Приложение Е (рекомендуемое). Пример определения физико-механических параметров грунта

Приложение Е
(рекомендуемое)

Пример определения физико-механических параметров грунта

Для определения коэффициента поглощения вибрации в грунте были проведены измерения виброскорости, возбуждаемой при проведении десяти слабых стандартизованных взрывов. Измерения величин вибраций проводились в соответствии с требованиями ГОСТ 12.1.012, 12.1.034. Использовалась аппаратура "Bruel & Kjaer" (Дания) и "Larson-Davis" (США).

В измерительном тракте в качестве вибродатчиков использовались акселерометры типа 4332 фирмы "Bruel & Kjaer" и типа 353В33 фирмы "Larson-Davis". Данные акселерометры являются прецизионными пьезокерамическими преобразователями с широким частотным (до 30000 Гц) и динамическим (более 120 дБ) диапазонами. Акселерометры серии 353В33 используют встроенную электронику для согласования сигнала. Согласование служит для преобразования высокоимпедансного зарядового сигнала с пьезокристалла в низкоимпедансный сигнал напряжения с импедансом менее 100 Ом. Такой низкоимпедансный сигнал может передаваться по обычным кабелям на большие расстояния практически без ослабления.

Сигнал от вибродатчиков регистрировался на четырехканальном магнитофоне типа 7005 фирмы "Bruel & Kjaer". Частотная характеристика магнитофона позволяет производить запись и воспроизведение сигналов без частотных искажений от 0,1 до 10000 Гц.

В качестве согласующих устройств использовались усилители анализатора типа 2900 фирмы "Larson-Davis" и усилители регистрирующего магнитофона.

Перед проведением измерений и после каждой серии измерений все измерительные тракты калибровались при помощи калибратора типа 4294 фирмы "Bruel & Kjaer".

При измерениях на поверхности грунта для крепления датчиков использовались металлические плиты диаметром 500 мм и толщиной 10 мм.

Вибрация в грунте возбуждалась взрывным воздействием на стенки и дно шахты глубиной Н = 21,75 м и диаметром 8 м. Шахта представляла собой цилиндр, стены которого смонтированы из чугунных тюбингов. В зоне измерений структура грунта следующая: верхний слой глины толщиной 6 м, далее песок.

На поверхности грунта измерялись вертикальные и горизонтальные среднегеометричные значения виброскорости на расстояниях от стены шахты l = 0, 10, 20, 30, 40 м.

Сигналы записывались на четыре канала магнитофона и анализировались в лабораторных условиях спектроанализатором типа 2900 фирмы "Larson-Davis". Результаты приведены в таблицах Е.1 и Е.2.

Таблица Е.1

Вертикальная компонента виброскорости

Октавные полосы со среднегеометрическими частотами (Гц)	Амплитуды виброскорости (мм/с)
	Расстояние от ствола шахты (м)
	0	10	20	30	40
16	0,149	0,149	0,149	0,080	0,050
31,5	0,152	0,142	0,076	0,041	0,023
63	0,142	0,129	0,068	0,035	0,019

Таблица Е.2

Горизонтальная компонента виброскорости

Октавные полосы со среднегеометрическими частотами (Гц)	Амплитуды виброскорости (мм/с)
	Расстояние от ствола шахты (м)
	0	10	20	30	40
16	0,169	0,169	0,169	0,149	0,030
31,5	0,172	0,172	0,152	0,066	0,027
63	0,169	0,134	0,149	0,066	0,021

В данном случае имеется предварительная информация о стратификации верхней части грунта. Поэтому в качестве исходных параметров для расчета берутся следующие величины (см. Приложение А):

Таблица Е.3

Исходные значения параметров

N слоя	Тип грунта	Толщина слоя, м	c_min, м/с	c_mах, м/с	бета_min	бета_max
1	Глинистый	6	500	2800	0,1	0,4
2	Песчаный сухой	20	150	900	0,05	0,1

Кроме приведенных параметров, учитывая пп. 4.2.4, 4.2.5, 4.2.7 настоящих Правил задаются постоянная для всех слоев плотность и скорость поперечных упругих волн, вычисляемая для каждого слоя с помощью формулы

и постоянного коэффициента Пуассона v = 0,4.

Параметры грунта в соответствии с экспериментальными данными оцениваются для двух частот: 16 и 63 Гц. Критерием правильного определения параметров грунта для имеющихся двух слоев является минимум функционала

.

Здесь - значения экспериментальной кривой зависимости амплитуды вибрации в точках измерения , а - результат расчета по методике раздела 3 в тех же точках , величины - определяемые параметры (индексы при с и отвечают двум слоям):

, ,

, .

Результат оценки параметров приводится в таблице Е.4.

Таблица Е.4

Результат определения физико-механических параметров грунта

Номер слоя	Скорость продольных волн с, м/с			Коэффициент затухания бета
	16 Гц	31,5 Гц	63 Гц	16 Гц	31,5 Гц	63 Гц
1	800	900	1000	0,2	0,15	0,1
2	600	700	800	0,15	0,1	0,06

Сопоставление расчетных (при найденных значениях параметров) и экспериментальных данных (уровней L вертикальных проекций виброскорости v) для октавных полос 16, 31,5 и 63 Гц приведены на рисунке Е.1. Уровни рассчитывались по формуле (4.1).