Применение георадарных технологий мониторинга грунтов в условиях Среднего Приобья

• Автор: Гензе, Дмитрий Александрович
• Шифр специальности: 05.23.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Тюмень
• Количество страниц: 143 с. : ил.

Содержание
Введение

Глава 1.Состояние вопроса

1.1.Способы определения физических свойств

1.2.Физические основы метода георадиолокации

1.3.Область применения

1 АСуществуюгцие способы определения физических свойств фунта при

помощи георадаров

Глава 2. Теоретическая часть

2.1 .Распространение электромагнитных волн

2.2. Мерзлые фунты как многокомпонентные и многофазные системы взаимно связанных частиц
2.3. Распросфанение электромагнитных волн в фунтовом массиве
Глава 3. Лабораторные и полевые исследования
3.1. Лабораторные исследования
3.1.1. Методика испытаний
3.1.2. Дешифровка
3.1.3. Исследование влияния физических свойств грунта на параметры электромагнитной волны
3.2. Лотковые испытания
3.3. Полевые испытания
3.4. Анализ эмпирических зависимостей
Глава 4. Область применения и методика определения влажности при помощи георадаров
4.1 .Определение области применения
4.2,Определение диэлектрической проницаемости
4.3.Достоверность полученных результатов
Список литературы
Приложение 1. Зависимости, полученные при полевых
испытаниях
Приложение 2. Акты о внедрении

ВВЕДЕНИЕ
Территория Среднего Приобья представлена сложными грунтовогеологическими условиями (переувлажненные грунты, вечная и островная мерзлота, заболоченные и засоленные грунты и т.д.). Для строительства земляных сооружений необходимо учитывать физико-механические характеристики как материковых грунтов ненарушенной структуры в основаниях, так и грунтов нарушенной структуры в теле возводимых грунтовых сооружений.
В процессе проектирования оценка устойчивости и прочности инженерных сооружений производится на основе анализа физико-механических параметров грунтов, как в основании, так и в искусственных грунтовых массивах (насыпях). В этом случае приходится иметь дело как с грунтами ненарушенной так и нарушенной структур резко отличающихся изменением физикомеханических свойств в процессе воздействия на них воды и температуры.
Поэтому полная и достоверная информация характеристики грунтов предопределяет качество проектирования и обеспечивает повышенную надежность инженерных сооружений.
В настоящее время на стадии обследования линейных сооружений используются разрушающие и неразрушающие способы по определению физических свойств грунтов.
Определение физико-механических показателей, а также дефектов грунтовых массивов при разрушающем способе производится взятием образцов материалов посредством бурения. Окончательные результаты получают только после проведения лабораторных исследований, требующих большой трудоемкости и значительных затрат времени. Такая методика не позволяет оперативно получить полный объем информации для назначения надежных способов и методов строительно-монтажных работ и сдерживает строительный процесс на длительное время.
В течении последних 15 лет в практике строительства применяются геофизические методы исследования грунтов. В применении различных геофизических методов тоже есть много недостатков. Одним из перспективных геофизическим методом является георадиолокация, которая позволяет получать линейные результаты, при этом основная работа сводится в настоящее время не на полевые работы, а на довольно сложную и трудоемкую камеральную обработку выполняемую оператором вручную. Радиолокация может обеспечить получение непрерывной и достоверной информации. Основной фактор, по которому можно выявить свойства материала при помощи георадиолокации это его диэлектрическая проницаемость (е). Сложность заключается в том, что на значение диэлектрической проницаемости оказывает очень много факторов. Грунт относится к четырехфазной системе, поэтому необходимы точные данные о диэлектрической проницаемости каждой из фаз с учетом изменения внешней среды.
Грунты являются весьма сложными природными многофазными образованиями, состоящими из различных по своим свойствам компонентов, находящихся в разном фазовом состоянии (твердом, идеально пластичном, жидком, газообразном), взаимно между собой связанных, которые могут рассматриваться как однокомпонентные (сплошные) тела лишь при определенных условиях, например, когда в данном объеме мерзлого грунта отсутствует во времени перераспределение отдельных фаз грунта.
Для условий Среднего Приобья наибольший интерес представляют как вечномерзлые грунты находящиеся в основании так и сезонно мерзлые грунты грунтовых массивов.
Исследования по определению физических свойств грунтов при помощи георадаров проводились многими учеными, среди которых: Владов M.JL, Старовойтов A.B., Кулижников А.М., Topp G.C., Davis J.L. Annan A.P. и другие.
Однако, до настоящего времени применение георадаров для определения физических свойств грунтов не получило в нашей стране должного

є = -3,63 - 3,93W +0,15W2 + 16,98 ln W.
(1.5.)
(TOPP G.C., DAVIS J.L. ANNAN A.P.)
Зарубежный опыт выдвинул эмпирическую зависимость [104, 105]:
0 = -5,3* 10'2 +2,92* 10'2 £г - 5,5* 10'4 £г +4,3* 10'6 £г. где: (1.6.)
0 - объемное содержание воды в грунте;
Действительное решение уравнения (1.6.):
£,=34,899 0+1,85. (1.7.)
На эту зависимость, как оказалось, почти совершенно не влияют содержание соли в грунте, структура, насыпная плотность и температура грунта, поэтому данная зависимость была принята для дальнейшего использования. Таким образом, влажность грунта можно определить, измеряя изменение диэлектрической постоянной.
Собирая данные с ряда (п) антенн (Тх, Р.ч) на различном расстоянии друг от друга (а), можно вычислить скорость распространения сигнала, отраженного от границ известного слоя. В основе анализа лежит метод