Estudio experimental sobre métodos de prueba de parámetros de fuerza elástica dinámica para el refuerzo de ingeniería de cuerpos geológicos en el área del embalse de las Tres Gargantas

Yang Qinhai

(Instituto de Hidrogeología y Métodos de Tecnología de Ingeniería Geológica, Servicio Geológico de China, Baoding, Hebei, 071051)

Resumen Inyección de cuerpos geológicos sueltos en el área del embalse de las Tres Gargantas La prueba de ondas acústicas reforzadas puede obtener los principales parámetros geofísicos y parámetros dinámicos del macizo rocoso suelto, proporcionando una base científica para el tratamiento de cimientos y el desarrollo racional del área de reasentamiento en el área del embalse. Además, la estabilidad del macizo rocoso suelto en el área del embalse de las Tres Gargantas se puede evaluar de manera cuantitativa y exhaustiva. Este artículo combina los resultados de pruebas sónicas anteriores y utiliza tecnología y métodos de pruebas sónicas para explorar el efecto de los métodos de pruebas sónicas en el refuerzo de lechada de cuerpos de ingeniería sueltos en el área del yacimiento.

Palabras clave Ensayos acústicos de 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 Hemos encontrado el problema del desarrollo de recursos terrestres y la utilización de cuerpos de peligro geológico como deslizamientos de tierra, colapsos y karsts compuestos de acumulaciones sueltas con orígenes cuaternarios complejos. Estas zonas son básicamente los componentes principales del sitio original y nuevo del condado. Debido a sus complejas causas de formación y condiciones geológicas de ingeniería especiales, no se han utilizado plenamente en la planificación de reubicación del condado, lo que ha obstaculizado seriamente 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 los edificios, sus condiciones geológicas de ingeniería no son muy pobres. Siempre que pueda demostrarse plenamente y complementarse con los proyectos necesarios de transformación del cuerpo geológico, se puede utilizar. La reubicación urbana puede aumentar los recursos territoriales de las ciudades reubicadas y producir enormes beneficios económicos y sociales. En los últimos años, el estudio de este cuerpo de acumulación cuaternario de origen complejo se ha convertido en el foco de la comunidad de ingeniería geológica. Este artículo presenta la tecnología de pruebas acústicas y su investigación experimental sobre el refuerzo con lechada de cuerpos geológicos de ingeniería en el área del embalse de las Tres Gargantas. Combinados con algunos experimentos previos y trabajos de investigación sobre la relación entre los parámetros geoelásticos y las propiedades mecánicas en el área del yacimiento, los resultados de las pruebas acústicas proporcionan los indicadores mecánicos del cuerpo geológico de ingeniería, que pueden reflejar la dinámica del sitio de prueba hasta cierto punto y puede mejorar el efecto de refuerzo. Realizar una evaluación cuantitativa y completa.

2 Condiciones geológicas y propiedades geofísicas del sitio de prueba

2.1 Condiciones geológicas del sitio de prueba

El sitio de prueba se selecciona en un lugar donde se encuentran inmigrantes necesitan urgentemente reubicación y tienen condiciones geológicas típicas, es decir, el área de Zhaojialiangzi en el área de planificación de Fengjie Baotaping y el área de Erdaogou Siheyuan en Wushan. Debido a las diferentes ubicaciones, las condiciones geológicas de cada sitio de prueba son bastante diferentes, lo que refleja diferencias en la estructura de las acumulaciones sueltas. Las características litológicas de cada punto de prueba se describen brevemente a continuación:

La parte superior del primer grupo de Fengjie, de unos 3 metros de largo, son sedimentos de pendiente cuaternaria, que contienen grava y arcilla, y son densos. La parte inferior es una marga de espesor fino a medio 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 Grupo 2 de Fengjie está compuesta de suelo calcáreo mezclado con grava y grava, que es ligeramente denso y tiene una permeabilidad al agua débil. La parte inferior está llena de grava y arcilla. excavación que el área por encima de 2 m se compone de arcilla franca pendiente y grava densa por debajo de 2 m, es marga gris amarillenta. Las fisuras de la roca se desarrollan y erosionan intensamente. Las fisuras en las secciones por encima de los 6 metros están llenas de arcilla, mientras que las por debajo de los 6 metros están menos llenas.

La sección superior de 13 m del Grupo I de Wushan está hecha de marga gris azulada, con erosión de moderada a fuerte, grietas verticales desarrolladas, en su mayoría llenas de barro, y el núcleo tiene forma de fragmentos. El proceso de perforación de la sección de 3-12 m es propenso a colapsar y generalmente no tiene fugas.

Por debajo de los 13 m hay marga arenosa limosa calcárea, de color rojo púrpura oscuro, que ha desarrollado grietas y el núcleo todavía está relativamente roto.

Según los requerimientos de diseño, cada grupo de pruebas consta de 7 hoyos, con 1 hoyo en el medio y 6 hoyos a su alrededor, distribuidos en forma de flor de ciruelo, de los cuales 3 son hoyos de prueba de lechada y 4 son orificios de prueba y observación Fengjie. La profundidad del orificio del punto de prueba es de 20 m y la del punto de prueba de Wushan es de 18 m. La proporción de lechada y la cantidad de lechada de cada orificio son diferentes.

2.2 Características geofísicas del sitio de prueba

Basado en las condiciones de deslizamientos de tierra anteriores y los datos medidos en Huangtupo, Badong, Guantangkou, Wanzhou y otros lugares, la velocidad del sonido de la masa rocosa completa en el sitio de prueba es generalmente de 3000 m/s o más. El sitio de prueba está ubicado en una gran área del área del embalse. Debido a las malas condiciones geológicas en la mayor parte del área del embalse, los estratos superiores del lecho de roca se rompen, se desarrollan grietas y la integridad es pobre. El rango de variación de la velocidad de las ondas sonoras es amplio, principalmente entre 700 y 2600 m/s.

Cuando las ondas sonoras se propagan en el macizo rocoso, los cambios en sus parámetros reflejan directamente la estructura geológica y las propiedades físicas y mecánicas del macizo rocoso.

La prueba de ondas acústicas de los parámetros mecánicos elásticos del macizo rocoso (piedra) se lleva a cabo bajo carga instantánea rápida, lo que 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 (piedra) se pueden calcular de acuerdo con las siguientes ecuaciones de ingeniería.

Fórmula de cálculo del módulo elástico dinámico:

Actas de “Métodos Técnicos para la Investigación y Monitoreo de Peligros Geológicos”

Fórmula de cálculo del módulo de corte dinámico:

Actas de “Métodos Técnicos para la Investigación y Seguimiento de Peligros Geológicos”

Fórmula de cálculo del ratio de Poisson dinámico:

Actas de “Métodos Técnicos para la Investigación y Seguimiento de Peligros Geológicos” "

Fórmula. Vp - velocidad de la onda longitudinal (km/s);

Vs - velocidad de la onda transversal (km/s);

ρ - densidad de la roca (g/cm);

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. La prueba sónica evalúa principalmente la calidad de la lechada, y la calidad de la lechada se evalúa principalmente en función de la velocidad de la onda sónica. Con base en la información de la velocidad de la onda obtenida por la prueba sónica y combinada con los datos geológicos, el efecto de la lechada se puede evaluar de manera precisa y cuantitativa. , proporcionando así información para evaluar la estabilidad del sitio de prueba.

3 Métodos y tecnologías de prueba

Para comprender el efecto de refuerzo de la lechada de los cuerpos de acumulación suelta cuaternarios y los requisitos de los métodos rápidos y económicos utilizados, la tecnología de prueba de ondas acústicas satisface las condiciones anteriores. Método preferido. Después de repetidos estudios comparativos, los métodos de prueba para el refuerzo de lechada de capas de acumulación sueltas incluyen principalmente pruebas de núcleo, pruebas acústicas de un solo orificio y pruebas acústicas de orificios cruzados.

Las ondas sonoras que se propagan en los sólidos son ondas mecánicas. Debido a que la deformación causada por la magnitud de su fuerza está dentro de un rango lineal y se ajusta a la ley de Hooke, también se le puede llamar onda elástica. Las pruebas de ondas acústicas, la exploración sísmica poco profunda y las ondas superficiales pertenecen a la misma categoría de tecnología de pruebas de ondas elásticas. Las frecuencias de onda utilizadas en las pruebas sónicas varían de decenas de Hz a 50 kilohercios (pruebas in situ), de 50 kilohercios a 500 kilohercios (pruebas de muestras de roca y concreto), abarcando desde frecuencias sónicas hasta ultrasónicas, que todavía se denominan en el campo de las pruebas sónicas. Debido a que la frecuencia de la señal utilizada es más alta que la de las ondas sísmicas y las ondas superficiales, la resolución es mayor y adecuada para investigaciones más detalladas sobre objetivos geológicos como macizos rocosos. La prueba de parámetros cinéticos tiene las ventajas de un equipo liviano, prueba simple, rápida y económica. Además, muchos proyectos a gran escala deben considerar las características dinámicas de la roca y el suelo, por lo que medir los parámetros dinámicos y elásticos del macizo rocoso tiene importancia práctica.

3.1 Prueba de muestra del núcleo

Primero, el núcleo columnar seleccionado se corta y se rectifica para prepararlo para la prueba, luego se acopla con el sensor de onda longitudinal, la vaselina y el núcleo para realizar la prueba. la prueba de velocidad de onda longitudinal; junto con un sensor de onda de corte, papel de platino y núcleo de roca para realizar la prueba de velocidad de onda de corte.

El instrumento utilizado es el probador de rocas ultrasónico CYC-4. La frecuencia de la sonda de onda longitudinal tipo BPFT y tipo WT es de 100 kHz 25 kHz; la frecuencia de la sonda de onda transversal tipo HT es de 460 kHz.

La Tabla 1 enumera la información medida sobre la velocidad del sonido y los parámetros dinámicos relacionados de los núcleos de muestras de roca extraídos de los pozos antes de la inyección.

Tabla 1 Resultados de la prueba central

3.2 Prueba acústica de un solo orificio

La prueba acústica de un solo orificio utiliza una fuente de larga distancia, un lanzador y dos sondas receptoras, y el transmisor: la separación entre receptores es de 50 cm, la separación entre receptores es de 30 cm y la información de ondas acústicas se transmite y recibe a lo largo de la pared del pozo en el pozo (orificio abierto que contiene fluido del pozo).

Al recopilar información y registrar, la tubería de la sonda se baja hasta el fondo del pozo y se prueba hacia arriba de acuerdo con el espacio entre los puntos de registro (para esta prueba se seleccionó un espacio entre puntos de 0,5 m. La recolección y el almacenamiento se completan mediante una computadora portátil). La onda longitudinal interior capta la forma de onda a través de la reproducción y el procesamiento de datos; en la forma de onda recopilada, el primer tiempo de llegada de la onda longitudinal se determina en función del análisis del punto de interferencia, la amplitud y el espectro de la forma de onda, y la velocidad de la misma. Se calcula la onda longitudinal.

El instrumento utilizado en la prueba es el registrador acústico de columna de onda completa SSJ-4D: distancia de la fuente 0,5 m, espaciado 0,3 m, diámetro del cable 78 mm;

La Tabla 2 enumera las velocidades de onda medidas de orificios individuales en la prueba de refuerzo de lechada en el sitio de prueba en diferentes períodos.

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

3.3 Prueba acústica de orificio transversal

El método de prueba acústica de orificio transversal adopta el método de elevación sincrónica : en uno de los pozos (orificio desnudo) se excita y se recibe en otro orificio de perforación (orificio desnudo). Se eleva desde el fondo del orificio hasta la parte superior simultáneamente y se prueba hacia arriba de acuerdo con los requisitos de espaciado de los puntos de prueba. La señal es emitida por una chispa eléctrica (o martillo de corte) en un pozo de perforación, una chispa eléctrica (o martillo de corte) emite una señal en otro pozo y un transductor en el otro pozo recibe la información de la onda acústica, que es. Recopilado y almacenado por el instrumento. La forma de onda recogida en el interior se recopila durante la reproducción y el procesamiento de datos. En la forma de onda, el viaje inicial de la onda longitudinal o transversal se determina en función del punto de interferencia, la amplitud y el análisis del espectro de la forma de onda. y se calcula la velocidad de la onda.

El instrumento adopta el instrumento multifuncional SWS-1 (desarrollado por el Instituto de Investigación Hidroeléctrica de Beijing), y la fuente de excitación de prueba generalmente adopta dos modos de excitación: chispa eléctrica (producida por Xiangtan Radio Factory) o martillo de corte. La recepción utiliza un detector de tres componentes de pared. La Tabla 3 enumera los datos de medición de diferentes velocidades de onda de orificios transversales en la prueba de refuerzo de lechada en cada punto de prueba de esta prueba.

Tabla 3 Tablas de velocidad de onda de orificios transversales en Fengjie y Wushan

4 Análisis de parámetros mecánicos y métodos de puntos de prueba

4.1 Mejora significativa en los parámetros mecánicos

El efecto de la lechada se probó mediante el método de registro acústico. Los parámetros mecánicos mejoraron significativamente después de que el cuerpo geológico de ingeniería fue modificado y reforzado mediante lechada.

(1) Parámetros acústicos

①Antes de aplicar la lechada:

a. Roca suelta y suelo que contiene arcilla (Wushan), velocidad de onda longitudinal 1320 m/s ~ 1480 m/s. El lecho rocoso fracturado y el macizo rocoso roto (Fengjie) tienen velocidades de onda longitudinal de 810 m/s~1100 m/s.

②Después del rejuntado:

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 de roca fragmentada del lecho de roca fracturada (Fengjie), la velocidad promedio de las olas en un solo orificio aumentó en 14,6 y la velocidad promedio de las olas en los orificios transversales aumentó en 65.

(2) Parámetros mecánicos del sitio

①Antes de aplicar la lechada:

a. Roca y suelo arcilloso suelto (Wushan), capacidad de carga de cimientos [R] = 557 (kPa), cohesión [c] = 151 (kPa), fuerza de compresión [Es] = 8,9 (MPa), ángulo de fricción [φ] =36( °).

b. Masa de roca suelta del lecho de fisura (Fengjie), capacidad de carga de la cimentación [R] = 388-438 (kPa), cohesión [c] = 92-110 (kPa), compresibilidad [Es]=6,9. -7,3 (MPa), ángulo de fricción [φ] = 25,6-29 (°).

②Después del rejuntado:

a. Roca suelta y suelo que contiene arcilla (Wushan), capacidad de carga de cimientos [R] = 636 (kPa), cohesión [c] = 181 (kPa), fuerza de compresión [Es] = 10,3 (MPa), ángulo de fricción [φ] = 41(°).

b. Masa de roca suelta del lecho de fisura (Fengjie), capacidad de carga de la cimentación [R] = 504-568 (kPa), cohesión [c] = 134-157 (kPa), compresibilidad [Es]=8,1. -8,9 (MPa), ángulo de fricción [φ] = 31-37,1 (°).

4.2 Análisis de los métodos de prueba

De lo anterior se puede ver que la velocidad de la onda longitudinal de las muestras de núcleo, los orificios individuales y los orificios transversales tienen cambios obvios. Las muestras de núcleo, los orificios individuales y los orificios transversales tienen cambios obvios. Los resultados de las pruebas de los tres métodos de onda acústica de orificios y onda acústica de orificios transversales son comparables. Las velocidades de onda presentadas por cada método corresponden a los cambios de velocidad de onda de las rocas y las texturas de las rocas. , y las tendencias son consistentes. Sólo debido a los diferentes métodos de prueba, los resultados muestran características diferentes.

Las pruebas de muestras de núcleos generalmente se realizan según el tamaño especificado. En términos relativos, se puede considerar como una prueba de un punto en la masa rocosa. El rango de frecuencia de la prueba es de frecuencia ultra alta; la separación de la prueba acústica de un solo orificio es de 30 cm, y lo que se mide es solo la acústica de la roca dentro de un límite. rango de longitud de onda cerca del cilindro de la pared del pozo, relativamente hablando, se puede considerar como una prueba de una sección de roca de varilla unidimensional, y el rango de frecuencia es de alta frecuencia, el método de orificio cruzado se lleva a cabo en un rango pequeño; de espacio entre agujeros, que es el mismo que los dos métodos anteriores. El rango de medición es mayor En un rango mayor, la propagación de ondas elásticas no sólo está limitada por el macizo rocoso, sino, más importante aún, por la superficie estructural del macizo rocoso. Esto también puede verse como una prueba en una masa rocosa en forma de placa 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 en la muestra central es mayor que la velocidad del sonido en un solo orificio, y la velocidad del sonido en un solo orificio es mayor que la velocidad del sonido en un orificio transversal. orificio (núcleo en V > orificio único en V > orificio transversal en V). La situación 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

La prueba de refuerzo de lechada de la acumulación suelta en el área del embalse de las Tres Gargantas ha logrado buenos resultados utilizando tecnología de prueba de ondas acústicas. Los resultados de la prueba de refuerzo de lechada en. Fengjie y Wushan demuestran que lo anterior El método es factible y efectivo; las pruebas sónicas no solo son rápidas, simples y precisas, sino también un método de prueba no destructivo que puede evaluar la calidad de la lechada en su conjunto y de manera integral. .

Cabe señalar que dado que el método dinámico se prueba bajo carga instantánea, la tensión sobre el macizo rocoso es pequeña, por lo que existe una cierta diferencia entre los parámetros elásticos dinámicos y los parámetros elásticos estáticos. Para satisfacer la necesidad actual en la comunidad de tecnología de ingeniería de convertir parámetros elásticos dinámicos en parámetros elásticos estáticos bajo condiciones de carga similares, es necesario estudiar más a fondo la relación entre los dos. Sin embargo, este problema es más complicado, en términos generales, las relaciones correspondientes entre diferentes litologías y diferentes regiones también son diferentes. En la práctica, a menudo es necesario realizar un cierto número de pruebas comparativas de parámetros elásticos estáticos y dinámicos para conocer sus reglas correspondientes.

Referencias

[1] Guo Jianqiang et al. Manual técnico geofísico para la investigación de peligros geológicos Beijing: Geological Press, 2003

[2] Guo Jianqiang et al. al.: Geological Press, 2003

[2] Lin Zongyuan. Manual de pruebas de ingeniería geotécnica. Shenyang: Liaoning Science and Technology Press, 1994

[3] Chen Zhonghou et al. y Tutorial de exploración geofísica ambiental Beijing: Geology Press, 1999: Geology Press, 1999[4] Chen Zhonghou et al.