1.ДИПЛОМ Алексеев М.О. 455гр (1207710), страница 8

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 8)

При описании сейсмических волн используются те же характеристики, что в любом колебательном процессе: частота f, Гц, скорость V, м/с, период , с, и длина волны , м.

Скорости распространения продольных и поперечных волн, а также их соотношение могут быть вычислены по следующим формулам:

, (4.1)

, (4.2)

, (4.3)

где и - соответственно скорости продольных и поперечных волн, м/с, -коэффициент Пуассона; - модуль Юнга, МПа; - плотность среды, г/см³

Со свободной поверхностью связаны также особые поверхностные волны релеевского типа R. Их скорость составляет около , а частицы среды движутся по траекториям, близким к эллиптическим. Хотя при описании распространения волн используется аппарат линейной теории упругости, отличие реальных сред от идеальных упругих приводит к затуханию волн с расстоянием. В связи с этим вводится коэффициент затухания α.

Отметим принципы, на которых основывается анализ данных, полученных сейсмическими методами. Принцип Ферма говорит о том, что время пробега волны вдоль луча является наименьшим по сравнению со временем пробега вдоль любого другого пути. В связи с этим, в однородной среде лучи будут прямолинейными, в неоднородной – криволинейными. Принцип суперпозиции гласит, что сейсмические колебания от разных источников волн (продольные и поперечные) могут существовать одновременно и распространяться независимо друг от друга, а значит и анализировать их можно отдельно друг от друга.

Распространение сейсмических волн подчиняется законам геометрической оптики, т.е. на границах раздела сред волны могут отражаться, преломляться и рассеиваться. В связи с этим можно классифицировать волны на прямые, отраженные, преломленные проходящие, скользящие и головные (рис 4.1).

Говоря о сейсмических методах диагностики земляного полотна в целом, следует отметить, что они позволяют обследовать земляное полотно на достаточно большую глубину (что приобретает особую ценность при обследовании высоких насыпей) и, в зависимости от модификации, позволяют определить либо литологию слоев грунта и некоторые аномалии в них (МПВ), либо получить непрерывное распределение свойств грунта (сейсмотомография).

Тем не менее, технология полевых измерений и камеральная обработка материалов довольно трудоемки, требуют большое количество времени. При обследовании эксплуатируемого пути проявляется недостаток метода, связанный с невозможностью работы из-за помех, связанных с движением поездов, автотранспорта. Кроме того, вблизи оси пути технически сложно установить сейсмоприемники в щебень, что удлиняет процесс работ.

Рис. 4.1 Схемы хода лучей сейсмических волн различных типов: 1 – падающая; 2 – отраженная; 3 – прямая; 4 – преломленная проходящая; 5 – преломленная скользящая; 6 – преломленная головная; верхняя горизонтальная линия – дневная поверхность; нижняя горизонтальная линия – поверхность раздела сред.

4.2.2 Георадиолакационный метод

Георадиолокационный метод обследования основан на излучении передатчиком сверхширокополосных (наносекундных) импульсов метрового диапазона волн и приеме сигналов, отраженных от границ раздела слоев зондируемой среды, приемной антенной. Модель среды представляется в виде слоистой толщи с постоянными электрофизическими свойствами внутри каждого слоя и наличием локальных и протяженных объектов, отличающихся по электрофизическим свойствам от вмещающей среды.

Георадиолокационное обследование может производиться в двух модификациях: георадарное профилирование и георадарное зондирование.

При георадарном профилировании намечается профиль, по которому затем проходит оператор с георадаром, у которого антенна приемника и излучателя находятся на заданном расстоянии друг от друга. С заданным шагом георадар генерирует электромагнитный импульс и регистрирует отклик среды – функцию амплитуды отраженного сигнала от времени запаздывания отраженного импульса. Совокупность таких сечений по всему профилю дает непрерывный временной разрез – радарограмму, которая обычно изображается в виде графического изображения, у которого координаты каждого пикселя обозначают соответственно: абсцисса – расстояние от начала профиля, ордината – время отражения сигнала, а цвет – амплитуду отраженного сигнала (отображение так называемым методом переменной плотности; см. рис. 4.2).

Рис. 4.2 Пример радарограммы

При георадарном зондировании положение оси георадара не меняется, зато постепенно увеличивается расстояние между антеннами. В этом случае радарограмма представляет собой годограф. Модификация позволяет вычислить скорость распространения волн в грунте, т.е. выполнить тарировку, поэтому самостоятельно не применяется.

4.2.3 Прочие методы

Электрометрический метод (электроразведка) – исторически первый геофизический метод, который начал применяться еще в 50-60-х гг. XX века. Он основан на изучении удельного сопротивления грунтов посредством наблюдения искусственно создаваемого в земле электрического поля. Для измерения этого поля применяется аппаратура, состоящая из источника тока, питающих электродов, измерительного прибора и приемных электродов. По разности потенциалов между приемными электродами и силе тока в питающей линии, вычисляется так называемое кажущееся удельное сопротивление, являющегося функцией удельного сопротивления грунтов, слагающих геологический разрез участка земляного полотна. Анализ данных измерений, выполненный в определенной последовательности, позволяет сделать заключение о характере геологического строения земляного полотна, условиях залегания и состоянии грунтов.

Наиболее распространенные модификации электроразведки – метод вертикального электрического зондирования (ВЭЗ) и метод электропрофилирования (ЭП), что имеет некоторую аналогию с георадиолокационным методом.

При работе методом ВЭЗ центр измерительной установки остается неподвижным, а разносы питающих электродов после каждого измерения увеличиваются. Результаты измерений отображается в виде кривой ВЭЗ, которая показывает изменение сопротивления грунтов с глубиной.

Электрическое профилирование заключается в проведении измерений кажущегося сопротивления вдоль отдельных профилей установкой с неизменными расстояниями между электродами.

Метод электроразведки эффективен при слабой дифференциации слоев грунта по скоростям сейсмических волн, однако он действует только при выполнении следующего условия: удельное электрическое сопротивление нижележащего слоя должно быть больше вышележащего слоя. Кроме того, применение метода в пределах основной площадки весьма затруднительно, т.к. при приближении измерительной или питающей линии к рельсошпальной решетки из-за распространения электрического тока по рельсу вносятся серьезные помехи, которые в некоторых случаях делают интерпретацию данных совершенно невозможной. Также помехи наблюдаются вблизи контактных сетей и СЦБ.

Тем не менее, данный метод вполне применим при обследовании нового железнодорожного полотна. Электроразведка позволяет устанавливать толщину балластного слоя, разделять грунты в теле насыпи, выявлять зоны грунтов с ослабленной прочностью, находить уровень грунтовых вод, выявлять и оконтуривать закарстованные зоны, определять мощность оползневых тел.

Метод электроконтактного динамического зондирования (ЭДЗ) заключается в токовом каротаже и динамическом зондировании.

Посредством повторяющихся ударов (пенетрации) зонд погружается в грунт. Измеряется число ударов на глубину погружения и определяется удельное число ударов, сила которых задается высотой поднятия и массой груза. По данным динамического зондирования оцениваются физико-механические свойства грунтов.

Одновременно измеряется сила тока между двумя электродами, расположенными на острие зонда (токовый каротаж). По значению силы тока оценивается литологический состав грунтов.

Достоинство метода в совместной интерпретации графиков условного динамического сопротивления и электропроводности, что повышает качество оценки прочностных свойств и литологии грунтов.

Однако применительно к условиям работы на основной площадке земляного полотна возникают сложности. Высокая плотность балласта существенно замедляет работы на пути и делает их трудоемкими, тогда как из соображений безопасности в этой зоне работы должны проводиться максимально быстро. Для данного метода желательна однородная среда, плотно прилегающая к острию зонда, поэтому достаточно достоверные данные вблизи оси пути можно получить, начиная с глубин, где практически заканчивается щебень (0,8-1,0 м). С другой стороны, работы на глубине 4-5 м и более тоже затруднены, т.к. в этом случае неизбежен обжим зонда грунтами выше забоя.

Таким образом, ЭДЗ можно применять как альтернативу бурению для проверки некоторых аномалий, выявленных другими методами. Также ЭДЗ используется как дополнение к другим геофизическим методам: сейсмическим, электроразведке, георадиолокации.

Физической основой вибрационного метода является зависимость параметров колебаний от изменений свойств грунтов, слагающих земляное полотно. В качестве источника для возбуждения упругих волн (колебаний) используется поездная нагрузка, мощное воздействие которой приводит к возникновению вибраций грунта во всей насыпи. Неоднородности в земляном полотне приводят к увеличению или уменьшению интенсивности колебаний и влияют на их частоты (эти закономерности были установлены путем специальных экспериментальных исследований). Для получения параметров колебаний грунта применяется специальная система, состоящая из высокочастотных датчиков, устанавливаемых в различных сечениях земляного полотна.

Данный метод позволяет оценить состояние земляного полотна в динамике, исследовать воздействие подвижного состава с разными нагрузками и скоростями движения, а значит, есть возможность прогнозировать деформируемость грунтов земляного полотна при изменении условий эксплуатации железнодорожного пути.

Однако он во многом неинформативен; достоверно можно определить лишь значения упругих осадок под действующими поездными нагрузками и наличие некоторых дефектов, тогда как физико-механические свойства грунтов, а тем более литологическое сложение земляного полотна определить этим методом практически невозможно.

Тепловизионная съемка основана на измерении теплового излучения различных участков земной поверхности. Различные грунты обладают различной теплопроводностью и по-разному доставляют тепло до земной поверхности, поэтому в инфракрасном диапазоне обнаруживаются пятна различной интенсивности, по которым можно судить о подземных условиях.

Тепловизионная съемка достаточно оперативно позволяет обнаруживать зоны локального переувлажнения, подземные водотоки, карстовые полости, линзы льда. Однако применительно к обследованию земляного полотна методики устранения помех, интерпретации полученных материалов практически не разработаны, что говорит о практической невозможности применения этого метода для решения инженерных задач.

То же самое можно сказать относительно метода ядерно-магнитного резонанса. Он основан на резонансе протонов в электромагнитном поле в водородсодержащих средах. По изменению характеристик электромагнитного поля определяется число протонов (ядер водорода), и, исходя из этого, – содержание водорода в грунте, а это, в свою очередь, позволяет определить количество воды в балластном слое, наличие обводненных зон в теле земляного полотна и т.п.

Характеристики

Список файлов ВКР