Способ измерения льдистости мерзлых грунтов
Иллюстрации
Показать всеРеферат
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
Союз Советских
Социалистических
Республик
<, 767275 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 11.0478. (21)2603605/29-33 (51) М. К,.з
E 02 0 1/02
G 01 Н 33/24 с присоединением заявки N9
Государственный комитет
СССР по делам изобретений и открытий (23) ПриоритетОпубликовано 30,0980. Бюллетень Мо 36
Дата опубликования описания 300980 (53) УДК 624.139 (088. 8) (72) Авторы изобретения
А. О. Филатов и В. С. Казначеев (71) Заявитель (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ЛЬДИСТОСТИ МЕРЗЛЬЖ
ГРУНТОВ
2 ,лофизических расчетах (например, при расчете необходимого количества энергии для оттаивания мерзлого грунта).
Цель изобретения — повышение точности измерения.
Достигается это тем, что при способе измерения льдистости мерзлых грунтов путем облучения выровненной поверхности грунта электромагнитным излучением и измерением интенсивности отражения используют электромаг- нитное излучение с длиной волны 1-3 3, которое направляют к исследуемой поверхности под определенными углами, фокусируют в одной точке на поверхнос.ти грунта, причем источник излучения перемещают параллельно исследуемой поверхности, а углы, под которыми направляют электромагнитнье йзлу чение, определяют по формуле где
Изобретение относится к инженерно-геологическим изысканиям для строительства, а более конкретно к способам определения льдистости в массиве мерзлых грунтов для расчета несущей способности фундамен- . тов.
Наиболее близким к изобретению техническим решением является способ измерения льдистости мерзлых 10 грунтов электромагнитным излучением и измерением интенсивности отражения этого излучения (11.
Основным недостатком способа является низкая разрешающая способность 15 метода, обусловленная близкими значениями альбедо талого грунта и льда, причем при подтаивании поверхности мерзлого грунта маломощные ледяные прбслои протаивают с поверх- 20 ности, что при измерении приведет к занижению общей льдистости. Кроме того, известный способ позволяет определить льдистость за счет ледяных включений, определить льдистость эа 25 . счет льда-цемента минеральных прослоев данным способом невозможно.
Льдистость за счет льда-цемента является необходимой расчетной характеристикой мерзлых грунтов при теп- 3Q
91П 6
Л
2d
8 †. угол, под которым направляют электромагнитное излучение к исследуемой поверхности грунтау
Х - длина волны используемого излучения, А
767275
| д - межплоскостные расстояния в кристаллической решетке льда, Х.
На фиг. 1 приведены кривые а - г", кривая а — дебаеграмма, порошкового льда. Основные рефлексы. льда заштрихованы. Цифрами над рефлексами . льда обозначены соответствующие межплоскоетные расстояния (ц ) в ангстремах, а в скобках — кристаллографические индексы плоскостей кристалли" " ческой решетки льда.
Кривая б — дебаеграмма льда из прослойки .мерзлого грунта. Обозначения те же, что и на кривой а. Отсутствие некоторых основных рефлек сов льда объясняется преимуществен- t5 ной кристаллографической ориентации элементарных кристаллитов в изучаемом образце (в данном случае по оси, перпендикулярной к плоскости 002).
Кривая в - дебаеграмма мерзлого щ грунта, в котором присутствует лед-цемент. Груит"- мореный суглийок взят с глубины 20 м; суммарная влажность
20-22%, температура образца"во"время съемки †.15 С. Обозначения: КВрефлексы кварца", К вЂ” рефлексы каолинита.
Остальные обозначения те же что и для кривой а.
Кривая г - дебаеграмма талого грунта. Грунт — воркутинский покровный
"суглинок с глубины 3 м; влажность естественная (22%). Обозначения: КВ— рефлексы кварца, К вЂ” рефлексы каолинита, М вЂ” рефлексы монтмориллонита;
П вЂ” рефлексы полевого шпата. З5
Дебаеграммы, приведенные на фиг.1,. снимались на аппарате ДРОН-0,5.
Режим съемки следующий: медный антикатод с Ni- фильтром, напряжение на рентгеновской трубке 20 кВ, ток 10, щель 0,25 х 4,0 мм.
На фиг. 2 схематически изображено устройство для измерения льдистости по скважине, на фиг. 3 — зонд в скважине, вид сверху.
Параллельно выровненной поверхности стенки скважины 1 сложенной выходами ледяных прослоев 2, мерзлого грунта 3 и талого грунта 4, перемещают, например ; с помощью лебедки 5 посредством троса 6 каротажный зонд, состоящий из корпуса 7 с коллиматорами 8, обеспечивающими падение )-квантов от источника 9 на поверхность скважины под тремя заданными углами
6, 8, 9, сходящимися в одном облучаемом пятне 10 на поверхности стенки скважины. Размеры пятна подбираются в процессе подготовки "зон-да в зависимости от минимальной толщины ледяных прослоев, подлежащих из- ® мерению. В корпусе зонда помещен источник 9 -квантов, например изотоп Ге и регистратор 11 -Кван55 тов, например полупроводниковый де тектор. углы 8q, 9 и 8>для дан- д
/ ного изотопа выбираются из условия дифракции " -квантов на основных кристаллографических плоскостях решетки льда, например на плоскостях (002), (100) и(101). Межплоскостные расстояния для данных плоскостей равны соответственно д (со )= 3,68; (1оо) 92 (1о1)- 3,45 Х.
Энергия основной линии. -излу- чения Fe> равна 5,9 кэВ (12, с. 26), длина волны А вычисляется по формуле Е(МэВ) -"; — (1, с. 9) . Отсюда
Л вЂ” 2,1 Р . Далее из уравнения
Брегга-Вульфа и 2 2 о 515 8 находят необходимые значения углов для И= 1. Получаем 9< = 1GО35;
Вр. = 15 32; 83 = 17о43 кванты, дифрагирующие на кристаллах льда, отразятся на регистратор 11 под углами, равными углам йадения.
Постоянство размеров облучаемого пятна 10 обеспечивается .постоянством расстояйий от источника и регистратора квантов по поверхности скважины.
Это достигается, например, жестким креплением корпуса зонда со стороны облучаемой точки к двум роликам 12 с одной степенью свОбоды, обеспечивающей поступательное двйжение зонда по стенке скважины. Под 120О в обе стороны от жестко скрепленной пары роликов к корпусу через пружинные ,амортизаторы 13 крепятся еще две пары роликов 14.
Интенсивность ф излучения, попадающего на регистратор, пропор циональна количеству льда, распределенного по облучаемой площади. С регистратора электрический сигнал, пропорциональный интенсивности регистрируемого излучения, поступает на предварительный усилитель 15, расположенный непосредственно в корпусе зонда. Предварительно усиленный сигнал поступает через кабель 16 на усилитель 17 наземного блока, а затем — на регистратор 18 электрического сигнала, например самопишущий вольтметр.
Каротажный зонд и электронная измерительная аппаратура градуируются на эталонах в относительных единицах льдистости. В результате по графику на диаграммной ленте самописца определяют необходимые для расчетов значения льдистости.
Использование предлагаемого способа измерения льдистости мерзлых грунтов для строительных целей обеспечивает по сравнению с существую- . щими способами следующие преимущества: более выоокую точность измерения льдистости, не требуется операции оттаивания-мерзлых грунтов, можно измерять льдистость как за счет льдацемента, так и за счет ледяных рослоев, позволяет отличить талые грунты от мерзлых при наличии в пос..767275
Формула изобретения
Угм отражейия.
Риз.1
Фуе. 3
ВНИИПИ Заказ 7155/27 Тираж 713 Подписное
Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 ледних только льда-цемента) позволяет производить измерение льдистоСти в полевых условиях, например в скважинах.
Способ измерения-льдистости мерзлых грунтов путем облучения выровненной поверхности грунта электромагнитным излучением и измерением интенсивности отражения этого излуче- ния, отличающийся тем, что, с целью повышения точности из- мерения используют электромагнитное излучение с длиной волны 1-3 A, которое -направляют к исследуемой йоверхности под определенными угла- ми, фокусируют в одной точке на по- -, верхности грунта, причем источник из-. лучения перемещают параллельно ис« следуемой поверхности, а углы под которыми направляют электромагнитное излучение, определяют по формуле
sin B= -- - ii аа где 9 — угол, под которым направляют электромагнитное излучение к исследуемой поверхности грунта, — длина. волны используемого излучения, А; б — межплоскостные расстояния в кристаллической решет. ке льда, Х !
5 Источники информации, принятые во внимание при экспертизе
1. Авторское свидетельство СССР по заявке 9 2454980/29-33, кл. Е 02 0 1/02, 1977.