Исследование методом термостимулированной акустической эмиссии прочностных свойств грунтов, закрепленных твердеющими растворами и (или) путем криотермической консолидации

Суть работы состоит в решении задачи по разработке и верификации методических подходов, позволяющих использовать особенности термостимулированной акустической эмиссии грунта, подвергнутого химико-физическому закреплению, для контроля изменения его устойчивости под действием климатических факторов и нагрузки от расположенного на нем инженерного сооружения. Для решения задачи проведена серия экспериментов, заключавшихся в установлении параметров акустической эмиссии в ходе пассивных и активных измерений на различных закрепляемых исходно рыхлых грунтах при их нагружении по схеме Кармана со ступенчато возрастающей квазистатической нагрузкой. Пассивные акустические измерения предполагали регистрацию акустической эмиссии, испускаемой самими структурными связями образцов под действием внутренних напряжений, возникающих при наложении полей механических нагрузок и от прогрева геоматериала. Активные акустические измерения выполнялись по схеме, совмещающей термическую активизацию структурных связей грунта и его прозвучивание с применением искусственного внешнего источника нормированного сигнала, по изменению параметров которого после прохождения через объект контроля судят о развитии деформированного состояния последнего. С учетом установленных в ходе опытов закономерностей обоснованы подходы к интерпретации измерительных данных, позволяющие получить свободный от влияния помеховых факторов численный акустико-эмиссионный критерий оценки изменения деформационного состояния предварительно отвержденных грунтовых материалов под действием внешних факторов. Достоверность получаемых по предлагаемому методу данных подтверждена результатами сравнительных испытаний аналогичных проб с использованием измерений ультразвуковых и деформационных по ГОСТ 21153.2.

Новиков Е. А., Клементьев Е. А. Исследование методом термостимулированной акустической эмиссии прочностных свойств грунтов, закрепленных твердеющими растворами и (или) путем криотермической консолидации // Горный информационно-аналитическийбюллетень.–2022.–№4.–С.134–155.DOI:10.25018/0236_1493_2022_4_0_134.

Работа выполнена при финансовой поддержке Российского научного фонда, проект № 21-77-00010.

Новиков Евгений Александрович¹ — канд. техн. наук, доцент, e-mail: e.novikov@misis.ru, Scopus ID: 55235147200, ORCID ID: 0000-0002-6997-1097,
Клементьев Евгений Андреевич¹ — студент, e-mail: evgeniy-klementevof@mail.ru, Scopus ID: 57217249165, ORCID ID: 0000-0001-7242-0440, 
¹ НИТУ «МИСиС».

Новиков Е.А., e-mail: e.novikov@misis.ru.

1. Соколов М. В., Простов С. М., Герасимов О. В. Прогноз геомеханического состояния закрепляемого грунтового основания горнотехнического здания // Вестник Томского государственного архитектурно-строительного университета. — 2019. — № 6. — С. 199— 210. DOI: 10.31675/1607-1859-2019-21-6-199-210.

2. Khafizov R. M. Analysis of methods for determining the deformation characteristics of cohesive soil // Soil Mechanics and Foundation Engineering. 2016, vol. 52, no. 6, pp. 361—365 DOI: 10.1007/s11204-016-9354-z.

3. Болдырев Г. Г. Методы определения механических свойств грунтов. Состояние вопроса: монография. — Пенза: ПГУАС, 2008. — 696 с.

4. Простов С. М., Герасимов О. В., Никулин Н. Ю. Комплексный геолого-геофизический мониторинг процессов упрочнения грунтов: монография. — Томск: Изд-во Томс. ун-та, 2015. — 188 с.

5. Ross N., Brabham P., Harris C., Christiansen H. Internal structure of open system pin-gos, Adventdalen, Svalbard: The use of resistivity tomography to assess ground-ice conditions // Journal of Environmental and Engineering Geophysics. 2007, vol. 12, no. 1, pp. 113–126. DOI: 10.2113/JEEG12.1.113.

6. Maurer H., Hauck C. Geophysical imaging ofalpine rock glaciers // Journal of Glaciology. 2007, vol. 53, no. 180, pp. 110—120. DOI: 10.3189/172756507781833893.

7. Moorman B. J., Robinson S. D., Burgess M. M. Imaging periglacial conditions with ground-penetrating radar // Permafrost and Periglacial Processes. 2003, vol. 14, pp. 319—329. DOI: 10.1002/ppp.463.

8. Шейнин В. И. Особенности использования скважинных радиоизотопных измерений для оценки свойств грунтов // Вестник НИЦ Строительство. — 2014. — № 10. — С. 152—159.

9. Тютюнник П. М. Геоакустический контроль процессов замораживания и тампонирования пород. — М.: Недра, 1994. — 255 с.

10. Da-Yan Wang, Yuan-Lin Zhu, Ma Wei, Yong-Hong Niu Application of ultrasonic technology for physical–mechanical properties of frozen soils // Cold Regions Science and Technology. 2006, vol. 44, no. 1, pp. 12—19. DOI: 10.1016/J.COLDREGIONS.2005.06.003.

11. Фоменко Н. Е., Капустин В. В., Гапонов Д. А., Фоменко Л. Н. Исследование техногенно-закрепленных грунтов основания фундаментов радиолокационным и сейсмическими методами в условиях длительно эксплуатируемого объекта культурного наследия // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. — 2018. — Т. 329. — № 8. — С. 16—29.

12. Тарасенко С. Е., Шереметов И. М. Применение геофизических методов при выполнении инженерных изысканий на площадках массового строительства // Промышленное и гражданское строительство. — 2015. — № 3. — С. 64—68.

13. Колесников В. П., Пригара А. М., Татаркин А. В. Комплексные геофизические исследования состояния грунтов основания и фундаментов инженерных сооружений // Геология и полезные ископаемые Западного Урала. — 2011. — № 11. — С. 89—91.

14. Вознесенский А. И., Изюмов С. В., Дручинин С. В., Миронов С. И. Комплексные геофизические изыскания в зоне подземного строительства коллектора // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2010. — № 8. — С. 95—101.

15. Voznesensky A. S., Kutkin Y. O., Krasilov M. N. Interrelation of the acoustic Q-factor and strength in limestone // Journal of Mining Science. 2015, vol. 51, no. 1, pp. 23—30. DOI: 10.1134/S1062739115010044.

16. Шкуратник В. Л., Новиков Е. А. Термостимулированная акустическая эмиссия горных пород как перспективный инструмент решения задач геоконтроля (обзор) // Горный журнал. — 2017. — № 6. — С. 21—27. DOI: 10.17580/gzh.2017.06.04.

17. Voznesenskii A. S., Shkuratnik V. L., Kutkin Ya. O. Dynamics of thermal and mechanical loading as a cause of acoustic emission in rock // Rock Dynamics and Applications — State of the Art. Proceedings of the 1st International Conference on Rock Dynamics and Applications, RocDyn-1. 2013, pp. 429—435.

18. Novikov E. А., Shkuratnik V. L., Zaytsev M. G. Manifestations of acoustic emission in frozen soils with simultaneous influence of variable mechanical and thermal effects on them // Journal of Mining Institute. 2019, vol. 238, no. 4, pp. 383—391. DOI: 10.31897/ pmi.2019.4.383.

19. Rivera-Gómez C., Galán-Marín C., López-Cabeza V. P., Diz-Mellado E. Sample key features affecting mechanical, acoustic and thermal properties of a natural-stabilised earthen material // Construction and Building Materials. 2021, vol. 271, article 121569. DOI: 10.1016/j. conbuildmat.2020.121569.

20. Xia Z., Chen R.-P., Kang X. Laboratory characterization and modelling of the thermalmechanical properties of binary soil mixtures // Soils and Foundations. 2019, vol. 59, no. 6, pp. 2167—2179. DOI: 10.1016/j.sandf.2019.11.013.

21. Novikov E. A., Shkuratnik V. L., Zaitsev M. G., Klementyev E. A., Blokhin D. I. Acoustic emission of frozen soils under quasi-static mechanical and cyclic thermal loading // Soil Mechanics and Foundation Engineering. 2020, vol. 57, no. 2, pp. 97–104. DOI: 10.1007/s11204020-09643-6.

22. Новиков Е. А., Зайцев М. Г. Об использовании акустико-эмиссионного эффекта памяти для оценки структурной устойчивости мерзлых грунтов при их циклическом отогреве и механическом нагружении // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2020. — № 3. — С. 30–44. DOI: 10.25018/0236-1493-2020-3-0-30-44.

23. Кравченко О. С. Закономерности акустической эмиссии, продольных и объемных деформаций каменной соли при ее нагружении по схеме Кармана и температурных воздействиях // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2020. — № 4. — С. 96–104. DOI: 10.25018/0236-1493-2020-4-0-96-104.