Способ определения параметров полости в грунте

 

Использование: при инженерных изысканиях в строительстве для оценки подземных полостей естественного и искусственного происхождения. Сущность: при определении параметров полости в грунте помещают в нее через пробуренную скважину эластичную камеру диаметром d0, оснащенную датчиками деформаций, заполняют ее газом объемом V0 и давлением Р0 до касания стенок полости и измеряют установившееся давление Р и максимальное приращение периметра одного из сечений камеры ( Д) с помощью датчиков. По измеренным данным определяют объем V и номинальные размеры - высоту h и диаметр полости d по формулам: V V0Po/P: ,32A,,8/(3,14oV- А)2. При определении параметров полости, содержащей жидкость, бурят скважину до полости для ее выхода под действием расширяющейся камеры . 2 ил. « Ј

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (l9) (11) (s1)s Е 02 0 1/00, G 01 F 17/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Изобретение относится к метрологиче- числяют объем части полости и площадь ее ской оценке подземных полостей естест- горизонтальных сечений, на разной глубивенного и искусственного происхождения не, что позволяет оценить размеры полопри инженерных изысканиях и строительст- сти (1). ве, а также технологических емкостей в от- . Недостатками способа являются его нераслях транспортировки и хранения газов, применимость к негерметичным полостям и жидкостей и сыпучих материалов, . .. невозможность определенйя объема тех чаИэвестен способ определения объема стей полости, которые расположены выше некоторой части подземной полости, вскры- нижнего края внешней и ниже нижнего края той скважиной, оборудованной внешней и внутренней трубы. внутренней трубами, путем нагнетания в нее через межтрубное пространство жидко- Известен также усовершенствованный сти, вычисление ее относительной сжимае- " гидропневматический метод замера внутмости по данным об изменении в ней ренних объемов(2), включающий размещедавления, нагнетания другой более легкой ние в полости подающего устройства, жидкости или газа и измерения изменения окруженного эластичной мембраной, и придавления в первой жидкости по мере пере- ведения его в контакт с внутренними стенмещения поверхности. раздела двух сред ками полости путем введения через сверху-вниз. По эамеренным величинам вы- подающее устройство определенного o6be1 (21) 4747874/33 (22) 10.10.89 (46) 23.06.92. Бюл. № 35 (71) Производственный и научно-исследовательский институт по инженерным изысканиям в строительстве (72) И, 3. Гольдфельд и В. П. Хоменко (56) Патент США ¹ 4720995, кл. G 01 F

17/00, 1988.

Патент Великобритании ¹ 1104966, кл. G 01 F 17/00, 1968, Авторское свидетельство СССР

¹ 962437, кл, Е 02 О 1/02, 1981. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТР0В ПОЛОСТИ В ГРУНТЕ (57) Использование: при инженерных изысканиях в строительстве для оценки подземных полостей естественного и

2 искусственного происхождения, Сущность; при определении параметров полости в груйте помещают в нее через пробуренную скважийу эластичную"камеру диаметром do, оснащенную датчиками деформаций, заполняютт ее газом объемом Ч0 и давлением Р0 до касания стенок полости и измеряют установившееся давление Р и максимальное приращение периметра одного из сечений камеры (b) с помощью датчиков. По измеренным данным определяют объем Ч и номинальные размеры - высоту h и диаметр полости d по формулам: V=VpPp/Р; б=(4+0,32 Л, h=18,8/(3,14do+ Ь)2. При определении параметров полости, содержащей жидкость, бурят скважину до полости для ее выхода под действием расширяющейся камеры. 2 ил.

1763567 ма жидкости, который и определяет замеряемый объем полости.

Однако этот способ и аппаратура для

его осуществления относится только к открытым полостям малого размера с его помощью нельзя оценить размеры полости, а использование для расширения эластичной мембраны жидкости может резко снизить точность результата даже при ее капельной утечке.

Наиболее близким к изобретению техническим решением является способ контроля плотности крупнообломочных грунтов (3), включающий образование лунки, взвешивание извлеченного из нее грунта, создание давления, измерение объема газа в эластичной оболочке, размещенной в лунке, и определение объема газа в эластичной оболочке, размещенной вне лунки, путем измерения размеров эластичной оболочки и расчет плотности грунта по полученным данным.

Недостаток способа — невозможность определения объема замкнутых подземных полостей.

Цель изобретения — расширение диапазона использования за счет определения объема и номинальных размеров замкнутых подземных полостей, в том числе содержащих жидкость, Указанная цель достигается тем, что в способе, включающем размещение в полости эластичной камеры, заполнение ее газом до касания стенок полости, измерение размеров заполненной газом эластичной камеры и обьема газа и расчет по полученным данным объема полости, бурят скважину с поверхности земли до полости, перед помещением эластичной камеры в полость через скважину ее оснащают датчиками деформаций после заполнения камеры-газом измеряют максимальное приращение периметра одного из сечений камеры по датчикам, а объем и номинальные размеры полости определяют по формулам: о Ро

V=—

a=do+ 0.32 А

18,8 V (3;14d +Ь} где Vo — объем закачиваемого в полость газа,м

Ро — давление закачиваемого в полость газа, МПа

P — давление установившееся в камере внутри полости,МПа

d -номинальный диаметр полости, м б — начальный диаметр камеры, м

5 Л вЂ” приращение экватора сфероида, рассчитываемое как сумма максимальных деформаций по периметру одного сечения, м

h — номинальная высота полости, м

V — обьем полости, м . з

Для определения параметров полости, содержащей жидкость, осуществляют бурение дополнительной скважины с поверхности до полости для выхода жидкости, 15 вытесняемой из полости при расширении эластичной камеры, На фиг. 1 показана схема реализации способа (вертикальный разрез); на фиг. 2— сечение по А-А.

20 Пример осуществления способа.

Покажем на примере оценки заполненной водой карстовой полости 1 в грунтовом массиве 2 при выполнении инженерных изысканий, 25 Оборудование для реализации способа включает буровую установку, воздушный насос (компрессор) 3, манометр 4, расходомер воздуха 5, эластичную камеру 6 в форме шара с датчиками деформаций 7, комплект

30 обсадных труб 8 с возможностью пропуска внутри них эластичной камеры 6, измерительныйый комплекс 9.

Осуществляют способ следующим образом. В массиве 2 буровой установкой над

35 предполагаемой полостью 1 бурят скважину

10 до вхождения ее в свод полости 1 и закрепляют обсадными трубами 8. Обнаружив в полости 1 воду, бурят рядом со скважиной

10скважину11. Нагнетают в полость 1 через

40 скважину 10 воздух для ориентировочной: оценки объема. Подбирают из набора разновеликих эластичных камер камеру требуемого объема и опускают ее через обсадную колонну 8 скважины 10 в полость 1. Надува45 ют камеру 6 через шланг 12 воздухом до касания стенок полости 1. Об этом свидетельствует рост давления воздуха в камере

6, фиксируемый манометром 4, при неизменности показаний датчиков деформаций

50 7 на измерительном комплексе 9. Датчики желательно крепить в камере 6 по типу сетки на глобусе — вдоль экватора и по меридиану.

3ная объем Vo и давление Р закачанно55 ro в полость газа, принимая массу и температуру газа постоянными, замеряют манометром на верхнем торце обсадки давление газа Р в системе "полость-обсадка" и вычисляют объем полости V за вычетом объ1763567 ема внутри обсадки V<6 на основе закона

Бойля-Мариотта по формуле

2 о PP V =+d h (1)

P 6

По датчикам деформаций, закрепленным на поверхности эластичной камеры (например, вдоль периметра большого горизонтального круга камеры с начальным диаметром do при атмосферном давлении) замеряют приращение экватора сфероида Д

Д = m d — m Clo = m (d — do) (2)

d — номи нал ьн ый диаметр. полости (большой окружности оболочки под давлением газа P).

Исходя априори из формулы полости в виде сфероида, наиболее часто встречающейся у карстовых полостей практически и отвечающей вертикальному воздействию реагентэ от точечного источника теоретически, — вычисляем на основе ф-лы (2) номиный диаметр d полости

d = do + — = do + 0,32 Д, (3) д э на основе ф-лы (1) с учетом ф-лы (3)— номинальную высоту полости в вершине и

6ЯЧ 188 Vq (4) (red + д)2 (314d + h)

Способ прост в исполнении, не требует специального оборудования, допустим при реконструкции и в условиях плотной застройки. Важными достоинствами способа яаляются экологическая чистота и возможность оценки полостей в трещиноватых массивах, Формула изобретения

1. Способ определения параметров полости в грунте, включающий размещение в

- полости эластичной камеры, заполнение ее газом до касания стенок полости, измерение размеров заполненной газом эластичной камеры, давления и обьема газа и

5 расчет по полученным данным объема полости, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона использования за счет определения объема и номинальных размеров замкнутых подземных полостей, 10 предварительно бурят скважину с поверхности земли до полости, перед помещением . эластичной камеры в полость через скважину ее оснащают датчиками деформаций, после заполнения камеры газом измеряют

15 максимальное приращение периметра одного из сечений камеры по датчикам. э объем и номинальные размерй полости определяют по формулам

20 VoPo

d=do+ 0,32 Д, 25, 18,8 V

Р1gg +Д)2 гдзе Vo- объем закачиваемого в полость газа, 30

Ро — давление закачиваемого в полость газа, МПа;

P — давление, установившееся в камере внутри полости, МПэ;

d — номинальный диаметр полости; м;

d0 — начальный диаметр камеры, м;

Д вЂ” приращение экватора сфероида, рассчитываемое как сумма максимальных деформаций по периметру одного сечения камеры, м;

h — номинальная высота полости, м;

V — объем полости, м . з

2. Способ по и, 1, отличающийся тем, что, с целью определенпя параметров полости, содержащей жидкость, осуществ- . ляют бурение дополнительной скважины с поверхности до полости для выхода жидкости, вытесняемой при расширении эластичной камеры.

1763567

А-А а ° °

° °

° °

° °

ФиГ. 2

Составитель B,Õîìåíêî

Техред М,Моргентал Корректор С,Лисина

Редактор О.Стенина

Производственно-издательский комбинат "Патент", r, Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 3434 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5