СПОСОБ ОЦЕНКИ СОСТОЯНИЯ ПЛОТИН В ТЕКТОНИЧЕСКИ АКТИВНЫХ РАЙОНАХ Российский патент 2011 года по МПК G01V1/00 

Изобретение относится к способам прогноза опасных геологических процессов и может быть использовано в инженерной геологии.

Исследование «живущих» разломов в районах водохранилищ, мостов, крупных промышленных объектов, АЭС и др. сопряжено с трудностями подавления зарегистрированных одновременно с полезным сигналом интенсивных промышленных помех.

Обычно для этой цели используют «просвечивание» тела плотины и/или тектонических нарушений, на которых построена плотина, с помощью сейсмоакустических колебаний [1]. Для этого используют источник колебаний (вибраторы, взрывы и др.) и приемники акустического излучения.

Однако источник колебаний должен работать постоянно и в течение продолжительного времени, и это затрудняет суточный мониторинг состояния плотины. Поэтому предлагается в качестве источника колебаний использовать техногенные помехи.

Задачей изобретения является повышение надежности оценки состояния плотины,

Для оценки изменения состояния плотины вкрест плотине, ее основания и разломам устанавливаются акустические датчики мониторинговой системы. Причем первый сигнальный (дополнительный) датчик устанавливается рядом с дорогой, по которой днем и ночью проезжают автомашины. Автомашины создают акустические сигналы А₁(t), которые распространяются сквозь тело плотины, ее основание и зоны разломов к другим датчикам.

Первый датчик является сигнальным, так как он регистрируют момент проезда автомашин, которые создают акустические колебания. Эти же колебания регистрируют на всех датчиках непрерывно в течение суток, месяца, года. Такая система оценки состояния геологической среды и тела плотины может непрерывно работать в течение многих лет.

Анализируются только те акустические сигналы, которые надежно зарегистрированы на первом датчике. На других i-тых датчиках выделяют сигналы от прохождения автомашин путем взаимокорреляции A₁(t) с A_i(t). Во время взаимокорреляции определяется t_i (время прихода волны) и строится уравнение регрессии, по которому находят отношение интенсивности сигналов на разных датчиках относительно дополнительного (сигнального). Расстояния между всеми датчиками известно. Поэтому можно на их профиле построить отношения, вычислять скорости и их изменения во времени. Аномалии этих скоростей (например, выделенные по правилу kσ, где k=1÷3, σ - среднеквадратическое изменение скорости на заданном интервале: между 1-м и i-тым датчиками и/или между i-тым и i+1 датчиками и т.д., вычисленное при отсутствии сигналов от машин) свидетельствует об изменении среды.

Полученные отношения строят на линии профиля. По разности отношений при прохождении автомобиля и отношений среднесуточных, значимость которой (разности) оценивается по отклонению разницы отношений от среднесуточной разницы на величину kσ_ф, где k=1÷3, σ_ф - среднее квадратическое отклонение фоновой разности (т.е. среднее из средних квадратических за сутки или среднее квадратическое при отсутствии сигналов от автомашин), судят об аномальном состоянии тела плотины, основания или тектонического нарушения. Затем вычисляются скорости и др. параметры.

Учитывая наличие случайных помех как естественного, так и техногенного происхождения, в том числе аппаратурных погрешностей, амплитудные отношения при «просвечивании» вычисляются не по амплитудам отдельных импульсов (гармоник и т.п.), а по максимуму взаимокорреляции записи первого датчика A₁(t) с остальными i-ми датчиками A_i(t), число которых находится от 5 до 15 штук в зависимости от числа предполагаемых нарушений. В этом случае анализируются коэффициенты уравнения регрессии

A_i(t)=aA₁(t)+b,

где A_i, A₁ - акустическая эмиссия на i-м и первом датчиках соответственно.

Временное смещение между сигналами и его вариации, оцененные по максимальному значению функции взаимокорреляции, являются параметром, по которому можно оценить скорость распространения упругих волн между соседними и/или определенными точками, где установлены датчики, в зоне разлома или тела плотины, и вариации скорости во времени и в пространстве - от первого датчика до последнего.

Для оценки надежности коэффициента а вычислялся коэффициент корреляции r_i1 и его значимость.

В результате анализа для каждого прохождения автомобиля в течение суток получают ряды коэффициентов {a ₂₁, a ₃₁, a ₄₁, …}. Эти ряды анализируются для каждой стоянки датчиков по времени как функция a _i1(t) или как семейство дискретных функций

φ(t)={a ₂₁, a ₃₁, a ₄₁, …}.

Так как аномальные изменения среды зависят от приливных явлений и накопления воды в водохранилище, то среднесуточные отношения строят для максимума и минимума приливных явлений и различного уровня воды в водохранилище раздельно. Это позволяет более надежно оценить состояние плотины.

Литература

1. Ямщиков B.C. Методы и средства исследования и контроля горных пород и процессов. Учебник для ВУЗов. М., Недра, 1982, 296 с.

Изобретение относится к области сейсмоакустики и может быть использовано для оценки состояния плотин в тектонически опасных районах. Сущность: в качестве источника акустических колебаний используют техногенные помехи. Измеряют акустические колебания датчиками, установленными вкрест склона тела плотины, ее основания и предполагаемых тектонических нарушений, а также датчиком, установленным на плотине рядом с дорогой. Регистрируют моменты проезда автомашин. Непрерывно в течение суток регистрируют акустические сигналы на всех датчиках. Выделяют сигналы от прохождения автомашин на всех датчиках. Находят отношение интенсивности созданных автомашинами акустических сигналов на разных датчиках к интенсивности акустических сигналов на дополнительном датчике у дороги. Строят полученные отношения на линии профиля датчиков. По разности отношений при прохождении автомобиля и отношений без автомобиля и/или среднесуточных выделяют аномалии. По выделенным аномалиям судят о состоянии тела плотины, ее основания и тектонических нарушений. Технический результат: повышение надежности оценки состояния плотины. 1 з.п. ф-лы.

1. Способ оценки состояния плотин в тектонически активных районах по результатам акустического мониторинга тела плотины и ее основания, включающий установку датчиков для измерения акустических колебаний вкрест склона тела плотины, ее основания и предполагаемых тектонических нарушений с выходом за пределы тела плотины, и источника сейсмических (акустических) колебаний для «просвечивания» исследуемой среды, отличающийся тем, что в качестве источника акустических колебаний используют техногенные помехи, устанавливают дополнительный датчик на плотине рядом с дорогой, регистрируют момент проезда автомашин, регистрируют акустические сигналы на всех датчиках непрерывно в течение суток, выделяют сигналы от прохождения автомашин на всех датчиках, находят отношение интенсивности созданных автомашинами акустических сигналов на разных датчиках к интенсивности акустических сигналов на дополнительном датчике у дороги, строят полученные отношения на линии профиля датчиков и по разности отношений при прохождении автомобиля и отношений без автомобиля и/или среднесуточных, значимость которой оценивается по отклонению отношений от среднесуточного на величину ≥kσ_ф (где k=1÷3, σ_ф - среднее квадратическое отклонение фоновой (без автомашин) разности), выделяют аномалии, по которым судят о состоянии тела плотины, ее основания и тектонических нарушений.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что среднесуточные отношения строят для максимума и минимума приливных явлений и различного уровня воды в водохранилище.