Способ определения влажности и плотности пробы грунта в пробоотборнике Советский патент 1991 года по МПК G01N9/24 

Изобретение относится к способам анализа материалов путем определения их плотности и предназначено для использования при определении влажности и- плотности проб грунтодонных отложений, отобранных колонковыми пробоотборниками при проведении инженерно-геологических изысканий.

Цель изобретения - повышение точности.

На фиг, 1 показана схема измерения сигнала-детектора по при прохождении гамма-излучения через воздух; на фиг. 2 - схема измерения сигнала детектора rii при прохождении гамма-излучения через воздух и стенки эталонного пробоотборника с номинальными значениями внутреннего диаметра do и двойной толщиной стенки ho; на фиг. 3 - схема получения сигнала детектора пв для эталонного пробоотборника, заполненного водой; на фиг. 4 - схема получения сигнала детектора пск при прохождении гамма-излучения через эталонный пробоотборник, заполненный сухим грунтом с известной пористостью N и минеральной плотностью/Эмин; на фиг. 5 - схема получения сигнала детектора П2 при прохождении гамма-излучения через стенки пробоотборника с внешним диаметром di; на фиг. 6 - схема регистрации сигнала детектора п при прохождении гамма-излучения через пробоотборник, заполненный пробой исследуемого грунта.

О

05

ы

При просвечивании пучком гамма-излучения колонкового пробоотборника в точке исследования пробы полностью водонасы- щенного грунта, для которой измерен внешний диаметр пробоотборника di и не- известны двойная толщина стенки пробоотборника hi и внутренний диаметр йен пробоотборника, и измерении скорости счета детектора п справедливо выражение

- скрскОвн- вРв вн -/«стрстМ П Пов

0)

где по - скорость счета детектора при прохождении гамма излучения от источника к детектору через воздух;

,Дск - массовый коэффициент поглощения скелета грунта;

рек - плотность скелета грунта;

IAQ - массовый коэффициент поглоще- ния воды;

рв плотность воды,

W - объемная влажность грунта;

ст - массовый коэффициент поглощения стали;

РСТ - плотность стали.

При контрольном определении скорости счета П2 при пустом колонковом пробоотборнике в точке исследования свойств грунта справедливы выражения

-/встреть 1

П2 гт0е;(2)

2

По

-/«стрстИ

(3)

1п(По/П2) стрст

Подстановка (3) в (1) дает выражение

(/Мскрск +fi вР В w ) dBH

п П2е. (5)

Следовательно, определение контрольного отсчета П2 для пустотелого пробоотборника исключает из выражения (1) переменную величину hi, т.е. таким образом можно учитывать влияние изменения двойной толщины стальной стенки от номинального значения.

При просвечивании эталонного, пусто- телого стального цилиндра с номинальными значениями двойной толщины стальной стенки ho, внутренним диаметром do и определении скорости счета гп справедливы выражения-/ стрстЬо

ni п0е;(6)

In (Пр/Щ ) /Лет РСТ

Неизвестную двойную толщину стенки пробоотборника hi можно найти с у (егом (4) и (7) из выражения hi

hi h0ho

: ri0ln ( n0/ri2 )/ln ( По/гм ). (8)

Неизвестный внутренний диаметр пробоотборника dBH в выражении (5) можно определить через известные значения do, di, ho, no, ni и па по выражениям

d.H d,,.: м

dBH

d0

do

. . di - h0ln ( no/па )/ln ( n0/ni ) - do2-

do

(Ю)

С учетом (5) и (10) получают следующее выражение

do

di - П01п По/П2 )Лп (По/П1 ) -(//скрск +/UBPB W )do

In

П2

(11)

При контрольных отсчетах ПБ и пСк по эталонному стальному цилиндру, заполненному соответственно водой с плотностью р в или сухим грунтом с известной пористостью N и минеральной плотностьюрмин , с учетом (6) справедливы выражения

,MBpBdo ln (ni/nB);(12)

и п Л - ln()

Д СКРМИН Оо -,( К|

(13)

35

Для полностью водонасыщенного грунта справедливо выражение

(1 -W).(14)

Решая уравнения (11), (12), (13), (14) относительно W, получают

do, n i In (п1/пск)

1 -N

40 ш

01

h 1п(п0/п2) °ln (n0/ni )

I n 1 In- +П2

45455Q,

In (m/ncic j , ni 1-Nln i

(15)

Плотность р исследуемого полностью водонасыщенного грунта определяется следующим выражением

.О

где у- коэффициент, равный 0,08 или 0,11 для широкого или узкого пучка гамма-излучения соответственно.

Выражение (16) с учетом (11) и (13) принии мает вид

РМИН(1 -N),у1П -

.л - ° (п2/по ) п.

d1

-ywpB.

In (ni/пск )

In (пт/пр )

(17)

Способ исключает погрешность из-за наличия стальной стенки, вариаций толщины стенки и диаметра колонки пробы грунта в пробоотборнике. Таким образом, при выполнении одноразовых нетрудоемких до- полнительных контрольных отсчетов достигается высокая точность определения влажности и плотности пробы грунта в колонковом пробоотборнике в процессе многократного отбора проб грунта при ин- женерно-геологических испытаниях.

На фиг. 1-6 показан вариант конкретной реализации способа с использованием колонкового прибора, который содержит корпус 1 с направляющим роликом 2, защитный свинцовый контейнер 3, предназначенный для установки источника 4 излучения Со или 137Cs и детектор 5 гамма-излучения, расположенный в корпусе 1 напротив источника 4 на постоянном расстоянии от него, позволяющем размещать между источником 4 и детектором 5 колонковый пробоотборник 6 с пробой 7 исследуемого грунта.

Перед измерением свойств проб грунта в колонковом пробоотборнике производятся следующие контрольные измерения: определение скорости счета по при прохождении гамма-излучения в воздухе; опреде- ление скорости счета m при прохождении гамма-излучения через пустотелый цилиндр с номинальными значениями do и ho; определение скорости счета пв при прохождении гамма-излучения по стальному цилиндру с номинальными значениями do и ho, заполненному водой; определение скорости счета Пек при прохождении гамма- излучения по стальному цилиндру с номинальными значениями ho и йо.залол- ненному сухим грунтом с известной пористостью N и минеральной плотностью/9мин ; измерения внешнего диаметра колонкового пробоотборника по его длине с dn no dim и в этих же точках контрольные отсчёты с П21 по П2т по пустому пробоотборнику. ,

После выполнения контрольных измерений в процессе пробоотборг определяется скорость счета п по длине колонкового пробоотборника с пробой грунта в точках определения dn - dim и гш - пат.

Значения влажности и плотности пробы грунта определяются для каждого отсчета п в точках определения di и П2 по длине ко-

лонкового пробоотборника по соотношени-. ям (15) и (17) соответственно.

Формула изобретения Способ определения влажности и плотности пробы грунта в пробоотборнике, имеющем форму полого цилиндра, включающий размещение источника и детектора гамма-излучения на фиксированном расстоянии, измерение величины сигнала детектора по при прохождении гамма-излучения через воздух в зазоое между источником и детектором, измерение величины сигнала детектора п при прохождении гамма-излучения через пробоотборник, заполненный пробой грунта и определение влажности W и плотности р, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, перед измерением величины сигнала детектора п дополнительно определяют величину сигнала ni детектора при прохождении гамма-излучения через стенки эталонного пробоотборника с номинальными значениями внутреннего диаметра do и двойной толщины стенок ho, определяют величину сигнала пв детектора при прохождении гамма-излучения через эталонный пробоотборник, заполненный водой, имеющей известную плотность р в, определяют величину сигнала Пек детектора при прохождении гамма- излучения через эталонный пробоотборник, заполненный сухим грунтом с известной пористостью N и минеральной плотностью РМИН, помещают в зазор между источником и детектором пробоотборник, фиксируют его положение, измеряют внешний диаметр di пробоотборника по оси, соединяющей центр источника и детектора, и определяют сигнал дртектора П2 при прохождении гамма-излучения через стенки пробоотборника, причем измерение величины сигнала детектора п производят в фиксированном положении пробоотборника, а определение влажности и плотности производят по соотношениям

do, n j 1п(п1/пСк)

W

di-ho4no/;2)

In ( no/Hi

Inп2

+1 -N

In (пт/пск ) . ni

Inп - Рмин(1

In (п1/пск)01

-yWpQ,

1 -Nо в

N ) dpln ( n2/n } n0ln (r.2/ng) In(ni/n0)

где у- коэффициент, принимающий значения 0,08 или 0,11 для широкого и узкого пучка гамма-излучения соответстаенно.

, J

Фиг.1

Изобретение относится к радиоизотопным способам определения свойств грунта донных отложений. Цель изобретения - повышение точности. Способ включает размещение источника и детектора гамма- излучения на фиксированном расстоянии измерение сигнала детектора при прохождении гамма-излучения через воздух, через стенки эталонного пробоотборника с известными значениями внутреннего диаметра и двойной толщины стенок, через эталонный пробоотборник, з полненный водой, через эталонный пробе отборник,заполненный сухим грунтом с. известными пористостью и минеральной плотностью, через стенки пробоотборника с известным внешним диаметром, через пробоотборник с исследуемым грунтом и определение влажности и плотности по результатам измерений. 6 ил.

иг.2

Фиг. 5