Способ определения параметров полости в грунте

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 7 А 1 176 ЕТЕНИЯ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Производственный и научно-исследовательский институт по инженерным изысканиям в строительстве(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ПОЛОСТИ В ГРУНТЕ(57) Использование: при инженерных изысканиях в строительстве для оценки подземных полостей естественного и Изобретение относится к метрологической оценке подземных полостей естественного и искусственного происхожденияпри инженерных изысканиях и строительст-ве, а также технологических емкостей в от"раслях транспортировки и хранения газов,жидкостей и сыпучих материалов,Известен способ определения объеманекоторой части подземной полости, вскрытой скважиной, оборудованной внешней ивнутренней трубами, путем нагнетания внее через межтрубное пространство жидкости, вычисление ее относительной сжимаемости по данным об изменении в нейдавления, нагнетания другой более легкойжидкости или газа и измерения изменениядавления в первой жидкости по мере перемещения поверхности. раздела двух средсверху-вниз. По эамеренным величинам вц(5)5 Е 02 0 1/00, 6 01 Р 17/00 2искусственного происхождения, Сущность; при определении параметров полости в груйте помещают в неечерез пробуренную скважийу эластичную"камеру диаметром д, оснащенную датчиками деформаций, заполняютт ее газом объемом Ч 0 и давлением Р 0 . до касания стенок полости и измеряют установившееся давленйе Р и максимальное приращение периметра одного из сечений камеры ( 4 с помощью датчиков. По измеренным данным определяют объем Ч и номинальные размеры - высоту и и диаметр полости д по формулам: Ч=Ч,Р,/Р; б=(4+0,32 Ь, 6=18,8/(3,14 до+ 4, При определении параметров полости, содержащей жидкость, бурят скважину до полости для ее выхода под действием расширяющейся камеры. 2 ил,числяют объем части полостии площадь ее горизонтальных сечений, на разной глубине, что позволяет оценить размеры полости (1).Недостатками способа являются его неприменимость к негерметичным полостям и невозможность определенйя объема тех частей полости, которые расположены выше нижнего края внешней и ниже нижнего края внутренней трубы,Известен также усовершенствованный гидропневматический метод замера внутренних объемов (2), включающий размещение в полости подающего устройства, окруженного эластичной мембраной, и приведения его в контакт с внутренними стенками полости путем введения через подающее устройство определенного обьема жидкости, который и определяет замеряемый объем полости.Однако этот способ и аппаратура для его осуществления относится только к открытым полостям малого размера с его помощью нельзя оценить размеры полости, а использование для расширения эластичной мембраны жидкости может резко снизить точность результата даже при ее капельной утечке.Наиболее близким к изобретению техническим решением является способ контроля плотности крупнообломочных грунтов (3, включающий образование лунки, взвешивание извлеченного из нее грунта, создание давления, измерение объема газа в эластичной оболочке, размещенной в лунке, и определение объема газа в эластичной оболочке, размещенной вне лунки, путем измерения размеров эластичной оболочки и расчет плотности грунта по полученным данным.Недостаток способа - невозможность определения объема замкнутых подземных полостей.Цель изобретения - расширение диапазонаиспользования за счет определения объема иноминальных размеров замкнутых подземных полостей, в том числе содержащих жидкость,Указанная цель достигается тем, что в способе, включающем размещение в полости эластичной камеры, заполнение ее газом до касания стенок полости, измерение размеров заполненной газом эластичной камеры и обьема газа и расчет по полученным данным объема полости, бурят скважину с поверхности земли до полости, перед помещением эластичной камеры в полость через скважину ее оснащают датчиками деформаций после заполнения камеры-газом измеряют максимальное приращение периметра одного из сечений камеры по датчикам, а объем и номинальные размеры полости определяют по формулам:Чо Ро Ч= -Р б=с 3 о+ 0,32 А18,8 Чй=10 Р - давление установившееся в камере внутри полости, МПаб -номинальный диаметр полости, м бо - начальный диаметр камеры, м Ь - приращение экватора сфероида, рассчитываемое как сумма максимальнь 1 х деформаций по периметру одного сечения, ми - номинальная высота полости, м Ч - обьем полости, м .зДля определения параметров полости, содержащей жидкость, осуществляют бурение дополнительной скважины с поверхности до полости для выхода жидкости,15 вытесняемой из полости при расширенииэластичной камеры,На фиг. 1 показана схема реализацииспособа (вертикальный разрез); на фиг. 2 -сечение по А-А.20 Пример осуществления способа.Покажем на примере оценки заполненной водой карстовой полости 1 в грунтовоммассиве 2 при выполнении инженерныхизысканий,25 Оборудование для реализации способавключает буровую установку, воздушныйнасос (компрессор) 3, манометр 4, расходомер воздуха 5, эластичную камеру б в формешара с датчиками деформаций 7, комплект30 обсадных труб 8 с возможностью пропускавнутри них эластичной камеры 6, измерительный комплекс 9,Осуществляют способ следующим образом, В массиве 2 буровой установкой над35 предполагаемой полостью 1 бурят скважину10 до вхождения ее в свод полости 1 и закрепляют обсадными трубами 8, Обнаруживв полости 1 воду, бурят рядом со скважиной10 скважину 11. Нагнетают в полость 1 через40 скважину 10 воздух для ориентировочнойоценки объема. Подбирают из набора разновеликих эластичных камер камеру требуемого объема й опускают ее через обсаднуюколонну 8 скважины 10 в полость 1. Надува 45 ют камеру б через шланг 12 воздухом докасания стенок полости 1. Об этом свидетельствует рост давления воздуха в камере6, фиксируемый манометром 4, при неизменности показаний датчиков деформаций50 7 на измерительном комплексе 9. Датчикижелательно крепить в камере б по типу сетки на глобусе - вдоль экватора и по меридиану.Зная объем Чо и давление Ро закачанно 55 го в полость газа, принимая массу и температуру газа постоянными, замеряютманометром на верхнем торце обсадки давление газа Р в системе "полость-обсадка" ивычисляют объем полости Ч за вычетом обьема внутри обсадки Чоб на основе законаБойля-Мариотта по формуле2Чо Ро Ч Л б й (1)Р 6По датчикам деформаций, закрепленным на поверхности эластичной камеры (например, вдоль периметра большого горизонтального круга камеры с начальным диаметром бо при атмосферном давлении) замеряют приращение экватора сфероида ЛЛ=,тай - кто =д(б - бо) (2)б - номи нал ьн ый диаметр. полости (большой окружности оболочки под давлением газа Р),Исходя априори из формулы полости в виде сфероида, наиболее часто встречающейся у карстовых полостей практически и отвечающей вертикальному воздействию реагентэ от точечного источника теоретически, - вычисляем на основе ф-лы (2) номиный диаметр б полостиб = бо + - = бо + 0,32 Ь, (3)Лэ на основе ф-лы (1) с учетом ф-лы (3) -номинальную высоту полости в вершинеь -бЯЧ 188 Чп2( д +д)2 рдд +фСпособ поост в исполнении, не требует специального оборудования, допустим при реконструкции и в условиях плотной застройки. Важными достоинствами способа являются экологическая чистота и возможность оценки полостей в трещиноватых массивах,формула изобретения 1. Способ определения параметров полости в грунте, включающий размещение в полости эластичной камеры, заполнение ее газом до касания стенок полости, измерение размеров заполненной газом эластичной камеры, давления и обьема газа и 5 расчет по полученным данным объема полости, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью расширения диапазона использования за счет определения объема и номинальных размеров замкнутых подземных полостей, 10 предварительно бурят скважину с поверхности земли до полости, перед помещением. эластичной камеры в полость через скважину ее оснащают датчиками деформаций, после заполнения камеры газом измеряют 15 максимальное приращение периметра одного из сечений камеры по датчикам. э объем и номинальные размерй полости определяют по формулам20 Чо Ро Ч= -Р б=бо+ 0,32 А25, 18,8 Ч(3,14 С 1 о + )2гдзе Чо - объем закачиваемого в полость газа,30Ро - давление закачиваемого в полостьгаза, МПа;Р - давление, установившееся в камеревнутри полости, МПэ;б - номинальный диаметр полости; м;35бо - начальный диаметр камеры, м;Ь - приращение экватора сфероида;рассчитываемое как сумма максимальныхдеформаций по периметру одного сечениякамеры, м;й - номинальная высота полости, м;Ч - объем полости, м,з2. Способ по и, 1, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что, с целью определенпя параметровполости, содержащей жидкость, осуществ- .ляют бурение дополнительной скважины споверхности до полбсти для выхода жидкости, вытесняемой при расширении эластичной камеры.фмг оставитель В,Хомеехред М,Моргентал Корректор С,Лиси Редактор О.Стенин ательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина, 10 Производствен Заказ 3434 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ С 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5