Плотность грунта

Плотность грунта является одним из основных параметров, входящих в формулы расчета величины шнурового заряда и размера выемки после взрыва.

К первой группе относятся ядерные и пенетрационные методы. Особенностью пенетрационных методов является то, что, кроме плотности, они позволяют косвенным путем определить некоторые физико-механические свойства грунта. Однако получаемые этим методом значения объемного веса зависят от ряда структурных и текстурных особенностей и состояния грунта.

Самыми перспективными методами для определения плотности грунта в условиях его естественного залегания являются гамма-лучевые методы. Они обеспечивают достаточную для практических целей точность получаемых данных, и их можно применять как при разовых, так и при многократных определениях плотности одного и того же объема грунта, что особенно важно при стационарных наблюдениях.

Ядерные методы можно применять для определения объемного веса практически всех петрографических типов пород. Однако наиболее широко их используют для измерения плотности дисперсных грунтов, в связи с чем разработан ряд полевых гамма-плотномеров.

Ко второй группе относятся методы непосредственных измерений, режущих цилиндров, объемный, гидростатического взвешивания и расчетный. Различие их объясняется в основном способами определения объема образца; по объему вытесненной жидкости, по весу вытесненной жидкости, путем непосредственного обмера образца.

Определение объемного веса грунта по рассеянию и поглощению гамма-лучей. Гамма-лучевые методы определения объемного веса грунта основаны на эффектах, происходящих при взаимодействии  гамма-квантов  с  электронами  атомов  химических элементов пород. Возможны две принципиальные схемы определения объемного веса грунтов с помощью гамма-лучей: по рассеянию и поглощению гамма-излучения.

Метод рассеянного гамма-излучения основан на определении интенсивности рассеянных гамма-квантов при  размещении в грунте источника излучения вместе со счетчиком. В основе метода лежит процесс рассеяния и поглощения гамма-излучения на электронах атомов химических элементов грунта, вероятность которого определяется в основном электронной плотностью среды, т. е. ее объемным весом. Методом рассеянного гамма-излучения можно определить плотность пород как в скважинах, так и с поверхности.

Глубинный гамма-плотномер (ГГП-1) системы ВНИИГиМ состоит из зонда контрольно-калибровочного устройства и регистратора импульсов с источником питания. Зонд плотномера представляет собой дюралюминиевую гильзу длиной 35 см и внешним диаметром 44 мм, внутри которой размещены гамма-излучатель С3137 активностью 1—1,5 мг-экв радия, детектор гамма-квантов и свинцовый разделитель. В качестве детектора используется блок из четырех счетчиков СТС-5. Расстояние между центрами детектора и источника (база зонда) составляет 25 см. Изотоподержателем служит стальная трубка, заполненная свинцом, которая проходит через сквозное отверстие в центре свинцового разделителя и жестко соединяется с ручкой и блоком счетчиков зонда. Перемещая трубку с излучателем вдоль оси зонда, можно приводить зонд в рабочее или транспортное положение.

Контрольно-калибровочное устройство ГГП-1 является одновременно защитным контейнером и устройством для эталонирования прибора. Оно представляет собой герметический цилиндрический бачок, в центре которого проходит сквозной канал для зонда плотномера. Внутри контрольно-калибровочного устройства находится свинцовая защита. В качестве среды с постоянной плотностью используется вода. Импульсы, поступающие от зонда по кабелю, регистрируются полевым радиометром М-ЗОМ. Общий вес всего комплекта плотномера (без воды, наполняющей контрольно-калибровочное устройство) около 22 кг.

Поверхностный гамма-плотномер (ПГП-1) предназначен для измерения объемного веса с поверхности грунта: в обнажениях, выемках, насыпях и т. д. Он состоит из датчика, контрольно-калибровочного устройства и регистратора импульсов с источником питания. Датчик плотномера состоит из корпуса, детектора, свинцового разделителя и гамма-излучателя активностью 1,5—2 мг-экв радия, окруженного полусферическим свинцовым контейнером. В качестве детектора гамма-лучей используется блок из восьми счетчиков СТС-5, помещенных в индивидуальные экраны из 0,8-миллиметрового листового свинца. База зонда может быть 25 или 28 см.

Контрольно-калибровочное устройство ПГП-1 состоит из емкости, которую при контрольных замерах устанавливают на некотором расстоянии от поверхности земли на треноге. Внутри кожуха эталона имеется еще один полусферический контейнер. В качестве наполнителя контрольно-калибровочного устройства используется вода.

Регистратором импульсов ПГП-1 служит радиометр М-ЗОМ. Общий вес прибора (без воды, наполняющей контрольно-калибровочное устройство) 18 кг.

Объемный вес грунта определяют плотномерами ГГП-1 и ПГП-1 с помощью калибровочных графиков зависимости относительной скорости рассеянных гамма-квантов в грунте от его объемного веса.

При калибровке плотномеров необходимо иметь грунты различной плотности, комбинируя имеющийся материал (мелкий гравий, песок, суглинок, опилки) и меняя степень его уплотнения. Объемный вес получаемых смесей определяют объемно-весовым способом, т. е. по весу всего грунта и объему, занимаемому им в баке. При этом желательно, чтобы объемная влажность грунта при калибровке поддерживалась в пределах 15—20%.

Плотномеры ГГП-1 и ПГП-1 калибруют в полевых условиях так же, как и нейтронные влагомеры, и даже одновременно с калибровкой последних. В этом случае в выбранном слое грунта последовательно определяют скорость счета тепловых нейтронов и рассеянных гамма-квантов, а затем отрывают шурф и определяют объемный вес и влажность грунта методом режущего цилиндра и термостатно-весовым методом.

Определение объемного веса грунта методом режущего цилиндра. Метод режущего цилиндра применим в песчаных и глинистых грунтах, поддающихся резке ножом. Погружая цилиндр с заостренным режущим краем в грунт, отбирают образец грунта ненарушенного сложения и определяют его объемный вес, зная вес и объем образца, находящегося в цилиндре. Наиболее достоверные результаты получаются в том случае, если высота цилиндра равна или несколько меньше его диаметра, а объем цилиндра 100—200 см³. Толщина стенок цилиндра должна быть не более 1—2 мм.