Спосіб визначення вологості ґрунту з урахуванням його щільності
Номер патенту: 95164
Опубліковано: 11.07.2011
Автори: Кетов Андрій Юрійович, Іващенко Сергій Олександрович, Звольський Станіслав Тимофійович
Формула / Реферат
Спосіб визначення вологості ґрунту з урахуванням його щільності за градуювальною залежністю нейтронного вологоміра, побудованою для заданої щільності ґрунту, що полягає у коригуванні показань нейтронного вологоміра шляхом внесення поправочного коефіцієнта, який визначають за щільністю ґрунту, використаного при побудові градуювальної залежності нейтронного вологоміра та щільністю досліджуваного ґрунту, який відрізняється тим, що поправочний коефіцієнт визначають за щільністю ґрунту природної вологості, а градуювальну залежність будують за інтерпретаційним параметром, що є добутком прямих показань нейтронного вологоміра та поправочного коефіцієнта за щільність ґрунту природної вологості і об'ємною вологістю цього ґрунту, які вимірюють безпосередньо у досліджуваній свердловині.
Текст
Спосіб визначення вологості ґрунту з урахуванням його щільності за градуювальною залежністю нейтронного вологоміра, побудованою для заданої щільності ґрунту, що полягає у коригуванні показань нейтронного вологоміра шляхом внесення поправочного коефіцієнта, який визначають за щільністю ґрунту, використаного при побудові градуювальної залежності нейтронного вологоміра та щільністю досліджуваного ґрунту, який відрізняється тим, що поправочний коефіцієнт визначають за щільністю ґрунту природної вологості, а градуювальну залежність будують за інтерпретаційним параметром, що є добутком прямих показань нейтронного вологоміра та поправочного коефіцієнта за щільність ґрунту природної вологості і об'ємною вологістю цього ґрунту, які вимірюють безпосередньо у досліджуваній свердловині. Винахід відноситься до області ядерногеофізичних методів визначення вологості ґрунту в інженерно-геологічних, гідромеліоративних та екологічних свердловинах. Він призначений для визначення вологості ґрунту нейтронними вологомірами з урахуванням впливу на їх показання щільності (об'ємної маси) досліджуваного ґрунту. Визначення вологості ґрунту в умовах його природного залягання (in situ) виконують за допомогою нейтрон-нейтронного метода за повільними нейтронами (ННМ-п), який реалізують у вигляді нейтронного каротажу вологості (НК-п). В основу ННМ-п покладено наступне. Досліджуваний ґрунт опромінюють швидкими нейтронами від їх стаціонарного джерела та реєструють повільні нейтрони їх детектором на певній відстані від джерела по стовбуру свердловини. Повільні нейтрони утворюються внаслідок взаємодії швидких нейтронів джерела з ядрами атомів, що складають ґрунт, передусім з ядрами атомів водню. Показання детектора (вологоміра) знімають у вигляді швидкості лічби повільних нейтронів, частіше у дискретній формі. Свердловинні нейтронні вологоміри у цих дослідженнях працюють у доінверсійній зоні довжин зонда (відстані від джерела до середини довжини лічильника нейтронів). У цій зоні збільшення об'ємної вологості ґрунту WV (%) приводить до зрос між Iп0 та WV цього ґрунту Iп0 f WV . (1) Однак, щільність ґрунту істотно змінюється у геологічному розрізі, що приводить до значних похибок у визначені його вологості. Так за даними 3 [1], зміна щільності сухого ґрунту d (г/см ) непо3 рушеної структури на 0,1 г/см приводить до абсолютної похибки визначення його вологості за повільними нейтронами, рівної 0,8 % для WV 5 % і (11) UA мінералів WV з 0 , існує однозначна залежність (19) тання показань вологоміра Iп0 (імп/с). Графічно градуювальні залежності таких вологомірів наближаються до прямої лінії, зі зменшенням довжини зонда L до нульового значення. Для таких вологомірів, при сталій щільності сухого незасоленого ґрунту і при відсутності зв'язаної води глинистих 95164 (13) C2 (21) a201001330 (22) 09.02.2010 (24) 11.07.2011 (46) 11.07.2011, Бюл.№ 13, 2011 р. (72) ЗВОЛЬСЬКИЙ СТАНИСЛАВ ТИМОФІЙОВИЧ, КЕТОВ АНДРІЙ ЮРІЙОВИЧ, ІВАЩЕНКО СЕРГІЙ ОЛЕКСАНДРОВИЧ (73) ІНСТИТУТ ГЕОФІЗИКИ ІМ. С.І. СУББОТІНА НАН УКРАЇНИ (56) ГОСТ 23422-87 - Материалы строительные. Нейтронный метод измерения влажности Дата введения 1988-01-01 UA 25396 U, 10.08.2007 UA 94043369, 29.08.1997 SU 1491199 A1, 07.02.1992 US 5483063, 09.01.1996 GB 1193003 A, 28.05.1970 CN1773267 A,17.05.2006 3 95164 1,6 % для WV 35 %. За даними [2] при зміні d 3 ґрунту на 0,1 г/см похибка визначення його вологості WV за надтепловими нейтронами складає 1,2 % для WV 10 % і 3,3 % для WV 40 %. В діапазоні зміни d піщано-глинистих ґрунтів, який 3 частіше становить 1,3-1,8 г/см , абсолютна похибка визначення WV ґрунту, зумовлена його щільністю, може сягати 8 % і більше. Для зменшення таких похибок при визначені вологості ґрунту за показаннями нейтронного вологоміра будують сімейство емпіричних градуювальних залежностей Iп0 від WV для значень d 3 рівних наприклад 0,9; 1,2; 1,5; 1,8 та 2,1 г/см [3]. Для кожного значення d справедлива залежність (1). Користуються сімейством емпіричних залежностей таким чином [3]. За орієнтовно вибраним графіком із сімейства градуювальник залежностей вологоміра знаходять перше наближення WV . За наступними графіками, для яких d більше на 0,3 г/см та менше на 3 3 0,3 г/см , знаходять інші наближення WV . Якщо ці наближення відрізняється від першого на величину WV 1 % абсолютного значення WV , то його (перше наближення) приймають за реальне значення вологості ґрунту WV . В іншому випадку знаходять наступне наближення WV за другим і третім вибраними графіками. Порівнюють друге і третє наближення WV . Так продовжують випробовувати наступні графіки залежностей Iп0 від WV , поки чергове наближення WV буде відрізнятися від попереднього на величину WV 1 %. Це копіткий процес, якщо врахувати те, що щільність сухого ґрунту в його геологічному розрізі здебільшого значно міняється. Визначення вологості ґрунту таким способом складна задача, потребує багато часу на її виконання. Як прототип винаходу вибрано спосіб визначення вологості ґрунту в шарі його активного вологообміну (до 2 м від денної поверхні зони аерації) за градуювальною залежністю, що враховує зміну щільності сухого ґрунту в його розрізі [4]. Градуювальну залежність автори прототипу будують польовим способом [3]. Щільність ґрунту враховують внесенням поправочного коефіцієнта до показань Iп0 нейтронного вологоміра. Поправочний коефіцієнт за зміну щільності сухого ґрунту d нейтронного вологоміра такий, k d id , (2) d - середнє значення щільності сухого ґрунту виділених, наприклад для режимних вимірювань вологості, шарів цього ґрунту у його вертикальному геологічному розрізі досліджуваної ділянки; 4 id - щільність сухого ґрунту і-ого досліджува ного шару. d та id вимірюють за пробами ґрунту, відібраними у шурфах, розташованих по краям досліджуваної ділянки [5]. Геологічні розрізи шурфів репрезентували геологічний розріз досліджуваної ділянки. Відкоригований інтерпретаційний параметр I п у цьому випадку має вигляд, Iп Iп0 id , d (3) Iп0 - швидкість лічби нейтронів, виміряна вологоміром (показання вологоміра). Недоліком способу [4] є те, що визначення d , яке входить до виразу (2), потребує відбирання проб ґрунту із шурфів та лабораторних вимірювань за ними його щільності. Це призводить до збільшення вартості робіт, обмежує глибини зони аерації, на яких доцільне використання способу. Ми пропонуємо інший спосіб врахування щільності ґрунту при визначені його вологості ННМ-п, який підвищує ефективність виконання нейтронного каротажу вологості ґрунту однозондовими вологомірами, поширюється на всю зону аерації, яка може сягати декілька десятків метрів, більш оперативний, зменшує вартість таких робіт. Суть запропонованого винаходу полягає в тому, що при визначені вологості ґрунту поправочний коефіцієнт до показань нейтронного вологоміра Iп0 визначають за щільністю ґрунту природної вологості , г / см3 . Щільність ґрунту природної вологості знаходять за допомогою гамма-гамма щільноміра безпосередньо у досліджуваній свердловині (на тих горизонтах де визначають його вологість). Розрахунками і постановкою експерименту, нами встановлено, що поправочний коефіцієнт за щільність ґрунту є таким, k в , (4) в - щільність прісної води. Інтерпретаційний параметр для такого способу визначення вологості ґрунту, що враховує швидкість лічби нейтронів, зумовлену вологістю (воднем) ґрунту WV та зв'язаною водою глинистих з мінералів WV , і не враховують її нарощення рештою речовини цього ґрунту до показань вологоміра Iп0 , є таким, в . (5) Поправочний коефіцієнт за щільність виключає з показань вологоміра Iп0 ту його частину, яка з Iп f WV , WV Iп0 зумовлена щільністю ґрунту з . Зв'язану воду глинистих мінералів WV додають до гравітаційної води і, як і гравітаційну, визначають лабораторним шляхом [3]. 5 На фіг. 1, графіки 1-3, приведені результати розрахунків градуювальних залежностей нейтронного вологоміра, виконаних для квазіоднорідного середовища (кварцовий пісок), d якого складало 3 відповідно 1,85; 1,59 і 1,32 г/см . Розрахунки виконано за програмою «CORA», розробленою у ІГФ (автори Кулик В. В., Яковлев Ю. В., Гусак Т. М.). За цими результатами і для цього ж середовища, за заданими значеннями вологості, одержано графік 4, за умови внесення поправочного коефіцієнта за щільність середовища до градуювальної залежності вологоміра по формулі (5). Графік 4 ілюструє 2 тісну кореляцію (коефіцієнт кореляції R = 0,993) між інтерпретаційним параметром Iп і вологістю середовища WV , що підтверджує можливість використання запропонованого поправочного коефіцієнта за щільність середовища та внесення його у градуювальну залежність. На фіг. 2 приведено експериментальну градуювальну залежність нейтронного вологоміра типу ВПГР-1 (Вологомір Поверхнево-Глибинний Радіоізотопний) [6] для умов вимірювання у необсадженій свердловині діаметром 51 мм, побудовану за інтерпретаційним параметром Iп , що враховує поправочний коефіцієнт за щільність ґрунту природної вологості (формула (5)), та вміст зв'язаної води глинистих мінералів. Інтерпретацію свердловинних вимірювань за графіком фіг. 2 починають з внесення поправочного коефіцієнта за щільність ґрунту до показань вологоміра Iп0 , тобто з находження інтерпретаційного параметра Iп . Зв'язану воду глинистих мінералів віднімають від сумарної W , визначеної за графіком фіг. 2. V c На фіг. 3 показано розподіл об'ємної вологості ґрунту WV c WV WV з за глибиною його залягання у геологічному розрізі. Графік 1 побудований за градуювальною залежністю, фіг. 2 (інтерпретаційний параметр Iп ). Паралельно приведено графік 2 розподілу природної щільності ґрунту за глибиною його залягання. Разом графіки 1 і 2 ілюструють вплив природної щільності ґрунту р на визначення його об'ємної вологості WV , що добре (похибка WV менше 1 % абсолютного значення WV ) узгоджується з даними [1, 3] (враховується надлишок щільності ґрунту над щільністю води в ). На фіг. 3: 1 - вологість ґрунту WV c WV WV з визначена за Iп ; 2 - природна щільність ґрунту ; 95164 6 3 - вологість ґрунту WV визначена об'ємно термоваговим способом; 4 - насипний ґрунт; 5 - важкий супісок; 6 - глинистий пісок. Вологість ґрунту визначена за Iп , фіг. 3, добре узгоджується з її контрольними вимірюваннями об'ємно термо-ваговим способом. Зауважимо, що з вміст води в глинистих мінералах WV , виміряний згідно рекомендацій [3], становив на глибинах з 50 70 cм WV 0,7 %, а на глибинах 80 100 з , cм WV 15 %. Технічним результатом запропонованого винаходу є: - використовують щільність ґрунту природної вологості р, яку визначають безпосередньо у досліджуваній свердловині гамма-гамма щільноміром, замість щільності сухого ґрунту d , визначення якої потребує відбирання проб і лабораторних досліджень; - поправочний коефіцієнт за щільність ґрунту вносять безпосередньо у градуювальну залежність нейтронного вологоміра при її побудові; - поширенням способу визначення WV на всю зону аерації, незалежно від її потужності; - підвищення точності і оперативності, зниження вартості робіт при визначенні вологості ґрунту однозондовими нейтронними вологомірами. Джерела інформації: 1. Olgaard P. L. On the theory of the neutronic method for measuring the water content soil. // Riso Rept, № 97, Copenhagen, 1965. - 44 p. 2. Арцыбашев В. А. Ядерно-геофизическая разведка. - 2-е изд. - М.: Атомиздат, 1980. - 224с. 3. ГОСТ 23061-90. Грунты. Методы радиоизотопных измерений плотности и влажности. 4. Greacen E. L. and Schrale G The effect of bulk density on neutron meter calibration // Australian Journal of Soil Research. - 1976. - № 14. - P. 159169. 5.ДСТУ ISO 10573-2001. Якість ґрунту. Визначення вмісту води в ненасиченій зоні. Метод глибинного нейтронного зонда. 6. Техническое описание и инструкция по эксплуатации. Влагомер поверхностно-глубинный радиоизотопный ВПГР-1 / Изд. «Полтава», 1982. 43с. 7 95164 8 9 Комп’ютерна верстка Л.Литвиненко 95164 Підписне 10 Тираж 24 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601
ДивитисяДодаткова інформація
Назва патенту англійськоюMethod for determination of soil dampness with account of its density
Автори англійськоюZvolskyi Stanislav Tymofiiovych, Ketov Andrii Yuriiovych, Ivaschenko Serhii Oleksandrovych
Назва патенту російськоюСпособ определения влажности грунта с учетом его плотности
Автори російськоюЗвольський Станислав Тимофеевич, Кетов Андрей Юрьевич, Иващенко Сергей Александрович
МПК / Мітки
МПК: G01V 5/10
Мітки: щільності, вологості, спосіб, визначення, ґрунту, урахуванням
Код посилання
<a href="https://ua.patents.su/5-95164-sposib-viznachennya-vologosti-runtu-z-urakhuvannyam-jjogo-shhilnosti.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентів України">Спосіб визначення вологості ґрунту з урахуванням його щільності</a>