Menu

Закономерности распространения упругих волн в мерзлых породах

В соответствии с рассмотренной спецификой мерзлых пород как твердых тел их механические свойства находятся в сложной зависимости от многих факторов. Следовательно, и скорости распространения упругих волн в мерзлых породах являются функциями многих переменных, что подтверждается экспериментами [7, 51, 62, 85, 90, 96, 140, 141 и др.]. Поэтому целесообразно рассмотреть раздельно влияние важнейших факторов на скорость распространения упругих волн.

Зависимость скорости распространения продольных упругих волн от температуры при ее понижении у всех мерзлых пород в интервале, в котором производилось большинство экспериментов (от 0 до —30 °С), характеризуется монотонным возрастанием по закону, близкому к логарифмическому. Для пород различного литологического состава интенсивность роста скорости и ее абсолютные значения оказываются разными для одного и того же интервала температуры. Наиболее убедительно это может быть проиллюстрировано сравнением зависимостей VV{^) для песка и глины. Интенсивность роста (м/с) в мерзлых песках значительно больше, чем в глинистых породах, при ^ = 0-^—3СС, а при более низких температурах — наоборот. Такой характер зависимости V^)(^) хорошо согласуется с протеканием процесса льдовыделения в мерзлых породах различной дисперсности и минерального состава (см. § 4 и 5 главы I). Рассмотрим особенности температурной зависимости скорости упругих волн в мерзлых породах. Как следует из результатов наших экспериментов (рис. 80), в процессе понижения температуры породы при переходе через 0°С наблюдается скачок скорости распространения упругих волн, обусловленный замерзанием свободной воды и возникновением пространственной криогенной кристаллизационной структуры. Наибольший скачок скорости имеет место у песков и галечников, так как при переходе через 0°С в них замерзает большая часть влаги. У песка, содержащего- глинистые фракции, этот скачок .состав^ ляет около 250%, в то время как у чистых кварцевых песков и галечников он примерно вдвое больше. Соответственно у глин и глинистых пород скачок скорости при переходе через 0°С наименьший — около 10—20%, в связи с тем что значительная часть их поровой влаги приходится на воду разной степени •связанности. Последняя замерзает при дальнейшем понижении температуры, что проявляется в возрастании скорости упругих волн. Следует отметить, что и у песка при понижении температуры до —(10-И5)°С имеет место заметное (примерно на 10—15%) монотонное нелинейное возрастание скорости продольных упругих волн. Возможно, что такое возрастание скорости частично обусловлено упрочнением кристаллов льда за счет уменьшения интенсивности процессов диффузии и фазовых флюктуации при отклонении температуры льда от точки плавления. Однако вполне обоснованно считать, что основное влияние на увеличение монолитности пространственной криогенной структуры мерзлого песка при понижении температуры оказывают уменьшение толщины и упрочнение межзерновых граничных зон за счет вымерзания жидкой фазы (порового раствора).

[Электрические и упругие свойства криогенных пород]

 

Температурная зависимость скорости распространения упругих волн в мерзлых глинистых породах характеризуется небольшим скачком скорости при переходе через 0° С и значительно более резким, чем у грубодисперсных пород, возрастанием ее при дальнейшем понижении температуры. У остальных песчано-глинистых мерзлых пород наблюдается промежуточный тип температурной зависимости скорости между двумя рассмотренными крайними для песка (галечника) и глинистых пород (см. рис. 80). Установленные особеннности температурной зависимости скорости упругих волн в мерзлых породах подтверждаются результатами других исследований, например, выполненных В. И. Джуриком и Ф. Н. Лещиковым [85] для мерзлых пород Прибайкалья (рис. 81).

Температурная зависимость скорости упругих волн в скальных и полускальных породах определяется их пористостью (трещиноватостыо) и влажностью при сохранении общих особенностей— скачок при переходе через 0°С и монотонное возрастание с понижением температуры, отмеченных для песчано-глинистых дисперсных пород.

Весьма существенным является влияние общей влажности мерзлой породы на распространение упругих волн, которое также зависит от литологического состава породы. 

[Электрические и упругие свойства криогенных пород]

 

[Электрические и упругие свойства криогенных пород]

Влажность мерзлой породы может быть выражена количеством льда (льди-стостью) и количеством незамерзшей воды в процентах массы или объема. Однако для полной характеристики состава мерзлой породы, кроме суммарной влажности (№Р или И7Г), нужно знать пористость или степень заполнения пор водой и льдом, так как в случае неполного влагонасыщения необходим учет влияния газообразной фазы породы. Скорость упругих волн в зависимости от влажности следует рассматривать при полном влагонасыщении, но с различной пористостью породы и при постоянной пористости, но с различной степенью заполнения пор.

Рис. 82. Скорость распространения продольных волн V? в зависимости от объемной влажности Шк в мерзлом глуховецком каолине (полное влагонасыщение)

Для глин типичен первый случай, а для песков возможны оба. Многие исследователи не учитывали степени заполнения пор при акустических измерениях на мерзлых породах, поэтому имеющиеся в литературе количественные данные о скорости распространения упругих волн в породах одинакового литологического состава не всегда согласуются между собой. Эксперименты, выполненные на образцах каолина различной влажности при степени заполнения пор, близкой к единице, т. е. при полном влагонасыщении [96], показали, что при фиксированной температуре уве-личение массовой влажности каолина обусловливает возрастание скорости распространения упругих волн, близкое по характеру к изменению скорости с понижением температуры, причем асимптотическое значение в данном случае должно соответствовать скорости во льде. Значительно удобнее рассматривать влияние суммарной влажности в зависимости не от \^р (которая в пределе стремится к бесконечности, что затрудняет определение приближения скорости к асимптотическому значению), а от №ъ. Графики зависимости Ур(ЧРу) представляют собой прямые с положительным угловым коэффициентом, пропорциональным температуре. Эти прямые пересекают ось с абсциссой с^ = = 100% в точках, ординаты которых соответствуют значениям скорости упругих волн для льда при той же температуре (рис. 82). Подобные результаты получены и для суглинка.

Характерной особенностью песчано-глинистых мерзлых пород является уменьшение влияния общей влажности на возрастание скорости упругих волн при понижении температуры,, что можно объяснить спецификой замерзания жидкой фазы в тонкодисперсных породах и количественным изменением их состава при возрастании влажности с полным заполнением пор. В самом деле, при достаточно высокой отрицательной температуре, когда влияние незамерзшей воды на упругие свойства глин особенно велико, увеличение общей влажности (льдистости) водонасыщенной породы (уменьшение объемного содержания минерального скелета и незамерзшей воды) приводит к резкому возрастанию скорости упругих волн. При достижении температуры, при которой объем пленок (ячеек) незамерзшей воды достаточно мал, увеличение влажности, а следовательно, и льдистости не вызывает уже резкого возрастания скорости упругих волн. Следовательно, при более низких температурах за счет сужения и упрочнения межзерновых граничных зон возникает такая монолитизация структуры мерзлой породы, при которой скорость распространения упругих волн становится близкой к скорости их распространения во льду. При этом имеет место закономерность, аналогичная для модулей упругости (см. § 4 главы III).

Можно утверждать, что при дальнейшем понижении температуры по аналогии с зависимостью для модулей упругости, основное влияние на скорость распространения упругих волн будет оказывать соотношение компонентов твердой фазы: льда и минерального скелета. Так, увеличение объемного содержания льда в породе должно вызвать понижение скорости упругих волн.

Однако в отличие от подобной зависимости для модулей упругости, установленной в интервале —(5-М5)°С, уменьшение скорости распространения упругих волн с увеличением объемного содержания льда можно зафиксировать лишь при более низкой температуре. Это вызвано тем, что на скорость оказывает противоположное влияние — см. формулы (111.14 — 111.17)—уменьшение плотности мерзлой влагонасыщенной породы, обусловленное увеличением ее льдистости. Такой температурой для каолина будет, по-видимому, —(25-^30)°С. Однако экспериментальных данных пока не получено. В грубодисперс-ных породах подобное состояние мерзлой породы может быть при значительно более высоких температурах. Это подтверждается экспериментальными данными [137, 138], согласно которым увеличение объемной влажности с 30 до 40% во влаго-насыщенном мерзлом песке при температуре —15°С приводит к уменьшению скорости продольных волн с 4600 до 3800 м/с. При более высоких температурах, когда скорость распространения упругих волн в еще недостаточно сцементированном минеральном скелете окажется меньше, чем во льде, следует ожидать увеличения скорости с возрастанием льдистости мерзлого песка. Из сказанного следует, что при полном влагонасыщении

[Электрические и упругие свойства криогенных пород]

влияние суммарной влажности на скорость распространения упругих волн качественно одинаково для мерзлых пород разной дисперсности и состава, причем увеличение влажности может приводить как к возрастанию, так и к уменьшению скорости упругих волн. Температурный диапазон соответст- "р>м/с вующих изменении скорости в глинах и песках различен по ширине интервала и значениям температуры.

Рис. 83. Зависимость ир в мерзлых породах от степени заполнения пор:

/ — кварцевый песок (л«40%, ^=0,1-7-0,25 мм); // — суглинок (««40%)

Рассмотрим изменение влажности породы при постоянной пористости. Объемная влажность пород может меняться от нуля до значения пористости, и ее удобно выразить через степень заполнения пор водой и льдом д. Увеличение степени заполнения пор в мерзлой породе вызывает значительное возрастание -скорости распространения упругих волн. Так, в мерзлом песке (рис. 83) изменение д на 0,1 (в интервале от 0,7 до 1) соответствует изменению на 120 м/с. При меньших значениях д эта величина еще больше (при 9=0,5, Дур«200 м/с). Влияние температуры на характер указанной зависимости для песка незначительно. Можно предположить, что охлаждение приводит лишь к некоторому параллельному смещению кривой зависимости Ур(<7).в сторону больших значений.

Возрастание скорости, связанное с увеличением степени заполнения пор, установлено и для более тонкодисперсных пород. Для Никольского суглинка, например, при 1 = —2°С изменение д от 0,35 до 0,95 приводит к увеличению скорости распространения продольных волн от 700 до 2470 м/с, а при ( = = — 40°С— от 1420 до 3410 м/с (см. рис. 83). Этот пример показывает, что в отличие от песка в более тонкодисперсных породах понижение температуры вызывает не только увеличение абсолютных значений скорости, но и изменение интенсивности ее возрастания с изменением д. Последнее связано с разным армирующим влиянием на' пространственную криогенную кристаллизационную структуру частиц минерального скелета с пленками незамерзшей воды. В случае мерзлого кварцевого песка уже при / = —3°С содержание незамерзшей воды мало, межзерновые граничные зоны и пленки незамерзшей воды настолько тонки, что дальнейшее понижение температуры слабо влияет на монолитизацию пространственной криогенной структуры по сравнению с увеличением степени заполнения пор льдом. Это и обусловливает сохранение закона возрастания скорости при различных более низких температурах (см. рис. 83).

Очевидно, что в случае глинистых пород влияние минеральных частиц, окруженных граничными зонами, содержащими незамерзшую воду, на степень жесткости пространственной криогенной структуры будет существенно меняться с понижением температуры. Это изменение будет особенно заметно при /<—(10-ь15)°С после замерзания большей части связанной воды в этих породах. Полученное различие в характере возрастания скорости распространения упругих волн от льдистости в интервале температур от —2 до —40 °С (см. рис. 83) связано с влиянием заполнения пор льдом при разной степени жесткости пространственной криогенной структуры, обусловленной различным содержанием незамерзшей воды.

По-видимому, при достаточно низкой температуре — в интервале — (70-М00)°С и ниже для глинистых пород, так же как для песков, температура не должна оказывать влияние на зависимость скорости упругих волн от льдистости.

Возрастание скорости распространения упругих волн с повышением степени заполнения пор при фиксированной температуре в основном связано с уменьшением содержания газовой компоненты и цементацией дисперсной породы льдом. Температурная зависимость скорости в мерзлой породе в этом случае также обусловлена упрочнением и уменьшением толщины граничных межзерновых зон, а также упрочнением самих кристаллов льда.

На рис. 84 приведены диаграммы, представляющие собой сводные зависимости скорости продольных волн от влажности и температуры для глин, а также от степени заполнения пор и температуры для песка.

Диаграммы наглядно иллюстрируют отмеченные особенности изменения скорости распространения упругих волн в мерзлых породах. Так, для каолина степень влияния влажности на возрастание скорости упругих волн существенно уменьшается при низкой температуре. При /«— 1 °С увеличение объемной суммарной влажности каолина от 40 до 100% обусловливает возрастание скорости V? на 110%, а при — 15°С — всего на 22%.

 

[Электрические и упругие свойства криогенных пород]

Рис. 84. Диаграммы зависимости скорости распространения продольных волн

а —от объемной влажности №у и температуры (каолин); б — от степени заполнения пор ц и температуры (кварцевый песок)

Полученные И. Н. Вотяковым [85] данные температурной зависимости скорости  V в искусственно засоленном песке (рис. 85) подтверждают это предположение. Однако постоянство скорости Ур в интервале температур —(3-=-24)°С, которое имеет место и у незасоленного песка, свидетельствует о недостаточной точности измерений. По-видимому, по этой же причине в засоленных песках с минерализацией 3 и 5% возрастание скорости Ур, а следовательно, и начало фазовых переходов зарегистрировано лишь при температуре /<—(15-г-17)°С. Тем не менее эти, данные подтверждают, что способ искусственного засоления является перспективным при моделировании состояния мерзлых пород с различным содержанием незамерз-шей жидкой фазы. Этот способ успешно применяется для получения различного состояния соленых льдов при изучении их механических и других свойств [73, 74, 97] и, по-видимому, его следует детально опробовать для мерзлых пород.

Весьма важным как в прикладном, так и теоретическом отношении является изучение влияния напряженного состояния мерзлых горных пород на их'жесткость (упругость), а следовательно, и на характер распространения в них упругих волн. До недавнего времени таких данных для мерзлых пород не было, хотя результаты работ с поликристаллическими ледяными образованиями свидетельствуют о заметном влиянии напряженного состояния пород на скорость упругих волн [10].

[Электрические и упругие свойства криогенных пород]

Рис. 85. Температурные зависимости скорости распространения продольных волн в различных породах по И. Н. Вотякову [85]: + а — песок мелкозернистый: 1 — №с =21%; 2 — И?с =16%; 3 — №с=10%; б — песок мелкозернистый, искусственно засоленный  при И7С=24%; /, 2, 3 — минерализация соответственно 1; 3; 5%; в—супесь пылевато-илистая: / — И7С«=30%; 2 — И7С =25%; 3 — с =15%; г — суглинок пылеватый: / — с =40%; 2 — №с= =34%; 3-Фп

[Электрические и упругие свойства криогенных пород]

Рис. 86. Изменение скорости распространения продольных волн при деформации в процессе одноосного сжатия мерзлого влагонасыщенного суглинка (№р = = 25,5%; индексы 1 и 2 соответствуют температуре —40°С и —10°С): о — отношение сжимающей силы к площади сечения образца в момент измерения; о' — то же, к исходной площади сечения образца

 

На кафедре мерзлотоведения МГУ [96] были выполнены эксперименты по прозвучиванию образцов мерзлых пород и льда в процессе одноосного сжатия. Результаты измерений показали, что изменение скорости упругих волн при нагружении образца имеет экстремальный характер. При этом интенсивность возрастания скорости с увеличением деформации хорошо коррелируется с крутизной диаграмм сжатия а — е: большим напряжениям соответствует большее значение скорости. Установлено, что деформация, при которой скорость ультразвука достигает максимума Vтд^xво всех случаях приходится на начало расхождения истинной и условной [112] диаграмм сжатия (рис. 86). При этом начинает нарушаться целостность породы в результате развития прогрессирующих микротрещин, т. е. перехода к необратимым деформациям и разрушению при последующем возрастании нагрузки. Во время контрольных опытов с прозрачным льдом возникновение микротрещин легко определяется по резкому помутнению образца при деформациях, соответствующих переходу скорости распространения упругих волн через максимум. Эксперименты показали, что величина Vта^x и соответствующее этому состоянию породы давление а* зависит от температуры литологического состава образца и значительно меньше — от его влажности. Повышение температуры и степени дисперсности мерзлой породы вызывает уменьшение значений Vтз^x и а*. Так, при температуре —40° С для суглинка (1^Р = 25,3%, <7 = 0,94) отах = 4210 м/с, а* = 17 МН/м2, для глин при этой же температуре и приблизительно такой же влажности (№Р = 27,9 %, 9=1,0) утах=3760 м/с, а* = = 7,7 МН/м2. Повышение температуры суглинка до — 10° С приводит к уменьшению этих величин до значений Ушах = 3200 м/с, (т*»4,6 МН/м2

Влияние влажности мерзлой породы на рассматриваемые параметры изучено пока недостаточно детально, сейчас можно указать лишь на ту или иную тенденцию. Так, при I——10° С увеличение влажности грубодисперсных пород (пески, супеси) вызывает небольшое уменьшение величин Ушах и с*. Для суглинков влияние изменения влажности не установлено. В каолине с повышением влажности эти параметры увеличиваются.

 

Эксперименты в этом направлении продолжаются. Интересные данные содержатся в работах П. М. Тютюнника и других [32, 82, 83] по изучению скорости распространения ультразвука в процессе трехосного сжатия. К сожалению, отсутствие в этих работах сведений о деформациях, вызываемых нагрузками, значительно снижает возможность интерпретации полученных данных. В частности, из-за этого разделение упругого и упруго-пластического состояния мерзлой породы только по изменению наклона кривой у (а) становится ненадежным. Кроме того, характеристики состава исследуемых образцов даются неполно или вообще не приводятся [32].

На основании анализа этих работ можно сделать следующие выводы:

  • увеличение механического напряжения вызывает возрастание скорости ультразвука в мерзлой породе до определенной максимальной величины, после чего она начинает убывать, что в общих чертах подтверждает наши данные по одноосному сжатию;
  • при трехосном сжатии максимальная скорость распространения продольных волн превышает соответствующее значение в случае одноосного сжатия;
  • в области преобладания упругих деформаций зависимость V (о) при трехосном и одноосном сжатии практически одинакова.

Итак, влияние напряженного состояния мерзлой породы, находящейся под нагрузкой, на скорость распространения упругих волн вполне закономерно. Возрастание значений скорости соответствует уплотнению и увеличению жесткости мерзлой породы при ее сжатии до начала растрескивания. Абсолютные значения утах и а* и интенсивность возрастания скорости упругих волн с увеличением напряжений зависят от температуры породы, ее литологического состава и льдистости.

Подобные результаты получены при изучении закономерностей изменения скорости упругих волн в породах при их глубоком охлаждении ниже — (40—50) °С. На первый взгляд может показаться, что эта проблема имеет чисто научное значение, так как в природе такой температуры в мерзлых породах не наблюдается. Однако современная практика строительства газопроводов и подземных хранилищ сжиженных газов уже столкнулась с необходимостью постановки такой задачи. В связи с этим Ю. Д. Зыковым [30, 96] были выполнены, исследования, результаты которых свидетельствуют, что понижение температуры породы вызывает увеличение скорости прохождения в ней упругих волн только до определенного предела, после чего наблюдается ее уменьшение (рис. 87). Так, во влагонасыщенном мерзлом песке скорость Ур уменьшается с 5070 м/с при 1 = = — 47 °С до 3500 м/с при / = — 100°С (см. кривую 7). При сохранении в общих чертах зависимости Vр(^) абсолютные значения скорости упругих волн и интенсивность их изменения при понижении температуры являются функциями не только состава породы, но и режима охлаждения. Быстрое (со скоростью 4°С/мин) понижение температуры приводит к резкому возрастанию, а затем и к уменьшению скорости при глубоком охлаждении (ниже —50° С), в то время как медленное охлаждение породы того же состава с выдерживанием образца при фиксированной температуре через каждые 10° С обусловливает значительно меньшую интенсивность изменения скорости (см. кривую на рис. 87).

[Электрические и упругие свойства криогенных пород]

Рис. 87. Изменение скорости распространения продольных волн при глубоком охлаждении образцов мерзлого влагона-сыщения песка (пористость п «38%):

/ — быстрое охлаждение; 2 — отепление; 3 — медленное охлаждение

Такие изменения скорости можно объяснить следующим. Начальное возрастание скорости упругих волн связано с интенсивными фазовыми переходами воды в лед. При этом возникает поликристаллическая монолитная мерзлая порода с зернами льда и кварца, разделенными граничными зонами. Дальнейшее понижение температуры до

  • (10ч- 15) °С характеризуется значительно менее интенсивным, но все же вполне ощутимым ростом скорости Vр, что, по-видимому, связано с замерзанием части связанной воды в граничных зонах. В диапазоне температур — (15-т-ЗО) °С рост ар незначителен и его можно объяснить вымерзанием остатков жидкой фазы и возрастанием напряженного состояния зерен льда. Наконец, в диапазоне температур

  • (304-47) °С вновь наблюдаются увеличение интенсивности возрастания и достижение максимума скорости ^р. Последнее можно объяснить возникновением систем очень мелких микротрещин в зернах льда, вызывающих увеличение их прочности и упругости [60, 61]. При дальнейшем понижении температуры развиваются более крупные микротрещины, что существенно уменьшает жесткость породы, а следовательно, приводит к уменьшению скорости упругих волн. Следует иметь в виду, что коэффициенты а линейной деформации компонентов породы существенно отличаются. 

Развитие процесса растрескивания подтверждается акустическими импульсами, создающими резкие кратковременные искажения волновой картины на экране осциллографа, наблюдаемые только при уменьшении скорости упругих волн, а также минераграфическими наблюдениями шлифов под микроскопом.

При медленном охлаждении происходит частичная релаксация напряжений, в результате чего растрескивание бывает не очень интенсивным, скорость изменяется более плавно, а уменьшение ее начинается при более низкой температуре (см. кривую 2 на рис. 87).

Рассмотренная зависимость носит ярко выраженный гисте-резисный характер. Он проявляется в том, что повышение температуры породы после ее охлаждения до —110°С приводит к увеличению скорости, но по другому закону, чем при охлаждении. Так, повышение температуры от —110 до —50 °С практически не вызывает заметных изменений скорости V? и только при дальнейшем ее повышении скорость возрастает. Температурный гистерезис скорости упругих волн можно объяснить необратимостью процессов трещинообразования. Можно предположить, что при повышении температуры сильно охлажденной породы с растрескавшимися зернами льда происходит постепенное уменьшение поперечных размеров трещин как за счет расширения зерен льда, так и вследствие интенсификации процессов диффузии (эффект «отжига»). При достижении определенного, достаточно малого размера микротрещин этот процесс должен вызвать увеличение прочности (жесткости) материала. Действительно, скорость V? начинает возрастать при температуре —40 °С. Дальнейшее повышение температуры характеризуется практически линейным возрастанием скорости, что свидетельствует о продолжении процесса упрочнения материала. Уменьшение интенсивности возрастания 1>р, начинающееся при /= — 15°С, можно объяснить возникновением водных пленок в микротрещинах. Последнее обеспечивает монолитизацию породы и вызывает приближение скорости V? к первоначальным значениям.

Следует отметить, что практически все имеющиеся данные о скорости распространения упругих волн относятся к мерзлым породам с массивной текстурой, влияние же других типов криогенных текстур на скорость изучены слабо. Косвенным подтверждением зависимости скорости упругих волн от текстуры мерной породы одного и того же состава является разница значений скорости в суглинках и глинах одного и того же состава, замороженных быстро и медленно. В некоторых случаях она достигает весьма больших значений — около 400 м/с [91]. Кроме того, по данным А. Т. Акимова [2], коэффициент анизотропии скоростей в мерзлых глинах может достигать значений 2,45. На наличие анизотропии указывает и Ч. Каплар [129].

[Электрические и упругие свойства криогенных пород]

Не менее важным, но пока мало исследованным является затухание упругих волн в мерзлых породах. Так, по данным лабораторных измерений [6, 91, 92, 102] и полевых экспериментов [2], коэффициент затухания ультразвука в мерзлых песча-но-глинистых породах в диапазоне 30—200 кГц находится в пределах 0,05—0,2 см-1, возрастая в талых образцах ло единиц и десятков сантиметров в минус первой степени. Имеются данные о линейной зависимости коэффициента затухания от частоты колебаний для мерзлого песка [6]. Целесообразно сделать расчет температурной зависимости коэффициента затухания, исходя из приведенных выше (см. табл. 7 и рис. 77) данных о модулях упругости и эффективной вязкости. Результаты таких расчетов приведены на рис. 88. Они находятся в хорошем соответствии с упомянутыми результатами экспериментов.

Несмотря на недостаточную и неравномерную изученность особенностей распространения упругих волн в мерзлых породах, приведенные обобщенные данные позволяют обосновать соответствующую классификацию этих пород по скорости распространения упругих волн. Известно, что основные дисперсные и пористые влагонасыщенные породы в талом состоянии располагаются в следующий ряд (в порядке возрастания скорости распространения в них продольных упругих волн): песок, супесь, суглинок, глина, песчаник, мергель, мел, известняк. Правда, в зависимости от влажности, структуры и текстуры каждая из этих пород характеризуется определенными диапазонами значений уР, которые могут частично перекрываться, однако выделенный ряд обособляется достаточно четко (рис. 89, кривая 1> >0). Для мерзлых пород подобная классификация может быть ^построена только при учете влияния температуры, льдистости и напряженного состояния. Иначе породы разного литологическо-го состава невозможно разделить даже по средним значениям скорости. Определяющей является температура породы. Для фиксированных значений температуры можно дать скоростную классификацию мерзлых пород, характеризующую многообразие их свойств в зависимости от литологического состава. На рис. 89 приведена такая классификация для ряда фиксирован-

ных температур, составленная нами в результате обобщения экспериментальных данных. Как следует из диаграммы, в мерз* лом состоянии по абсолютным значениям скорости распространения продольных упругих волн можно выделить лишь влаго-насыщенные чистые кварцевые пески при температуре ниже — (2ч-3)°С. Остальные песчано-глинистые и карбонатные породы могут характеризоваться одинаковыми значениями Ур.

[Электрические и упругие свойства криогенных пород]

Рис. 89. Диаграмма распределения пород различного литологического состава по скорости рас- ! пространения упругих продольных волн

Однако, если рассматривать эти породы при определенной отрицательной температуре, то оказывается, что в среднем они достаточно четко и закономерно разделяются по величине скорости Vр.

Таким образом, распределение влажных пород в мерзлом состоянии по значениям ^р совершенно иное, чем в талом (см. рис. 89), что обусловлено различным характером фазовых переходов вода — лед в породах разной дисперсности и литологического состава.

Приведенные данные о специфике распространения упругих волн в мерзлых породах необходимо учитывать при выполнении геофизических работ сейсмическими и акустическими методами в районах распространения мерзлых пород при изучении их физико-механических свойств и процессов и создании акустических методов контроля и оценки их фазового состава и состояния. Следует иметь в виду, что изменения литологического состава, льдистости, криогенной текстуры и напряженного состояния, которые часто имеют место в натурных условиях, могут приводить к значительным отклонениям абсолютных значений скорости упругих волн от средних значений. В связи с этим при применении сейсмо-акустических методов необходимо выполнять определенный объем параметрических измерений скорости упругих волн в основных разновидностях пород данного участка с учетом результатов мерзлотно-геологическога районирования.

Оставьте свой комментарий

Оставить комментарий от имени гостя

0
  • Комментарии не найдены

Последние материалы

Заключение (Грунты)

При построении курса учитывалась необходимость его использования для различных гидротехнических специальностей и специализаций. В качестве основной части для студентов всех гидротехнических специальностей следует считать обязательным прочтение гл. 1—7. В гл. 8...

25-08-2013 Просмотров:2664 Грунты и основания гидротехнических сооружений

Представления о решении задач нелинейной механики грунтов

На современном этапе развития нелинейного направления механики грунтов оформились два основных подхода к решению практических задач расчета грунтовых оснований и сооружений: нелинейно-упругий и упругопластический (А. К. Бугров, С. С. Вялов...

25-08-2013 Просмотров:5370 Грунты и основания гидротехнических сооружений

Прочность грунтов при сложном напряженном состоянии

Для сред и материалов, обладающих сплошностью, предложено много различных условий прочности. Для оценки прочности грунтов наиболее широкое распространение получило условие Мора—Кулона (2.38), не содержащее промежуточного главного напряжения а2 и тем...

25-08-2013 Просмотров:2601 Грунты и основания гидротехнических сооружений

Еще материалы

Цивільні будинки й склад геодезичних роб…

До цивільних будинків ставляться житлові, суспільні й виробничі будинки. У групу виробничих будинків входить і частина сміттю жени й: охорони здоров'я (бальнео- і грязелікарні й т.п.), фізкультурно-оздоровчі й спортивні (відкриті...

30-05-2011 Просмотров:3880 Інженерна геодезія

Нормальное и опрокинутое залегание

Наклонно залегающие пласты могут иметь нормальное и опрокинутое залегание (рис. 1.26, 1.27). При нормальном залегании кровля пласта расположена выше его подошвы, а при опрокинутом – наоборот.     Рис. 1.27. Нормальное и опрокинутое...

01-10-2010 Просмотров:10151 Геологическое картирование, структурная геология

4.2. КГХ как продукт коммуникации

Если мы говорим о КГХ как о выражении географической информации о месте – мы неизбежно касаемся темы коммуникации. «Семиология рассматривает все явления культуры как знаковые системы, предполагая, что они таковыми...

03-03-2011 Просмотров:3480 Комплексные географические характеристики