Методические рекомендации Методические рекомендации по инженерно-геологическому обследованию болот методами сейсморазведки

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СОВЕТА МИНИ С ТРОВ БСС Р
ПО ДЕЛАМ С ТРОИТЕЛЬС ТВА

(ГОССТРОЙ БССР )

БЕЛОРУССКИЙ ДОРОЖНЫ Й Н АУЧН О-ИС СЛ ЕДОВАТ ЕЛЬСК ИЙ ИНС ТИТУТ

( БЕ ЛДОРН ИИ)

МЕТОДИЧ ЕС КИЕ РЕКОМ ЕНД АЦИИ
ПО ИНЖ ЕН ЕРН О-Г ЕОЛОГИ ЧЕСК ОМУ ОБСЛЕД ОВАНИЮ
БО ЛОТ МЕТОДАМ И СЕЙСМО РАЗВЕДКИ

С огл асов аны пост ан овлением Госуд арственного
комитет а Совета Министров БССР по
дел ам стро ительства от 2 ап ре ля 1976 г.
№ 11

Минск 1976

«Мето дичес кие рекомен дац ии по инж енерно -геол огическом у обсл едо вани ю болот ме тодами сейсморазведки» с оде ржа т указ ан ия по примен ен ию геофизичес ких ме тодов при до рожн ых изыскания х в за болоче нной м ес тности. П редназначены д ля руков одства при з ондирова нии бол от и о пре делен ия ф изик о-м ехани чески х св ойств бо лот ных грунтов инжене рам- геологам, знаком ым с общими прин ципами ге офизи ческ ой разведки, и инжене рам-ге офи зик ам, работ ающим в дорожных изыс ка тел ьс ких парти ях.

«Мето дичес кие рекомен дац ии по инж енерно -геол огическом у обсл едо вани ю болот ме тодами сейсморазведки» сост авл ены на осн ове теоре тичес ких ис сле дован ий и практ ическо го опыт а геофиз ических изыск ани й Белд орнии с учет ом д ейств ующи х м ет оди чески х и нормативны х док ументов в области до рожных инжен ерн о-ге ологически х из ыскан ий и общ их геофизи ческих инжен ерны х изысканий.

«Мето дичес кие рекомен дац ии …» сост ав ил инжене р В.Е. Се ськ ов п од рук ов одс твом и при участии канд. те хн. на ук В.Н. Яромко . Общ ее редакти рован ие осуществлено к анд. те хн. н аук И.Е. Евгеньевым.

При со с тавлен ии « Мето дичес ких рекомен дац ий …» учтены з аме чания Сою здо рн ии, Союздо рп роекта Белгипродо ра, БелГНИЗ а, Белорусск ог о научно-исследовательского института м елио рации и водн ого хозяйства и друг их организ аци й.

Отзывы и предложени я по « Мето дичес ким рекомен дац иям … » п росим присылать по адресу: г. Минск, Типографская, 28 , Белдорнии.

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1 .1 . «Ме тодиче ские реком ендации по инжен ерно-м етодичес ком у обсле дов анию болот методами се йс моразведк и» соде ржа т указ ания по опре де лен ию глубины болотн ой залежи и фи зико- механи ческ их с войс тв составляющих ее грунтов м етодам и инже нерной се йс моразведки. Они предназначе ны для практ ичес кого приме нения при инж енерн о-ге ологи ческ ом обс ледован ии бол от для ц еле й проект ирования новых и рек онс трукции сущес твующ их автомобиль ных дорог.

1 .2 . Дл я определен ия мощ ности болотной залежи, а также т олщи ны с ущест вующе го земляного полотна применя ют мет оды се йсм озон дирования и с ейсмопрофи лиров ания.

1 .3 . Физ ико-механичес кие характерист ики бол от ных грунт ов - влаж ность, коэффициент порис тост и, объе мн ая масс а скел ет а, сжимае мость, упругие и дисс ипативные характ ерис тики - определ яют мет одами с ей смического просвечивания и с ейс мокарот ажа с исполь зован ие м функциональных и корреляционных завис имостей между сейсмическими и физико-механичес кими свойст вами грунтов.

1 .4 . А ппарат ура, ис пользуемая при з ондировании и определе нии физ ико-м еханичес ких св ойс тв сейсм ометодами, опис ана в приложении 1. Пре дложенн ые методы разработаны для глубин ы болот ной залежи до 15 м (при ударном возбужде нии колебаний грузом масс ой до 10 кг).

1 .5 . Осн овн ыми фи зическ ими пре дпос ылками ис пользования ме тодов инжене рной се йс мораз ве дки при обс ле довании болот являетс я: с коростная диффе ренц иация распрос транения упругих волн в бол отных грун тах и грунтах минерального дна б олота; раз личие акуст ичес ких ж ест кост ей болотных грунтов и грунтов мине ральн ого дн а (ρб· v б ≠ ρμ· v μ , где ρб· v б и ρμ· v μ с оответ ст венно п лотность и с корос ть упругих волн в болотных и м ин еральных грунтах); з авис имость с коросте й упругих волн от с ост ава и сост оян ия бол отн ых грун тов.

1 .6 . Мет оды инжен ерной сейсмораз ведки цел есообразн о п римен ять в комплексе с о с тандартн ыми методами, чт о з начительн о повы шает по лнот у и дост ове рн ост ь получаем ых характер ист ик бо лотны х г рунтов . На с та ди и предв арите льны х изыс каний , а т акже при однос тадийн ом п роект иров ани и дорог IV - V т ехн ичес ких кате горий методы сейсмо разведки можно применять в к ачес тве ос новных . Применение мет одов с ейсм оз онд ирования дае т н аибольший эффект при опреде лении толщины сущ ес твующе й нас ыпи на болот е, а т акже при наличии плотного минерального с лоя ил и слоя мерзло ты на поверхност и болота (приложение 5).

2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГЛУБИНЫ БОЛОТНОЙ ЗАЛЕЖИ

2.1 . Сейс ми чес кие мет оды определени я гл убины болотной з ал еж и целес ообраз но приме нять на всех этапах ин жене рно- геол огичес кого обсл едования бо лот*.

* Содерж ание этапов см. в «Методических у казан иях по инжен ерно-ге ол огическо му обследованию болот при изыск ани ях ав томобильных и железных дорог». М., Союздо рнии, 1973.

На первом э т апе - р еког носци ров очном - при с оответс твующем те хн ико-экономическ ом о бследов ан ии (з имние работ ы, реконс трукция дороги и т .п.) сейсмоз онд ирование проводят на коротких лок аль ных поперечниках, выбранных в наиболее характе рн ых мес тах н амеченного пе реход а че рез бол ото.

На в тором э тапе - по дро бны х из ыс кан ий - сейс мопроф илирован ие с лужит дополнен ием к с тан дарт ным м ет одам . Из лучение не прерывного п рофил я н а поперечниках через 25 - 50 м, а такж е проф иля по оси т рас сы ц елесоо бразно осущест вл ять сейс мометодами в комплекс е со статичес ким зонди рован ием в 1 - 2 то чках на каждом попе ре чнике. При наличии с ущес твующе й насы пи или слоя мине раль ного грун та, либо при изыс каниях в зимн ий пе риод с пом ощью сейсмозон диров ания можно с ократ ить трудо емкос ть работ в 1 ,5 - 2 раз а за счет уменьше ния объема бурения.

2 .2 . Обс ле дование бол от произ водят ме тодами пре ломле нных волн (МПВ) - продоль ными V р и попере чным и V 3 п оверхн остны х и отражен ных волн. С помощью МПВ м ожно выдел ит ь т олько т е границы между сло ями, на которых с корост ь упругих волн возрастает с глу биной.

2 .3 . В ос обых с луч аях сочет аний сл оев мог ут н аблюдатьс я я вл ен ия выпадени я сл оя, экр аниро вания. Во избеж ание ошибок рекомендуется произ водит ь контрольн ое мех ани ческое зондирование в отдельны х т очк ах ( при од нослойно м разрезе через 200 м, двухслойном - 100 м и т рехслой ном и более - через 50 м) с целью проверки строени я з алежи.

2 .4 . В вет реную погоду для уменьшени я помех с ейсмоп рием ники рекомендуется уст ан авливать в п риямки и п рисып ать грунт ом.

2.5. Возбуждение упругих колебаний п ри зонди рован ии бо лот п роизводят у дарным способом, который позволяет получать все типы волн.

При ударном с пос обе продоль ные волны возбуж дают верт ик альны ми ударами, кот орые нан ос ят по специ альн ой подс тавке (удар Z ).

Поперечные волны SV во з буждаются или аналогичным вертикальным ударом , ил и гориз онт ал ьн ым ударом (по направ лению с ейс мичес кого профиля), кот оры й произв одят по ве ртикальной с тенке с пе циальн о вы копанной ямк и или по в копанн ой подс тавке (удар X ).

Поп е ре чные вол ны SH возб у ждаются горизонталь ным ударом , но в направлении, пе рпе ндикуля рном с ейсм ичес кому профилю (удар V ).

Р е гист рация продол ьных волн произ водитс я сейсмоприемник ами, рас положенными верт икально (по направл ен ию Z ) , поперечн ых волн SV с ейсмоприемник ами, рас поло женными го ризонта льно, по линии профиля (по направ ле нию X ), поп е ре чных волн SH - с ейсмоп риемн иками, рас положенными гориз онтально, но перпендикул ярно линии профиля (по направлению Y ).

2 .6 . Непрерывные профили рекомендуется раз би вать на опорны х поперечниках ил и, в сл учае необходи мости, ч ерез все бол ото. Длина с ейс мичес кого профиля определ яетс я глуби ной и ст роени ем болота, а т акже гидрогеологическ ими усл овиями и дол жн а бы ть не меньш е учетверенной глубины бо лота.

2 .7 . Сейсмоп ри емники расставл яют по профилю с и нт ервал ом ∆ X ( рис. 1). Рекомендую тс я с ледующ ие расс тоян ия (в метрах ) от сейсмоприе мни ка до пунк та воз бужд ения (ПВ ); 2, 3 , 4, 5, 6, 8, 10 , 12, 14 , 18, 22 , 24 , или 2 , 4 , 6 , 8, 10 , 12 , 14 , 16 , 18 , 20 , 24 , 28 , 32 , 36 , или 2 , 4 , 6 , 8 , 10 , 12, 14 , 16 , 18, 20 , 22 , 24.

Р ис. 1. Схема сейс мич еского профиля:

1 - прямая волна ; 2 - проходящая; 3 - п реломл енн ая; 4 - скользящая

2 .8 . Для боле е т очного опре делен ия глубины з алеж и ис пользуют в ст речны е и н агон яющ ие сис темы ( ос обенно на сущ ес твующ их насыпях).

В ст речн ой с ис темой для не кот орой преломленной волны н азыв аетс я с ис тем а, при которой возбужден ия колебаний произ водят с дв ух ст орон профиля, д лина кот орого обеспе чивает приход данной в олны в каждый ПВ.

На гоняющ ая сис тем а для данн ой волн ы - э то сис тема, при кот орой два ПВ расположены с одн ой ст ороны профиля на некото ром расст оян ии один от другого.

2 .9. В ыбор сист емы набл юдений определяется ос обенностями строения г рун тово й толщи:

а) болот а I тип а с одноро дн ым с ост авом т орфа и укл он ом мине раль ног о дна менее 10° . Скорости упругих волн по гл убине почти не меняются . Гран ица торф - мине рал ьное дно обычно является сильной п реломл яюще й границей для поперечных и продол ьных волн (в озрастан ие ск оросте й больше 1 ,33 ).

Для оп ределения общей мощн ос ти болотн ых отлож ений работы следу ет пров одить по ме тодике продольного или поперечн ого сейсм озондиров ания с ис пол ьз ова нием схем Z - Z или Y - Y . В ст речны е с ист емы не применяют. Полос а используем ых част от (фил ьтрация) обычн о 25 - 100 Гц ил и ш ирок ополосная. При ис пользовании п оверхн остных волн следует применят ь только ш ирок ополосную филь трацию;

б) боло т а I т ипа с однородным с ост авом то рф а и уклон ом минерального дна более 10° . Дл я п овышения т очн ост и определен ия глу бины за лежи необ ход имо применят ь в ст речные системы;

в) боло та I т ип а с нео днородными слоями, скор ости упругих волн в оз рас тают с глу биной. В данном слу чае может н аблюдать ся рефракц ия волн. Сис темы наб людения рек омен дуется применять встречные по схем е Z - Z ;

г) болота II и III типов, г де торф подстил ается органо-м ине ральным и г рунт ами разл ич но й консистенций. Сильные п реломляющие границы отсутств ую т. Ско рост и упруги х волн растут с глубин ой, в резу льтате наблюдается ре фракция волн. Рекоме ндуетс я пр именять продольное п рофи лирование по схеме Z - Z с п рименением встречных сис тем;

д ) болотн ый грунт перекрыт минеральной насыпью или естественн ым с лое м ми нерального грунта.

Г раница н асыпь - болотный г рунт в большинстве случаев является сл абой, и преломле нная продоль ная волна быс тро з ат ухает. Прелом ленные поп еречны е волны от эт ой гра ни цы не образ уются. Грани ца бол отный грунт - минерал ьн ое дно может быть с ильной (болото зап олнен о пол ностью торфом) и с лаб ой (бол ото с о ргано-ми неральны ми г рунтами). Рекомендуется приме нять встречные и нагон яющие сис темы.

2.10. Интерпретация данных се йсмичес ки х н аблюдений при зонди ров ан ии болот проводитс я в два э тапа: 1 - се йсм ичес кая ин те рпрет ация, в клю чающая определение времени вс тупле ния различны х т ипов волн на се йс мограммах или на экране осци ллос коп а, пост рое ние годографов, вычислен ие гранич ных с корос тей, пос трое ние пре ломляющих границ и 2 - геологич еск ая интерпретация , включающая пос трое ние гео логичес кого профиля по данным границ с лоев, полученным на пе рвом этапе.

2 .11. Каждый т ип волн характеризуе тся на се йсмограммах с ледующими параметрам и: периодом (Т), амплитудой (А) и затух анием (α). Раз личные типы волн обычно от деляютс я друг от друга на сейс мограмме пе риодами относительн ого спок ойс твия, но иногда они могут и накладыватьс я друг на друга на отдельных трасс ах сейс мограммы из -з а раз ной ск орос ти рас прост ранения , вс ле дст вие чего пре ломленны е волны, с оот ветствующие раз ным границам раздела, сменяют друг друга в перв ых вст упле ниях на с ейс мограм ме. Крите риями с мены волн явля ются: изм ене ние к ажущи хс я с коростей, резкое изменение амплитуды волн ы б ез з начите льного изменения ее периода, изменение формы запис и на с ейсм огра мме.

2.12. По времени прихода выделенных волн строят годографы - графики з авис имос ти времени пробега с ейсмичес кой волны от расс тояния между ист очником воз бужде ния и сейс моприемник ом.

Для построе н ия годографов по полученным с ейс мограммам проводитс я корреляция волн - пос ле довательное просл еживание особенносте й прохожде ния волн от т расс ы к трассе луча на с ейс мограмме. Корре ляция проводится по пе рвым вс туплен иям и фаз ам волн.

2 .13. В зависи мости от с трое ния болотной залежи получаемые при з он дирован ии годографы име ют т ри характе рные формы строен ия: прямолинейные (см. п. 2.9, а); кри волинейн ые (см. п. 2.9,г ); комбинированные - б олот ная зале жь имеет ярко в ыраженные градиен тн ые с войст ва (т орф пере ходит в ил; минераль ное дно, как одн оро дны й слой).

2 .14. Скорост и волн находят по накл ону годографа, по перегибу, методом разнос тного годографа и т. п. (прил ожение 2).

По ст роен ие се йсм ичес ких гран иц для прямолинейных годо графов произв одят ме тодами с ре дних и пл аст овых с корост ей, а дл я к омб ини рованны х и кривол инейных - с лабая градие нтная среда - ме тодами О.К. К ондра тье ва, с пособом и д р. ( см. п риложение 2).

Для опр е делен ия гл убин ы б олот по м ет оду поверхностных во лн исп оль зуетс я с вязь между фаз овой и групповой скорос тью волны и отн ошением длины волны к т олщин е с лоя λ / h или пери о дом, от нес енн ом по времени пробега попере чн ой в олны поперек с лоя (см. п рилож ение 2).

2 .15 . Геологичес кая инте рпре тация полученных рез ул ьт ато в зак лю чаетс я в построении г еосейс ми ческ их профилей с выделение м глубины минерального дна болота. На ге ологичес кие профили наносят выс отн ые отмет ки поверхност и, дна болота, к ровли с лоев, оп ределенны е при геофизичес кой инте рп рет ац ии и конт рольном механическом з онди ровании. Пример ге осе йсмической инте рпре тац ий дан в при ложени и 4.

3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ БОЛОТНЫХ ГРУНТОВ (СЕЙСМИЧЕСКОЕ ПРОСВЕЧИВАНИЕ И СЕЙСМОКАРОТАЖ)

3.1. Для определения физико- ме ханическ их пок азател ей бол отных грунт ов по сейсмическим х аракте ристикам (с корост и упругих волн и их з атухание) примен яют сейсмическое просве чиван ие (р ис. 2а) или с ейсм окарот аж ( рис. 2б) , п озволяющие оп ределить факти ческие с корос ти в болот ной залеж и.

Сейс м ическ ое прос вечив ание и сейсм ок аротаж пр имен яют на эт апе подробных изысканий и совмещаю т с о ст атическ им зондиров анием. С ейсмические методы в отличие от стандартных дают не дискретные (в о тдельны х т очках), а непре ры вные характе ристики между зад анными ПВ и приемникам и к олебан ий. Применение се йсмометодов увеличивает объе м инфо рмации и повышает достоверность данных о физико-механических свойст вах грунт ов, п озволяет получить ряд хар акте ристик в полевых ус лов иях, без применения лабораторных ме тодов, что снижает с тоимость работ в 3 - 5 раз.

Р ис. 2 . Спос обы из мере ния с корос тей упругих в ол н в залежи:

а) с хема сейсмоп рос вечивания; 1 - ус тройст во для в оз бужде ния колебани й; 2 - уст ройс тво дл я приема к олебаний; б) схе ма сейсмок аротажа

3.2. При определении скорос те й и коэ ффициента зат уха ния упругих волн по вертикали залежи (сейсмокарот аж) сейсмопенетромет р при помощи шт ан г зад авли вают на тре буе мую гл убину (прил ожение 1). Во время погружения сейс мопе нетроме тра через ус тановленные интервал ы (0 ,2 - 0 ,5 м) по индикатору регис трируетс я л обовое ус илие вдавли ва нию конуса. После дос тиже ния заданн ой гл убины штан гу из вл екают и произ водят возбуж дени е (на пове рхн ост и залежи) и зап ись колебаний. Воз буждение колебан ий ос ущ ес твляют уд аром к увал ды по подст авке 0 ,5 - 1 ,0 м от мес та погружени я.

Реги ст рируетс я в ремя п рих ода продоль ны х и поперечн ых волн; при ударе по схеме Z - Z получают продол ьн ые, по с хем е Y - Y - поперечные волны . Посл е эт ого извлек ают из бол отного грунта сейсмоп енет ромет р, соединяют со штанго й и погружаю т до с ледующ ей отметки. Интерва л из мерений через 1 ,0 м.

3 .3 . При измерении ско ростей уп ругих волн и их з ат уха ния по горизонт али (сейсмическ ое просвечивание ) возбу ждение кол ебаний произ водят конусн ым наконечником на расс тоянии 1 - 4 м от сейсмопен етрометра, погруженного на ту ж е глубину.

Рабо т ы произ водят в сле дующем порядке:

Навинчивают (рис . 7, приложение 1) конус 1 и по дст авку 3 н а штангу 2 и по гружают на т ре буем ую глубин у. Подс тавка до лжна возвыш аться н ад пове рхнос тью залежи на 0 ,3 - 0 ,4 м, чтобы не возбуж дать колебаний на поверхност и залеж и. В от верстие 7 вс тав ляют; н аправляющ ую штангу 4 с грузом 5 , з афикс ированн ым в верхнем положении.

Для р е гис трац ии волн н а рас стоян ии 1 - 4 м от пункта возб уждения на эт у же глубину погружают сейсмопенет ромет р (с м. рис. 2а), включают ре гис тратор и производят воз бужден ие коле бан ий. Таким же обр азом производят работы по всей глуб ине залежи, обычно через 1,0 м.

3 .4 . Поперечные волны на расс тоя нии двух - т рех дл ин волн от ист очник а воз бужде ния выделяютс я четк о. Выделен ие вол н SH (уд ар и прием Y - Y ) прои зв одят по призн аку ин версии фаз при пе рем ене з нак а воздействия, а т акже интенс ивнос ти волн при ориент ации сейсмо приемников по л иниям X , Y и Z .

3 .5. По полученны м записям - осциллог раммам - (рис. 3) определяют ско рости упруг их волн и и х затухание в залежи.

Рис. 3. Осци лло грамм а п росвечивания болотной залежи п ри X = 3 м

1 - 2 - сейсмоприемники расположены от поверхности залежи на X = 3 м от ПВ; 3 - 4 - - сейсмоприемники расположены в сейсмопенетрометре на глубине h = 3 на расстоянии X = 3 м от ПВ

В с лучае изме рен ия скоростей упру гих волн по вертикали (сейсм ок арот аж) сос тавляют св одн ую сейсмогра мму ( рис. 4а), по кото рой ст роят годографы (рис. 4б). По годографам опре деляют скорости уп ругих волн в залеж и по формуле V = ∆ h /∆ t (∆ h - расст ояние от ПВ до сейсм опене троме тра, ∆ t - время прох ожде ния волной расст ояния ∆ h ), а т акже с реднюю ск орос ть в з алеж и по формуле  ( h - м ощн ость з алежи, t - в ремя п рохожден ия в олн через залежь).

Ри с. 4 . Результаты измерен ия с корос тей упругих волн по ве рт икал и болот ной з алежи:

а) с водная ос циллограмм а по результат ам сей смок аротаж а болотной залежи; б) вертикальные годографы и геологическая колонка

При изм е рении с корост ей упругих волн по го ризонтал и (се йсм ическ ое прос ве чивание ) по полу ченным осц илло грамм ам (см. р ис. 3) опреде ляют в ремя прихода к олеба ний и по фо рмуле V = Z / t ( Z - р асстоян ие от ПВ до прие мника; t - время прихода коле баний) находят ск орос ти упругих волн н а дан ной глубине .

По ре з ультатам испыта ний строят графики из ме не ния скоростей продол ьн ых и попе речных волн, ус илий вдавливания конус а по глу бине бол отной залеж и (рис. 5). Далее по функ цион альным и коррел яционным з авис им остям (приложе ние 3) находят ф изик о-механи ческие характер истик и болотных грунт ов.

Р ис. 5 Графики, п ост роенные по результ атам се йсм опросв ечив ан ия

Приложение 1. ИСПОЛЬЗУЕМАЯ АППАРАТУРА

При з он ди ров ан ии б олотн ой з алежи рек оменд уетс я примен ять два вида аппарат уры: многокан альные установки (при обс ле дован ии реконс труируемых дорог и осушенных бол от) и одно -, трехкан альные (при обследов ании новы х трасс на неосушенны х болотах). В к ачестве многоканальных установок можно исп ользов ать с ерийно выпус каемую сейсм останцию «Поиск-1-6 /12 -АСМ», которая имеет ф ото осцилло графичес кую и магнитн ую з аписи. Станци я см онтирована на ав томобиле ГАЗ -69 , но в случае необходимости ее м ожно пе реобор удовать в пе рен осную.

В к ачес тве одн оканальны х установок рек оменду ется исп ользовать се рийн о вып ускаемые установк и ОСУ -2 , ДОС У-1 и регист рат ор эх олота ЭП-1 . Дл я эт их уст ановок сконстру ирован спец иал ьны й пульт управлен ия, чт о позвол яет ис пользова ть косу с 12 - 16 сейсмоп риемник ам и, а также ос ущ ествлять фильт рацию в д иап аз оне частот 0 - 150 Гц.

Комплекс апп арат уры, п рименяемой при зонди ров ан ии бол отной залежи, представлен на рис. 6.

Ри с. 6 . Ком плекс аппаратуры и оборудования:

1 - пульт управления; 2 - реги страт ор колебан ий; 3 - пе ренос ная элект рост анц ия; 4 - уст ройств о для возбужд ения колебаний вн утри болотной залежи; 5 - кабель дл я подс оединения сейсмоп ри ем ник ов к регис тратору (коса); 6 - конусн ый з онд сейсм оп енетромет ра; 7 - держ ат ель

М асс а ре гист ратора э холот а ЭП -1 8 кг, з апис ь ведется чернилами, чт о позв оляет с разу конт рол ироват ь качес тво осц иллограмм.

В кач ес тве т ре хк ан альны х уст анов ок можно и сп ольз овать осциллограф Н -700 с т рехк ан альным усилителем и регист ратор Н -327 -3 .

П ит ание пере нос ной аппаратуры ос ущ ествл яется от эл ект ростан ции мощностью 0 ,5 кВт н апряжением 24 или 220 В , масс ой 20 кг.

При се йсм озонд иров ании болот рек оме ндуетс я использов ать следующие типы сейсмоп риемников ОП ЭД-56 , СВ-10, С В-20 , ОГ-1 -10 и ОГ-1-20 . Для уст ановки сей смоп рием ников используются специальные держатели (см. рис. 6), позволяющие орие нт иров ать сейсм оп риемн ики в тре х плоскостях ( X , Y , Z ). Де рж атели погружают в торф на 30 - 40 см , что обеспечив ает хороши й контакт сейсмоп риемн иков с болотн ым грунт ом. Для сое динен ия сейсмоприемн ик ов с рег ист рирующе й аппарат уро й используют косы на 6, 12 и 16 сейсмоприемн ик ов. Возбуж дение колебаний ос уществляют уд аром кувалды (м асса 10 кг) по металлическ ой или деревянной подст авке.

Для из мерения ск оросте й прямы х волн в болотной залежи раз раб отан ы специ альные уст ройст ва для в оз буждения и приема к оле бани й (с пос об конус а, сейсмопен етрометр, де ржат ели).

В озб уж ден ие упругих волн внут ри сло ев ос уще ст вляли уст ройств ом (рис. 7), которое с ост оит из конусн ого нак онечник а 1 с у гл ом α = 60 - 90° и се чением 20 см2 ; штанги для погружения конус а 2; мет алли ческ ой подставк и 3, по кот орой п роизв оди тся удар падающим груз ом; н ап равляюще й 4; к онт актов, замыкающихс я во время удара 5; груз а м ассой 5 кг 6; фикс атора высоты п адения груза 7 .

Во збуждение коле баний п ро изводится конусным наконечником, на ко торый через соединительные штанги передается удар падающег о груз а. Под воздейств ием удара кон ус созд ает импульсн ое ус илие по вертикали Z и гор из онта лям X и Y , воз буж дая продольные и попе речные в олны . При помощи э того устройства можн о воз буж дать коле бания в различны х с лоях болотной залежи и на любой глу бине.

Для при ем а упругих волн используют специально раз работанн ый прибор - сей см опене трометр (рис. 8), который позволя ет проводить стат ическ ое зондирование слабых болотных грунтов с изме рением по глубине сопротивле ния вдавлив анию конуса и с коростей упругих волн.

Се й см опенетром етр состоит из следующих ос новных час тей (см. р ис. 8): конусного наконечника с углом α = 90 ° и се чением 40 см2 1 , в котором помещены три сейсм оприем ник а, расположе нные в трех плос кос тях ( X , Y , Z ) 2 ; х востов ика 3 с отверс тием для кабеля 9 и пе реходником для с оединения со штангами; штанг для задавливания 4 с рукояткой 5 и механичес кого измерительного ус тройс тва 7 конс трукции Л.С. А маряна; прис пос обления для из влечения сейс мопенет рометра 6 ; регис трирующе й аппаратуры 8 .

Р ис. 7. Устройство для воз буж дения коле баний внутри болотной залежи

Приложение 2. ИНТЕРПРЕТАЦИЯ ПОЛЕВЫХ ДАННЫХ СЕЙСМОРАЗВЕДКИ

1. Определение скоростей по годографам преломленных волн (прямолинейные годографы)

Для двух с лойной среды с гориз онтальной границей раз дел а (однородный торф) характе рны пря молинейн ые годографы (рис. 9). В этом случае граничные скорости можно определять по наклону отрезков с помощью формулы

где ∆ X - расстояние по годографу; ∆ t - время по годографу.

Р и с. 8 . С хема сейсмопен ет роме тра

Р ис. 9. Определение скоростей и t 0 по п рямолин ейному годографу первых вступлений продольной волны

Здесь кажущаяся скорость V * равна граничной скорости V г . Воо бще же кажущаяся скорость равна  где ψ - угол между к асательной к фронту волны и поверхностью земли.

Среднюю скорость прямой волны определяют по перегибу годографа.

В случае наклонных границ для определения граничных скоростей применяют два основных способа: точный метод полей времени и приближенный метод разностного годографа / 1, 2, 18/. Обычно в инженерно-геологических изысканиях используют более простой метод разностного годографа, который обеспечивает достаточную точность при малом угле наклона границы ψ. Метод требует встречной системы наблюдений с увязанными во взаимных точках годографами. Причем разностный годограф строят лишь на участке перекрытия встречных годографов (рис. 10).

Ри с. 10 . Пост роения разностного годографа t раз .

Положени е любой точки с к оординатой X , лежа щ ей на линии разнос тн ого годографа, опре деля етс я равенст вом

где   и  - вре м я по двум вс тречн ым годографам;

T - время прихода волны во в з аимных точках.

Раз н ос тный годограф строят с ледующ им образ ом (см. р ис. 10).

Измеряю т отрез ок ∆ t от одного из в с тречных го дографов по горизонт альной прямой, с оединяюще й вз аимные т оч ки, и откладывают этот отрезок по ординате от другого годографа. В рез ультат е получают точку, принадлежащую разностному годографу. Таким же образ ом получают и другие т очки.

Граничную с корость опре деляют по формуле

V г = 2 V раз · cos φ ,

где V раз - с к орость по разн остн ому годографу;

φ - угол н аклона границы. При малых наклонах гран ицы им можно пренеб речь.

В слу ч ае отсутстви я пе рекрытого уч астка у встречных годографов зн ачение V г п ри бли женно вычисляют из с ле дую щей формул ы:

где  и   - значения кажущихс я ск оростей по вст речны м годографам.

В с лучае н ал ичия п ерек рыт ого уч астк а, но неувяз анн ой с ис темы годографов (для волны t 1 ) с ко рость V раз находя т по рис. 11. Дл я оп ределе н ия V раз из ме ряют ве личину   и откладывают ее от любой линии , параллельной оси абсцисс .

2. Построение преломляющих границ

Глубины преломля ющи х границ можно определ ить двум я с пос обами: ме не е точным, но более быс трым с пос обом с редних ск орост ей ( ) и бол е е т очным, но более громозд ким с пос обом плас товых скорос тей ( V п ). Оба э ти с пос оба яв ляются упроще нным и модификациями точного сп ос оба полей времени / 2 /.

П ри прос том строении (двухс лойная с реда, гориз онталь ная гран ица) за леж и можн о примен ять и д ругие упрощен ные спос обы, о снованные на ряде допуще ний / 3 /.

Сп особ средних ск оросте й / 1 , 2 , 3 /

Все с лои, лежащие вы ше ис ком ых преломл енны х границ, рассматривают как один одн ородный слой с пос тоя нн ой с корост ью распрос транения у пругих волн. Для пос троения границ не обходимо иметь зна чения V г ,  и t0.

V г на хо дят по одному из с пос обов, опис анных выше;  - по перегибу годографа ( т очка перес ечения прямой и преломленной волны) и t 0 - продо л жением годографа преломлен ной волны на ось времен и (рис . 12а).

Рис . 11 . Пос троение раз нос тного годографа t раз (для волны t 1 ) в с лучае неувязанной с ист емы годогр аф ов

Для n - го с ло я границу находят по формул е

гд е - с редня я ско рость до n -й границы;

V г.п - гра н ич ная ск орость вдол ь этой границы;

t 0 n - значе н ие t 0 для n -й границы.

Для первой границы ра з дела

Для п е рвой границы можно ис пользовать т акж е формул у

гд е X т.п - точка пере с ечения годографа прямой и преломленной волны.

Приближенно глуби н у мож но определит ь (гориз онталь ная граница, д вухс лойная с реда) по положе нию т очки переги ба ( X т.п ), к ак h = (0 ,33 ÷ 0 ,4)· X т.п / 3 /.

Если и м ее тся с ист ем вс тречных годографов, ув язан ных во вз аимных точк ах, то глубин у залежи в л юбой точке профиля (имею ще го пере крытый участ ок) можно опре де лить по пос троенной линии t 0 ( X ) , кот орую находит из соотношения

По с троение показ ан о на рис. 12б .

Рис. 12. Оп ределение сред ни х ско ростей и t 0 для много с лойного раз реза (а) и пост роение линий t 0 ( X ) при вс т речн ой систем е с пер екрытым и учас тка ми (б)

Спо с об плас товы х скоростей / 1 , 2 , 3 /.

Д л я опре деле ния мощн ост и каждого с ло я необходимо з нать t 0 и V г дл я каждой границы.

Мощно ст ь первого сл оя опре деляют с пос обом, опис анным выше.

Мощно с ть вт орого слоя

гд е i 12 = arcsin ( V 1 / V г . 1 ); i 13 = arcsin ( V 1 / V г . 2 ); i 23 = arcsin ( V г . 1 / V г . 2 ).

Мо щн ост ь т рет ьего сл оя

где i 14 = arcsin ( V 1 / V г . 3 ); i 24 = arcsin ( V г . 1 / V г . 3 ); i 34 = arcsin ( V г . 2 / V г . 3 );

t 01 , t 02 , t 03 - с оответственно время, отсекаем ое на ос и вре мен продолжениями первого, вт орого и последне го от резко в годографов п реломленны х волн.

Аналогич ные формул ы выводят и для с ледующих слоев.

Г л убины п рел омляющ их границ нахо дят с уммированием мощнос те й залегающи х выше слоев.

Для приб л иже нного опре деления V г. i в мет оде пласт ов ых ск оростей м ожно исполь зовать формулу / 15 /

где  и  - к ажущиеся ск орос ти преломленны х волн от одной и той ж е границы , зарегист риров анные по подъему и падению ее.

При испо льз ов ании о дн окана льных ус танов ок (при двухс лойной среде) це лесооб разно определ ять положение накл онн ой границы по годог раф ам из одной точки п ункта возбуждени я по способу р асст ояний (рис. 13 ) / 4 /.

Н аклон гр аницы определяют по ф орм уле

где

 

а е е гл убин у - по формуле  или как пок азано на рис. 14.

 

Ри с. 13 . Определ ение угла наклона и глубины з алежи из одной точки пункта возбужде ния

Ри с. 14. Упрощ енн ый аналитич ес кий с пос об опре делени я с коростей и глубины зал еж и с цент ральным пун кт ом воз буждения

3. Интерпретация годографов рефрагированных волн

В случае г радиентн ой среды (н араст ание скоростей упругих волн по глубине залежи или част ичное нараст ан ие в пе рвом сл ое) получ ают к ом бин иров анные, или криволиней ные, годографы.

П о годо граф ам реф раги ров анных волн м ожно оп ределять ск оростн ое строен ие зал ежи и t 0 X по сх еме, пок азанно й на рис. 15.

Р ис. 15 . Сп особы обработ ки к рив олинейных (а) и к ом бинированны х (б ) годог раф ов

Гл убину определяют по формул ам / 5 , 6 /:

   

Здесь

г д е X α и t α - координа т ы т очки на годографе реф раги ров анной волны ;

 и V * - пласто вая и кажущаяс я скорос ти.

За величину V * принимают зн ачен ие ка жущейс я с корост и в точ ке на блюде ния (в точке X α ), за величину t 0 X - з н ачен ие в рем ени , отсе каемое на ос и t касател ьн ой к криволин ейному годографу в данной т очке (см. рис. 15а). Для сил ьно градие нтн ой с ре ды более т очные рез ульт аты дает форм ула Н.И. П ав ланков ой и Т.В. С мелянск ой:

Мож ет быть использован т акж е спос об, основанный на аппрокс имации криволи нейного годографа отрез ками прямых линий / 15 , 16 / . Г одограф разбивают на ряд учас тков. По заданным координ атам Xn , tn в ы числяют плас товую с корост ь

и значе н ия t 0 n , от с екаемые продолжением с оответс твующих линейных отрез ков на ос и врем ен:

t 0n = tn - Xn-1/Vn.

По значениям V 1 , V 2 и t 02 находят м ощность первого с лоя:

Мощность по с ледующих с лоев находят из выражен ия

где

При м ер рас чета по э тому с пос обу п оказан на рис. 16. Расс тоян ие ∆ X ме жду выбранными точк ам и с ледует выби рать из ус ловия

где ∆ t - с редн еквадрат ическая ошибк а из ме рени я времени (∆ t = 0 ,001 - 0 ,003 с ек);

V * - кажущ ая ся скорость по годографу в точке X .

V 1 = X 1 / t 1 = 10/0,0441 = 227 м/сек; V 2 = ( X 2 - X 1 )/( t 2 - t 1 ) = (20 - 10)/(0,0722 - 0,0441) =356 м/сек;

t 01 = t 1 - X 1 / V 2 = 0,0441 - 10/356 = 0,016 сек;

V 3 = ( X 3 - X 2 )/( t 3 - t 2 ) = (30 - 20)/(0,0909 - 0,0722) = 534 м/сек;

t 02 = t 2 - X 2 / V 3 = 0,0722 - 20/534 = 0,0347 сек;

τ2 = t 02 - τ 13 = 0,0347 - 0,019 = 0,0157 сек;

  Результаты см. в таблице.

Р ис. 16 . Приме р рас чет а опре делен ия с корост ей, t 0 и глубин ы залежи по к рив олинейн ом у годографу (по В.Н. Б ондаре ву)

У д овл ет ворит ельные ре зульт аты также дают формулы с ис пользование м с редних с корос тей.

В с лучае к омбин ированного годографа рек ом ендуется положение ми нераль ного дн а («однородный» с лой) определ ять методом t 0 эф / 7 /.

Дл я э того чере з точку X т.п (нача л о прямол ин ейного участ ка) проводят прямую под наклоном  до пересе чения с ос ью ордин ат в т очке Е, V эф равна наклону начальной ча с ти годографа реф рагированн ой волны (см . рис. 15б ). В еличин а ВЕ в масшт аб е ос и в ремени яв ляетс я эфф ективн ой ве личиной t 0 эф . Дале е опре де ляют мощнос ть с лоя по формуле

4. Интерпретация поверхностных волн

Применя етс я к ак вс помогател ьный метод дл я ут очнени я гр ани цы мине рального дна или толщ ины насыпи.

При интерпр ет ации пове рхнос тных попе речн ых волн для оп редел ения толщины с лоя болотной зале жи или тол щины зем лян ого пол отна на болот е обычно им еем два случая: а) поверхнос тный слой рас положе н на слое с больше й с корос тью рас прост ране ни я попе реч ных волн SH ; б ) пове рхнос тный с лой рас положе н на с лое с меньшей с корост ью рас прос транения SH .

В п е рв ом с лучае ис пользуют формулу / 8 /

где T - квазипериод;

V ф - фаз овая с корост ь;

V 2 - ск орост ь в о вт ором слое.

Во втором с лучае для определения толщины нас ыпи ( поверхнос тный слой) на бо лоте исп ользуют формулы / 8 , 17 /, с праведл ивые в том с лучае , когда подс тилающ ий с лой по сво им с войствам близок к жидк ости:

 

где V гр - групповая с корость .

Про с тейший спос об определения фаз овой скорос ти с остои т в том, чт о определяют разнос ть време н ( t 02 - t 01 ) появления одной и т ой же ф азы , М1 и М2 на с ейсмограмме. На эту разность дел ят разно сть расс тояний ( X 2 - X 1 ) между с ейсм оп рие мник ами (рис. 17).

Р и с. 17 . Схе ма опреде ления фаз овой с корос ти

Групповая с корос ть - с корост ь движения всей группы волн ( волново го паке та, цуга), опреде ляе мая по движе нию се редины вс ей группы волн.

Точно с ть опре деле ния глубин ы и т олщин ы нас ыпи поверхнос тными волнами н иже, чем преломленным и. Погрешнос ть этого метода с ос тавл яет 10 - 20 % по с равн ению с бурение м.

5. Отраженные волны

Ча ст о на се йс мограмм ах, получ енных на болотах I типа (о с ушенных и неосуш енны х), в посл едующих вс туплениях хорошо выделяются от раженные в олны (рис . 18) .

Рис . 18 . Характерн ая с ейс мограмм а на осуш енн ом болоте (уровень г рунтовых вод н иже границы «м ине ральн ое дн о»)

При определении м ощнос ти торфа метод отраженн ых волн является вс помогате льным - прим еняя его сов мест но с методом преломленных в олн , получают наиболее точны е д анны е.

Годографы отраж е нны х волн в основном имеют прямолинейный вид:

tX 2 = t012 - X2/V12

с углом наклона

φ = arctg (1/ V 1 2 ),

где tX - время прих о да волн ы, отраже нной от контакта между с лоями;

t 01 - время прихода отраженной волны в случае, когда сейсмоприе мн ик рас положе н в не посре дс твенной бл из ос ти от точки уда ра ( X - О );

V 1 - скорос т ь упругой волн ы ( P ) в т орфе.

Опред е ление t 01 про и зводитс я обычно по величине отре зка, о тсекаемого продолже ние м годографа на ос и t в точке X = 0 , а V 1 по φ = arctg · ( 1/ V 1 2 ).

Глубину з алежи находят по формуле

h 1 = 0 ,5 ·t01 ·V1 .

В с лучае, когда с корость упругих волн в верхнем с лое (торф) изменяетс я с глубиной, годограф отраженной волны име ет нек оторую криви зну. Для опре де ления средн ей с корос ти волны в данном случае н еобходимо пос троить касательную к кривой годографа в средне й точке криволинейн ого отрезк а и определить скорость э той касательной по формуле

Приложение 3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ БОЛОТНЫХ ГРУНТОВ ПО СКОРОСТИ И ЗАТУХАНИЮ ПОПЕРЕЧНЫХ ВОЛН

В результате статистич е ской об работки экспериментальных м атериалов получены з ависимости с ейсмоакустических характеристик от показ ате лей состава и с остоян ия торфяного грунта ( рис. 19 - 23, табл. 1, 2).

Для удобства определ ен ия ряда физических характерис тик и сжимаемости торфа по скорости VS с оставлен а номограмма (рис. 23).

Рис. 19. З авис имост и ско рости по пере чной волны VS о т влажности W , коэ ффициента пор ист ост и ε и объе мной массы скелет а торфа γск

а - W , б - ε , в - γск

Рис. 20. Зависим ости к оэфф иц иент а з атухан ия поперечной вол ны α S от коэффициента пори с тос ти торфа α S = f ( ε )

Р ис. 21. З ав исимости динами ческого мод уля уп ругости Ед от объемной массы скелета торфа Е д = f ( γск)

Ри с. 22 . Зав исимости м одуля осадки lp от аку сти чес кой же сткост и R а торфа при нагр узк ах Р = 0,25; 0,5; 0 ,75; 1 ,0 кгс/см2

Таблица 1

Физико- м ехан ическ ие показатели торфа

Число из м ерен ий

Пределы и з мерений

К орреляц ионные уравнения

Среднек вад рати чн ое о тклон ение функции

К орреляционное отнош ение и коэффициент к орреляции

W , % влаж нос ть

647

300 - 1500

VS = 5 ,2 + 9000/ W

0 ,06· VS

0 ,88

ε , коэ ф фиц иент пори с тос ти

366

6 - 22

VS = 1 ,8 + 204/ε

0 ,058·VS

0 ,95

121

6 - 22

αS = 0,025· ε 1,4

0 ,06

0 ,89

γск , г/см3 - объ ем на я ма сса с келета

494

0 ,06 - 0 ,21

VS = 178· γ ск - 1,5

1 ,34

0 ,97

110

0 ,06 - 0 ,20

Е д = 1000· γ ск 2,14

0 ,95

0 ,91

Модуль осадки lp , мм/м

l при Р = 0 ,25 кгс /см2

55

-

lp = 330 - 0,35·R α

12

0 ,98

Р = 0,5

135

-

lp = 482 - 0 ,50·R α

20

0 ,95

Р = 0,75

53

-

lp = 547 - 0,53·R α

15

0 ,986

Р = 1 ,0

68

-

lp = 590 - 0,55· R α

25

0 ,97

Примеча н ие . VS - с к орос ть поп еречной в олны; R α - акустиче с кая жесткост ь ( R α = γ ск · VS ); α S - коэффициент затухания поперечной волны.

Рис. 23 . Номограмма для определения по ск орости поперечной волн ы Е д , γ ск , R α и lp

Рис. 24 . Зави симость скорости поп ере чно й волн ы от о бъемной мас сы скелета (а) и вл ажности (б) орг ано-ми не ра льных болотных грунтов

Ис с ледования ск оростей VS в органо -минер альны х болотн ых от лож ени ях (сапроп елях и б ол от ных илах) позво лили получить эм пири ческие зависимост и (см. ри с. 24 и табл. 2).

Полученны е з ависимости выведе ны в ос новн ом по ре зульт атам исс ледований на низин ны х, в ерховых и пе реходных болотах (для верховых торфов при о предел ении W и ε по прив е денным з ависимостям вв одится коэфф иц иент 1 ,2 ). О ни получены по результ атам иссл едован ий болотных мас сивов на территории Бел оруссии и Прибалтик и. П рове денный анализ болот ных отложений других районов СССР (Европейская часть РСФСР, Урал, Сибирь) поз воляет предположить, что получен ные з авис имости при годны и для э тих рай онов.

П ри вероятностно-ст ат ис тичес ком анализе в заимосвязи меж ду сейсм ическим и и физико-механическими свойствами за основу брали поперечные волны SH и их за т ухание, регистрируем ые се йсм оп риемник ом по линии Y . Погре ш ность измерений (ε , W , γ ск ) м ет одами сейсмопр осв еч ив ания не превыша ет 10 % по сравнению со с тандартными методами (рис. 25).

А н ализ т абл. 1 и 2 показы вает, чт о зн аче ния скоростей VS завися т от физ ических хара ктеристик бол отных грунтов. Корр еляцион ные урав нения между VS и γск бо лотных грунтов пок азывают, чт о скорост и VS нахо д ятся в прямой з авис имос ти от к ол ичес тва частиц в единице объема, т.е. с увеличением час ти ц в объ еме (умен ьшае тся W ) увеличивается к оличест во конт акт ов меж ду уп ругими пленками воды, окружающими част ицы, плотность упаковки, а следоват ел ьно увеличивается и с корость VS .

Д л я орган о-мине ральны х грунтов наб люд ается резкое увеличения с корос ти VS в есте с твенн ой залежи, начиная с W = 150 - 200 %. П о нашему мнению, это с вяз ано с образ ованием более прочной коагуляц ионн ой ст рукт уры (з атвердение к оллоидов) при этих влаж ност ях, п оэ тому происх одит упрочнение (уплотн ение), что вызывает рез кое увеличение с коростей VS .

Таб л ица 2

Ф изическ ие параметры органо-минеральн ых отложений

Чи с ло из мерений

Пр е делы измере ний

Корр е ляционные уравне ния

Среднеквадра т ичное отклонение функции

К орреляц ион ное о тнош ение и к оэффиц иен т к орреляц ии

W , %, влажно ст ь

256

50 - 1100

VS = 15 ,1 + 3700/ W

0 ,07· VS

0 ,86

γ c к , г/см 3 , объ е мн ая м асса с ке лета

148

0 ,08 - 1 ,2

VS = 60·γ c к + 12

1 ,40

0 ,89

ε , к оэффициент порис тост и

256

1 ,5 - 20

VS = 12 ,66 + 103/ ε

0 ,065· VS

0 ,88

Рис . 25 . Погреш ность изм ерений

Приложение 4. ПРИМЕР ОПРЕДЕЛЕНИЯ ГЕОТЕХНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК БОЛОТНЫХ ГРУНТОВ ПО СЕЙСМИЧЕСКИМ ПОКАЗАТЕЛЯМ

1. Исходные данные

По рез ул ьтат ам рекогнос цировоч ных изыск ан ий на авт одороге Минск-Гродно намечены расч етны е попе ре чник и. Г лубин а бол от а не пре вышает 4 м .

В ре з ульт ате изме рен ий на расче тном попе речник е в полевых услов ия х получены сейсмо грамм ы: по результат ам сейсм озондирова ния (фил ьт рация 25 - 100 Гц, длина профи ля 24 м, сей см оп риемн ики рас ст авлены через 2 м (рис. 26а) и по результ атам сейсмического п росвечивания залеж и при X = 2 ,5 и 3 ,5 м (ри с. 26б).

2. Пост рое ние геосейсмического профиля

На сей см ограмме з амеряют в ремя пе рвых вступлений волн (рис. 26а) . Если вст уп ления волн нечетки, заме ры бе рут по ф азам кол ебаний, производя поправку на фаз у по четкому вступлению на одной из тр асс сейсмо граммы ( t ф - tb = tn ) (рис. 27).

Рис. 26. Сейсмограммы, пол ученные по резу льтатам измерений на расче тном п оперечнике

Рис. 27 . Введение поправки за фаз у

Рис. 28. Годографы п е рвы х вс туплен ий продольных волн и ге осейсми че ски й разрез

По результата м замеров строят годографы (р ис. 28). Для эт ого по оси ординат от кладывают врем я вступления, а на оси абс цисс - рас стояния. Так им же образ ом строится вст речн ый годограф.

По по с троенным годографам (см. р ис. 28) определяют кажущуюс я V *, пластовую ср е днюю  и граничную с корос ти методом разностного годографа. Гл убину залежи определяют м ет одом t 0 (с м. п риложение 2), для чего использую т от резки вре мени, отсек аемы е на оси ординат продолжением годографов ( t 01 ), а также по к ривой t 0 ( X ) , по с троенной на перекрыт ых учас тках вс тречных годографов. По полученн ым рез ультатам строят геосейсми ческ ий раз рез и геологиче ский профиль (см. р ис. 28).

3. Определение Vp и VS по результатам сейсмического просвечивания

На о с циллограмме кол ебан ий (см. р ис. 26б) отмечают моменты первых вступлени й продол ьных и поперечных волн, а если первые вс туплен ия нечетки, то по фаз ам вс тупления колебаний, делая поправк у на фаз у. Дале е, польз уясь отметками врем ени, определ яют время прихода в олн и по формуле V = X / t скоро с ти Vp и VS ( t - вре м я пробега волной расстояния X от ПВ до се йсмопенетромет ра). Vp = 795 м/сек, VS = 16 ,5 м/сек.

4. Определение упругих характеристик

Для р ас че та упругих п араметров исп ользуют следующие з ависимости / 1 /:

E д = 2 VS 2 ρ (1 + μ д ); G д = ρ VS 2 = E д /(2(1 + μд));

μд = (1 - 2γ2)/(2 - 2γ2); γ = VS / Vp ,

гд е μд - ди н амичес кий ко эффициент П уассона; G д - дина мический мо дуль с двига; E д - динами ч еский модуль уп ругости; ρ = γ w / g - п лотнос ть ( γ w - объе мная м асса; g - ускорение силы тяжес ти).

Для расче т а не обходимо зн ать ско рости Vp и VS , а также объемн ую массу грунт а или объемн ую массу скелета грунт а. Если имее тся вел ичина о бъем ной м ассы скелета γск, то E д определяют по к о рреляц ионн ой завис им ости E д = 1000· γск2 ,14 или по VS , E д = 1000·(( VS + 1,5 )/370)2,14. По данным примера ρ w = 0,96 г/см3; E д = 7,83 кгс/см2; по эмпирической формуле - E д = 7 ,95 кгс/см2 ; μд = 0 ,499 ; γ = 0 ,02 ; G д = 2 ,65 кгс/см2.

5. Определение диссипативных характеристик

На осци лло граммах , пол ученных на одной и той же глубине, но на раз ном расстоянии (2 ,5 и 3,5 м от ПВ, при одном и том же усилении) замеряют максимальный размах амплитуды, а также период колебаний (см. рис. 26б), для чего выделяют участок с отчетливой записью и большим числом периодов колебаний.

Коэффици ен т затухания определяют по формуле

α S = ( 1/∆Xln(A1/A2) = 1,06 1/ м ,

гд е ∆ X - расс тояние меж ду точками наблюдения;

A 1 и A 2 - амплитуды в наблюдаемых точках.

Для определения α S необходимо выбирать более четкие записи во избежание ошибок. Если наблюдается дисперсия показаний, находят среднеарифметическую величину.

Частота колебаний

f = 1/ T = υ · n / S = 160/5,3 ≈ 30 Гц,

где T - период колебаний, сек;

υ - скорость движения бумаги в осциллографе, мм/сек;

S - длина участка осциллограммы, содержащего n периодов колебаний, мм.

Логариф м ическ ий дек ремент опред еляем из соот ноше ния / 19 /

S = λS · αS = 0 ,58 ,

λS - длина волн ы , опре деляе мая по формуле λS = VS · T = VS / f = 0,55 м.

К оэффиц иент демпфирования находят по формуле

К оэфф иц иен т вязкос ти / 11 /

( f принимает с я равн ой 1 Гц).

6. Определение физических характеристик

По пол у ченным скорос тям VS и их зат у ханию , используя корреляц ионные уравнени я (см. п риложе ние 3), опре дел яют W = 802 %; ε = 13 ,8 ; γ ск = 0 ,101 г/см3.

По номограмме опр е деляют модули осадки для нагрузок 0,25 ; 0,5; 0 ,75 и 1 ,0 кгс /см2 , которые соотв ет ст венн о равны 265 , 395 , 452 и 490 мм/м. Чт обы получить модули ос адки для других н агрузок строят з авис имос ть lp = f ( P ) (рис . 29).

Рис. 29 . Построение зависимости lp = f ( P )

Паралл е льно можн о проконт рол ировать lp по з авис имос тям для торфа / 12 , 13 /:

для ор г ано-мин еральных г рунтов до 1 ,0 кгс /см2:

При опред е лен ии коэффицие нта п ори ст ости по VS и αS для по л учения бо лее точного ре зул ьт ат а бе ретс я среднеарифме тич еская величин а. По α S ε = 14 ,5 , по VS ε = 13 ,8.

7. Оп ределен ие п рочностных характеристик

Для по л уче ния прочнос тных характ ерист ик используют ко рреляц ионн ые уравнения, связы вающ ие соп ротивление сдвигу по крыльч атке с влажнос тью W и п ористостью ε / 14 /:

Приложение 5. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ СРАВНЕНИЕ

В з ависимост и от ус ловий и те хн ичес ких зад ач стоимость р азличных мет одов и зыс каний и их те хн иче ские показ атели могут изме нятьс я, поэтому выбор мет одов должен быть обоснов ан технико-эко ном ическ ими расчет ами.

С т оим ость работ стандартны х методов (бурение ) оцени валась по ЕНВ - Единым н орм ам вре мени и рас ценки на проектные и изыск ательск ие работы ( М., Ст ройизд ат, 1972 ), с тои мос ть сейсмор азве дк и - по ЕНВ (се йсм озонди рование и профи лирование) и опыту Белдорнии и други х организац ий (се йсмическое п ро свечивание, каротаж).

Провед е нные расчеты не пр едн азначены дл я сост авления но рм выработки, но м огут быть использован ы для сравнительны х расчетов.

З а ис ходные данны е при расче те стоимости работ взяты следующ ие показ ате ли :

для опре де ления т олщины н асыпи и бол отн ого грунта под ней в зят участок 100 м, толщ ина насы пи 2 м, болотно го грунта 2 м;

для опре де лен ия влаж ности и мощност и бол отн ой залежи - уч асток болота длиной 100 м и глубиной 4 м*;

* Об ъ ем работ и методы см. в «М етодиче ских указ аниях по инженерно-геологическому обследов анию болот при изысканиях автомобильных и железных дорог » . М., Союздорнии , 1973 .

для определения показател е й ε, γск и lp - точка на глуб ине 2 м. На этой глубине отбирают проб ы и монол ит и п роизвод ят измерени е с коростей упругих волн.

Р е зультаты сведены в та бл. 3

Табли ц а 3

Показатель

Сос т ав работ

Стоимост ь, ру б.

Возможность ошибки по сравнению с бурением и лабораторными испытаниями, %

с т ан дартные ме тоды

методы сейсмо акустики

с т ан дартные ме тоды

методы сейсмо акустики

W , %, вла жность

полевые работы по зондированию с отбором проб; лабораторные испытания; оформление результатов

полевые работы по и змерению ско ростей уп ругих волн; о бработка и оформление р е зультатов

18 ,5

9,00

5 - 10

ε , коэффициент пористости

полевые работы с бу рением и отбо ром п роб или монолита; лабораторные испытания : вл ажность , плотность, о бъемная масса; вычисления и оформление результатов

то же

4-20

0-92

2 - 8

γск, объемная масса скелета

полевые работы с бу рением и отбо ром п роб или монолита; лабораторные испытания : вл ажность , о бъемная масса; вычисления и оформление

-"-

3-90

0-92

2 - 5

Сжимаемость (модуль осадки)

полевые работы: бу рение с о бсадкой, отбо р монолита;

лабораторные испытания; вычисления и оформление

-"-

5-24

1-00

5 - 10

Определение глубины болотной залежи

з онди ров ание болотно й залежи; офо рмление ре зультатов

се й смоп рофил иров ание, о бработк а и офо рмление результатов установками:

одноканальными

2-00

5-70

2 - 15

многоканальными

3-65

7-00

Оп ределение толщины насыпи и мощности болотных грунтов под ней

р учное бу рение с о тбо ром проб

шн ековое бурение с отбором п ро б (УГБ-50А )

сейсмоп роф или р., о бработка и оформл ение результатов установками:

одноканальными

7-12 (23-58 с обсадкой)

5-00

2 - 15

многоканальными

10-00 - 18-00 (с обсадкой)

7-00

Приложение 6. ВЫЧИСЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА « K» В МЕТОДЕ « t0»

1 / 2 cos i

1 / 2 cos i

1 / 2 cos i

0 ,01

0 ,500

0 ,34

0 ,532

0 ,67

0 ,674

0 ,02

0 ,500

0 ,33

0 ,534

0 ,68

0 ,682

0 ,03

0 ,500

0 ,36

0 ,536

0 ,69

0 ,691

0,04

0 ,500

0 ,37

0 ,539

0 ,70

0 ,700

0 ,05

0 ,501

0 ,38

6 ,541

0 ,71

0 ,710

0 ,06

0 ,501

0 ,39

0 ,543

0 ,72

0 ,721

0 ,07

0 ,501

0 ,40

0 ,546

0 ,73

0 ,732

0 ,06

0 ,502

0 ,41

0 ,548

0 ,74

0 ,744

0 ,09

0 ,502

0 ,42

0 ,551

0 ,75

0 ,756

0 ,10

0 ,503

0 ,43

0 ,554

0 ,76

0 ,769

0,11

0 ,503

0 ,44

0 ,557

0 ,77

0,784

0 ,12

0 ,504

0 ,45

0 ,560

0 ,78

0 ,800

0,13

0 ,504

0 ,46

0 ,563

0 ,79

0 ,816

0,14

0 ,505

0 ,47

0 ,566

0 ,80

0 ,834

0,15

0 ,505

0 ,48

0 ,569

0, 81

0 ,854

0 ,16

0 ,506

0 ,49

0 ,573

0 ,82

0 ,875

0 ,17

0 ,507

0 ,50

0 ,577

0 ,83

0 ,898

0 ,18

0 ,508

0 ,51

0 ,582

0 ,84

0 ,923

0 ,19

0 ,509

0 ,52

0 ,586

0 ,83

0 ,950

0 ,20

0 ,510

0 ,53

0 ,590

0,86

0 ,980

0,21

0 ,511

0 ,54

0 ,595

0 ,87

1 ,013

0 ,22

0 ,512

0 ,55

0 ,599

0 ,88

1 ,051

0 ,23

0 ,513

0 ,56

0 ,604

0 ,89

1 ,096

0 ,24

0 ,515

0 ,57

0 ,609

0 ,90

1 ,148

0 ,25

0 ,516

0 ,58

0 ,614

0 ,91

1 ,208

0 ,26

0 ,518

0,59

0 ,619

0 ,92

1 ,278

0 ,27

0 ,519

0,60

0 ,625

0,93

1 ,362

0 ,28

0 ,521

0 ,61

0 ,631

0,94

1 ,468

0 ,29

0 ,522

0,62

0 ,637

0 ,97

2 ,075

0 ,30

0,524

0 ,63

0 ,643

0,98

2 ,510

0 ,31

0 ,526

0,64

0 ,650

0 ,99

3 ,620

0 ,32

0 ,528

0,65

0 ,658

0 ,33

0 ,530

0 ,66

0,666

Приложение 7. НАХОЖДЕНИЕ ЗНАЧЕНИЙ МОДУЛЯ СДВИГА Gд (в кгс/см2) ПРИ ВЕЛИЧИНЕ ОБЪЕМНОЙ МАССЫ ρ = 1,0 г/см3

VS , м/сек

G д , кгс/см2

VS , м/сек

G д , кгс/см2

VS , м/сек

G д , кгс/см2

VS , м/сек

G д , кгс/см2

8

0 ,65

34

11 ,79

60

36 ,73

86

75 ,47

9

0 ,83

35

12 ,50

61

37 ,97

87

77 ,23

10

1 ,02

36

13,22

62

39 ,22

88

79 ,02

11

1 ,23

37

13 ,97

63

40 ,50

89

80 ,83

12

1 ,47

38

14 ,73

64

40 ,80

90

82 ,65

13

1 ,72

39

15 ,52

65

43 ,11

91

84 ,50

14

1 ,99

40

16 ,33

66

44 ,45

92

86 ,37

15

2 ,29

41

17 ,15

67

45 ,81

93

88 ,25

16

2 ,61

42

18 ,00

68

47 ,18

94

90 ,16

17

2 ,95

43

18 ,87

69

48,58

95

92 ,09

16

3 ,31

44

19 ,75

70

49 ,99

96

94 ,04

19

3 ,68

45

20 ,66

71

51 ,44

97

96 ,01

20

4,08

46

21 ,59

72

52 ,89

98

98 ,00

21

4 ,50

47

22 ,54

73

54 ,39

99

100 ,01

22

4 ,94

48

23 ,51

74

55 ,88

100

102 ,04

23

5 ,40

49

24 ,50

75

57 ,40

101

104 ,09

24

5 ,88

50

25 ,51

76

58,94

102

106,16

25

6 ,38

51

26 ,54

77

60 ,50

103

108 ,25

26

6 ,90

52

27 ,59

79

62 ,08

104

110 ,37

27

7 ,44

53

28 ,66

79

63 ,68

105

112 ,50

28

8 ,00

54

29 ,75

80

65,31

106

114,65

29

8 ,58

55

30 ,87

81

66 ,95

107

116 ,82

30

9 ,18

56

32 ,00

82

68 ,61

108

119 ,02

31

9 ,81

57

33 ,15

83

70 ,29

109

121 ,23

32

10 ,45

58

34 ,33

84

72,00

110

123 ,47

33

11 ,11

59

35 ,52

85

73 ,72

Прим е чание . Моду л ь дин ами ческой упругос ти E д для болот н ых грунт ов ес тест венной залежи можно приблизительн о находить по формуле E д ≈ 3 G д .

Лите рат ура

1 . Гу рвич И.И . Се йс мичес кая разведка . М., «Недра », 1970 .

2 . Го ряинов Н.Н . Се йсм оразведка п ри инжене рно -геологическ их исс ледованиях рыхлых пород. М., ВсеГинГЕО, 1971.

3 . Ше мшурин В.А. Ре коме ндац ии по комплексному применению геофи зичес ких м етодов при инже нерно-ст ро ительных изысканиях. М., Ц ТИСИ З, 1972 .

4 . Го ршенин Ю.В. С пос об оп ре деления угла наклона и гл убины з алегания плос кой н акл онной преломл яющей гран ицы. Сб. « Вопрос ы инж енерн ой ге ологи и и ге офизики при изысканиях же лезны х и авт ом об иль ны х дорог». М., 1972 .

5 . Чиби сов С.В . Обработ ка к риволинейн ого годографа упругих волн. Ж . геоф из., т. 4 , вып. 2, 1934.

6 . Кондрать ев О.К., Гамбурцев А.Г . Сейсми ческие исследования в прибре жн ой час ти Вост очной Антарктиды , М., Изд. АН СССР, 1963.

7 . Ля хов ицк ий Ф.М . Об опре делении мощ ности градиентн ого с лоя, ле жаще го на однородном полупрос транс тве. Се р. « Физи ка Земли» , И з д. АН СССР, 1965, № 9.

8 . О зе ров Д.К., Волин А.П . Теорет ико- экспе риментальное исс ледование волн Лява. «Вопросы динам. тео р. расп ределения сейсмических волн», сб. II , Л., Изд. ЛГУ , 1959 .

9 . Км итовенк о А.Т., Бонд арев В.Н. и д р. Опыт исследования сейсм ическ ог о м ет ода раз ве дк и дл я оп ределения гл убины торфяной залежи. «Торфяная промыш ленн ост ь» , № 8, 1972 .

10 . Рже вский В.В., Ям щиков В.Е . Акус тические мет оды исследования и контроля горных пород в масс иве. М., «На ука», 1973.

11 . Ми ндель И.Г. Из уче ние физико-мех анически х свойств лессовы х пород сейсм оак устическим и методами. М., ПН ИИС, т. 4 , 1970 .

12 . Дроз д П.А . Се льск охоз яйс твенн ая до рога на бол от ах. Ми нск , «Урожай», 1965.

13 . Евгень ев И.Е. , Яром ко В.Н., Сеськов В.Е . Сж им аемость и прочность органо-минеральных болотных грунтов. М., Сов здорнии, № 90 , 1976 .

14 . Яромк о В.Н. , Сеськов В.Е . Исс ледован ие прочн ос тных характе ристик болотны х грунтов в по левы х ус ловиях. М., Тр. С ою здорн ии,. вы п. 64 , 1973.

15 . Бондарев В.Н. Рекоме ндации по применению с ейс мичес кой разве дк и для из учения физико- механичес ких с войс тв рыхлых грунтов в ест ес тве нном з алегании дл я с троительных целей. М., 1974 .

16 . П узыре в Н. Н., М ише нькин а З.Р . Приближенные с пос обы интерпрет ации годографов рефраги рованны х волн. Методика сейсмичес ких исс ледований. М., «Наука», 1969 .

17 . Сес ьков В.Е . Приме нение мет одов сейс моразв едки для ис следования з емляного по лотн а авт ом обильных дорог на болотах. Сб. «Вопросы повыше ния технического уровня дорожного строительства БССР». Минск, 1974 .

18 . Справочник геофизика. Т. IV , «Сей с моразведка». М., «Недра», 1966 .

19 . Бе рзон И.С ., Еп инатьева А.М . и др. Дин ами че ские характеристики сейсмиче ских волн в реальн ых средах. М., Изд. АН СССР, 1962.

СОДЕРЖАНИЕ

1. Общие положения . 1

2. Определение глубины болотной залежи . 2

3. Определение физико-механических свойств болотных грунтов (сейсмическое просвечивание и сейсмокаротаж) 5

Приложение 1. Используемая аппаратура . 8

Приложение 2. Интерпретация полевых данных сейсморазведки . 10

1. Определение скоростей по годографам преломленных волн (прямолинейные годографы) 10

2. Построение преломляющих границ . 13

3. Интерпретация годографов рефрагированных волн . 16

4. Интерпретация поверхностных волн . 19

5. Отраженные волны .. 20

Приложение 3. Определение физико-механических свойств болотных грунтов по скорости и затуханию поперечных волн . 21

Приложение 4. Пример определения геотехнических характеристик болотных грунтов по сейсмическим показателям .. 25

1. Исходные данные . 25

2. Построение геосейсмического профиля . 26

3. Определение Vp и VS по результатам сейсмического просвечивания . 27

4. Определение упругих характеристик . 27

5. Определение диссипативных характеристик . 27

6. Определение физических характеристик . 28

7. Определение прочностных характеристик . 29

Приложение 5. Технико-экономическое сравнение . 29

Приложение 6. Вычисление коэффициента « K» в методе « t0» . 30

Приложение 7. Нахождение значений модуля сдвига Gд (в кгс/см2) при величине объемной массы ρ = 1,0 г/см3 31

Литература . 31

Похожие документы