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Investigación experimental sobre métodos de prueba de parámetros dinámicos para el refuerzo de ingeniería de cuerpos geológicos en el área del embalse de las Tres Gargantas

Yang Qinhai

(Instituto de Tecnología y Métodos Geológicos de Ingeniería Hidrogeológica, Servicio Geológico de China, Baoding, Hebei, 071051)

Prueba acústica de prueba de refuerzo de lechada de cuerpos geológicos sueltos en las Tres Gargantas Área del yacimiento, que se puede obtener Los principales parámetros geofísicos dinámicos del macizo rocoso proporcionan una base científica para el tratamiento de cimientos en el área del yacimiento y el desarrollo racional del área de reasentamiento, y evalúan cuantitativamente de manera integral la estabilidad del macizo rocoso suelto en el embalse de las Tres Gargantas. área. Este artículo combina los resultados de pruebas de ondas acústicas anteriores y utiliza tecnología y métodos de pruebas acústicas para explorar el efecto de los métodos de pruebas acústicas en el refuerzo de lechada de ingeniería suelta en el área del yacimiento.

Palabras clave pruebas acústicas; cuerpos geológicos sueltos en la zona del Embalse de las Tres Gargantas

1 Introducción

En el reasentamiento de inmigrantes en la zona del Embalse de las Tres Gargantas de El río Yangtze, muchas ciudades nuevas como Fengjie y Wushan han encontrado problemas en el desarrollo y utilización de los recursos terrestres causados ​​por desastres geológicos como deslizamientos de tierra, colapsos y karsts, que se componen de capas de acumulación sueltas del Cuaternario y tienen causas complejas. . Estas áreas son básicamente la parte principal de la nueva sede del condado. Debido a sus causas complejas y condiciones geológicas de ingeniería especiales, no se ha utilizado plenamente en la planificación de reubicación del condado, lo que ha obstaculizado gravemente la construcción y el desarrollo de la ciudad. Aunque el origen geológico de las acumulaciones sueltas del Cuaternario es complejo y especial, como base de un edificio, sus condiciones geológicas de ingeniería no son muy duras. Siempre que pueda demostrarse plenamente y complementarse con los necesarios proyectos de reconstrucción del cuerpo geológico, puede aumentar los recursos territoriales de las ciudades reubicadas y generar enormes beneficios económicos y sociales. En los últimos años, el estudio de esta compleja acumulación cuaternaria se ha convertido en un tema candente en la ingeniería geológica. Este artículo presenta la tecnología de prueba acústica y su investigación experimental en el refuerzo de lechada de cuerpos geológicos de ingeniería en el área del embalse de las Tres Gargantas. Combinado con algunos experimentos previos y trabajos de investigación sobre la relación entre los parámetros elásticos y las propiedades mecánicas de los materiales geotécnicos en el área del yacimiento, los indicadores mecánicos del cuerpo geológico de ingeniería se obtienen a través de los resultados de las pruebas acústicas, que pueden reflejar las propiedades dinámicas del sitio de prueba hasta cierto punto y permitir una evaluación cuantitativa y completa.

2 Condiciones geológicas y características geofísicas del sitio de prueba

2.1 Condiciones geológicas del sitio de prueba

El sitio de prueba se selecciona en un lugar con una necesidad urgente de reasentamiento y condiciones geológicas típicas, es decir, el área de Zhaojialiangzi de la comunidad planificada de Fengjie Baotaping y el área de Sidagou de Wushan. Debido a las diferentes ubicaciones, las condiciones geológicas de los sitios de prueba varían mucho, lo que refleja diferencias en las estructuras de acumulación suelta. Las características litológicas de cada sitio de prueba se describen brevemente a continuación:

Aproximadamente 3 m de la parte superior del primer grupo en Fengjie es arcilla residual cuaternaria, que contiene fragmentos y es densa. La parte inferior es una marga de espesor medio-fino de color gris oscuro con fisuras desarrolladas y capas de roca rotas. El núcleo tiene forma de columnas cortas, tortas y fragmentos.

La parte superior del segundo grupo en Fengjie es arcilla limosa, intercalada con brechas de grava, que es ligeramente densa y tiene una permeabilidad al agua débil. La parte inferior está llena de grava y arcilla. Después de la excavación, se confirmó que la marga de la pendiente de grava por encima de los 2 m es densa, por debajo de los 2 m, es marga de color amarillo-marrón-gris. Las grietas en las rocas se desarrollan y están fuertemente erosionadas. Las grietas en la sección por encima de los 6 m están llenas de materiales fangosos, mientras que la sección por debajo de los 6 m está menos llena.

Los 13 m superiores del Grupo Wushan son margas de color verde grisáceo, que están moderadamente erosionadas, han desarrollado fisuras verticales y están rellenas en su mayor parte con lutitas. El núcleo se rompe y colapsa fácilmente al perforar en la sección de 3 a 12 m, que generalmente no presenta fugas. Por debajo de los 13 m hay lutitas limosas calcáreas, de color rojo púrpura oscuro, con fisuras desarrolladas y el núcleo todavía está relativamente roto.

De acuerdo con los requisitos de diseño, cada grupo de prueba consta de 7 pozos, 1 pozo en el medio y 6 pozos en la periferia, distribuidos en forma de flor de ciruelo, de los cuales 3 son pozos de prueba de lechada y 4 El pozo es un pozo de observación de prueba. La profundidad del pozo en el punto de prueba de Fengjie es de 20 m, y la profundidad del pozo en el punto de prueba de Wushan es de 18 m. La proporción de lechada y el volumen de lechada de cada orificio son diferentes.

2.2 Características geofísicas del sitio de prueba

Según datos medidos previamente del deslizamiento de tierra de Huangtupo en Badong y del deslizamiento de tierra de Guantangkou en Wanzhou, la velocidad de la onda sonora de la masa rocosa completa en el El sitio de prueba es generalmente de 3000 m/s o más, debido a las malas condiciones geológicas en la mayor parte del área del yacimiento, los estratos sobre el lecho de roca se rompen, se desarrollan grietas y la integridad es pobre. La velocidad de las ondas sonoras varía mucho, principalmente entre 700 y 2600 m/s. Cuando las ondas sonoras se propagan en macizos rocosos, los cambios en sus parámetros reflejan directamente la estructura geológica y las propiedades físicas y mecánicas de los macizos rocosos.

En condiciones de carga instantánea rápida, el uso de ondas sonoras para medir los parámetros mecánicos elásticos del macizo rocoso (piedra) se denomina método dinámico.

Los parámetros medidos se denominan parámetros elásticos dinámicos, como el módulo elástico dinámico ed, la relación de Poisson dinámica μd, el módulo de corte dinámico Gd, etc. Siempre que se midan la velocidad de la onda longitudinal, la velocidad de la onda de corte y la densidad del macizo rocoso, los parámetros elásticos dinámicos del macizo rocoso (roca) se pueden calcular de acuerdo con la siguiente fórmula de ingeniería.

Fórmula de cálculo del módulo elástico dinámico:

Recopilación de métodos técnicos para la investigación y seguimiento de desastres geológicos

Fórmula de cálculo del módulo de corte dinámico:

Procedimientos de Métodos Técnicos de Investigación y Monitoreo de Peligros Geológicos

Fórmula de cálculo del ratio de Poisson dinámico:

Procedimientos de Métodos Técnicos de Investigación y Monitoreo de Peligros Geológicos

Entre ellos : VP—— Velocidad de onda longitudinal (km/s);

Vs - velocidad de onda transversal (km/s)

ρ - densidad de roca (g/cm); p>

ed——Módulo elástico dinámico;

GD——Módulo de corte dinámico;

μd——Relación de Poisson dinámica.

Por lo tanto, parámetros como la velocidad de la onda longitudinal, la velocidad de la onda de corte, la amplitud y la frecuencia se pueden utilizar como base cuantitativa para evaluar los macizos rocosos de ingeniería y verificar el efecto de refuerzo de la lechada de los cuerpos geológicos de ingeniería. Las pruebas sónicas evalúan principalmente la calidad de la lechada, y la calidad de la lechada se evalúa principalmente en función de la velocidad de las ondas sonoras. Con base en los datos de velocidad de las olas y los datos geológicos obtenidos de la prueba de ondas acústicas, el efecto de la lechada se puede evaluar de manera precisa y cuantitativa, proporcionando una base científica para la evaluación de la estabilidad del sitio de prueba.

3 Métodos y tecnologías de prueba

Para comprender el efecto de refuerzo de la lechada de las acumulaciones sueltas del Cuaternario, se requiere que el método sea rápido y económico, y la tecnología de prueba acústica es la primera opción. para cumplir las condiciones anteriores. Después de repetidos estudios comparativos, las pruebas de núcleo, las pruebas acústicas de un solo orificio y las pruebas acústicas de orificios cruzados son los principales métodos de prueba para las pruebas de refuerzo de lechada en acumulaciones sueltas.

Las ondas sonoras que se propagan en los sólidos son ondas mecánicas. La deformación causada por la magnitud de la fuerza está dentro de un rango lineal y se ajusta a la ley de Hooke. También se le puede llamar onda elástica. Las pruebas acústicas, la sísmica poco profunda y la exploración de ondas superficiales son todas tecnologías de prueba de ondas elásticas. La detección acústica utiliza frecuencias de fluctuación de decenas de Hz a 50 kHz (detección in situ) y de 50 kHz a 500 kHz (detección de muestras de roca y hormigón), abarcando desde audio hasta frecuencias ultrasónicas, y todavía se denomina "detección acústica" en el campo de la detección acústica. . Dado que la frecuencia de la señal utilizada es mayor que la de las ondas sísmicas y las ondas superficiales, tiene una alta resolución y es adecuada para investigaciones detalladas de objetivos geológicos como macizos rocosos. La medición de parámetros dinámicos tiene las ventajas de los equipos portátiles, pruebas simples, económicas y rápidas, y muchos proyectos a gran escala deben considerar las características dinámicas de la roca y el suelo, por lo que medir los parámetros elásticos dinámicos del macizo rocoso tiene importancia práctica.

3.1 Prueba de muestra del núcleo

Primero, el núcleo de la roca columnar seleccionada se corta y muele para prepararlo para la prueba, y luego se colocan el transductor de onda P, la vaselina y el núcleo. acoplado para realizar la prueba de velocidad de onda P. La velocidad de la onda S se midió acoplando un transductor de onda cortante, papel de aluminio y un núcleo.

El instrumento utilizado es el probador ultrasónico de rocas CYC-4, y las frecuencias de las sondas de onda longitudinal BPFT y WT son 100 kHz, 25 kHz y 25 kHz respectivamente. La frecuencia de la sonda de onda transversal HT es de 460 kHz. La Tabla 1 enumera los datos medidos de la velocidad del sonido y los parámetros dinámicos relacionados de las muestras de roca perforadas y sacadas del núcleo antes de la inyección.

Tabla 1 de resultados de la prueba central

3.2 Prueba de onda acústica de un solo orificio

La prueba de onda acústica de un solo orificio utiliza tubos de sonda receptores dobles y de larga distancia de fuente , y la distancia de transmisión y recepción es de 50 cm. La distancia de envío y recepción es de 30 cm. La información acústica se transmite y recibe a lo largo de la pared del pozo en un pozo (un pozo abierto donde están presentes fluidos bien producidos). Al realizar el registro, la tubería de la sonda se baja hasta el fondo del pozo y se prueba hacia arriba de acuerdo con el espaciamiento de los puntos de registro (se selecciona un espaciamiento de puntos de 0,5 m para esta prueba). La computadora portátil completa la recolección y el almacenamiento, y capta la onda P a través de la reproducción y el procesamiento de datos en el interior. Con base en los puntos de interferencia de la forma de onda, el análisis de amplitud y espectro en la forma de onda recolectada, se determina el primer tiempo de llegada y salida de la onda P. y se calcula la velocidad de la onda P.

El instrumento utilizado en la prueba es la herramienta de registro acústico de onda completa Super Jet-4D. La sonda de fondo del pozo tiene: distancia de la fuente de 0,5 m, espaciado de 0,3 m, diámetro del cable de 78 mm y longitud de 300 metros. La Tabla 2 enumera los datos medidos de la velocidad de onda de un solo orificio en diferentes períodos durante la prueba de refuerzo de lechada en el sitio de prueba.

Tabla 2 Tablas de velocidad de onda de un solo orificio Fengjie y Wushan

3.3 Prueba de onda acústica entre pozos

El método de prueba de onda acústica entre pozos adopta el método de elevación sincrónica: en excitación de un pozo de sondeo (pozo abierto), se recibe en otro pozo de perforación (pozo abierto), se eleva simultáneamente desde el fondo del pozo hasta la parte superior y se prueba hacia arriba de acuerdo con los requisitos de la prueba. En un pozo perforado, la señal es enviada por una chispa eléctrica (o un martillo de corte) y la información acústica es recibida por un transductor. El instrumento completa la adquisición y el almacenamiento, y las formas de onda se captan mediante reproducción y procesamiento de datos en interiores.

El instrumento utiliza el instrumento multifunción SWS-1 (desarrollado por el Instituto de Exploración Geofísica y Hidroeléctrica de Beijing), y la fuente de excitación de prueba generalmente utiliza dos métodos de excitación: chispa eléctrica (producida por Xiangtan Radio Factory) o cizallamiento. martillo. Receptor detector de pared de tres componentes. La Tabla 3 enumera los datos de velocidad de onda medidos a través del pozo en diferentes períodos durante la prueba de refuerzo de lechada en el sitio de prueba.

Tabla 3 Tablas de velocidad de onda de agujeros cruzados de Fengjie y Wushan

Parámetros mecánicos y análisis de métodos de 4 sitios de prueba

Los parámetros mecánicos de 4.1 se han mejorado significativamente .

A través de la detección del efecto de la inyección mediante el método de registro acústico, los parámetros mecánicos del cuerpo geológico de ingeniería se han mejorado significativamente después de la inyección.

(1) Parámetros acústicos

①Antes de la inyección:

A. Roca suelta y suelo que contiene arcilla (Wushan), velocidad de onda longitudinal 1320 m/s~ 1480 m/s

B. Masa rocosa fracturada (Fengjie), velocidad de onda longitudinal 810 m/s ~ 1100 m/s

②Después de la inyección:

A. Para rocas sueltas y suelos que contienen arcilla (Wushan), la velocidad de onda de un solo orificio aumenta en 11 en promedio, y la velocidad de onda transversal aumenta en 25 en promedio.

b En la masa rocosa de fisura de lecho de roca rota (Fengjie), la velocidad promedio de onda de un solo orificio aumentó en 14,6 y la velocidad promedio de onda entre pozos aumentó en 65.

(2) Parámetros mecánicos del sitio

①Antes de aplicar la lechada:

A. Roca suelta y suelo que contiene arcilla (Wushan), capacidad de carga de la base [R] =557. (kPa), cohesión [c] = 151 (kPa), compresibilidad [Es] = 8,9 (MPa), ángulo de fricción [φ] = 36 (grados).

b. Masa rocosa suelta con lecho rocoso roto (Fengjie), capacidad portante de cimentación [R] = 388-438 (kPa), cohesión [c] = 92-110 (kpa), compresión [es] =. 6,9-7,3 (MPa), ángulo de fricción [φ

②Después de la inyección:

A. Roca suelta y suelo que contiene arcilla (Wushan), capacidad de carga de cimientos [R]= 636 (kPa) ), cohesión [c] = 181 (kPa), compresibilidad [Es] = 10,3 (MPa), ángulo de fricción [φ] = 46544.

b Masa rocosa suelta con lecho de roca rota (Fengjie), capacidad de carga de cimientos [r] = 504 ~ 568 (kpa), cohesión [c] = 134 ~ 157 (kpa), compresibilidad [ es] = 8,1 ~ 8,9 (MPa).

4.2 Análisis de los métodos de prueba

Como se puede ver en lo anterior, las velocidades de onda longitudinal de las muestras de núcleo, orificios individuales y orificios transversales tienen cambios obvios, porque la longitud longitudinal velocidades de onda de muestras de núcleos, orificios individuales y orificios cruzados Los resultados de las pruebas de ondas boreacústicas son comparables La relación entre los cambios de velocidad de las ondas y la roca y la roca en varios métodos corresponde a la misma tendencia. Debido a los diferentes métodos de prueba, los resultados también muestran características diferentes.

Las pruebas de muestras de núcleos generalmente se realizan en dimensiones específicas. En términos relativos, se puede considerar como una prueba en un determinado punto del macizo rocoso. El rango de frecuencia de la prueba es de frecuencia ultra alta, el intervalo de la prueba acústica de un solo orificio es de 30 cm y solo las características acústicas del macizo rocoso; Se miden dentro de un rango limitado cerca de una longitud de onda del cilindro de perforación, puede considerarse como una prueba de masa rocosa en forma de varilla unidimensional, con un rango de frecuencia más alto. El método de orificios cruzados se realiza dentro del rango de espacios pequeños entre orificios. En comparación con los dos métodos anteriores, el rango de medición es mucho mayor. En un rango más amplio, la propagación de ondas elásticas no solo está restringida por el macizo rocoso, sino también controlada por la superficie estructural del macizo rocoso. También puede considerarse como una prueba en un macizo rocoso plano bidimensional, con un rango de frecuencia relativamente bajo.

Debido a las diferencias anteriores, la relación entre los parámetros de velocidad de onda es que la velocidad del sonido medida por la muestra del núcleo es mayor que la velocidad del sonido de un solo orificio, y la velocidad del sonido de un solo orificio es mayor que la velocidad del sonido de una cruz. -agujero (núcleo en forma de V > orificio único en forma de V > orificio transversal en forma de V). Lo anterior está en línea con leyes objetivas. La prueba del núcleo refleja las características acústicas del punto del macizo rocoso, el orificio único refleja las características acústicas longitudinales del macizo rocoso local y el orificio transversal representa el cambio lateral del macizo rocoso.

5 Conclusión y discusión

Se utilizó tecnología de prueba acústica en la prueba de refuerzo de lechada de acumulaciones sueltas en el área del embalse de las Tres Gargantas y se lograron buenos resultados. Los resultados de las pruebas de refuerzo de lechada en Fengjie y Wushan muestran que el método anterior es factible y eficaz. Las pruebas sónicas no solo son rápidas, fáciles y precisas, sino que también son un método de prueba no destructivo que puede realizar una evaluación general y exhaustiva de la calidad de la lechada.

Cabe señalar que dado que el método dinámico se prueba bajo carga instantánea y la tensión ejercida sobre el macizo rocoso es pequeña, existe una cierta diferencia entre los parámetros elásticos dinámicos y los parámetros elásticos estáticos. Para cumplir con los requisitos de la comunidad técnica y de ingeniería que aún necesita convertir parámetros elásticos dinámicos en parámetros elásticos estáticos con condiciones de carga similares, es necesario estudiar más a fondo la relación entre ellos. Sin embargo, este problema es más complicado y la relación correspondiente generalmente varía según las diferentes litologías y regiones. En el trabajo real, a menudo es necesario realizar pruebas comparativas de un cierto número de parámetros elásticos estáticos y dinámicos para descubrir las reglas correspondientes.

Referencias

Guo et al. Manual Técnico Geofísico para la Exploración de Amenazas Geológicas. Beijing: Geology Press, 2003.

Lin Zongyuan. Manual de ensayos geotécnicos. Shenyang: Prensa de ciencia y tecnología de Liaoning, 1994.

Tutorial de Ingeniería y Exploración Geofísica Ambiental. Beijing: Geology Press, 1999.