регистрация компании дать объявление быстрый поиск лента публикаций восстановление доступа о портале
    
Строительный портал СтройПлан.ру
Подбор проекта Новости отраслиПубликации
 
КОРЗИНА (0)  
 >>>  ПОИСК ДОКУМЕНТОВ  
  Дополнительные материалы  [ + развернуть]  
Утвержден: ЦНИИС Минтрансстроя СССР (12.10.1983)
Дата введения: 12 октября 1983 г.
скачать бесплатно "Рекомендации по опробованию набухающих грунтов"

МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТНОГО СТРОИТЕЛЬСТВА

ВСЕСОЮЗНЫЙ ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ
НАУЧНО
-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ
ТРАНСПОРТНОГО СТРОИТЕЛЬСТВА

УТВЕРЖДАЮ

Зам. директора института

Н. Б. Соколов

2 апреля 1985 г.

МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ
ПО ОПРЕДЕЛЕНИЮ СОСТАВА,
СОСТОЯНИЯ И СВО
ЙСТВ ГРУНТОВ
СЕЙСМОАКУСТИЧЕСКИМИ
МЕТОДАМИ

Одобрены Главтранспроектом

Москва 1985

ПРЕДИСЛОВИЕ

В настоящей работе приведены рекомендации по проведению сейсмоакустических работ при изучении разрезов нескальных грунтов и определению их физико-механических характеристик. Особое внимание уделено производству работ с поперечными волнами, наблюдению во внутренних точках среды и оценке состава, состояния и свойств грунтов. Учтена специфика изысканий под транспортные сооружения, приведены основные разработки ЦНИИСа по данным вопросам.

Методические рекомендации предназначены для геофизиков-сейсморазведчиков, а также инженеров-геологов, знакомых с основами сейсмоакустики.

Методические рекомендации разработали инж. О. П. Аникин - гл. 1, 2, 3 (пп. 3.1, 3.13-3.24) и 4, канд. геол.-минерал. наук Ю. В. Горшенин - гл. 3 (пп. 3.2-3.12) и приложение.

Зав. отделением изысканий и
проектирования железных дорог

А.М. Козлов

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1. Под сейсмоакустикой следует понимать комплекс разночастотных методов, основанных на использовании упругих волн: сейсмических - на частотах от 30 до 500 Гц, акустических - на частотах от 0,5 до 10 кГц, ультразвуковых - на частотах более 10 кГц.

1.2. Изучение строения разреза и описание кинематики распространения упругих волн в реальных средах основывается в данной работе на линейной теории упругости, согласно которой в однородной изотропной среде при динамическом воздействии на нее в какой-либо точке возникают два вида объемных волн: продольные - сжатия Р и поперечные - сдвига S.

Со свободной поверхностью связано существование поверхностных волн Релея и Лява [1, 2]. Скорости упругих продольных Vp и поперечных Vs волн приведены в табл. 1.

1.3. В качестве характеристики поглощения выбран декремент поглощения волн ν, который для значительных интервалов частот или слабо зависит от частоты колебаний, или совсем не зависит от нее [2, 3] и определяется по формуле

ν = α · λ,                                                                       (1)

где α - коэффициент поглощения;

λ - длина волны.

Амплитуда волны на разных удалениях от источника колебаний при совместном действии факторов расхождения и поглощения определяется по формуле

,                                                               (2)

где A(x) - амплитуда волны на расстоянии x от некоторой начальной точки;

A0 -  амплитуда волны в начальной точке;

e -    натуральный логарифм;

τ -    показатель расхождения.

Таблица 1

Типы грунтов

Vp, м/с

Vs, м/с

Vs/Vp

Неводонасыщенные:

 

 

 

валунно-галечные отложения

500-1000

250-500

0,60-0,70

пески

200-500

150-300

0,50-0,70

супеси

250-700

150-400

0,45-0,60

суглинки

300-1000

150-500

0,30-0,55

глины (включая коренные)

400-1800

200-600

0,15-0,35

Водонасыщенные:

 

 

 

валунно-галечные отложения

2000-2700

250-500

0,10-0,20

пески

1500-2000

150-300

0,10-0,18

супеси

1500-1800

150-400

0,10-0,20

суглинки

1500-1900

150-500

0,10-0,25

глины (включая коренные)

1800-2500

200-600

0,10-0,25

В реальных средах на амплитуду волн влияет также неоднородность среды, вследствие чего определяемые на практике показатели поглощения следует считать, строго говоря, эффективными величинами.

1.4. Главной особенностью сейсмоакустических исследований, которую следует учитывать при определении состава, состояния и свойств грунтов, является необходимость определения истинных значений сейсмических характеристик как продольных, так и поперечных волн даже в тех случаях, когда для расчленения разреза можно обойтись только одним, обычно продольным, типом волн.

Спецификой изысканий под транспортные сооружения являются более высокие требования к портативности аппаратуры и оборудования и сложность подбора способов и уравнений расчета физико-механических свойств грунтов по относительно малому опорному материалу.

1.5. Задачами сейсмоакустических исследований при изучении массивов нескальных грунтов для определения их свойств, состава и состояния являются:

расчленение геологического разреза (определение числа и мощности слоев, конфигурации границ);

определение сейсмоакустических характеристик для выделенных толщ грунтов;

определение свойств, состава и состояния нескальных грунтов.

1.6. При изучении разрезов нескальных грунтов следует применять:

сейсмические наземные измерения;

вертикальное сейсмическое профилирование и каротаж;

ультразвуковые измерения в естественных условиях и на образцах пород.

2. ПРОИЗВОДСТВО РАБОТ

Аппаратура и методика наземных сейсмических измерений

2.1. Сейсмическая аппаратура должна выбираться в зависимости от вида измерений, строения сейсмогеологического разреза, характера решаемых задач и категории местности. Основные типы регистрирующей аппаратуры, рекомендуемой для выполнения работ, и ее характеристики приведены в табл. 2.

При изучении сложных разрезов для регистрации волн в первых и последующих вступлениях предпочтение должно быть отдано многоканальным отечественным сейсмическим станциям типов оиск-1-6/12", АСМ-ОВ, СМОВ-24 и зарубежным - ИСН-01, Mc Seis-1300.

Малоканальные сейсмические установки обладают значительно меньшими возможностями и применяются в основном при наблюдениях по методу первых вступлений для решения простейших задач (например, изучения границ, связанных с уровнем грунтовых вод или поверхностью коренных глин).

2.2. Измерения следует производить способом продольного профилирования на единичных профилях или их системе. Непродольное профилирование используют редко, так как оно не гарантирует точных количественных построений, поэтому в настоящих Методических рекомендациях не рассматривается.

2.3. При сложном строении разреза (например, инверсионном распределении скоростей и неполном экранировании) пункт возбуждения колебаний рекомендуется заглублять. Обычно это делается с помощью взрывов в буровых скважинах, что относительно сложно и дорого. Как показал опыт ЦНИИС, более экономичным и технически доступным является использование для этой цели портативной установки динамического зондирования з комплекта ЭДЗ ЦНИИС [4]).

2.4. Методика наземной сейсморазведки на продольных волнах достаточно полно освещена в литературе [5, 6, 7 и др.]. Поэтому в этом разделе рассматриваются лишь особенности производства работ с поперечными и поверхностными волнами, менее освоенными в технико-методическом отношении.

Таблица 2

Аппаратура

Число каналов

Полоса пропускания, Гц

Точность отсчета времени, мс

Накапливание сигнала

Регистрация

Динамический диапазон, дБ

Чувствительность, мм/мкВ

Потребляемая мощность, Вт

Масса, кг

МАЛОКАНАЛЬНАЯ:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ОСУ-2

1

20-600

0,1

Нет

Аналоговая на ЭЛТ с фиксированием на фотопленку

-

2

10

7

ДОСУ-1

2

20-1000

0,1

-«-

То же

120

4

13

16

СНЦ-1

1

10-1000

0,1

Цифровое

Аналоговая на ЭЛТ и электроэррозионную бумагу

60

4

15

15

Bison 1550 (США)

1

5-2000

0,01

-«-

Аналоговая на ЭЛТ

-

-

3

5

МНОГОКАНАЛЬНАЯ:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Поиск-1-6/12 АСМ-ОВ

12

15-125

0,5

Нет

Аналоговая на магнитную ленту и фотобумагу

40

20

120

150

Поиск-1-24 МОВВ

24

15-120

0,5

-«-

То же

46

20

300

250

СМОВ-0-24

24

10-120

1,0

Аналоговое

Аналоговая на магнитную ленту с воспроизведением на бумагу

-

-

70

-

ИСН-01-024 (ВНР)

24

20-2000

0,1

Цифровое

Цифровая на магнитную ленту и аналоговая на электроэррозионную бумагу

96

-

100

50

Мс Seis-1300 (Япония)

24

5-1000

0,5

Цифровое неограниченное

Аналоговая на бумагу с ультрафиолетовым проявлением

86

-

60

16

2.5. В методике работ с поперечными волнами имеются две принципиальные трудности, которые следует учитывать при проведении исследований:

получение чистых записей поперечных волн, не осложненных присутствием продольных волн, находящихся в первых вступлениях;

возбуждение поперечных волн достаточной интенсивности.

Первое имеет место в ближней (1-3λ) к ПВ зоне, второе - при значительной глубине исследований.

2.6. Из поперечных волн рекомендуются в первую очередь волны типа SH, которые возбуждают горизонтальными ударами по вертикальной стенке ямки или торцу прикопанного бревна в направлении, перпендикулярном линии профиля (по оси Y), и принимают горизонтальными (по оси Y) сейсмоприемниками. Для опознания волн типа SH следует получать записи с противоположно направленными ударами, за счет чего поперечная волна меняет фазу на противоположную, а продольная волна - нет.

Однако направленность источников возбуждения (особенно типа сосредоточенной силы) и сейсмоприемников такова, что одновременно с волнами типа SH на записях (в ближней к ПВ зоне) присутствуют довольно интенсивные волны типа Р.

2.7. Для подавления продольных волн на записях поперечных следует осуществлять фильтрацию колебаний, так как спектр колебаний продольных волн является более высокочастотным, чем поперечных, и ограничение спектра со стороны высоких частот (применение ФНЧ) значительно ослабляет или даже подавляет первые из них.

2.8. В тех случаях, когда возбуждение поперечных волн типа SH с помощью кувалды не обеспечивает необходимой интенсивности колебаний, следует применять специальные ударные устройства [8, 9].

В качестве одного из таких источников возбуждения поперечных волн рекомендуется маятниковое устройство конструкции ЦНИИС для нанесения горизонтальных касательных ударов (рис. 1). Цилиндрической формы наборный груз 1 массой 15-50 кг подвешивается на стержнях 3 к горизонтальной оси 10, удерживаемой муфтами 13 на двух опорных ногах треноги 7 на высоте 2 м. Груз на рабочую высоту (до 2,5 м) поднимается ручной лебедкой 9, трос 8 от которой через блок 6 треноги 7 и несущий рычаг 4 специальным захватом 2 крепится к грузу 1. Несущий рычаг удерживает груз при подъеме. С помощью спускового шнура 5 захват 2 размыкается, и груз начинает двигаться вниз в вертикальной плоскости до нанесения удара по подставке 11. Конструкция блока сочленения 12 стержней 3 груза с горизонтальной осью 10 обеспечивает возможность некоторого перемещения груза в плоскости, горизонтальной оси (перпендикулярно нанесению удара), благодаря чему груз движется вертикально и ослабляется боковая вибрация треноги.

Рис. 1. Маятниковое устройство для возбуждения поперечных волн

2.9. В качестве нового высокоэффективного источника возбуждения поперечных волн рекомендуется скважинное устройство, применение которого обеспечивает высокую чистоту возбуждения поперечных волн при низком уровне продольных. Схематическая конструкция подобного устройства, используемого в ЦНИИСе, показана на рис. 2. Оно состоит из металлических контактных щек 1, деревянных прокладок 2, распорной воздушной камеры (с подводящим шлангом) 3, металлического диска 4. При работе устройство опускается в лунку или мелкую скважину таким образом, чтобы над поверхностью выступала часть его высотой примерно 20 см.

Рис. 2. Скважинное устройство для возбуждения поперечных волн

Ручным насосом создается давление в распорной камере, в результате чего она увеличивается в объеме и через прокладки давит на контактные щеки, плотно прижимая их к стенкам лунки. На торцы контактных щек кладется металлический диск 4, по которому наносятся удары молотком или кувалдой.

Длины, поперечные размеры и давление в камере следует выбирать в зависимости от мощности источника, условий бурения лунок или скважин и транспортировки. Как показал опыт ЦНИИС, оптимальными параметрами устройства являются следующие: длина контактных щек 80-100 см, диаметр 15-20 см, давление в распорной камере 0,3-0,5 МПа. Они обеспечивают в большинстве случаев глубину исследований до 10 м. Контактные щеки удобно изготавливать из отрезка трубы указанных размеров, разрезав ее по длине на две части. Кожухом распорной камеры может служить пожарный рукав, а внутренняя воздушная камера склеивается из резины. Давление в камере контролируется простейшим манометром.

Лунки глубиной до 1 м рекомендуется бурить ручными бурами (типа садового или шнекового ледобура).

2.10. При глубине исследований, превышающей 10 м, длина установки должна составлять 1,5-2,0 м, а давление в камере - 0,7-0,8 МПа. Удары по накладному диску осуществляют падающим грузом разной массы.

Вместо одного большого устройства могут быть применены два малых, состыкованных последовательно друг за другом в скважине по глубине.

2.11. Для возбуждения с помощью скважинного устройства поперечных волн типа SH следует бурить наклонную (в плоскости ZY) лунку с отклонением от вертикали на 30-45°. Колебания возбуждают ударами кувалды вдоль оси устройства, прием осуществляют горизонтальными сейсмоприемниками, ориентированными по оси Y. Если нужно получить записи с противоположной поляризацией удара, следует бурить другую лунку с отклонением от вертикали в противоположную сторону.

При данной методике работ обеспечиваются максимальная чистота записи поперечных волн и их надежное опознавание, в связи с чем отпадает необходимость в низкочастотной фильтрации колебаний.

2.12. Наибольший эффект при применении скважинного устройства достигается при работе с поперечными волнами типа SV в случае возбуждения и приема колебаний по системе ZZ, при этом отпадает необходимость в замене вертикальных сейсмоприемников горизонтальными при переходе от регистрации продольных волн к поперечным. Не вызывает трудностей и обеспечение необходимой интенсивности колебаний.

Чистота записей волн типа SV достаточно высока, хотя и несколько хуже, чем волн типа SH. В некоторых случаях для подавления продольных волн рекомендуется осуществлять фильтрацию колебаний.

2.13. Работу с поверхностными волнами типа Релея и Лява рекомендуется проводить лишь в тех случаях, когда трудности методического характера не позволяют получить качественные записи поперечных волн ввиду относительной сложности и трудоемкости измерений, а также более низкой надежности и точности результатов. Эти измерения могут дать информацию о скоростном (для волн) строении среды примерно до глубины 10 м при условии ее градиентного характера.

Аппаратура и методика работ подробно освещены в литературе [10]. Следует отметить, что для уверенного и детального освещения разреза необходимы записи первых низших гармоник волн на пяти или более отличающийся частотах в диапазоне 5-70 Гц. Каждая гармоника имеет свой интервал регистрации, где она разрешена во времени с другими волнами и достаточно интенсивна. Волны Релея наблюдают по системе ZZ, Лява - по системе YY.

Аппаратура и методика наблюдений во внутренних точках среды

2.14. Наблюдения во внутренних точках среды наиболее эффективны при изучении скоростного строения разреза, так как они позволяют исследовать разрезы с любым распределением скоростей, в том числе и инверсионным, когда их изучение наземными сейсмическими методами затруднено или невозможно.

2.15. Вертикальное сейсмическое профилирование в скважинах (ВСП), как сухих, так и заполненных водой, рекомендуется выполнять с помощью многоэлементных сейсмических зондов и многоканальных (более 12) сейсмостанций (см. табл. 2). Для уверенной регистрации продольных и поперечных волн каждый приемный элемент должен состоять из вертикального и горизонтального приборов. Необходимое качество записи (особенно для поперечных волн) обеспечивается плотным прижатием каждого элемента к стенке скважины.

2.16. Количество пунктов возбуждения (ПВ) и их удаление от устья скважины зависят от предполагаемого способа интерпретации.

Если количественная интерпретация предполагает приведение непродольных наблюдений к продольным, то первый ПВ располагается вблизи устья скважины и два других - на расстояниях 0,3 Н и 0,5 Н, но не далее 10 м, где Н - глубина скважины [11, 12].

Когда интерпретация проводится без приведения непродольных наблюдений к продольным, то первый ПВ располагается также у устья скважины, а два других - на расстояниях примерно 0,5 Н и 1,0 Н, но не далее 20 м.

Если предполагается построение поля изохрон, то ПВ удаляются на 2-3 Н.

Следует учитывать также, что поперечная волна разрешена на записях во времени с продольной лишь в тех случаях, когда ПВ удален от скважины на 3-5 м и более.

2.17. Методика возбуждения и приема волн при ВСП аналогична методике при наземных наблюдениях м. пп. 2.4-2.12). На системах ZZ наблюдают продольные и поперечные волны типа SV, на системах YY - поперечные волны типа SH. Более высокочастотными на записях поперечных волн являются волны типа SV.

При относительно малых удалениях ПВ от устья скважины (менее Н) регистрация продольных и поперечных волн типа SV уверенно осуществляется и по системе ZZ, в связи с чем при больших объемах работ экономически целесообразно применение многоэлементного сейсмического зонда с вертикальными сейсмоприемниками.

2.18. Сейсмический каротаж скважин, являющийся частным случаем ВСП (регистрация первых вступлений), рекомендуется выполнять с помощью одного-, двухэлементного зондов и малоканальных сейсмических установок. Обычно наблюдения ведут на продольных волнах. За счет высокой точности регистрации времен указанной аппаратурой, особенно нового поколения м. табл. 2), достигается высокая разрешающая способность метода при расчленении разреза и определении скоростей. Шаг наблюдений в неводонасыщенных породах в некоторых случаях целесообразно уменьшать до 25 см.

Регистрация волн типа S в принципе также возможна при условии подавления продольных волн. Волновую картину лучше фиксировать для последующего камерального анализа.

Аппаратура и методика ультразвуковых измерений

2.19. Ультразвуковые измерения на образцах грунта и в массиве проводят с помощью импульсной аппаратуры, рассчитанной обычно на питание от сети переменного тока (табл. 3). Измерения в полевых условиях рекомендуется выполнять аппаратурой с автономным питанием типов УК-10П и Р-5-5 (последняя требует специальной переделки [13]).

2.20. Измерения осуществляют по методике продольного профилирования и просвечивания [14].

Таблица 3

Параметры

Единицы измерения

Тип прибора

ДУК-20

УКБ-I

УКБ-II

ПИК-ТОМ

УЗС-260

ИПА-59

УК-10П

Полоса пропускания

кГц

1-500

5-300

5-220

10-200

15-300

10-500

10-150

Коэффициент усиления

106

1

0,5

1,1

0,8

1

0,37

0,5

Чувствительность

мкВ

50

10

50

100

-

-

5

Длительность развертки

мкс

20

100

12

10

100

50

50

мс

-

10

1,5

4

2

2

1

2

1,5

Основные метки времени

мкс

1

10

1

2

10

20

10

1

Амплитуда зондирующих импульсов

кВ

0,25

0,50

0,70

0,4

0,30

1

0,40

0,80

1,60

0,25

Размеры экрана ЭЛТ

см

13

8

8

8

31

13

8

Масса прибора

кг

45

15

14

28

-

18-37

8,5

Потребляемая мощность

Вт

500

140

24

170

-

200

30

3. ОБРАБОТКА И ИНТЕРПРЕТАЦИЯ МАТЕРИАЛОВ СЕЙСМОАКУСТИЧЕСКИХ НАБЛЮДЕНИЙ

3.1. Процесс обработки и интерпретации материалов сейсмоакустических наблюдений, осуществляемый для определения глубин сейсмических границ или мощностей слоев и скоростей распространения в них упругих волн, включает визуализацию материалов, их маркировку и оценку качества, корреляцию волн и установление их природы, построение годографов и их интерпретацию на основе принятой сейсмической модели. Эти вопросы, а также вопросы, касающиеся определения декрементов поглощения волн, достаточно полно освещены в литературе [5, 6, 7, 14, 15, 16 и др.], поэтому в настоящих Методических рекомендациях они не рассматриваются. В разделе приводятся лишь те данные, которые имеют частое употребление на практике или слабо освещены в литературе.

Обработка и интерпретация материалов наземных наблюдений

3.2. Количественную интерпретацию следует выполнять по материалам продольного сейсмического профилирования.

В случае параллельности нагоняемого и нагоняющего годографов разрез следует отождествлять со слоисто-однородной средой, а зарегистрированные волны считать преломленными. В случае непараллельности указанных годографов (при отсутствии проницания) разрез следует отождествлять с градиентной средой, а волны относить к рефрагированным.

Интерпретация годографов преломленных волн

3.3. Граничные скорости определяются несколькими способами [5, 6, 7, 14, 17]. В инженерной сейсморазведке рекомендуется применять способ разностного годографа, основанного на использовании выражения

,                                                   (3)

где  и  -      времена по встречным годографам  и  в точке x профиля наблюдений;

T -  взаимное время.

Разностный годограф θ(x) обычно строят графически (рис. 3). В тех случаях, когда встречные годографы не увязаны во взаимных точках, построения ведут от любой условной линии, параллельной оси абсцисс (расстояний). Граничная скорость VГ определяется по разностному годографу из выражения

,                                                           (4)

где φ - угол наклона преломляющей границы, рассчитываемый по формуле

.                                                  (5)

Рис. 3. Определение граничных скоростей и положения преломляющей границы по встречным годографам

Здесь  - средняя скорость в покрывающей толще до границы;

,  - кажущиеся скорости на границе из встречных ПВ.

Если на интервале определения VГ наклон преломляющей границы не более 15°, то граничная скорость с погрешностью, не превышающей 10 %, может определяться по упрощенной формуле

.                                                           (6)

Способ тем точнее, чем больше перепад скоростей на границе раздела.

3.4. Если участок перекрытия у встречных годографов отсутствует, значение VГ приближенно определяется для всего интервала между ПВ по формуле

.                                                     (7)

Если имеется лишь одиночный годограф, величина VГ приближенно принимается равной V*.

3.5. Когда по каким-либо причинам получение записей поперечных волн связано со значительными трудностями и неудобствами или эти записи просто отсутствуют, скорость поперечных волн Vs верхней части раздела можно определять через скорости релеевских VR и продольных Vp волн с помощью палетки Кнопова ис. 4). При этом отпадает необходимость в дополнительных записях по системе YY, так как релеевские и продольные волны регистрируются вместе на одной сейсмоленте, полученной по системе ZZ.

3.6. Построение преломляющих границ в инженерной сейсморазведке осуществляют в большинстве случаев способами средних и пластовых скоростей, используя параметр t0 [5, 6, 7, 14, 17]. Последний определяют по формуле

,                                                  (8)

Рис. 4. Номограмма Кнопова-Коптева для определения коэффициента Пуассона по скоростям волн.

Параметр кривых λ/r, где r - радиус выработки

Обычно это делают графически на участках перекрытия встречных годографов м. рис. 3). Дополнительно приближенные значения t0 находят в точках ПВ путем продолжения (пунктирные линии) годографов до пересечений их с осью времен. При этом встречные годографы одноименной волны должны быть обязательно увязаны по времени во взаимных точках. Если встречные годографы не имеют участка перекрытия или имеется только один годограф, то значение to находится приближенно (пунктирные линии) по отрезку, отсекаемому на оси времен при продолжении годографа (рис. 5). Глубина залегания преломляющей границы в способе средних скоростей или мощность пласта в способе средних скоростей или мощность пласта в способе пластовых скоростей могут быть найдены во всех точках профиля, где известны значения t0.

Рис. 5. Интерпретация годографов трехслойного разреза при отсутствии участков их перекрытия

Определение глубины до преломляющих границ по единичным годографам можно выполнять также по абсциссе точек пересечения ветвей годографов без использования t0.

3.7. При способе средних скоростей для определения глубины преломляющей границы нужно знать не только величины VГ и t0, но также и среднюю скорость  в толще, лежащей выше границы. Точную величину  может дать сейсмокаротаж или ВСП.

Для нахождения средней скорости  можно использовать разведочные скважины, расположенные на профиле наблюдений. Средняя скорость определяется по формуле

,                                                          (9)

где HГ - глубина до преломляющей границы в месте расположения скважины.

Если возбуждение волн производится на некоторой глубине Ндз (например, с помощью портативной установки динамического зондирования), то средняя скорость  до промежуточной глубины hГ может быть определена из выражения

,                                                      (10)

где Δt - разность времен вступлений волны при возбуждении на поверхности и глубине hГ.

Угол i рассчитывается из выражения

,                                                          (11)

где V1 - скорость вблизи поверхности наблюдений (берется по годографу прямой волны при возбуждении на поверхности).

В случае резкой границы, когда горизонтальным сносом можно пренебречь (например, УГВ), средняя скорость может быть определена по более простой формуле

.                                                         (12)

При возбуждении колебаний на поверхности приближенная величина средней скорости для К-й границы  может быть получена по точкам пересечения (ТП) годографов преломленных волн из выражения м. рис. 5)

,                                                              (13)

где xтпк и tтпк - координаты точки пересечения годографов, соответствующие границе К.

Представление о величине относительных ошибок определения средней скорости  по точке пересечения годографов для трехслойной горизонтальной среды в зависимости от отношения V1/V2 можно получить из рис. 6. Параметром кривых является отношение V1/V3. Случай, представленный на рис. 6, а, рассчитан для отношения мощностей  = 1, а случай, показанный на рис. 6, б - для  = 3.

Рис. 6. Графики определения ошибок при расчете средних скоростей по координатам точки пересечения для трехслойного разреза

Глубина залегания К-й границы определяется по формуле

 или ,                               (14)

где                                    ;                                          (15)

 - средняя скорость в покрывающей толще до границы К;

VГК - граничная скорость на границе К;

 и  - кажущиеся скорости волны от границы (ветвь годографа К + 1) из встречных ПВ.

В частности, для первой преломляющей границы формулы (14) и (15) принимают вид:

 или ;                                      (16)

.                                   (17)

3.8. Способ пластовых скоростей является более точным, хотя и более трудоемким, чем способ средних скоростей. Он заключается в последовательном определении мощности каждого отдельного слоя hi (см. рис. 5). При этом для каждой К-й границы определяют значения tОК и VГК согласно методике, изложенной в пп. 3.3 и 3.4.

Мощность первого слоя h1, равного глубине Н1 до первой границы, определяют по формуле (16).

Мощность второго слоя h2 находят из выражения

.                                             (18)

Глубина до второй границы H2 = h1 + h2.

Мощность третьего слоя h3 определяют по выражению

,                     (19)

где                                           i12 = arcsin V1/V2 = arcsin V1/VГ1;

i13 = arcsin V1/V3 = arcsin V1/VГ2;

i23 = arcsin V2/V3 = arcsin VГ1/VГ2;

i14 = arcsin V1/V4 = arcsin V1/VГ3;

i24 = arcsin V2/V4 = arcsin VГ1/VГ3;

i34 = arcsin V3/V4 = arcsin VГ2/VГ3.

Глубина до третьей границы H3 = h1 + h2 + h3.

Аналогичные формулы существуют и для следующих слоев. Однако они слишком громоздки и неудобны для практических расчетов. На практике при определении мощности третьего и последующих слоев применяют комбинированный способ, при котором многослойная среда заменяется трехслойной, состоящей из слоя, мощность которого необходимо определить, подстилающего пласта и вышележащей толщи, объединенной в один слой со средней скоростью . Положение кровли искомого пласта находят способом средних скоростей, а его мощность - способом пластовых скоростей.

3.9. Способ определения глубин по абсциссе точек пересечения рекомендуется применять при небольших перепадах скоростей на границе (0,5 < VK/VK+1 < 1) и малых наклонах границ.

Мощность покрывающего слоя h1 м. рис. 5)

,                                                      (20)

где xТП1 - абсцисса точки пересечения годографов.

Мощность второго слоя

,                                           (21)

где

.                                      (22)

Результаты интерпретации годографов преломленных волн, приведенных на рис. 3 и 5, даны в приложении.

Интерпретация годографов рефрагированных волн

3.10. Большинство известных способов интерпретации годографов рефрагированных волн применяется при залегании градиентного слоя на полупространстве и отсутствии скачка скоростей на границе сред (границе второго рода).

Интерпретация годографов рефрагированных волн сводится к отысканию закона изменения скорости волны в градиентном слое V = f(h) и мощности градиентной толщи H. Интерпретацию следует осуществлять для каждого единичного годографа в отдельности.

3.11. Существует довольно много способов интерпретации годографов рефрагированных волн [6, 7, 14, 17 и др.]. Учитывая относительную трудоемкость процесса интерпретации, при ручной обработке рекомендуется применять относительно простые приближенные методы. В инженерной сейсморазведке широко апробирован и хорошо зарекомендовал себя способ Кондратьева [17, 18], в основе которого лежит представление градиентной среды как предельного случая слоисто-однородной среды при стремлении мощности слоев последней к нулю.

Глубину проникновения луча для выбранной произвольной точки годографа определяют по формуле ис. 7, а)

,                                                   (23)

где  - средняя скорость в точке i;

tOi - значение времени, отсекаемое на оси времен касательной к годографу в точке i = 1, 2, 3 ... т;

V*i - кажущаяся скорость в выбранной i-й точке с координатами ti, xi/2, равная истинной на глубине максимального проникновения луча hi.

Среднюю скорость  вычисляют по формуле

.                                               (24)

Для построения зависимости V = f(h) на годографе выбирают ряд точек и выполняют вычисления, описанные выше. Результаты всех вычислений Vi = V*i и hi заносят в таблицу, по которой строят график V = f(h) для данного участка наблюдений (см. рис. 7, б).

Рис. 7. Интерпретация годографа рефрагированных волн:
а - годограф волн с элементами построений; б - соответствующий ему график изменения скорости в зависимости от глубины (по способу Кондратьева)

Для сильноградиентной среды более точные результаты при вычислении  получаются по формуле, предложенной Павленковой и Смелянской [14, 19]:

.                                                  (25)

Интерпретация годографов рефрагированных волн для границы первого рода (скачка скоростей) более сложна и трудоемка, поэтому реже производится на практике [5, 7].

3.12. Для интерпретации годографов рефрагированных волн эффективно применение ЭВМ. Наиболее полной в этой области является программа "Грунт" для машины типа ЕС-1020 на языке ФОРТРАН- [20, 21].

3.13. Информация о величинах скоростей поперечных волн в градиентном разрезе может быть получена по волнам Релея и Лява [10, 20]. Точность и разрешающая способность данного метода существенно ниже, чем при использовании годографов поперечных волн, и находятся в прямой зависимости от числа фазовых годографов разных гармоник, полученных в узких диапазонах низкочастотной части спектра (5-50 Гц).

Для количественной интерпретации в качестве исходных данных следует брать усредненные значения фазовых скоростей и периодов одной или нескольких (обычно двух) низших гармоник волн Релея и Лява [10, 20]. Хорошие результаты получаются при значительном (более пяти) числе наблюдений двух низших гармоник указанных волн на сильно различающихся частотах. Максимальная глубина исследований при этом составляет 10-12 м.

Ввиду большого объема вычислений практическая реализация данного метода целесообразна с применением ЭВМ, для чего разработан ряд программ, в том числе программа рунт".

Обработка и интерпретация материалов наблюдений во внутренних точках среды

3.14. Интерпретация материалов вертикального сейсмического профилирования сводится к определению скоростей продольных и поперечных волн в разрезе по глубине и разделению толщи на слои.

Полную информацию о распределении скоростей в разрезе следует получать из интерпретации продольных и непродольных вертикальных годографов. Последние в большей степени рекомендуются для поперечных волн, так как непродольные системы обеспечивают лучшее разрешение во времени поперечной волны от продольной.

Наиболее простой является интерпретация продольных годографов, поэтому в большинстве случаев непродольные годографы рекомендуется приводить к продольным (к вертикали).

3.15. Приведение непродольных годографов к вертикали осуществляют обычно на основе модели однородной среды по формуле

,                                                      (26)

где h - глубина наблюдения;

S - расстояние от ПВ до устья скважины.

Приведение выполняют лишь для тех частей годографов, для которых выполняются условия h/S ≥ 0,3÷0,5 и S < 10, тем самым времена на приведенном годографе определяются с погрешностью, не превышающей 10 %.

3.16. Интерпретацию вертикальных продольных (или приведенных) годографов рекомендуется осуществлять двумя способами.

Согласно первому годограф осредняет ломаной линией, предполагая, что разрез сложен однородными слоями. Пластовые скорости для каждого выделенного слоя определяют по угловым коэффициентам соответствующего отрезка ломаной линии.

Второй способ заключается в аппроксимации по частям вертикального экспериментального годографа элементом теоретического годографа рефрагированных волн вида [11]

t(h) = ah + bh2.                                                            (27)

Для этого весь годограф разбивается на элементы с числом точек в каждом из них 3-7 среднем 5). Для каждого элемента рассчитывают коэффициенты a и b по следующим формулам:

;                                         (28)

.                                          (29)

Скорость на данном интервале глубины (на элементе) вычисляют по формуле

.                                                         (30)

Данный способ позволяет восстанавливать скоростной разрез при любом законе изменения скорости от глубины.

Имеется алгоритм и составлена программа "Обработка вертикального годографа с приведением" (ОВГП-1) для ЭВМ "Наири-2" [11, 12].

3.17. Интерпретация непродольных вертикальных годографов без приведения их к продольным более сложна и трудоемка, а получаемые результаты ненадежны [11, 12]. Поэтому этот способ обработки рекомендуется применять только в тех случаях, когда по каким-либо причинам непродольные годографы сложно привести к продольным.

Расчеты по непродольным годографам рекомендуется выполнять только с применением ЭВМ, для чего имеются соответствующие программы [20].

3.18. При наличии нескольких вертикальных непродольных годографов со значительными удалениями ПВ от устья скважины (S > h) рекомендуется построение поля изохрон в плоскости S-h [5, 21]. Такое представление результатов более рельефно подчеркивает скоростные особенности разреза. При этом более уверенно выделяются зоны с повышенными скоростями, чем с пониженными.

Пример построения поля изохрон по непродольным вертикальным годографам представлен на рис. 8.

Рис. 8. Представление материалов вертикального профилирования через поле изохрон:

а - вертикальные годографы первых вступлений; б - поле изохрон, построенное по годографам на графике “а” для воображаемого источника у устья скважины

3.19. Точность определения скоростей по годографам продольного и непродольного вертикального профилирования зависит от качества экспериментальных годографов. Для того, чтобы погрешность в скоростях не превышала 10 %, значения времен на годографах должны быть определены с точностью 0,0005-1,001 с.

Приближенная количественная оценка относительной погрешности определения скорости  в зависимости от систематической ошибки во времени Δtφ/t, связанной с неточной поправкой за фазу, выполняется из следующих отношений [20]:

а) при занижении Δtφ (времена годографа завышены) систематическая ошибка в скорости ;

б) при завышении Δtφ (времена годографа занижены) систематическая ошибка в скорости гораздо больше:

;

в) наибольшая ошибка в скорости  имеет место для глубин .

Завышение времени на годографе приводит к систематическому занижению величин скоростей и наоборот.

Аналогичная ошибка в скорости в зависимости от погрешности при определении расстояния ПВ от устья скважины может быть оценена из соотношения [20].

Обработка и интерпретация материалов ультразвуковых наблюдений

3.20. Интерпретация данных ультразвуковых наблюдений (для прямых волн) выполняется по обычной системе и не вызывает затруднений [14, 22]. Скорость поперечных волн рекомендуется определять по скоростям продольных и поперечных волн с помощью палетки Кнопова м. рис. 4).

3.21. Предельную относительную ошибку в определении скорости при профилировании можно оценить из соотношения

,                                        (31)

где V -    скорость, рассчитанная по наклону годографа;

Δx -  расстояние между соседними положениями датчика на профиле (соседними точками на годографе);

кГ -     число точек на годографе;

ΔtV -  предельная абсолютная ошибка определения времени по отношению к аппроксимирующей годограф прямой линии.

При просвечивании аналогичная ошибка в определении скорости находится из выражения

,                                                    (32)

где l - база просвечивания;

Δl и ΔtV - абсолютные ошибки в определении соответственно базы просвечивания и времени пробега волны.

Геологическая интерпретация сейсмоакустических данных

3.22. Отождествление сейсмических границ с геологическими и гидрогеологическими по сейсмическим данным следует производить: по форме записи волны на сейсмограмме, по форме годографов, по упругим и поглощающим характеристикам среды.

Для нескальных грунтов нужно учитывать при геологическом отождествлении границ степень водонасыщенности пород или их положение (выше или ниже) по отношению к уровню грунтовых вод.

3.23. Литологические границы выше уровня грунтовых вод следует выделять на основе регистрации как продольных, так и поперечных волн либо их совместного использования. Качественную классификацию грунта можно сделать по величине отношения Vs/Vp согласно табл. 4.

Таблица 4

№ п/п

Грунт

Отношение Vs/Vp

1

Галечники

0,60-0,68

2

Пески

0,55-0,68

3

Супеси

0,50-0,62

4

Суглинки

0,30-0,55

5

Глины

0,14-0,35

3.24. Литологические границы ниже уровня грунтовых вод наиболее успешно отражаются на записях поперечных волн, и их скорости изменяются в более широком диапазоне, чем продольных м. табл. 1).

4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ, СОСТОЯНИЯ И СОСТАВА НЕСКАЛЬНЫХ ГРУНТОВ

Выбор расчетных уравнений

4.1. Основными показателями свойств, состояния и состава нескальных грунтов, для оценки которых может использоваться сейсмоакустика, являются: модуль общей деформации Eдеф, удельное сцепление С, угол внутреннего трения φ, плотность γ0 (плотность скелета грунта γск), пористость n (коэффициент пористости е); влажность w, степень влажности g, показатель консистенции JL, число пластичности Wn и пределы пластичности WГ и Wp, гранулометрический состав - содержание глинистых (менее 0,005 мм) Ггл, пылеватых (0,05-0,005 мм) Гпл и песчаных (более 0,05 мм) Гпс частиц.

Упругие деформации и сдвиг при динамических нагрузках характеризуются соответственно динамическими модулями деформации Еg (модулем Юнга) и сдвига μg, коэффициентом Пуассона νg.

4.2. Корреляционные уравнения связи, приводимые в настоящем разделе, справедливы при следующих размерностях входящих в них параметров:

Vp и Vs                                                           м/с

φ                                                                    град/см

Eдеф, Еg, C, μg                                                МПа

γ0 и γск                                                           г/см3

W и Г (грансостав)                                      % весовые

Wn, WГ и Wp                                                  % влажности

Остальные параметры                                Безразмерные

Указанные размерности необязательны (и в общем случае несправедливы) для точных физических соотношений теоретического характера. Для этих соотношений размерность параметров зависит от выбранной физической системы единиц [23].

4.3. Для определения каждого параметра в большинстве случаев существует несколько способов расчета и расчетных уравнений. Выбор конкретного способа (или способов) и уравнения (или уравнений) зависит от необходимой точности и надежности определений, простоты и быстроты расчетов, наличия исходных сейсмических и других данных о грунте и условий его залегания в разрезе. Правомочность выбранного способа расчета должна подтверждаться экспериментально.

4.4. По точности результатов, быстроте и простоте расчетов предпочтение следует отдавать простейшим корреляционным уравнениям (с числом исходных параметров, не превышающих двух), имеющим наибольшее применение на практике. Среди них в свою очередь рекомендуются те частные зависимости, которые по типу пород, условиям их залегания и региону применения наиболее близки к каждому конкретному случаю.

Меньшее предпочтение следует отдавать корреляционным зависимостям, более региональным и универсальным по типу пород. При этом обязательным является разделение грунтов на несвязные лабосвязные) и связные. Для первых из них региональный фактор не так важен по сравнению с типом грунта, для вторых он играет заметную роль.

Наиболее общие и универсальные корреляционные зависимости (для связных и несвязных грунтов всех районов СССР) не имеют пока необходимого экспериментального обоснования и вызывают определенные сомнения. Поэтому они могут быть использованы (особенно для связных грунтов) лишь для приближенной оценки соответствующих параметров и должны дублироваться другими способами расчета, учитывающими большее число факторов и физическую причинность связей.

При выборе конкретного уравнения (уравнений) связи рекомендуется пользоваться графическим представлением зависимости на одном планшете. Такие графики приведены в разделе по большинству анализируемых параметров.

4.5. В тех случаях, когда имеющиеся простейшие корреляционные зависимости не обеспечивают необходимой надежности определений (см. п. 4.4), расчеты следует производить:

а) по более сложным многомерным (более двух) корреляционным уравнениям, включающим простейшие физические свойства, влияние которых на искомый параметр и сейсмические характеристики наиболее велико;

б) по теоретикокспериментальным зависимостям, полученным на основе теоретических моделей грунта.

Необходимые дополнительные данные для первого случая м. подпункт а) следует получать из прямых инженерно-геологических определений, а при их отсутствии - на основе сейсмических характеристик по системе замкнутых (число неизвестных равно числу уравнений) корреляционных многомерных уравнений в результате итерационного процесса.

Во втором случае (см. подпункт б) число исходных параметров увеличивают за счет использования помимо скоростей волн также их декрементов поглощения пособ ЦНИИС) или путем контроля ряда параметров при расчете, причем технологически наиболее удобны модель и способ В. И. Бондарева.

Указанные способы расчета носят более региональный и универсальный характер в силу более полного учета факторов, влияющих на искомый параметр, и большей физической обоснованности данного подхода. При этом, однако, увеличивается влияние на конечный результат погрешностей в исходных параметрах по сравнению с использованием простейших уравнений.

4.6. При установлении новых зависимостей или проверке существующих соотношений необходимо, чтобы все сопоставляемые параметры были получены в одинаковых инженерно-геологических условиях с соблюдением масштабного эффекта. Последнее относится к неоднородным грунтам. Однородные грунты свободны от действия этого эффекта.

Определение механических свойств грунтов

4.7. Динамические модули деформации Еg и сдвига μg используют для решения специальных задач асчета фундаментов при динамических нагрузках и др.) и вычисления статических характеристик грунта. Динамические модули вычисляют по известным функциональным зависимостям линейной теории упругости:

;                               (33)

;                                                        (34)

;                                                             (35)

где γ0 - плотность грунта.


Таблица 5

Номер формулы и графика

Типы грунтов

Районы

Уравнения связи

Коэффициенты корреляции

Пределы применения

Авторы

 

НЕСВЯЗНЫЕ И СЛАБОСВЯЗНЫЕ ГРУНТЫ

 

 

 

 

 

1

Валунно-галечный аллювий с супесчано-суглинистым заполнителем (неводонасыщенный)

Все районы СССР

lg Eдеф = 1,99 - lg Eд - 3,66

-

200 ≤ Едеф ≤ 480

В. Е. Лавров

2

Щебенистые грунты (щебень тальк-хлоритовых сланцев)

-«-

Eдеф = 0,1 Eд - 16

-

15 ≤ Едеф ≤ 130

В. И. Бондарев

3

Сухие и неводонасыщенные пески

Западная Сибирь, Свердловская обл.

Eдеф = 0,116 Eд - 4,7

0,92

18 ≤ Едеф ≤ 66

В. И. Бондарев

4

Пески неводонасыщенные

Все районы СССР

Eдеф = 0,085 Eд + 3

0,84

15 ≤ Едеф ≤ 60

В. Н. Агеев

5

-«-

-«-

Eдеф = 0,01425 Vp + 0,1985 Vs - 27

0,85

15 ≤ Едеф ≤ 60

В. И. Бондарев

6

Пески водонасыщенные

-«-

Eдеф = 0,445 Eд + 3,1

0,94

6,4 ≤ Едеф ≤ 80,7

В. Н. Агеев

7

-«-

-«-

Eдеф = 0,15175 Vs - 18,9

0,92

6,4 ≤ Едеф ≤ 80,7

В. И. Бондарев

8

-«-

-«-

Eдеф = 2,261·10-4 V2s + 4,2

0,93

6,4 ≤ Едеф ≤ 80,7

В. И. Бондарев

 

СВЯЗНЫЕ ГРУНТЫ

 

 

 

 

 

9

Четвертичные суглинки неводонасыщенные

Средняя полоса Европейской части СССР

Eдеф = 0,0362 Eg + 2,6

-

5 ≤ Едеф ≤ 16

О. П. Аникин

10

То же

То же

Eдеф = 0,0736 Vp + 0,0562 Vs - 3,7

-

5 ≤ Едеф ≤ 16

О. П. Аникин

11

Суглинки

Татарская ССР

Eдеф = 0,33 Eд + 6,5

-

-

И. Г. Миндель

12

Лессы и лессовидные суглинки

Юг Украины

Eдеф = 0,045 Eд + 7

0,81

8 ≤ Едеф ≤ 57

И. Г. Миндель

13

Суглинки коры выветривания

Среднеамурская впадина и ее обрамление

lg Eдеф = 0,57·10-6 V2p + 2,42

0,84

5 ≤ Едеф ≤ 8

В. В. Казанцев

14

Суглинки верхних террас р. Амур

То же

lg Eдеф = 0,51·10-6 V2p + 2,50

0,83

5 ≤ Едеф ≤ 76

В. В. Казанцев

 

НЕСВЯЗНЫЕ И СВЯЗНЫЕ ГРУНТЫ

 

 

 

 

 

15

Песчано-глинистые грунты неводонасыщенные

Урал, Западная Сибирь

Eдеф = 0,1076 Eд - 1,9

0,90

5 ≤ Едеф ≤ 37

В. И. Бондарев

16

То же

-«-

Eдеф = 0,154 Vs - 12

0,85

6 ≤ Едеф ≤ 32

В. И. Бондарев

17

-«-

-«-

Eдеф = 0,116 Eд - 4,2

0,93

4,5 ≤ Едеф ≤ 62

В. И. Бондарев

18

Песчано-глинистые грунты естественной влажности

Ростовская обл.

Eдеф = 0,064 Eд + 3,5

0,91

5 ≤ Едеф ≤ 65

Е. С. Григорчук

19

Песчанолинистые грунты

Юг Украины

-

2 ≤ Едеф ≤ 90

B. E. Василевский

20

Песчанолинистые грунты неводонасыщенные

Все районы СССР

Eдеф = 0,0936 Eд + 0,4

0,89

4,5 ≤ Едеф ≤ 62

В. И. Бондарев


4.8. Модуль общей деформации Едеф может быть найден с помощью:

простейших корреляционных уравнений связи (табл. 5);

многомерного корреляционного уравнения для четвертичных суглинков различных районов СССР;

теоретико-экспериментальных зависимостей для глинистых грунтов различных районов СССР;

теоретико-экспериментальных зависимостей для любых песчано-глинистых грунтов отдельных регионов СССР.

4.9. Выбор конкретных уравнений связи, содержащихся в табл. 5, выполняют согласно п. 4.4. Наиболее обоснованными и проверенными на практике являются линейные зависимости модуля общей деформации Едеф от динамического модуля упругости Еg. Все зависимости такого рода сведены вместе на рис. 9. Менее тесная связь Едеф имеет место со скоростью только продольных или поперечных волн.

4.10. Многомерное корреляционное уравнение (данные ЦНИИС) позволяет определять модуль общей деформации (для нагрузок 0,3-0,4 МПа) на основе скоростей продольных Vp и поперечных волн Vs, а также плотности скелета γск и предела текучести WТ:

Едеф = 0,0060 Vp + 0,0732 Vs + 15,94 γск + 2,274(WТ - 27,8) (γск - 1,56) - 29,22.         (36)

Уравнение характеризуется коэффициентом множественной корреляции R = 0,83. Область применения уравнения лежит в пределах 7 ≤ Едеф ≤ 30 МПа. При неизвестных значениях γск и WТ их определяют согласно п. 4.15.

4.11. Теоретико-экспериментальные зависимости (данные ЦНИИС) получены на основе стандартной реологической модели сплошной среды и откорректированы на экспериментальном материале [16]. При определении модуля общей деформации Едеф нужно знать величины скоростей Vp и Vs, а также декрементов поглощения νp и νs продольных и поперечных волн. Расчет производят в следующем порядке.

Рис. 9. Графики зависимости модуля общей деформации Едеф от динамического модуля упругости Еg (номера графиков и характеристики пород см. в табл. 5)

Определяют реологический параметр

.                     (37)

Рассчитывают теоретический модуль длительной деформации стандартной линейной модели

.                                     (38)

При кр > 3 рекомендуется пользоваться (с погрешностью менее 10 %) более простым соотношением:

.                                                 (39)

Переход от теоретического к реальному компрессионному модулю общей линейной деформации Екдеф.л, МПа, т.е. корректировку теоретической зависимости (38), выполняют по корреляционному соотношению

Екдеф.л = 4,5 + 0,308 ЕТ.                                                    (40)

Уравнение характеризуется коэффициентом парной корреляции r = 0,85.

Исходя из общей обоснованности данного подхода и имеющихся экспериментальных данных, расчет Екдеф.л по формулам (38)-(40) можно производить для любых глинистых грунтов в диапазоне 5 ≤ Екдеф.л ≤ 30 МПа.

Модуль общей деформации Екдеф для требуемой нагрузки σ в области нелинейной зависимости деформации от напряжения определяют по формуле

,                                                        (41)

где f(σ) - функция напряжения (например, thσ или arcshσ), подбираемая из опыта [24, 25].

Переход от компрессионного модуля общей деформации Екдеф и модулю общей деформации Едеф осуществляют по формуле

.                                                      (42)

При отсутствии декремента поглощения поперечных волн νsЕдеф рассчитывают в следующем порядке.

Через динамический эффективный модуль Еэфg = V2pγ0 по корреляционной зависимости определяют Hg, МПа:

Hg = 1,59 Еэфg - 90,                                                     (43)

характеризующейся коэффициентом корреляции r = 0,92. Далее по функциональному уравнению находят параметр кp

.                       (44)

Теоретический модуль длительной деформации ЕТ определяют по формуле

.                                                  (45)

или по формулам (38) и (39).

Дальнейшие расчеты Екдеф и Едеф выполняют по формулам (40)-(42) аналогично предыдущей схеме.

4.12. Способ расчета с помощью теоретико-экспериментальных зависимостей для любых песчано-глинистых грунтов отдельных регионов СССР заключается в том, что, задаваясь группой физических характеристик грунта, главными из которых являются пористость n, степень влажности g, коэффициент Пуассона ν и глубина залегания h, можно определить соответствующие им скорость Vp и динамический модуль Eg (задаваясь ν) по модели дискретной зернистой среды, предложенной В. И. Бондаревым [20], а модуль общей деформации Eдеф - по СНиП-II-15-74 (ч. II, гл. 15) [26] или аналогичным им региональным нормам.

Задаваясь численными значениями этих исходных характеристик в диапазоне их возможного изменения, характерного для интересующего нас типа грунта и условий его залегания, можно рассчитать серию значений Eдеф и Vp (или Eg), ограничивающих область взаимосоответствия между анализируемыми характеристиками, и найти (или проверить) соответствующие уравнения взаимосвязи между ними.

Для расчета Vp требуются следующие простейшие физические параметры:

γ0, γ, γгаз, γж - плотность зерен кварца, глинистых частиц, газа и жидкости соответственно;

V0, V, Vгаз, Vж -     скорости продольных волн в зернах кварца, глинистой оболочке, газе и жидкости соответственно;

ν0, νГ -   коэффициент Пуассона зерен кварца и глинистой оболочки;

к -    относительная доля глинистых частиц в скелете грунта (в ядрах);

n, g -   пористость и степень влажности грунта соответственно;

h -    глубина залегания грунта.

Все параметры кварцевых зерен, газа и жидкости являются постоянными величинами и имеют свои численные значения. Практически постоянным является также плотность глинистых частиц γ.

Ввиду малого изменения νГ ему при расчетах присваивается какое-то усредненное численное значение. Величину VГ, м/с, конкретных типов грунтов, что определяется численной величиной параметра К, рекомендуется рассчитывать по следующим эмпирическим зависимостям [20]:

для песков (К = 0,020)

;                                             (46)

для супесей (К = 0,065)

;                                             (47)

для суглинков (К = 0,200)

.                                                (48)

Численные значения n, g и h задаются в качестве исходных данных.

Примечание. Для точной оценки внутренних сил сцепления (давления связности Pc) требуется знание также величин сцепления С и угла внутреннего трения φ грунта. Однако их зависимость от пористости позволяет дать для конкретных типов грунтов эмпирические формулы, обеспечивающие практические расчеты без С и φ.

Скорость продольных волн в среде согласно данной теории определяется по формуле

,                                                      (49)

где Vоб и Vк - объемная и контактная составляющие скорости соответственно.

Для выражения Vоб и Vк вводятся вспомогательные величины:

плотность глинистой оболочки

γГ = γ (1 - n) + gnγж;                                               (50)

относительная доля глинистых частиц в грунте

;                                              (51)

относительная доля кварцевых зерен в ядре (шаре)

n0 = 1 - n - n;                                                      (52)

эффективная плотность ядра

;                                           (53)

эффективная плотность грунта

γэ = γ0n0 + γn + gnγж;                                              (54)

эффективный коэффициент Пуассона ядра

;                                          (55)

эффективная пористость среды

.                                                     (56)

Тогда объемную составляющую Vоб скорости Vp можно выразить соотношением

,                                        (57)

где Vза и Vаэ - эффективные скорости в поровом заполнителе и ядре соответственно.

;                                     (58)

.                                          (59)

Соответственно контактная составляющая VK скорости Vp в формуле (49) выражается соотношением

,                       (60)

где                                                  ;                                                       (61)

hэ = h + hc - эффективная глубина.                                     (62)

Глубина связности hc, см, рассчитывается с помощью эмпирических формул, составленных на основе анализа данных СНиП-II-15-74:

для песков

;                                                  (63)

для супесей

;                                            (64)

для суглинков

;                                                     (65)

Примечание. Более точные расчеты hc для любых грунтов выполняют по формуле

;                                                                           (66)

Для практических расчетов Vp на основе данной модели рекомендуются следующие численные значения параметров: γ0 = 2650 кг/м3; γ = 2750 кг/м3; γгаз = 1,27 кг/м3; γж = 1000 кг/м3; Vp0 = 6000 м/с; Vs0 = 4100 м/с; Vгаз = 340 м/с; Vж = 1450 м/с; ν0 = 0,1; νГ = 0,4. Среднее содержание глинистых частиц: для песков К = 0,020, для супесей К = 0,065 и для суглинков К = 0,200.

Примечание. Существуют и другие, в том числе более совершенные, модели, которые в принципе могут быть использованы для расчета сейсмических характеристик по первичным физическим свойствам [27, 28]. Однако они трудно реализуемы для практических целей, так как включают параметры, численные значения которых установить экспериментально довольно сложно.

4.13. Сдвиговые характеристики (постоянную сцепления С и угол внутреннего трения φ) следует вычислять по простейшим корреляционным зависимостям, приведенным в табл. 6 (см. п. 4.4).

Для постоянной сцепления C наиболее тесная связь, обоснованная теоретически и подтвержденная экспериментально, наблюдается с динамическим модулем сдвига μg и со скоростью поперечных волн Vs. Связь C со скоростью продольных волн Vp менее тесная и физически менее обоснованная.

Для традиционно трудного параметра φ наиболее тесная связь установлена с декрементом поглощения поперечных волн νs.

Соотношение различных уравнений связи, приводимых в табл. 6, и общий характер взаимосвязей С и φ с динамическим модулем сдвига хорошо видны из рис. 10 и 11.

Примечание. Численные значения характеристик С и φ сильно зависят от схемы и вида сдвиговых испытаний [29, 30]. Однако для большинства корреляционных зависимостей, кроме зависимостей ЦНИИС, этот фактор не нашел отражения и, вероятно, не учтен при анализе. Последнее является, возможно, причиной неодинаковых результатов у различных авторов при анализе взаимосвязей для сдвиговых характеристик (в основном φ).

Определение физических свойств, состояния и состава грунтов

4.14. Общую пористость n и коэффициент пористости e рекомендуется определять двумя способами: с помощью простейших корреляционных зависимостей и по способу В. И. Бондарева.


Таблица 6

Номер формулы и графика

Типы грунтов

Районы

Уравнения связи

Коэффициенты корреляции

Пределы применения

Авторы

 

НЕСВЯЗНЫЕ И СЛАБОСВЯЗНЫЕ ГРУНТЫ

 

 

 

 

 

1

Пески неводонасыщенные

Все районы СССР

φ = 5,610-2μg + 29

0,72

30 ≤ φ ≤ 40,5

В. Н. Агеев

2

-«-

-«-

φ = 4,98·10-2Vs + 23,3

0,71

30 ≤ φ ≤ 40,5

В. И. Бондарев

3

Пески водонасыщенные

-«-

φ = 0,378·10-4μ2g + 28,6

0,76

28,7 ≤ φ ≤ 38

В. И. Бондарев

4

-«-

-«-

φ = 8,468·10-8V3s + 27,8

0,71

28,7 ≤ φ ≤ 38

В. И. Бондарев

 

НЕСВЯЗНЫЕ И СВЯЗНЫЕ ГРУНТЫ

 

 

 

 

 

5

Песчанолинистые грунты

Урал, Западная Сибирь (западная часть)

0,88

0,040 ≤ С ≤ 0,088

В. И. Бондарев

6

-«-

То же

0,80

0,010 ≤ С ≤ 0,056

В. И. Бондарев

7

-«-

-«-

С = 82,37·10-5μg - 0,0108

0,85

0,012 ≤ С ≤ 0,068

В. И. Бондарев

8

-«-

-«-

φ = 45,6 - 7,95 Vp/Vs

0,92

11 ≤ φ ≤ 35

В. И. Бондарев

9

-«-

Урал, Западная Сибирь

С = 0,0908 - 0,0168 Vp/Vs

-

-

В. И. Бондарев

10

-«-

То же

φ = 46,4 - 9,65 Vp/Vs

0,73

14 ≤ φ ≤ 35,5

В. И. Бондарев

11

Песчано-глинистые грунты естественной влажности

Все районы ССОР

С = 3,8·10-4μg + 0,0087

0,82

0,01 ≤ С ≤ 0,147

В. И. Бондарев

 

СВЯЗНЫЕ ГРУНТЫ

 

 

 

 

 

12

Лессы и лессовидные суглинки

Юг Украины

С = 4,8·10-4μg - 0,008

0,90

0,01 ≤ С ≤ 0,147

И. Г. Миндель

 

 

 

Ускоренный сдвиг

 

 

 

13

Четвертичные суглинки неводонасыщенные

Средняя полоса Европейской части СССР

0,80

0,018 ≤ С ≤ 0,08

О. П. Аникин

14

То же

То же

С = 0,000324 Vs - 0,17

0,76

0,018 ≤ С ≤ 0,08

О. П. Аникин

15

-«-

-«-

С = 0,117 - 0,051 νp

0,67

0,018 ≤ С ≤ 0,08

О. П. Аникин

16

-«-

-«-

φ = 9,1 νR

0,75

5 ≤ φ ≤ 15

О. П. Аникин

17

-«-

-«-

φ = 0,8 + 0,89 νp

0,72

5 ≤ φ ≤ 15

О. П. Аникин

18

-«-

-«-

φ = 16,1 - 0,076 μg

0,65

5 ≤ φ ≤ 15

О. П. Аникин

19

-«-

-«-

φ = 18,2 - 0,0357 Vs

0,64

5 ≤ φ ≤ 15

О. П. Аникин

 

 

 

Замедленный сдвиг

 

 

 

20

-«-

-«-

0,82

0,005 ≤ С ≤ 0,03

О. П. Аникин

21

-«-

-«-

С = 0,000125 Vs - 0,011

0,78

0,005 ≤ С ≤ 0,03

О. П. Аникин

22

-«-

-«-

φ = 32,5 - 0,099 μg

0,72

15 ≤ φ ≤ 30

О. П. Аникин

23

-«-

-«-

φ = 39,8 - 0,078 Vs

0,67

15 ≤ φ ≤ 30

О. П. Аникин

Таблица 7

Номер формулы и графика

Типы грунтов

Районы

Уравнения связи

Коэффициенты корреляции

Пределы применения

Авторы

 

НЕСВЯЗНЫЕ И СЛАБОСВЯЗНЫЕ ГРУНТЫ

 

 

 

 

 

1

Пески неводонасыщенные

Все районы СССР

0,48

0,282 ≤ n ≤ 0,415

В. И. Бондарев

2

Пески любой степени влажности

-«-

0,63

0,282 ≤ n ≤ 0,434

В. И. Бондарев

3

Пески неводонасыщенные

-«-

n = 15,585 / Еg + 0,276

0,78

0,280 ≤ n ≤ 0,415

В. Н. Агеев,

В. И. Бондарев

4

-«-

-«-

e = 37,5 / Еg + 0,364

0,80

0,391е ≤ 0,710

В. Н. Агеев,

В. И. Бондарев

 

НЕСВЯЗНЫЕ И СВЯЗНЫЕ ГРУНТЫ

 

 

 

 

 

5

Песчано-глинистые грунты неводонасыщенные

Все районы СССР

0,76

0,10 ≤ n ≤ 0,35

В. И. Бондарев

6

Те же любой степени влажности

-«-

0,76

0,10 ≤ n ≤ 0,35

В. И. Бондарев

7

Те же водонасыщенные

-«-

0,65

0,10 ≤ n ≤ 0,45

В. И. Бондарев

8

Песчано-глинистые грунты

Урал

е = 1,145 - 1,764·10-3Еg

0,84

0,451 ≤ e ≤ 1,05

В. И. Бондарев

9

Элювиально-делювиальные грунты

Средне-Амурская впадина

n = 0,54 - 7,27·10-8V2p

0,83

-

В. В. Казанцев

10

Аллювиальнозерные грунты высоких террас

-«-

n = 0,60 - 14,61·10-8 V2p + 2,08·10-14 V4p

0,84

-

В. В. Казанцев

 

СВЯЗНЫЕ ГРУНТЫ

 

 

 

 

 

11

Четвертичные суглинки неводонасыщенные

Средняя полоса Европейской части СССР

n = 0,507 - 0,142·10-3Vp

0,69

0,35 ≤ n ≤ 0,48

О. П. Аникин


Рис. 10. Графики зависимости сцепления С от динамического модуля сдвига μg (номера графиков и характеристики пород см. в табл. 6)

Расчет по первому из них выполняется с помощью корреляционных уравнений, приведенных в табл. 7 (см. п. 4.4). Физически наиболее обоснованной является связь n и e со скоростями продольных Vp и поперечных Vs волн. Соотношение различных уравнений табл. 7 и общий характер взаимосвязи n с Vp хорошо видны из рис. 12.

Рис. 11. Графики зависимости угла внутреннего трения φ от динамического модуля сдвига μg (номера графиков и характеристики пород см. в табл. 6)

Расчет n и е по способу В. И. Бондарева аналогичен расчету Eдеф м. п. 4.12). В данном случае отпадает только необходимость в строительных нормах и правилах, так как n является одним из первичных расчетных параметров. Целесообразен анализ взаимосвязи n с Vp.

Примечание. Относительно хорошие результаты при оценке n могут быть получены более простым путем с помощью формулы среднего времени [14].

Рис. 12. Графики зависимости пористости n от скорости продольных волн Vp (номера графиков и характеристики пород см. в табл. 7)

4.15. Плотность γ0 и плотность скелета γск грунта можно определять тремя способами: с помощью простейших корреляционных уравнений, с помощью множественных корреляционных уравнений (данные ЦНИИС) и по модели В. И. Бондарева.

Расчет по первому способу выполняют с помощью уравнений, приведенных в табл. 8 (см. п. 4.4).

Физически наиболее обоснованной является связь γ0 и γск со скоростями Vp и Vs.

Как показывает практика, взаимосвязь между γ0 и Vp для рыхлых грунтов различных типов может быть описана степенной функцией вида [14]

γ0 = αVβp,                                                                 (67)

где α и β - постоянные величины, подлежащие определению; для пород суглинистого состава β больше, чем для обломочных грунтов.

Соотношение различных уравнений табл. 8 и общий характер взаимосвязи γ0 с Vp хорошо видны из рис. 13.

Рис. 13. Графики зависимости плотности γ0 от скорости продольных волн Vp (номера графиков и характеристики пород см. в табл. 8)


Таблица 8

Номер формулы и графика

Типы грунтов

Районы

Уравнения связи

Коэффициенты корреляции

Пределы применения

Авторы

 

НЕСВЯЗНЫЕ И СЛАБОСВЯЗНЫЕ ГРУНТЫ

 

 

 

 

 

1

Галечный аллювий с суглинистым заполнителем

Северный Кавказ

γ0 = 2,23 (10-3 Vp)0,25

-

1,73 ≤ γ0 ≤ 2,30

В. Е. Лавров

2

Щебень (балласт железнодорожного полотна)

Все районы СССР

γ0 = 1,11·10-3 Vp + 1,15

-

1,35 ≤ γ0 ≤ 1,8

А. М. Берман

3

Оползневой материал (смесь обломков метаморфических сланцев с суглинистым заполнителем)

Таджикская ССР

γ0 = 2,43 (10-3 Vp)0,2

-

1,85 ≤ γ0 ≤ 2,6

В. Н. Никитин

4

Пески любой степени влажности

Все районы СССР

0,87

1,65 ≤ γ0 ≤ 2,30

В. И. Бондарев

5

-«-

-«-

γ0 = 0,322·10-3 Vp + 1,660

0,82

1,75 ≤ γ0 ≤ 2,30

В. Н. Агеев

6

-«-

-«-

γ0 = 0,1115·10-2 Vs + 1,410

0,81

1,52 ≤ γ0 ≤ 1,81

В. И. Бондарев

 

СВЯЗНЫЕ ГРУНТЫ

 

 

 

 

 

7

Суглинки коры выветривания

Средне-Амурская впадина

γ0 = 1,69 + 0,20·10-6 V2p - 0,02·1012 V4p

0,77

1,81 ≤ γ0 ≤ 2,07

В. В. Казанцев

8

Суглинки верхних террас р. Амур

То же

γ0 = 1,62 + 0,27·10-6 V2p - 0,04·10-12 V4p

0,82

1,73 ≤ γ0 ≤ 2,07

В. В. Казанцев

9

Делювиальные суглинки

Могилев-Подольский гидроузел

γ0 = 1,85 (10-3 Vp)0,23

-

-

В. Н. Никитин

10

Четвертичные суглинки неводонасыщенные

Средняя полоса Европейской части СССР

γ0 = 1,835 + 0,359·10-3 Vp - 0,83·10-3 Vs

0,73

1,60 ≤ γ0 ≤ 2,30

О. П. Аникин

11

То же

То же

γ0 = 1,719 + 0,29·10-3 Vp

0,67

1,70 ≤ γ0 ≤ 2,30

О. П. Аникин

12

Четвертичные суглинки неводонасыщенные

Средняя полоса Европейской части СССР

γск = 1,38 + 0,33·10-3 Vp

0,67

1,40 ≤ γ0 ≤ 2,10

О. П. Аникин

13

Лессы

Средняя Азия

γск = 1,19 + 0,475·10-3 Vs

0,67

1,40 ≤ γ0 ≤ 2,10

Н. Н. Горяинов

 

НЕСВЯЗНЫЕ И СВЯЗНЫЕ ГРУНТЫ

 

 

 

 

 

14

Элювиально-делювиальные грунты

Урал

0,84

1,8 ≤ γ0 ≤ 2,12

В. И. Бондарев

15

Песчано-глинистые грунты

-«-

0,77

1,73 ≤ γ0 ≤ 2,11

В. И. Бондарев

16

Песчано-глинистые грунты неводонасыщенные

Все районы СССР

γ0 = 1,85 (10-3 Vp)0,232

0,78

1,20 ≤ γ0 ≤ 2,50

В. И. Бондарев

17

Те же любой степени влажности

 

γ0 = 2,18 (10-3 Vs)0,222

0,78

1,20 ≤ γ0 ≤ 2,50

В. И. Бондарев

Таблица 9

Номер формулы и графика

Типы грунтов

Районы

Уравнения связи

Коэффициенты корреляции

Пределы применения

Авторы

 

 

 

Влажность W, %

 

 

 

1

Пески

Все районы СССР

0,78

2,4 ≤ W ≤ 23

В. И. Бондарев

2

Четвертичные суглинки

Средняя полоса Европейской части СССР

W = 39,88 - 0,01372 Vp - 31,42 Vs/Vp

0,61

9 ≤ W ≤ 30

О. П. Аникин

3

Элювиально-делювиальные грунты коры выветривания

Средне-Амурская впадина

lg W = 3,652 - 0,284·10-6 V2p

0,79

-

В. В. Казанцев

4

Аллювиально-озерные грунты высоких террас

То же

lg W = 3,774 - 0,329·10-6 V2p

0,79

-

В. В. Казанцев

5

Песчано-глинистые грунты

Урал

W = 38 - 0,0315 Vp

0,80

9 ≤ W ≤ 30

В. И. Бондарев

 

 

 

Степень влажности

 

 

 

6

Песчаные грунты неводонасыщенные

Все районы СССР

g = 0,224 Vp/Vs - 0,231

0,86

0,1 ≤ g ≤ 0,92

В. И. Бондарев

7

То же

-«-

g = 0,914·10-3 Vp - 0,209

0,93

0,1 ≤ g ≤ 0,92

В. И. Бондарев

8

Песчаные грунты любой степени влажности

-«-

g = 0,662·10-2 Vs - 1,022

0,85

0,10 ≤ g ≤ 1,00

В. И. Бондарев

9

Четвертичные суглинки неводонасыщенные

Средняя полоса Европейской части СССР

g = 0,309·10-3 Vp + 0,621

0,74

0,70 ≤ g ≤ 0,98

О. П. Аникин


4.16. Согласно второму способу для расчета γ0 и γск четвертичных суглинков всех районов СССР могут быть использованы следующие формулы:

γ0 = 2,36 + 0,000103 Vp - 0,563 Vs/Vp - 0,012 WT,                        (68)

(уравнение характеризуется коэффициентом корреляции R = 0,88 и справедливо при 1,6 ≤ γ02,30 г/см3);

γск = 2,30 + 0,00053 Vs - 0,656 Vs/Vp - 0,0125 W - 0,0121 WT                   (69)

(уравнение характеризуется коэффициентом корреляции R = 0,94 и справедливо при 1,40 ≤ γск ≤ 2,10).

Для приближенной оценки рекомендуется формула

γск = 2,34 - 0,736 Vs/Vp - 0,0245 W.                                      (70)

Коэффициент корреляции этого уравнения R = 0,91, пределы применения те же, что и для (69).

При отсутствии значений W и WT они определяются по значениям Vp и Vs согласно методике, изложенной в п. 4.21, на основе итерационных расчетов.

4.17. Расчет плотности γ0 и плотности скелета γск третьим способом (В. И. Бондарев) аналогичен тому, как это сделано для п и Едеф.

4.18. Естественную влажность грунта W можно определять двумя способами: с помощью простейших корреляционных уравнений и с помощью многомерных корреляционных уравнений.

Для расчета по первому способу используют уравнения, приведенные в табл. 9. Из общефизических соображений влажность W наиболее тесно связана с Vp. Наилучший тип зависимости указанных величин не установлен, что объясняется сложным поведением скорости Vp в реальных грунтах (особенно связных) при изменении W. Поэтому следует соблюдать особую осторожность при выборе расчетного уравнения, а именно: применять только те из них, которые точно соответствуют исследуемому типу грунта, району его распространения и не выходят за указанные пределы применения.

Более высокая надежность определений W для четвертичных суглинков различных районов СССР достигается при использовании множественного корреляционного уравнения

W = 79,06 - 0,00382 Vp - 30,1 Vs/Vp - 28,91 γск.                          (71)

Уравнение характеризуется коэффициентом корреляции R = 0,90 и справедливо при 9 ≤ W ≤ 30 %.

При отсутствии значений γск оно определяется по значениям Vp и Vs согласно методике, изложенной в п. 4.21, на основе итерационного процесса.

4.19. Число Wn и верхний предел WТ пластичности находят с помощью корреляционных зависимостей (простых и многомерных), приведенных в табл. 10 (см. п. 4.4). Нижний предел пластичности Wp вычисляется как разность Wn - WT.

При отсутствии значений γ0 и W они определяются по значениям Vp и Vs согласно методике, изложенной в п. 4.21, на основе итерационного процесса.

4.20. Степень влажности g, показатель консистенции JL и грансостав (количество глинистых ГГЛ и пылеватых ГПЛ частиц) рассчитывают с помощью простейших корреляционных уравнений, приведенных в табл. 9 и 10. Надежность этих расчетов невысока ввиду малой апробированности данных зависимостей.

4.21. Наиболее точные и надежные значения влажности W, плотности скелета γск (а следовательно, γ0) и верхнего предела пластичности WТ по одним только сейсмическим характеристикам (Vp и Vs) могут быть получены на основе итерационного расчета по двум вариантам.

Первый вариант (сокращенный) предусматривает расчет W и γск (а следовательно, и γ0) по системе из двух многомерных корреляционных уравнений (71) и (70):

                     (72)


Таблица 10

Номер формулы и графика

Типы грунтов

Районы

Уравнения связи

Коэффициенты корреляции

Пределы применения

Авторы

Число пластичности Wn, %, и предел текучести WT, %

1

Песчанолинистые грунты

Урал

Wn = 16,4 - 8,73·10-3 Vp

0,87

7 ≤ Wn ≤ 14,8

В. И. Бондарев

2

Четвертичные суглинки неводонасыщенные

Средняя полоса Европейской части СССР

Wn = 0,519 Vs + 0,702 W - 14,6

0,76

5 ≤ Wn ≤ 17

О. П. Аникин

3

То же

То же

WT = 59,92 + 0,660 W - 26,79 γ0 + 0,0078 Vp

0,84

17 ≤ WT ≤ 37

О. П. Аникин

4

-«-

-«-

WT = 26,93 + 0,840 W - 13,143 γ0 + 0,0429 Vs

0,86

17 ≤ WT ≤ 37

О. П. Аникин

Показатель консистенции

5

Песчано-глинистые грунты

Урал

JL = 56 / μg - 0,83

0,93

-0,58 ≤ JL ≤ 0,62

В. И. Бондарев

6

Четвертичные суглинки неводонасыщенные

Средняя полоса Европейской части СССР

JL = 1,78 - 00791 Vs

0,78

-0,40 ≤ JL ≤ 0,80

О. П. Аникин

Грансостав: содержание пылеватых ГПЛ, %, и глинистых ГГЛ, %, частиц

7

То же

Средняя полоса Европейской части СССР

ГПЛ = 96,4 - 0,0553 Vp

0,67

30 ≤ ГПЛ ≤ 76

О. П. Аникин

8

-«-

То же

ГПЛ = 7,1 + 0,0131 Vp

0,61

9 ≤ ГПЛ ≤ 25

О. П. Аникин


Вход в итерационный процесс производится с помощью одномерного уравнения (12) табл. 8.

Второй вариант (полный) предусматривает расчет всех упомянутых характеристик по системе из трех многомерных корреляционных уравнений (4) табл. 10, (69) и (71):

               (73)

Вход в итерационный процесс осуществляется с помощью более простых уравнений (12) табл. 9 и (2) табл. 10.

Для практической реализации итерационного процесса рекомендуется программа "Волна" (ЦНИИС), которая выполняет оба варианта расчета.

Приложение
(Справочное)

ПРИМЕРЫ ПРАКТИЧЕСКИХ РАСЧЕТОВ

Пример 1. Расчет граничных скоростей и положения преломляющей границы для годографов (см. рис. 3).

Согласно рис. 3 графически с помощью измерителя строим линии разностного годографа θ(x) и t0(x) на участке перекрытия встречных годографов  и  преломленной волны (ПК 18-52), а также определяем значение t0 на ПК 0 и ПК 60 по продолжению годографов (пунктирная линия). Конфигурация линии t0(x) свидетельствует о вогнутом характере границы с увеличением угла наклона на больших ПК.

Определим угол наклона φ границы на наиболее крутой ее части (ПК 35-52) по формуле (5)

.

Ввиду относительно малого угла наклона границы граничную скорость VГ можно вычислять по упрощенной формуле (6), т.е. по удвоенному коэффициенту угла наклона линии θ(x): . Излом разностного годографа θ(x) в районе ПК 37 свидетельствует об изменении граничной скорости на профиле в горизонтальном направлении (вертикальный контакт) и наличии двух участков со скоростями VГ1 = 1950 м/с и VГ2 = 1800 м/с.

По формуле (16) рассчитаем глубину границы во всех выбранных точках профиля:

 м;

 м

и т.п.

 м.

Положение преломляющей границы находим, как огибающую дуг окружностей с центрами на оси x и радиусами r, равными глубине Н в соответствующих точках профиля (r1 = H1; r2 = H2, …, rn = Hn).

Пример 2. Интерпретация годографов трехслойного разреза при отсутствии участков перекрытия (см. рис. 5).

Определим углы наклона φ1 и φ2 для первой и второй преломляющих границ:

;

,

где  м/с - средняя скорость.

Ввиду малости углов φ1 и φ2 наклон преломляющих границ может не учитываться при дальнейших расчетах граничных скоростей и глубин (погрешность менее 1-2 %).

Найдем значения граничных скоростей VГ1 и VГ2 для первой и второй преломляющих границ:

 м/с;

 м/с.

Рассчитываем мощности слоев h и глубины залегания границ Н под пунктом возбуждения (ПК 0 и ПК 50).

Способ пластовых скоростей

Определим критические углы:

;

;

.

Мощности слоев будут:

 м;

 м;

 м;

 м.

Глубины залегания границ равны:

H¢1 = h¢1 = 3,27 м; H¢¢1 = h¢¢1 = 2,08 м;

H¢2 = h¢1 + h¢2 = 3,27 + 9,07 = 12,34 м;

H¢¢2 = h¢¢1 + h¢¢2 = 2,08 + 8,08 = 10,16 м.

Величины t0 найдены путем продолжения ветвей годографов (пунктирная линия) до пересечения с осью времен. Положение второй границы по данным настоящих определений нанесено на рис. 5 толстой линией.

Способ средних скоростей

Глубина залегания первой преломляющей границы рассчитывается так же, как при способе пластовых скоростей:

H¢1 = h¢1 = 3,27 м; H¢¢1 = h¢¢1 = 2,08 м.

Для второй границы имеем:

 м;

 м.

Положение второй границы по данным настоящих определений нанесено на рис. 5 тонкой сплошной линией.

Способ определения глубин по абсциссе точек пересечения годографов

Мощности слоев:

 м;

 м;

Глубины залегания границ равны:

H¢1 = h¢1 = 2,91 м; H¢¢1 = h¢¢1 = 1,70 м;

H¢2 = h¢1 + h¢2 = 2,91 + 9,68 = 12,59 м;

H¢¢2 = h¢¢1 + h¢¢2 = 1,70 + 7,01 = 8,71 м.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Гуревич И. И. Сейсмическая разведка. М., Недра, 1970.

2. Справочник геофизика, т. IV. «Сейсморазведка». М., Недра, 1966.

3. Гурвич И. И., Боганик Г. Н. Сейсмическая разведка. М., Недра, 1980.

4. Методические рекомендации по производству электродинамического зондирования при инженерно-геологических изысканиях. М., ЦНИИС, 1980.

5. Горяинов Н. Н., Ляховицкий P. M. Сейсмические методы в инженерной геологии. М., Недра, 1979.

6. Руководство по применению инженерной сейсморазведки при изысканиях для строительства. М., РосглавНИИстройпроект, 1973.

7. Методические рекомендации по применению сейсмоакустических методов для изучения физико-механических свойств связных грунтов. М., ЦНИИС, 1976.

8. Ляховицкий Ф. М., Парфиянович В. А. Использование ударной установки в производственных сейсмических работах. В сб.: "Разведочная геофизика", вып. 1. М., Недра, 1964.

9. Рудаков А. Г., Цымбал Т. М. О некоторых экспериментальных исследованиях динамических характеристик ударного импульсного воздействия. В сб.: "Вопросы динамической теории распространения сейсмических волн". Л., Изд-во ЛГУ, 1959.

10. Рекомендации по определению скоростей распространения поперечных волн по данным регистрации поверхностных волн типа Релея и Лява. ИМД 75-80. М., Стройизыскания, 1980.

11. Рекомендации по применению вертикального сейсмического профилирования в инженерно-геологических скважинах с целью оценки физико-механических свойств рыхлых грунтов. М., Стройиздат, 1976.

12. Бондарев В. И., Писецкий Г. Г., Вербицкий Г. Г. Вертикальное сейсмическое профилирование (ВСП) инженерно-геологических скважин в строительных целях. - Инженерно-строительные изыскания, 1976, № 1.

13. Терентьев В. А. Малогабаритный импульсный ультразвуковой сейсмоскоп. М., Изд. АН СССР, сер. "Физика земли", № 11.

14. Никитин В. Н. Основы инженерной сейсмики. М., Изд-во МГУ, 1981.

15. Инструкция по применению сейсморазведки в инженерных изысканиях для строительства. РСН 45-77. М., Госстрой РСФСР, 1977.

16. Рекомендации по определению показателей механических свойств глинистых грунтов по их сейсмоакустическим характеристикам. М., ЦНИИС, 1984.

17. Горяинов Н. Н. Сейсмоакустические методы при инженерно-геологических исследованиях рыхлых пород. М., ВСЕГИНГЕО, 1977.

18. Кондратьев O. K., Гамбурцев А. Г. Сейсмические исследования в прибрежной части Восточной Антарктиды. М., Изд-во АН СССР, 1963.

19. Павленкова Н. И., Смелянская Т. В. Методы определения скоростей по годографам преломленных волн. В кн.: "Геофизический сборник", вып. 29. Киев, Наукова думка, 1969.

20. Бондарев В. И. Сейсмический метод определения важнейших физико-механических характеристик нескальных грунтов. Автореферат на соискание ученой степени д-ра геолого-минералогических наук. Свердловск, 1978.

21. Рудницкий В. П. Сейсмические исследования в скважинах (вопросы теории и методики). Киев, Наукова думка, 1968.

22. Савич А. И., Коптев В. И., Никитин В. Н., Яшенко З. Г. Сейсмоакустические методы изучения массивов скальных пород. М., Недра, 1969.

23. Яворский Б. М., Детлаф А. А. Справочник по физике для инженеров и студентов вузов. М., Наука, 1964.

24. Месчан С. Р. Ползучесть глинистых грунтов. Ереван, Изд-во АН Армянской ССР, 1967.

25. Вялов С. С. Реологические основы механики грунтов. М., Высшая школа, 1978.

26. Строительные нормы и правила. Нормы проектирования. Основания зданий и сооружений. СНиП-П-15-74.

27. Козлов Е. А. О скоростях продольных волн в терригенных отложениях. Известия АН СССР, сер. "Геофизик", № 8, 1962.

28. Назаров Г. Н. Скорости распространения продольных и поперечных волн в грунтовых массивах и основные инженерно-геологические характеристики грунтов. В кн.: "Сейсмическое микрорайонирование". М., Наука, 1977.

29. Сергеев Е. М., Голодковская Г. А. и др. Грунтоведение. М., Изд-во МГУ, 1973.

30. Методическое пособие по инженерно-геологическому изучению горных пород, т. I-II. М., Изд-во МГУ, 1968.

СОДЕРЖАНИЕ

Предисловие. 1

1. Общие положения. 1

2. Производство работ. 2

Аппаратура и методика наземных сейсмических измерений. 2

Аппаратура и методика наблюдений во внутренних точках среды.. 5

Аппаратура и методика ультразвуковых измерений. 6

3. Обработка и интерпретация материалов сейсмоакустических наблюдений. 6

Обработка и интерпретация материалов наземных наблюдений. 7

Обработка и интерпретация материалов наблюдений во внутренних точках среды.. 13

Обработка и интерпретация материалов ультразвуковых наблюдений. 15

Геологическая интерпретация сейсмоакустических данных. 15

4. Определение физико-механических свойств, состояния и состава нескальных грунтов. 16

Выбор расчетных уравнений. 16

Определение механических свойств грунтов. 17

Определение физических свойств, состояния и состава грунтов. 23

Приложение. Примеры практических расчетов. 32

Список литературы.. 34

 

 >>>  ПОИСК ДОКУМЕНТОВ  
  Дополнительные материалы  [ − свернуть ]  
Утвержден: ЦНИИС Минтрансстроя СССР (25.07.1985)
Дата введения: 25 июля 1985 г.
скачать бесплатно "Методические рекомендации по опробованию и инженерной оценке меловых и мергелистых грунтов"
Утвержден: Совет Уполномоченных КОЦ на VII заседании
Дата введения: 1 января 1983 г.
скачать бесплатно "Методические рекомендации по неразрушающим испытаниям бетона (МР-5-83, МР-6-83, МР-7-83, МР-8-83)"

    200/150 Фото: двухэтажный дом из газобетона с террасой и камином в кабинете 200 4 2 Двухэтажный дом из газобетона с террасой и камином в кабинете

    Дэлюкс Фото: 2х этажный дом из пеноблоков с гаражом 163 3 2 1 2х этажный дом из пеноблоков с гаражом

    Лестный Фото: дом с разноуровневой крышей 76 2 Дом с разноуровневой крышей

    197/024 Фото: загородная резиденция с большой террасой 197 4 2 Загородная резиденция с большой террасой

    Д61 Фото: двухэтажный дом из профилированного бруса, с эркером, террасой и балконом 110.89 3 Двухэтажный дом из профилированного бруса, с эркером, террасой и балконом


 Рейтинг@Mail.ru   По вопросам работы сайта и сотрудничества обращайтесь к администратору adm@stroyplan.ru.
При использовании материалов портала - ccылка, доступная для индексации, на сайт обязательна.
© 2006-2016 "СТРОЙПЛАН"
    Все права защищены.