Способ определения прочностного состояния объекта

 

Изобретение относится к области инженерных обследований сооружений и инженерно-геологических изысканий и может быть использовано при районировании территории строительства и существующей застойки, при наблюдениях за состоянием структурированной дефектами среды и оценке качества несущих конструкций в условиях потенциальной опасности проявления внутренних дефектов, например, в виде потери устойчивости бортов выемок, стенок сооружений. Техническим результатом изобретения является повышение точности и достоверности оценки стабильности состояния объекта и сплошности связи объектов с опорной средой, а также сокращение затрат на реализацию способа. Указанный технический результат достигается тем, что в способе определения прочностного состояния объекта, включающем выделение и оконтурирование участков ослабленной среды с фрагментами дефектов-трещин на поверхности, определение геометрии участков, на участке видимого выхода дефекта-трещины на поверхность подают во входную щель газомеханическую смесь от стационарного источника. По местам свободного вытекания из среды газомеханической смеси устанавливают газовые приемники, по которым определяют концентрацию выходящей смеси, затем ниже дефекта-трещины в основании выделенного объекта устанавливают приемник динамического воздействия и производят встряхивание, например сейсмобезопасное взрывание и после затухания колебаний объекта производят повторные измерения концентрации смеси. По результатам измерений определяют сплошность связи объектов с опорной средой и стабильность состояния объекта.

Изобретение относится к области инженерных обследований сооружений и инженерно-геологических изысканий и может быть использовано при районировании территории строительства и существующей застройки, при наблюдениях за состоянием структурированной дефектами среды и оценке качества несущих конструкций в условиях потенциальной опасности проявления внутренних дефектов, например, в виде потери устойчивости бортов выемок, стенок сооружений.

Известны способы определения прочностного состояния объекта путем проведения инженерных изысканий и выявления структурных ослаблений грунтового массива или трещин на поверхности сооружений и оконтуривания по этим видимым дефектам блоков (см. Руководство по инженерно-геологической документации при строительстве и эксплуатации гидротехнических сооружений. П-901-1993 -М.: Гидропроект, 1994 г, стр.6, 14-17, 22-24, 29 и т.д. и а.с. СССР N 348690, кл. E 02 D 33/00, 1971 г).

Такие способы не позволяют с достаточной надежностью оценивать состояние выделенных объектов, в частности, не определяют факт отсечения или наличия внутренней связи, не характеризуют стабильность (устойчивость) положения объектов.

Известен также принятый за прототип способ определения прочностного состояния объектов путем выделения и оконтуривания участков ослабленной среды с фрагментами дефектов-трещин на поверхности, определения геометрии участков (см. Родионов В.Н., Сизов И.А., Цветков В.М. "Основы геомеханики". -М.: Недра, 1986 г, стр.265-268).

В данном способе осуществляют подачу в скважину поинтервально под давлением воздуха и выделение ослабленных (воздухопроницаемых) участков.

Недостатками данного прототипа являются затраты на бурение, относительно низкие точность и надежность оценок несущей способности дефектной среды и устойчивости фрагментарно выделенных по местной проницаемости участков, неоднозначность интерпретации данных для определения внутреннего строения среды и оценки его дефектности, потенциальной нестабильности выделенных в среде объектов при отсутствии прямых фиксаций непрерывности и подвижности (нестабильности) внутренних дефектов.

Техническим результатом изобретения является повышение точности и достоверности оценки стабильности состояния объекта и сплошности связи объектов с опорной средой, а также сокращение затрат на реализацию способа.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе определения прочностного состояния объектов, включающем выделение и оконтуривание участков ослабленной среды с фрагментами дефектов-трещин на поверхности, определение геометрии участков, на участке видимого выхода дефекта-трещины на поверхность подают во входную щель газомеханическую смесь от стационарного источника, по местам свободного вытекания из среды газомеханической смеси устанавливают газовые приемники, по которым определяют концентрацию выходящей смеси, затем ниже дефекта-трещины, в основании выделенного объекта устанавливают приемник динамического воздействия и производят встряхивание, например, сейсмобезопасное взрывание, и после затухания колебаний объекта производят повторные измерения концентрации смеси, по результатам измерений определяют сплошность связи объектов с опорной средой и стабильность состояния объекта.

Предлагаемый способ определения прочностного состояния объектов осуществляют следующим образом.

К визуально отмеченному на поверхности фрагменту дефекта-трещины подают из стационарного источника (газовый баллон, газовыделяющие реактивы, включая горящие материалы и т. д.) индикаторный газ, газовые или газомеханические смеси плотностью в рабочем состоянии не выше плотности воздуха (других специальных требований к составу и состоянию, кроме условий безопасности, не предъявляется).

Газоприемником (стандартным газоанализатором) производят обследование объекта и отмечают места выхода индикаторного газа (смеси), прошедшего самотоком по каналам сквозной проницаемости.

На участках газовыделений устанавливают газоанализаторы и производят измерение концентрации выходящего газа.

На участке под точкой ввода газа, т.е. ниже трещины, в основании выделенного объекта устанавливают приемник динамического воздействия (стандартный сейсмоприемник).

Для активизации сквозной газопроходимости путем "встряхивания" объекта производят взрыв (удар). Удаление взрыва от участка обследования (объекта) на сейсмобезопасное расстояние определяют по "Единые правила безопасности при взрывных работах". НПО ОБТ, М., 1993 г, прилож.8 п.2.

Регистрируют механические колебания участка ввода газа и газовыделения по точкам выходов газа, отмеченным на 1 этапе.

Через интервал не менее 10 мин продолжительности зарегистрированного процесса колебаний (не менее 5 мин) после его затухания производят повторные измерения концентрации газовыделений по точкам выходов, сравнивают результаты 3-х этапов измерений для оценки стабильности состояния объекта.

По точкам (включая точку ввода) газовыделений на 3-х этапах измерений оконтуривают периметр основания отсеченного объекта, выделенного по сквозной газопроницаемости отсекающего дефекта.

По результатам измерений определяют сплошность связи объектов с опорной средой и стабильность состояния объекта.

Пример выполнения способа определения прочностного состояния объектов.

В откосе скального борта на участке строительства по инженерно-геологическим изысканиям отмечены при документации обнажений протяженные трещины с элементами залегания, позволяющими предполагать возможность крутого отсечения крупного массива (ориентировочно 50 000 м³), потеря устойчивости которого (в том числе в связи с производимыми строительными взрывами) могла бы угрожать катастрофическими последствиями.

Попытка трассирования в борту потенциальной поверхности скольжения с применением сейсмопрофилирования методами преломленных и отраженных волн с поверхности откоса в условиях литологически однородной, но сложно-структурированной трещинами скальной (плотные высокопрочные интенсивно-трещиноватые известняки) среды однозначного результата не дала. Планировалась проходка разведочных штолен вдоль и вкрест сдвиговой поверхности общей протяженностью до 70 м, бурение скважин с отбором керна с производством комплекса скважинных геотехнических и геофизических исследований (в том числе определение воздухопроницаемости) на предмет изыскания предполагаемой поверхности скольжения. Вместо указанного стандартного комплекса изысканий опробуется предлагаемый способ.

Отмеченная документацией обнажений в откосе трещина расчищается от продуктов выветривания в глубину 0,3-0,5 м на фронте 1-1,5 м. В образующуюся входную щель шириной около 10 см подается от стационарно действующего на период испытания источника самотоком газомеханическая смесь легче воздуха (дым от горящей резины). По местам свободного вытекания из пород газоиндикатора (дымопроявлений) и между ними устанавливаются газовые приемники, определившие концентрацию углекислого газа: в течение 7 мин выход газа стабилизировался в пределах 0-20 усл.ед. в разных точках борта по периметру газопроявлений.

При производственном взрыве на расстоянии 60 м от выделяемого массива сейсмоприемником, установленным в месте ввода газа, регистрируются (на осциллографе) колебания грунта с максимальной величиной скорости смещения 2,6 см/с, преобладающей частотой 20 Гц, общей продолжительностью 3 с; через 10 мин после взрыва отмечено изменение выхода газа в ряде точек: дополнительные проявления до 10 усл.ед. вместо 0, а также случаи 15 усл.ед. и 40 усл.ед. вместо 20 усл.ед. и т.д. Повторные измерения концентрации газа на выходных участках через 30 и 60 мин обнаруживают возвращение к ситуации до взрыва. По точкам (участкам) зарегистрированных газопроявлений (в данном случае при сейсмическом воздействии) оконтуривается периметр основания массива, как след сквозного, с реакцией на воздействие, канала газопроницаемости, отсекающего подвижный (относительно основания) массив.

Оконтуриваемая газопроявлениями поверхность сквозного отсечения с падением под средним углом 25^o в сторону откоса выделяет "висячий", потенциально неустойчивый (что подтверждается реакцией газопроявлений на сейсмическое воздействие) массив объемом 8000 м³, остальная часть рассматриваемого массива (объемом приблизительно 40000 м³; см. выше) признаков отсечений (в том числе активизированных "встряхиванием") не имеет.

Сквозная газопроницаемость трещин в основании объекта, имеющего возможность перемещений по ним (потенциально подвижный объект), обусловлена нарушенностью сплошности среды у поверхности скольжения, в том числе разуплотнениями заполнителя секущих трещин современной активностью объекта. Причем временно перекрытые трещины раскрываются в специально возбуждаемом воздействии колебаний, что обнаруживается в регистрируемой динамике газопроявлений.

Интенсивность воздействия при этом может быть сколь-угодно малой из-за нулевой прочности трещин на разрыв, как и показано в примере.

Преимущество (эффективность) предлагаемого способа в надежном выделении объекта по дефекту его связи (прочности) со средой и нестабильности (подвижности) его положения без затрат на дорогостоящие разведочные выработки, геотехнические, геофизические и другие работы.

Формула изобретения

Способ определения прочностного состояния объектов путем выделения и оконтуривания участков ослабленной среды с фрагментами дефектов-трещин на поверхности, определения геометрии участков, отличающийся тем, что на участке видимого выхода дефекта-трещины на поверхность подают во входную щель газомеханическую смесь от стационарного источника, по местам свободного вытекания из среды газомеханической смеси устанавливают газовые приемники, по которым определяют концентрацию выходящей смеси, затем ниже дефекта-трещины в основании выделенного объекта устанавливают приемник динамического воздействия и производят встряхивание, например сейсмобезопасное взрывание, и после затухания колебаний объекта производят повторные измерения концентрации смеси, по результатам измерений определяют сплошность связи объектов с опорной средой и стабильность состояния объекта.