Способ испытания мерзлого торфяного грунта в массиве

 

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано для испытаний мерзлых торфяных грунтов при возведении на них автомобильных дорог и нефтегазовых сооружений. Задачей изобретения является повышение эффективности и точности определения напряженного состояния грунта. Способ включает просвечивание мерзлого торфяного грунта в массиве по трем координатным осям с замером скорости прохождения волны, определением величины напряжения и расчетом параметра Лоде. Просвечивание ведут одновременно в двух точках массива на одной глубине, одно - за пределами сооружения, другое - под сооружением, при нахождении точки под серединой основания сооружения и в центре скважин, образующих куб со стороной, равной базе просвечивания и не менее половины ширины основания сооружения. Сравнивают характеристики напряжений для двух точек и по их разнице рассчитывают параметр Лоде по приведенному математическому выражению. 3 ил.

Настоящее изобретение относится к области строительства, в частности к геофизическим методам зондирования грунтов, и может быть использовано при возведении автомобильных дорог и нефтегазовых сооружений на мерзлых торфяных грунтах.

Известен способ испытания мерзлого торфяного грунта в массиве путем просвечивания слоев с замером скорости прохождения звуковой волны и определением величины напряжения (Федынский В.В. Разведочная геофизика. - М.: Недра, 1967, стр.504).

Недостатком известного способа является невозможность определения напряженного состояния в исследуемой точке массива, что снижает эффективность испытаний.

Наиболее близким по технической сущности является способ испытания мерзлого торфяного грунта в массиве путем просвечивания слоев по трем координатным осям с замером скорости прохождения волны, определением величины напряжения и расчетом параметра Лоде (Горянов Н.Н., Ляховицкий Ф.М. Сейсмические методы в инженерной геологии. - М.: Недра, 1978, стр.37).

Недостатком известного способа является отсутствие возможности контролирования изменения объемного напряженного состояния под сооружением с учетом его истории (за пределами сооружения), что снижает эффективность испытаний.

Сущность изобретения: При создании настоящего изобретения была поставлена задача по разработке более эффективного способа испытания мерзлого торфяного грунта в массиве.

Поставленная задача достигается тем, что в известном способе испытания мерзлого торфяного грунта в массиве используется геофизический метод зондирования по трем осям с замером скорости прохождения волны, определением величины напряжения и расчетом параметра Лоде с учетом фактора изменения нагрузки и, как следствие, изменения напряженного состояния.

Отличием настоящего изобретения от прототипа является то, что просвечивание ведут одновременно в двух точках массива на одной глубине, одно - за пределами сооружения, другое - под сооружением, где точка находится под серединой основания сооружения и в центре скважин, образующих куб, со стороной, равной базе просвечивания и не менее половины ширины основания сооружения, после этого сравнивают характеристики напряжений для двух точек и по их разнице рассчитывают параметр Лоде по формуле где Mσ - параметр Лоде; величина изменений главных напряжений; σ_1M, σ_2M, σ_3M, σ_1N, σ_2N, σ_3N - главные напряжения в точках М и N.

При этом повышается эффективность испытаний за счет возможности определения и контролирования изменения напряженного состояния под сооружением, а также повышается точность измерения изменения напряженного состояния при температурно-влажностных колебаниях грунта.

База просвечивания, равная не менее половины ширины основания сооружения (l₁= l₂= l₃>0,5 l_осн), выбрана из условия распределения основного поля напряжений в этой области под нагрузкой.

Расположение скважин в форме куба позволяет более четко смоделировать расчетную модель по распределению главных напряжений и определению параметра Лоде.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения: Изобретение дополняется чертежом, где на фигуре 1 изображена схема испытаний грунта в массиве, на фигуре 2 - координатные оси, на фигуре 3 - схема расположения скважин с зондами под сооружением.

Способ реализуется следующим образом.

Выбираются на одной глубине Н две исследуемые точки: М и N, вокруг которых бурятся скважины с зондами: 1, 2, 3, 1', 2', 3' (фигура 1), связанными с регистрирующим устройством 4. Точка N находится за пределами сооружения, например насыпи 5, а точка М - под насыпью 5. При этом напряженное состояние в массиве за пределами сооружения отличается от напряженного состояния под насыпью. Вид напряженного состояния определяется параметром Лоде: Бурятся три пары скважин относительно точек N и М. Скважины бурятся на одном расстоянии и с учетом условия l₁=l₂=l₃>0,5 l_осн по трем координатным осям : х, z, у (фигура 2). Затем в скважинах, например 1, 2, 3, устанавливаются датчики излучений, а в скважинах 1', 2', 3' - приемники излучений. Производится одновременное просвечивание в точках М и N по трем координатным осям с замером соответствующих скоростей прохождения волны: V_N1, V_N2, V_N3, V_M1, V_M2, V_M3 регистрирующим прибором 4.

Используя известные уравнения связи между скоростью прохождения волны V и соответствующим напряжением σ:σ=V²/а, где а - коэффициент пропорциональности, определяют значения трех главных напряжений: σ₁, σ₂, σ₃ для двух точек N и М.

Затем определяют вид напряженного состояния по параметру Лоде с учетом его изменения:
где Mσ - параметр Лоде;
величины изменений главных напряжений;
σ_1M, σ_2M, σ_3M, σ_1N, σ_2N, σ_3N - главные напряжения в точках N и М.

Промышленная применимость
Способ испытания мерзлого торфяного грунта в массиве опробован в строительном павильоне ТГТУ с использованием ультразвуковой установки. Полученные результаты подтверждают возможность определения и контролирования изменения напряженного состояния грунта в массиве под нагрузкой.

Формула изобретения

Способ испытания мерзлого торфяного грунта в массиве по трем координатным осям с замером скорости прохождения волны, определением величины напряжения и расчетом параметра Лоде, отличающийся тем, что просвечивание ведут одновременно в двух точках массива на одной глубине, одно - за пределами сооружения, другое - под сооружением, при нахождении точки под серединой основания сооружения и в центре скважин, образующих куб со стороной, равной базе просвечивания и не менее половины ширины основания сооружения, после этого сравнивают характеристики напряжений для двух точек и по их разнице рассчитывают параметр Лоде по формуле

где Mσ параметр Лоде;
величины изменений главных напряжений;
σ_1M, σ_2M, σ_3M, σ_1N, σ_2N, σ_3N - главные напряжения в точках N и M.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3