Геофизические методы при инженерно-геологических исследованиях

С помощью геофизических методов можно решить ряд важных инженерно-геологических задач. При проведении инженерно-гео­логических исследований часто используют электроразведочные методы — вертикального электрического зондирования (ВЭЗ) и электропрофилирование, а также сейсморазведку по методу пре­ломленных волн (МПВ). Геофизические методы позволяют об­наружить крупные аномалии в строении геологической среды
(пустоты, зоны трещин, погребенные эрозионные врезы) выявить реологическое и гидрогеологическое строение исследуемой области геологической среды; оценить ее некоторые коллективные свойства (пористость, трещиноватость, водонасыщенность упру­гие свойства).

Методом ВЭЗ устанавливают положение границ между геоло­гическими телами, различающимися электрическим сопротивле­нием и поляризуемостью. В процессе инженерно-геологических съемок, для определения положения границ в латеральной плос­кости применяют электрическое профилирование. Нередко в ходе решения какой-либо задачи сочетают ВЭЗ и электрическое про­филирование (например, при выявлении оконтуриваний пере­углублений в речных долинах).

Для установления положения границ между геологическими телами, выявления и трассирования зон тектонических нарушений и зон трещиноватости, определения положения уровня грунтовых вод (УГВ) применяется сейсморазведка МПВ. С ее помощью устанавливают границу между рыхлыми поверхностными отложе­ниями и коренными породами, выявляют древние эрозионные врезы (погребенные речные долины, озерные котловины и др.), приближенно определяют мощность площадной коры выветрива­ния и выявляют границы линейных кор. Таким образом, приме­нение геофизических методов наиболее часто преследует цель получения геометрических моделей исследуемой области геоло­гической среды, гидрогеологического и геологического строения и др. Электроразведочные методы применяют и в ходе изучения ЭГП, главным образом карстового и оползневого.

При наличии протяженных карстовых полостей электроразве­дочные профили располагают в нескольких сечениях перпендику­лярно к длинной оси полости и при корреляции данных измере­ний на профилях оконтуривают полость. Для выявления элементов ориентировки зон карстовых полостей можно применять круговое электрическое зондирование. Простирание зоны, к которой; при­урочены карстовые полости, выявляется с помощью круговых диаграмм, на которых оно соответствует длинной оси

Тело оползня и несмещенные породы за пределами поверхности отделения различаются электрическими и сейсмическими свойствами, что определяет возможность применения геофизических методов при изучении оползневого процесса. Задачи, ре­шаемые при этом, можно сформулировать следующим образом.

1. Картирование оползневых отложений.

2. Установление положения поверхности отделения и скольжения.

3. Определение положения УГВ.

4. Выявление структуры поля влажности.

5. Изучение режима влажности тела оползня и оползневых
накоплений.

Задачи 1, 2, 3 решаются методами сейсморазведки МПВ и ВЭЗ. Задачи 4 и 5 могут быть решены методами сопротивлений, естественных потенциалов и термометрии. С точки зрения прог­ноза оползневого процесса чрезвычайно важно изучение режима оползневого склона в стадию подготовки оползневого смещения. Уменьшение прочности пород при подготовке оползня сопровож­дается увеличением скорости продольных и поперечных волн и коэффициентов их затухания. Это обстоятельство позволяет ис­пользовать сейсморазведку МПВ для получения данных о режиме свойств пород оползневого склона и в итоге — о режиме коэффи­циента устойчивости.

В процессе инженерно-геологических исследований используют радиоизотопные методы.

Метод поглощения γ-излучения применяют для определения плотности грунта. В основе метода лежит зависимость между долей поглощаемого грунтом γ-излучения, проходящего через него, и массой грунта. Плотность грунта определяется с точностью ±0,01 г/см³.

Рис 4.1. Схема приборов определения плотности грунта методом поглощения γ-излучения: а – в параллельных скважинах; приборы типа; б – щуп; в – вилка.

1 – источник γ-квантов; 2 – детектор; 3 – пучок γ-квантов; 4 – вилка; 5 – штанга с источником излучения; 6 – радиометр.

Рис 4.3. Схема гамма-плотномера.

1 – источник излучения; 2 – экран; 3 – детектор; 4 – корпус; 5 – зона измерения (полевая проба грунта)

методом определения плотности является метод рассеянного γ-излучения. Интенсивность рассеянного γ-излучения зависит от плотности среды, энергии потока γ-частиц и расстояния
между источником γ-лучей и детектором. Измеряется интенсивность рассеянного γ-излучения. В условиях стабилизации двух последних факторов можно определять плотность грунта.

ОБСЛЕДОВАНИЕ СООРУЖЕНИЙ

Известно, что сооружение и некоторая область геологической среды, называемая сферой взаимодействия, реагируют между со­бой. Их взаимодействие реализуется в форме инженерно-геологи­ческих процессов и процессов, происходящих в сооружениях (наклоны, перекосы, прогибы, образование трещин и др.).

Вследствие этого обследование сооружений, а точнее ПТГ, проводимое в ходе строительства и в период эксплуатации с целью установления их состояния анализа причин, представляет со­бой важный метод получения информации, используемой для со­ставления прогноза и разработки мероприятий по оптимальному управлению ПТГ. Состояние сооружений зависит не только от свойств геологической среды, но и от качества проекта и качества строительства. Установление причин процессов, происходящих в сооружениях, практически всегда очень ответственно, особенно когда сооружение находится в аварийном состоянии и тре­буется дать экспертное заключение о причинах его деформации. Задачи обследования сооружений заключаются в выявлении инженерно-геологических процессов, с которыми связаны их деформации, в оценке эффективности конструктивных меро­приятий по борьбе с инженерно-геологическими процессами.

Обследованию предшествует сбор и изучение инженерно-гео­логических материалов, а также материалов о типах и кон­струкциях сооружений, типах фундаментов, нагрузках, условиях проведения строительных работ по вскрытию котлованов, орга­низации водопонижения и др. Обследуются сооружения, находя­щиеся в аварийном состоянии, испытавшие существенные дефор­мации, наиболее крупные и ответственные, расположенные в не­благоприятных геологических условиях (сложное гидрогеологи­ческое строение, склоны, участки распространения слабых и сильно изменчивых в пространстве пород); имеющие усиленную жест­кость, обеспечивающую устойчивость сооружений; однотипные, расположенные на разных геоморфологических элементах; лю­бого класса в малозастроенных районах.

Обследование заключается в осмотре сооружений и оценке состояния стен, перекрытий, внутренних помещений, подвальных помещений оконных и дверных проемов, отмосток, откосов. Со­провождается оно описанием, зарисовками, фотографированием (документация). Особое внимание обращается на трещины в со­оружениях и на анализ причин их возникновения. Осматри­вается местность вокруг сооружения, описываются и документи­руются искусственные изменения природных условий (распашка земли, уничтожение растительности, изменение рельефа путем подрезки склона, подсыпки, планировки, устройство водоотвода, проявления инженерно-геологических процессов — оседание по­верхности, выпирание, разжижение пород и др.). В случае необ­ходимости в процессе обследования вблизи фундаментов соору­жения закладывают выработки, вскрывают фундамент, отбирают образцы для проведения лабораторных испытаний. По результа­там обследования составляют заключение о причинах деформации (аварии) сооружения (дефекты проекта строительных работ, неправильная эксплуатация сооружения или плохое качество инженерно-геологических исследований).