых объектов (Рис.1). Все сигналы, наблюдаемые во временном интервале между сигналом прямой волны и отраженным от конца сваи, могут рассматриваться, как сигналы, отраженные от различных дефектов и неоднородностей в свае и, в том числе, контрастных слоев во вмещающих грунтах.

    При близком расположении свай, опирающихся на несущий высокоскоростной слой, появляется дополнительная возможность выполнения акустического прозвучивания между сваями. В этом случае возбуждение сигнала производится в оголовке одной сваи, а регистрация на соседней свае. При такой методике наблюдений может быть определена скорость распространения волны в опорном слое и оценены его прочностные или деформационные характеристики. Свойства опорного слоя в свою очередь определяют несущую способность сваи.

    Для построения процедур обработки и приемов интерпретации с помощью метода конечных элементов получено решение уравнения движения для модели, описывающей нахождение сваи в кусочно однородной линейно-упругой среде.

    В результате были построены следующие методики:

    1. сравнительная акустическая спектроскопия свай, позволяющая проводить оперативное сопоставление контролируемых свай с эталонными сваями (испытанными статической или динамической нагрузками);

    2. расширенная по своим возможностям версия метода SIT с использованием разночастотного возбуждения продольной волны в оголовке сваи;

    3. регистрация волн, проходящих между сваями, находящимися на едином основании (для оценки несущей способности).

    2. Пассивные сейсмические измерения.

    К пассивным сейсмическим измерениям относятся измерения волновых полей, создаваемых техногенными и природными источниками колебаний. Основными источниками техногенного вибрационного поля является городской транспорт (наземный и подземный), строительная и промышленная техника (забивка свай, насосные станции, турбины и т.п.). Вибрационное поле оказывает влияние на грунтовый массив и конструкции зданий и сооружений. Характер поведения грунта при вибрационных воздействиях зависит от его типа.

    Величина динамического напряжения создаваемого вибрациями может быть определена в соответствии с уравнением теории упругости для случая однородного полупространства как: σ = ρνϑ, где ρ -плотность грунта, ϑ - скорость смещения частиц грунта (виброскорость), ν -скорость поверхностных волн, переносящих основную часть энергии динамического воздействия.

    Раcсмотренные в работе способы измерения и представления полевого материала пассивных сейсмических измерений способствуют решению следующих задач:

    1. контроль качества забивки свай с уточнением грунтовых условий;

    2. определение скорости распространения динамического воздействия, коэффициента затухания, коэффициента передачи сейсмического воздействия от грунтового массива к сооружению, оценку действующих в грунтовом массиве значений виброскоростей (виброускорений) и динамических напряжений;

    3. составление технологического регламента работы сваебойной техники (количество установок, расположение их на строительной площадке в определенные этапы строительства и т.п.) с учетом измеренных параметров динамических полей и результатов математического моделирования с целью обеспечения допустимого воздействия на грунты и окружающую застройку.

    3. Акустическая спектроскопия.

    Акустическая спектроскопия - это возбуждение различных мод колебаний и измерение их параметров в стержнях, пластинах, оболочках или других локальных телах. Из теории колебаний известно, что основные параметры колебаний: период, декремент затухания (добротность) и резонансная частота - связаны с геометрическими характеристиками локального тела и свойствами его материала.

    Так для определения зон нарушенного контакта плиты с грунтовым основанием может использоваться акустическое профилирование на постоянной базе. При обработке данных профилирования удобно использовать методы атрибутного анализа. Традиционно в качестве атрибута используется величина добротности колебаний системы, определенная в точках спектрального диапазона, близких к значению толщинного резонанса: fрез. = Vp/2d, где Vp-скорость продольных волн в железобетоне, d-толщина плиты. Вместо добротности в качестве атрибута могут быть использованы и более простые атрибуты, в частности, максимум спектральной амплитуды в полосе толщинного резонанса.

    Рассмотренные в работе методики наблюдений и формы представления материала способствуют решению следующих инженерных задач:

    1. контроль качества устройства плитных фундаментов и укрепления грунтового основания;

    2. изучение состояния конструкций подземных сооружений (тоннелей, коллекторов, резервуаров и т.п.);

    3. определение геометрических параметров конструкций простой геометрической формы (диаметры свай).

    4. Георадиолокационные измерения на грунтах и строительных конструкциях.

    Наиболее типичная задача для георадиолокации в условиях городской застройки - определение мощности насыпных грунтов и наличия в них включений строительного мусора и строительных конструкций. В отдельных случаях возможно использование георадарного метода для наблюдения за изменениями напряженно-деформированного состояния грунтового массива.

    Для дорожных и железнодорожных насыпей, дамб и плотин и других насыпных сооружений, выполненных из однородного или слоисто-однородного материала, в настоящее время уже в значительной мере разработаны интерпретационные модели, позволяющие определять проблемные участки в данных геотехнических сооружениях (размывы, балластные корыта, водяные мешки и т.п.)

    Сходные условия возникают при исследовании состояния строительных конструкций (железобетонных, бутовых, кирпичных, деревянных и т.п.). В результате георадарный метод достаточно успешно может применяться для обследования стен, фундаментов, перекрытий и т.п.

    Имеющийся опыт применения георадарного метода при обследовании железобетонных и бетонных тоннелей (деривационных и тоннелей метрополитена) свидетельствует о высокой эффективности метода при решении следующих задач:

  • определение и прослеживание изменения толщины бетонной обделки;
  • обнаружение полостей и трещиноватых участков;
  • определение местоположения скрытых конструктивных элементов (металлической арочной и костровой крепи, участков заделки вывалов и металлоизоляции, характера армирования и т.п.);
  • определение зон повышенного увлажнения (обводнения) за обделкой.

    Применение рассмотренных в работе методик высокочастотной радиолокации, предложенных автором дополнительных приемов обработки и интерпретационных моделей позволяет решать задачи изучения разнообразных строительных конструкций и получать материал в наглядной и понятной специалистам других профессий форме представления.


    << пред. след. >>
  • Полные данные о работе И.С. Фомин/Геологический факультет МГУ
     См. также
    ТезисыТезисы конференции ЛОМОНОСОВСКИЕ ЧТЕНИЯ 2014г секция Геологии:
    КнигиИнструкция по составлению и подготовке к изданию листов Государственной геологической карты Российской Федерации масштаба 1 : 200 000 (Роскомнедра) М., 1995. 244 с. :
    ТезисыТезисы конференции ЛОМОНОСОВСКИЕ ЧТЕНИЯ 2014г секция Геологии: Научная конференция ЛОМОНОСОВСКИЕ ЧТЕНИЯ, МГУ, 2014 год, секция Геологии

    Проект осуществляется при поддержке:
    Геологического факультета МГУ,
    РФФИ
       

    TopList Rambler's Top100