Об обнаружении пустот на границе контакта двухслойных систем

Описано двошарову фізичну модель, що включає геосередовище та бетонну оболонку. Представлено результати експерименту по виявленню порожнин на межі шарів з використанням ємнісного датчика....

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2009
Автори:	Сергиенко, В.Н., Курочка, А.А., Соколовский, В.И.
Формат:	Стаття
Мова:	Russian
Опубліковано:	Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України 2009
Назва видання:	Геотехническая механика
Онлайн доступ:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/33298
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:	Об обнаружении пустот на границе контакта двухслойных систем / В.Н. Сергиенко, А.А. Курочка, В.И. Соколовский // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2009. — Вип. 83. — С. 131-137. — Бібліогр.: 5 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-33298
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-332982012-05-28T13:04:03Z Об обнаружении пустот на границе контакта двухслойных систем Сергиенко, В.Н. Курочка, А.А. Соколовский, В.И. Описано двошарову фізичну модель, що включає геосередовище та бетонну оболонку. Представлено результати експерименту по виявленню порожнин на межі шарів з використанням ємнісного датчика. The duplex physical model including Geological environment and a concrete casing is described. The results of experiment on revealing interstices on border of layers with use of the capacitive sensor are represented. 2009 Article Об обнаружении пустот на границе контакта двухслойных систем / В.Н. Сергиенко, А.А. Курочка, В.И. Соколовский // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2009. — Вип. 83. — С. 131-137. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/33298 622.831 ru Геотехническая механика Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
description	Описано двошарову фізичну модель, що включає геосередовище та бетонну оболонку. Представлено результати експерименту по виявленню порожнин на межі шарів з використанням ємнісного датчика.
format	Article
author	Сергиенко, В.Н. Курочка, А.А. Соколовский, В.И.
spellingShingle	Сергиенко, В.Н. Курочка, А.А. Соколовский, В.И. Об обнаружении пустот на границе контакта двухслойных систем Геотехническая механика
author_facet	Сергиенко, В.Н. Курочка, А.А. Соколовский, В.И.
author_sort	Сергиенко, В.Н.
title	Об обнаружении пустот на границе контакта двухслойных систем
title_short	Об обнаружении пустот на границе контакта двухслойных систем
title_full	Об обнаружении пустот на границе контакта двухслойных систем
title_fullStr	Об обнаружении пустот на границе контакта двухслойных систем
title_full_unstemmed	Об обнаружении пустот на границе контакта двухслойных систем
title_sort	об обнаружении пустот на границе контакта двухслойных систем
publisher	Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України
publishDate	2009
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/33298
citation_txt	Об обнаружении пустот на границе контакта двухслойных систем / В.Н. Сергиенко, А.А. Курочка, В.И. Соколовский // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2009. — Вип. 83. — С. 131-137. — Бібліогр.: 5 назв. — рос.
series	Геотехническая механика
work_keys_str_mv	AT sergienkovn obobnaruženiipustotnagranicekontaktadvuhslojnyhsistem AT kuročkaaa obobnaruženiipustotnagranicekontaktadvuhslojnyhsistem AT sokolovskijvi obobnaruženiipustotnagranicekontaktadvuhslojnyhsistem
first_indexed	2025-07-03T13:50:02Z
last_indexed	2025-07-03T13:50:02Z
_version_	1836633924775706624
fulltext	"Геотехническая механика" 131 УДК 622.831 В.Н.Сергиенко, канд. техн. наук, (ИГТМ НАН Украины) А.А Курочка, інженер (НПП Технополис «Экоиндустрия») В.И. Соколовский, зам. директора (ОАО «Донбасскрепь») ОБ ОБНАРУЖЕНИИ ПУСТОТ НА ГРАНИЦЕ КОНТАКТА ДВУХСЛОЙНЫХ СИСТЕМ Описано двошарову фізичну модель, що включає геосередовище та бетонну оболонку. Представлено результати експерименту по виявленню порожнин на межі шарів з викорис- танням ємнісного датчика. ABOUT DETECTION OF INTERSTICES ON BORDER OF CONTACT DUPLEX SYSTEMS The duplex physical model including Geological environment and a concrete casing is de- scribed. The results of experiment on revealing interstices on border of layers with use of the ca- pacitive sensor are represented. Значительное число объектов гидротехники, дорожного и подземного строительства можно в первом приближении представить как двухслойную систему, включающую геосреду и защитную оболочку. Основные категории указанных объектов представлены в табл. 1. Таблица 1 – Основные типы двухслойных геотехногенных систем Элементы системы Область техники Объекты, содержащие двухслойные системы геосреда оболочка противофильтрационная обделка каналов грунт бетонные и железо- бетонные плиты доковые части насосных станций грунт бетонные и железо- бетонные плиты, литой бетон водопропускные и во- досбросные сооружения грунт, скальный массив железобетонные плиты, литой бетон гидротехника гидротехнические тон- нели грунт, скальный массив литой бетон, желе- зобетонные тюбинги шахтное строитель- ство шахтные стволы грунт, скальный массив литой бетон, желе- зобетонные тюбинги капитальные горизон- тальные выработки скальный массив набрызгбетон подземные резервуары скальный массив бетон, железобетон дорожное строи- тельство дорожное полотно грунт и буферный насыпной слой железобетонные плиты, литой бетон Одним из условий работоспособности объекта является наличие плотного механического контакта на границе двух сред. Однако, в процессе длительной эксплуатации в геосреде за счет геофильтрационных процессов происходит 132 Выпуск № 83 формирование пустот. В подземных объектах их наличие способствует аккуму- лированию воды за оболочкой и дальнейшей интенсификации процесса разру- шения системы. Наличие пустот под горизонтальными или наклонными плита- ми противофильтрационного покрытия вызывает наличие в них механических напряжений, что приводит к появлению трещин в плитах. При наличии пустот большой площади возможно разрушение плит с образованием провалов. Эффективным методом предотвращения развития полостей в геосреде явля- ется тампонаж. Однако его применение предполагает наличие информации о расположении и объемах пустот в заоболочечном пространстве. При неболь- шой площади покрытия поиск пустот может быть выполнен путем контрольно- го бурения. Однако во многих случаях площадь составляет тысячи квадратных метров и требуется применение экспресс-методов неразрушающего контроля для оценки состояния его контакта с геосредой. В настоящее время основным методом выявления пустот в геосреде под защитным покрытием является виб- роакустический [1, 2]. Его достоинствами являются: - высокая производительность контроля; - возможность выявления пустот за оболочкой толщиной до 1,2 -1,5 м; - высокая устойчивость к электромагнитным помехам; - наличие средств контроля, в том числе и в искровзрывобезопасном испол- нении, что позволяет выполнять измерения в шахтах, опасных по газу и пыли. С помощью виброакустического метода можно достаточно точно оконту- рить границы полости под покрытием. Однако его принципиально неустрани- мым недостатком является невозможность оценки глубины полости. Для оцен- ки объемов тампонажа при выполнении ремонтных работ, полученные резуль- таты виброакустической диагностики приходится дополнять выборочным кон- трольным бурением на выявленных аномальных участках. Указанное обстоя- тельство обуславливает необходимость использования альтернативных методов неразрушающего контроля, которые давали бы возможность оценивать глубину или объем полостей без перебуривания защитной оболочки. Наиболее известными в реализации данного направления являются работы Э.И. Арша [3, 4]. Его теоретические и экспериментальные исследования пока- зали возможность использования высокочастотных автогенераторных уст- ройств для выявления скрытых аномалий в породном массиве. Однако указан- ные исследования относились к среде в виде одного слоя с локальными нару- шениями. Для возможности выявления нарушенные объемы должны отличать- ся от вмещающей среды электрической проводимостью, диэлектрической проницаемостью, магнитной проницаемостью, тангенсом диэлектрических по- терь. В рассматриваемом авторами случае задача сложнее, поскольку рассмат- ривается двухслойная система представленная схематически на рис. 1. "Геотехническая механика" 133 1 – геосреда, 2 – защитное покрытие, 3 – полость под покрытием Рис. 1 – Простейшая двухслойная геотехногенная система с нарушением по контакту В вариантах модели среды, исследуемых Э.И. Аршем она, в конечном сче- те, классифицировалась на две основные категории: проводники и диэлектрики. При наличии проводящей среды либо проводящей аномалии рекомендовано использование индуктивных датчиков, а в противном случае – емкостных. Од- ной из особенностей слоя, имитирующего защитное покрытие, является его высокая электрическая проводимость в случае наличия в нем арматуры (желе- зобетон). По отношению к внешним электромагнитным полям, создаваемым над поверхностью защитного слоя, арматура играет экранирующую роль. Од- ной из задач исследований является проверка возможности выявления полости в диэлектрике под проводящим слоем. Использование индуктивного датчика для этой цели является заведомо бесперспективным, поскольку влияние ближе расположенной арматуры сказывается не только в повышении электропровод- ности, но также и в существенном повышении относительной магнитной про- ницаемости, что в комплексе приводит к значительному изменению частоты автогенератора. Предпринята попытка изучить возможность использования для диагностики полостей под частично проводящим слоем емкостного датчика [5]. Для выполнения экспериментальных работ была изготовлена модель, конст- рукция которой представлена на рис. 2. 1 – ящик из диэлектрика, 2 – песок, 3 – плита, имитирующая защитный слой, 4 – моделируе- мая полость, 5 – обкладка конденсатора емкостного датчика, 6 – электронная схема емкост- ного датчика, 7 – кабель к цифровому частотомеру Рис. 2 – Конструкция физической модели 4 1 2 3 5 6 7 1 2 3 134 Выпуск № 83 Размеры модели составили 80 х 30 х 15 см. В качестве геосреды использо- вался воздушно-сухой промытый и просеянный речной песок, что обеспечило однородность среды по ее электромагнитным характеристикам. Толщина за- щитной плиты равна 40 мм. Она выполнялась в двух вариантах. В контрольном варианте плита выполнена из диэлектрика (оргстекло), который к тому же име- ет относительную магнитную проницаемость, близкую к единице. В экспери- ментальном варианте плита железобетонная. Армирующая сетка расположена в один слой. Размер ячеек армировки – 40 х 40 мм. Развернутый конденсатор ем- костного датчика имеет в плане ширину, в 4 раза превышающую толщину за- щитного слоя. Автогенератор выполнен на транзисторах. Информативным па- раметром является собственная частота колебаний. С целью уменьшения влия- ния на работу автогенератора окружающей обстановки генератор выполнен с автономным питанием, а соединение с внешним цифровым частотомером осу- ществляется через высокочастотный трансформатор. Внешний вид модели представлен на рис. 3. Рис. 3 – Внешний вид модели Измерение частоты автогенератора производилось при перемещении емко- стного датчика вдоль плиты с шагом 2 см. Точность отсчета информативного параметра – 1 кГц. Желательным изменяемым параметром модели была бы глубина полости, но в песке ее невозможно увеличить без одновременного воз- растания ширины. Поэтому для каждого из вариантов плиты варьировалось поперечное сечение полости. С целью оценки степени вариации информативного параметра при отсутст- вии возмущающего фактора для обоих случаев были получены зависимости частоты автогенератора от положения датчика при плотном контакте песка с "Геотехническая механика" 135 основанием плиты по всей площади. Результаты представлены графически на рис. 4. 890 900 910 920 930 940 950 0 10 20 30 40 50 60 70 80 1 – для контрольной плиты, 2 – для экспериментальной плиты Рис. 4 – Вариация информативного параметра при плотном контакте плиты с песком Статистическая обработка полученных данных дала среднее значение ин- формативного параметра для контрольной плиты 935,4 кГц при среднем стан- дартном отклонении 3,2 кГц. Для экспериментальной железобетонной плиты среднее составляет 902,8 кГц, а среднее стандартное отклонение 4,8 кГц. При практическом выполнении тампонажа крупными считаются полости, глубина которых равна и больше толщины защитного покрытия. При создании в центральной части модели полости под плитой с глубиной 4 и шириной 9 см получены результаты изменения частоты автогенератора при его перемещении вдоль плиты, которые представлены на рис. 5. Полученные результаты свидетельствуют о значительном снижении чувст- вительности емкостного датчика к полостям под защитным покрытием в случае наличия в нем арматуры. Для более детального изучения эффективности рабо- ты емкостного датчика в различных условиях варьировались размеры полости под плитой при фиксированном положении датчика над центральной частью полости. В качестве независимого изменяющегося параметра в данном экспе- рименте принято поперечное сечение полости, которое возрастает примерно пропорционально квадрату ее глубины. Полученные в данном опыте результа- ты иллюстрируются рис. 6. Для полученных зависимостей частоты от попереч- ного сечения полости показаны также границы погрешностей. Длина L, см Ч а с т о т а а в т о ге н е р а т о р а f, к Г ц 1 2 136 Выпуск № 83 890 900 910 920 930 940 950 960 970 0 10 20 30 40 50 60 70 80 1 – для контрольной плиты, 2 – для экспериментальной плиты Рис. 5 – Вариация информативного параметра при наличии полости под плитой 900 910 920 930 940 950 960 970 980 990 1000 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 1 – для контрольной плиты, 2 – для экспериментальной плиты Рис. 6 – Вариация информативного параметра при изменении сечения полости Длина L, см Ч а с т о т а а в т о ге н е р а т о р а f, к Г ц 1 2 Площадь поперечного сечения полости S, см2 Ч а с т о т а а в т о ге н е р а т о р а f, к Г ц 1 2 "Геотехническая механика" 137 Полученные результаты подтверждают существенное экранирующее влия- ние плиты с арматурой, препятствующее эффективной работе емкостного дат- чика. Установлено также быстрое снижение чувствительности емкостного дат- чика с увеличением расстояния до аномалии, определяющее верхнюю границу определения глубины полости. С учетом погрешностей определения информа- тивного параметра использование емкостного датчика может быть рекомендо- вано для обнаружения полостей за бетонной оболочкой, не содержащей арма- туры, а также под слоем набрызгбетона. Использование датчика данного типа для выявления полостей под армированными оболочками связано с существен- ными погрешностями при оценке размеров полости. Полученные результаты не позволяют пока говорить об эффективном применении емкостного датчика как надежного средства для оценки размеров полостей в геосреде, экранированной арматурным каркасом, но он может быть использован как дополнительный к существующим методам (виброакустический, контрольное бурение) для повы- шения достоверности диагностики. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Усаченко Б.М., Яланский А.А., Паламарчук Т.А., Сергиенко В.Н. Научные и приборные разработки для геофизической экспресс-диагностики состояния шахт, карьеров и гидротехнических сооружений / Б.М. Усачен- ко, А.А. Яланский, Т.А. Паламарчук, В.Н. Сергиенко // Горный вестник Узбекистана. - 1998. - № 2.– С. 84 – 86. 2. Методическое пособие по комплексной геофизической диагностике породного массива и подземных геотехнических систем [Текст]. - Днепропетровск: ИГТМ НАНУ им. Н.С. Полякова, 2004. – 75 с. 3. Арш Э.И. Высокочастотный автогенераторный контроль в горном деле / Э.И. Арш. – М.: Недра, 1971. – 160 с. 4. Арш Э.И. Автогенераторные методы и средства измерений / Э.И. Арш. – М.: Машиностроение. – 1979. - 256 с. 5. Современные датчики. Справочник. – М.: Техносфера, 2005. - 592 с.

Об обнаружении пустот на границе контакта двухслойных систем

Репозитарії

Схожі ресурси