Способ измерения льдистости мерзлых грунтов Советский патент 1980 года по МПК E02D1/02 G01N33/24 

(54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ЛЬДИСТОСТИ МЕРЗЛЫХ ГРУНТОВ

Изобретение относится к инженерно-геологическим изысканиям для строительства, а более конкретно к способам определения льдистости в массиве мерзлых грунтов для расчета несущей способности фундаментов. Наиболее близким к изобретению техническим решением является способ измерения льдистости мерзлых грунтов, электромагнитным излучением и измерением интенсивности отражени этого излучения 1. Основ ным недостатком способа явл ется низкая разрешающая способность метода, обусловленная близкими значениями альбедо талого грунта и льда, причем при подтаивании поверх ности мерзлого грунта маломощные ледяные прослои протаивают с поверх ности, что при измерении, приведёт к занижению общей льдистости. Кроме того, известный способ позволяет определить льдистость за счет ледян включений, определить льдистость за счет льда-цемента минеральных прослоев данным способом невозможно. Льдистость за счет льда-цемента явл ется необходимой расчетной характеристикой мерзлых грунтов при теплофизических расчетах (например, при расчете необходимого количест ва энергии для оттаивания мерзлого грунта). Цель изобретения - повышение точности измерения. Достигается э.то тем, что при способе измерения льдистости мерзталх грунтов путем облучения выровненной поверхности грунта электрсялагнитным излучением и измерением интенсивности отражения используют электромаг- g 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 излучения перемещают параллельно исследуемой пов(ерхности, а углы, под которыми направляют электромагнитное йзлу чение, определяют по формуле 0 -г угол, под которым направляют электромагнитное излучение к исследуемой поверхности грунта X - длина волны используемого излучения, А , д - межплоскостные расстояния в кристаллической решетке льда, Я. На фиг. 1 приведены кривые а - г кривая а - дебаеграммапорошкового льда. Основные рефлексы, льда заштри хованы. Цифрами над рефлексами ; льда обозначены соответствующие меж плоскостные расстояни:я ( d ) в ангс ремах, а в скобках - кристаллограф ческие индексы плоскостей кристалли ческой решетки льда. . Кривая б - дебаеграмма льда из прослойки мерзлого грунта. Обозначе НИН те же,jчто и на кривой а. Отсутствие некоторых основных рефлёксов льда объясняется преимущественной к:ркеталлографической ориентации элементарных кристаллитов в изучаемом образце (в данном случае по оси перпендикулярной k плоскости 002). Кривая в - дебаеграмма мерзлого грунта, в котором присутствует ледйёнт. ГруйТ - Шрёный ёУгл пШ1Г :в ят с глубины 120 м; суммарная влажность 20-22%,;тенпёратура обраэц Ш врёмя съемки -15°С. Обозначения: КВрефлексы кварца; К - рефлексы каоли нита.. Остальные обозначения те же что для кривой а. . Кривая г - дебаеграмма талого гру та. Грунт - воркутинский покровный суглинок с глубины 3 м; влажность естественная (22%). Обозначения: КБ рефлексы кварцаJ К - рефлексы каоли нита, -М - рефлексы монтмориллонита; И - рефлексы полевого шпата. Дебаетраммы, приведенные на фйг. снимались на аппарате ДРОН-0,5. Режим съемки следующий: медный антикатод с N -; фильтром,-напряжение на рентгеновской трубке 20 кВ, ток 10, щель 0,25 к 4,0 мм. На фиг. 2 схематически изображено устройство для измерения льдистос ти пб скважине; на фиг. 3 - зонд в скважине, вид сверху. Параллельно выровненной поверхнрсти стенки скважинУ 1, сложенной в ходами ледяных прослоев 2, мёрзлого грунта 3 и талого грунта 4, перемещают, например, с помощью лебёдки 5 посредством троса 6 каротажный зонд состоящий из корпуса 7 с коллиматорами 8, обеспечивающими падение Tf-KBjaHTOjB от источника 9 на прверхнрс сквазйины под тремя заданными углами ©1 f ©2/ 0т, I сходящимися в одном облучаемом пятне 10 на поверхносгй стенки скважины. Размеры пятна подбираются в процессе подготбвкй зонда в ;эа1вйСймости от мин имальной трлщйНЕЛ ледяных прослоев, подлежащих и мерению. В корпусе зонда помещен источник 9 T- квантоЪ, например изотоп Fe и регистратор 11 тов, например полупроводниковый детектор. Углы в- , ©2 0%для данногр изотопа выбира1бтся из условия дифракции Jf -квантов на основных кристаллографических плоскостях решетки льда, например на плоскостях (002), (100) и (101). Межплоскостныё расстояния для данньрс плоскостей равйы соответственно d (ОР2)- 3,68; С1оо 3,92;d(o-l)- 3,45 i. Энергия основной линии. У -излу- f чения равна 5,9 кэВ 12, с. 2б, длина волны Л. вычисляется по формуле Е(МЭВ) JTEl / с. 9 . Отсюда X - 2,1 Л . Далее из уравнения Врегга-Вульфа П2 2 6in © находят необходимые значения углов в для П 1. Получаем ©-( 1G°35; GU. 1532; 03 . JT - кванты, дифрагирующие на. кристаллах льда, отразятся; на регистратор 11 под углами, равными углам паДения. Пострянство размеров облучаемого пятна 10 обеспечивается -постоянством расстояний от источника и регистратора квантов пр поверхности скважины. Это достигается, например, жестким креплением корпуса зонда со стороны облучаемой точки к двум роликам 12 с одной .степенью свободы, обеспечивающей поступательное движение зонда по стенке скважины. Под 120 в обе стороны от жестко скрепленной пары роликов к корпусу через пружинные ..амортизаторы 13 крепятся еще две пары роликов 14. Интенсивность - излучения, попадающего на регистратор, пропорциОнальна количеству льда, распределенного по облучаемой площади. С регистратора электрический сигнал, пропорциональный интенсивности регистрируемого излучения, поступает на предварительный усилитель 15, расположенный непосредственно в корпусе зонда. Предварительно усиленный сигнал поступает через кабель 16 на усилитель 17, наземнрго блока, а затем - на регистратор 18 электрического сигнала, например самопишущий вольтметр. Каротажный зонд и электронная измерительная аппаратура градуируются на эталонах в ртносительных единицах.льдистЬсти. В результате по графику на диаграммной ленте самописца определяют необходимые для расчётов 3начения льдистости. Использование предлагаемого способа измерения льдистости мерзлых грунтов для строительных целей обеспечивает по сравнению с существующими способами следукяцие преимущества: более выеъкую точность измерения льдистости} не требуется операций Оттаивания мерзлых грунтов; можно измерять льдистость как за d4eT льдацемента, так и за счет ледяных прослоев; позволяет ртличить талые грунты от мерзлых при наличии в пос