Способ измерения льдистости мерзлых грунтов

Союз Советских Социалистических Республик(22) Заявлено 11,0478, (21)2603605/29-33 (5) М. КЛ. Е 02 0 1/026 01 Н 33/24 с присоединением заявки й 9 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий(54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ЛЬДИСТОСТИ МЕРЗЛЬЖ ГРУНТОВ где 1Изобретение относится к инженер-но-геологическим изысканиям для строительства, а более конкретно к способам определения льдистости в массиве мерзлых грунтов для рас чета несущей способности фундамен- .тов.Наиболее близким к изобретению техническим решением является способ измерения льдистости мерзлых 10 грунтов электромагнитным излучением и измерением интенсивности отражения этого излучения 11.Основным недостатком способа является низкая разрешающая способность 15 метода, обусловленная близкими значениями альбедо талого грунта и льда, причем при подтаивании поверхности мерзлого грунта маломощные ледяные прбслои протаивают с поверх ности, что при измерении приведет к занижению общей льдистости. Кроме того, известный способ позволяет определить льдистость за счет ледяных включений, определить льдистость эа 25 . счет льда-цемента минеральных прослоев данным способом невозможно, Льдистость за счет льда-цемента является необходимой расчетной характеристикой мерзлых грунтов при теп 2,лофизических расчетах (например, при расчете необходимого количества энергии для оттаивания мерзлого грунта).Цель изобретения - повышение точности измерения.Достигается это тем, что при способе измерения льдистости мерзлых грунтов путем облучения выровненной поверхности грунта электромагнитным излучением и измерением интенсивности отражения используют электромаг- о нитное излучение с длиной волны 1-3 А, которое направляют к исследуемой поверхности под определенными углами, фокусируют в одной точке на поверхнос; ти грунта, причем источник излу" чения перемещают параллельно исследуемой поверхности, а углы, под которыми направляют электромагнитнье йзлу чение, определяют по формуле ВЮ 6 = -Л2 д8 в . угол, под которым направляют электромагнитное излучение к исследуемой поверхности грунта Х - длина волны используемого излучения, Ад - межплоскостные расстояния в кристаллическойрешетке льда,На фиг. 1 приведены кривые а - г",кривая а - дебаеграмма,порошковогольда. Основные рефлексы. льда заштрихованы, цифрами над рефлексамильда обозначены соответствующие межплоскоетные расстояния ( 3 ) в ангстремах, а в скобках - кристаллографические индексы плоскостей кристалли ческой решетки льда.10Кривая б " дебаеграмма льда изпрослойки .мерзлого грунта, Обозначения те же,что и на кривой а. Отсутствие некоторых основных рефлексов льда объясняется преимущественной кристаллографической ориентацииэлементарных кристаллитов в изучаемом образце (в данном случае по оси,перпендикулярной к плоскости 002).Кривая в - дебаеграмма мерзлого щгрунта, в котором присутствует лед-цемент. Груйт"-мореный суглийок взятс глубины 20 м", суммарная влажность20-22, температура образца"во"время съемки - 15 С., Обозначения: КВрефлексы кварца", К - рефлексы каолинита.Остальные обозначения те же что идля кривой а.Кривая г - дебаеграмма талого грунта. Грунт - воркутинский покровный"суглинок с глубины 3 м; влажностьестественная (22). Обозначения: КВ -рефлексы кварца, К - рефлексы каолинитаф М - рефлексы монтмориллонита;П - рефлексы полевого шпата. 35Дебаеграммы, приведенные на фиг,1,снимались на аппарате ДРОН,5.Режим съемки следующий: медныйантикатод с й- Фильтром, напряжение на рентгеновской трубке 20 кВ, 4 Оток 10, щель 0,25 х 4,0 мм.На Фиг. 2 схематически изображеноустройство для измерения льдистости по скважине, на фиг. 3 - зонд вскважине, вид сверху.Параллельно выровненной поверхности стенки скважины 1 сложенной выходами ледяных прослоев 2, мерзлогогрунта 3 и талого грунта 4, перемещают, например; спомощью лебедки 5посредством троса 6 каротажный зонд,состоящий из корпуса 7 с коллиматорами 8, обеспечивающими падение )- -квантов от источника 9 на поверхностьскважины под тремя заданными углами68, О , сходящимися в одном . 55облучаемом пятне 10 на поверхностистенки скважины. Размеры пятна подбираются в процессе подготовки "зонда в зависимости от минимальной толщины ледяных прослоев, подлежащих из-мерению. В корпусе зонда помещенисточник 9 -квантов, напримеризотоп Ге и регистратор 11 -Кван 55тов, например полупроводниковый детектор, углы 9, 9 и Вьдля дан-. д/ ного изотопа выбираются из условиядифракции " -квантов на основныхкристаллографических плоскостях решетки льда, например на плоскостях(002), (100) и(101). Межплоскостные расстояния для данных плоскостей равны соответственно д ос)= 368;О(1 оо) 3 ф 92, ц(1 о 1)" 3,45 Х.Энергия основной линии. ) -излу-чения Ге равна 5,9 кэВ 12, с. 26,длина волны А вычисляется по формуле Е(МэВ)З; - 1, с. 9) . ОтсюдаХ - 2,1 Р . Далее из уравненияБрегга-Вульфа п 2 щ 2 д б 1 и 9 находят необходимые значения углов 9для И = 1, Получаем 9 = 16 О 35;9 р. = 1532; 9 э = 1743кванты, дифрагирующие на кристаллах льда, отразятся на регистратор 11 под углами, равными угламйадения.Постоянство размеров облучаемогопятна 10 обеспечивается .постоянствомрасстояний от источника и регистратора квантов по поверхности скважины,Это достигается, например, жесткимкреплением корпуса зонда со стороныоблучаемой точки к двум роликам 12с одной степенью свОбоды, обеспечивающей поступательное двйжение зонда по стенке скважины. Под 120 О вобе стороны от жестко скрепленнойпары роликов к корпусу через пружинные.,амортизаторы 13 крепятся еще двепары роликов 14,Интенсивность ф излучения,попадающего на регистратор, пропорциональна количеству льда, распределенного по облучаемой площади, С регистратора электрический сигнал,пропорциональный интенсивности регистрируемого излучения, поступаетна предварительный усилитель 15, расположенный непосредственно в корпусе зонда. Предварительно усиленныйсигнал поступает через кабель 16на усилитель 17 наземного блока, азатем - на регистратор 18 электрического сигнала, например самопишущийвольтметр.Каротажный зонд и электроннаяизмерительная аппаратура градуируются на эталонах в относительныхединицах льдистости. В результатепо графику на диаграммной лентесамописца определяют необходимые длярасчетов значения льдистости.Использование предлагаемого способа измерения льдистости мерзлыхгрунтов для строительных целей обеспечивает по сравнению с существую- .щими способами следующие преимущества: более выоокую точность измеренияльдистости, не требуется операцииоттаивания-мерзлых грунтов; можноизмерять льдистость как за счет льдацемента, так и за счет ледяных нрослоев, позволяет отличить талыегрунты от мерзлых при наличии в пос767275 Формулаизобретения е 7 4 ФО ЯХ М Уевши оаРагг и Заказ 7155/27 Тираж 713 Подписное НИИП иал ППП Патентф, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 ледних только льда-цемента) позволяет производить измерение льдистоСтив полевых условиях, например в скважинах. Способ измерения-льдистости мерзлых грунтов путем облучения выровненной поверхности грунта электромагнитнымизлучением и измерением интенсивности отражения этого излуче- ния, с т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности из- мерения используют электромагнитное излучение с длиной волны 1-3 А, которое направляют к исследуемой йоверхности под определенными Угла- ми, фокусируют в одной точке на по- , верхности грунта, причем источник из-. лучения перемещают параллельно исследуемой поверхности, а углы подкоторыми направляют электромагнитноеизлучение, определяют по формулеми 9= -аа где 9 - угол, под которым направляют электромагнитное излучение к исследуемой поверхности грунтафф- длина. волны используемогоизлучения, 1;б - межплоскостные расстоянияв кристаллической решетке льда, Х5 Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРпо заявке ее 2454980/29-33,кл. Е 02 0 1/02, 1977.