Способ уплотнения песков

 

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН

К ПАТЕНТУ

Комитет Российской Федерации пе патентам и товарным знакам. (21) 4923947/ОЗ (22) 25.02.91 (46) 15.11.93 Бюл. М 41-42

P5) Бакулин АВ.; Бакулин 8Н (7Э) Бакулин Андрей Викторович (54) СПОСОБ V|lAOTHEHNA llECKOB (57) Использование: изобретение относится к строительству, и гидростроительству и может быть использовано для уплотнения песков с использованием упругого миграционного геоэффекта и эффектов кавитации. Сущность: для повышения эффективности за счет увеличения скорости уплотнения песков и снижения энергоемкости. размещают виброисточники в основном грунте, заполняют скважины с виброисточниками yhpyro-вязким телом, (в) ЕЦ (и) 2002961 cl (5Ц 5 Ei1011 ОО ЕИ Г5 ОО возбуждают мощные вибрационные колебания в диапазоне 50 — 600 Гц в локальном участке грунта, на котором находится слой песка, и вибровоздействия проводят в течение времени, при котором амплитуда колебаний в знакопеременной упругой волне не достигает значения напряжений, обуслов-. ленных весом песка на грунт, после чего переходят на частоту колебаний, равную частоте колебаний слоя песка, и вибровоздействия осуществляю в течение времени, при котором достигают положительного эффекта, что позволяет по сравнению с известными способами значительно повысить производительность способа и снизить его энергоемкость. 6 зл. ф-пы,З ип.

2002961

Иэобрете««ие относится к строительству и гидротехническому строительству и может быть использовано для уплотнения песков с использованием упругого миграционного геоэффекта и эффектов кавитации.

Известен способ искусственного уплотнения песков и песчаных грунтов, включающий следующие способы воздействия; горио-технологические мероприятия: выполаживаиие откоса, уменьшение высоты откоса; стабилизацию посредством осуществления механического уплотнения катками, вибрациои««ь«ми катками, дренажом, энергией взрыва, ииьактировзиием растворов.

Известные способь«воздействия трудоемки, иетехнологичиы, длительны при времени, экономически невыгодны из-за большого обьемз reo- и горно-технологических работ, полностью зависят от погодных условий, ие учитывают структурные особенности горных пород и песков и не позволяют управлять состоянием и свойствами песков и горных пород, Известен также способ упрочиеиия гар««ых пород, включа«ощий определение векторов главныx иапря>кений в массиве, бурение скважин, установку в иих невэрывиых пневматических источников, причем направление дейст««ия виброисточииков располагают параллельно направлению действия главного напряжения, заполнение скважин упруго-вязким материалом, синхронизацию работы источников и возбуждение в массиве колебаний, увеличение их амплитуды до величины, при которой напряжения в массиве достигнут половины от разрушв«ощих, и поддержание амплитуды колебаний иа этом уровне до достижения s массиве положительного эффекта.

Известный способ ие учитывает структурные особенности песков и не использует для повышения эффективности способа и снижения его энергоемкости эффекты кавитации,Достигается это тем, что виброисточники раэ««еща«ат в основном грунте, иа котором

««аходится слой песка, и вибровоэдействия осуществляют поэтапно: вначале приводят локальный участок грунта. иа котором находится слой песка в воэбу>кдениое состояние в диапазоне 50 — 600 Гц и воздействие производят в течение времени, при котором амплитуда давления достигает в зиакоперемениой упругой волне величины напряжения, обусловленных весом песка на грунт; затем, поддерживая амплитуду колебаний на достигнутом уровне переходят на частоту колебаний, равную собственной частоте

55 слоя песка, и вибровоздействия осуществляют в течение времени, при котором достигают положительного эффекта. Во время вибровоздействия осуществляют региональное увлажнение песка водой. Виброисточники размещают в основном грунте под слоем песка в шахматном порядке с шагом 10х10 м. Регистрируют тензодатчиками импульсы давления, определяют их спек- . тры и управляют формой возбуждаемых волн давления в выбранном диапазоне частот, Величину акустического сопротивления упруго-вязкого тела, которым заполняют скважины в грунте с размещенными в них виброисточииками, выбирают равным величине акустического сопротивления основно- . го грунта. Увлажиение песка производят водой, нагретой до 00 С, возбуждают коле-бания в слое песка в диапазоне 1-10 Кгц и энергию кзвитирующего пузырька, образующегося в зоне разрежения и схлопывающегося в зоне сжатия волны, определяют иэ выражения

Е П и 4/3 Ро. где Ро — давление, обусловленное слоем песка «!а осйовной грунт, кг/см:

R — размер кавитирующего пузырька, мм, На фиг,1 приведена схема осуществления способа; иа фиг.2 — величины порогов кавитации в выбранном диапазоне частот; на фиг.3 — изменение радиуса кавитационного пузырька R во времени при постоянном давлении Р = 10 Па на частоте 10 Кгц, где а— б

Р =10 Па, в — P =5.10 Па,c — Р =10 Па.

Она содержит основной грунт 1, слой песка 2, скважины для размещения виброисточников 3, виброисточники 4, компрессор 5 высокого давления ЭУ-5 или ЭУ-7, электронный блок 6 управления для синхронизации работы группы виброисточников (блок согласования), микропроцессорный блок 7. блок памяти 8, пультовый терминал

9, цифропечатающее устройство 10.

Способ осуществляют следующим образом, С помощью датчиков давления горных пород, устанавливаемых в контрольную скважину, определяют поле напряжений и главные векторы î«и m в основном грунте, где требуется вызвать колебания. В основном грунте 1 делают котлован, бурят в нем скважины 3 глубиной 2-3 м, размещают в них виброисточники 4 и заполняют скважины 3 упруго-вязким телом, в качестве материала которого используют кварцевый песок, скальный грунт и другие минеральные добавки вперемешку с водой, причем величину акустического сопротивления ос2002961 новного грунта упруго-вязкого тела выбирают равной величине акустического сопротивления основного грунта для лучшей передачи энергии упругих колебаний от источника в основной грунт 1 и слой песка 2.

Направление воздействия источников 4 совпадает с одним из главных напряжений в основном грунте 1, то есть оси источников

4 устанавливают в плоскости, проходящей через линию действия максимального главного напряжения, Максимальный диаметр скважин 3 выбирают, исходя из оптимальных условий возбуждения упругих колебаний в выбранном диапазоне частот от 50 до 600 Гц, при которых имеет место максимальная закачка упругой энергии в тело основного грунта и слоя песка 2, Дпя выбранного диапазона частотдиаметр скважин равен 300-500 мм.

Скважины с размещенными в них виброисточниками 4 бурят в шахматном порядке с шагом 10х10 м, что позволяет использовать виброисточники для уплотнения песков.

Время синхронной работы группы виброисточников определяют используя ИВКинформационно-вычислительный комплекс, в который входят микропроцессорный блок 7, блок памяти 8, пультовой терминал 9. цифропечатающее устройство

10. Время синхронной работы группы виброисточников зависит от обводненност» грунта 1 и слоя песка 2 и обусловлено весом слоя песка на основной грунт.

Работу группы виброисточников контролируют геомеханическими методами с использованием тензодатчиков, посредством которых регистрируют импульсы давления воды, определяют их спектры и управляют формой возбуждаемых волн в выбранном частотном диапазоне сопоставлением пспученных в полевых условиях спектров со спектрами и формой волн давления в лабораторных условиях.

Воздействие Iia слой песка осуществляют поэтапно; вначале приводят в возбужденное состояние основной грунт в диапазоне

50-600 Гц в совокупности с нагнетанием в песок воды и пр-i достижении амплитуды давления в знакопеременной волне, равной по величине напряжениям, обусловленным весом слоя песка на грунт, вибровоздействия прекращают и переходят на частотусобственных колебаний слоя песка и вибровоздействия производят в течение времени, при котором достигают положительного эффекта.

В том случае, если слой песка весьма значителен — от 5 м и более, для повышения эффективности CI".oñoáý в песок нагнетают

40 волны совпадает с направлением распространения миграции жидкости, Перечислен50

30 воду, нагретуюдо 80 С, и вибровоздействия осуществляют в диапазоне 1- 10 кГц, для чего экспериментально выбирают порог кавитации при давлениях 1-10 атм и в направлении волн сжатия и растяжения, порождаемых мощными вибрационными колебаниями, в зоне разрежения упругой волны в слое песка возникают гидроразрывы — мельчайшие пузырьки, заполненные паром и газом и схлопывающиеся в зоне сжатия упругой волны. При захлопывании кавитирующего пузырька (фиг.2 и фиг,3) возникают сильные возмущения в слое песка, что проявляется в виде микро- и микроударных возмущений, способствующих уплотнению песка на значительных расстояниях— до 10-20 длин Gorr H ocHQBHCA частоты.

Сущность способа состоит в том, что под воэдействием мощных вибрационных нагрузок на f1óòè распространения упругой волны в слое песка возникают волны сжатия и растяжения. OHLl выэыва1от миграц»1о флюидов — жидкостей и газов, содержащихся в слое песка, и содействуют их миграции во много раз быстрее, чем в отсутствие упругой волны. Пр1 нагнетании в слой песка воды»ли растворов, нагретых до 80ОС, при условии, что направление нагнетания воды совпадает с напpaвлениеiи распространения упругой волны, возникают кавит»рующие процессы B диапазоне 1 — 10 кГц и пр» этом резко возрастает проницаемость IQc ков, Кавитирующие процессы»меют GQI.o ятностный характер и имеот место при условии, что частота собственных колебаний жидкости, содержащейся в песка, бл»зка к частоте зоiiäl рующ»х упругих импульсов, то есть к области резонанса, когда направление распространения упругой ные факторы способствуют повышению гидро- и аэродинамических связей в слое песка и ь конечном итоге приводит к перераспределению поля упругих напряжений и уплотнению песка на пути распрос1ранения мощных вибрац1тонных нагрузок.

Преимущества способа закл1очаются в том, что»спользовьние в»ороисточн»ков НО предлагаемому способу позволяет: создать Опт»мальные условия воэбужден»я упругих колебаний в слое песка в в:— бранном диапазоне частот в режиме

HàêoriëåHèë упругой энергии путем зàvà÷êè при неизменных контактных условиях;

cнизить энергоемкость способа; повысить проницаемость песков эа счет упругого миграц»о IHoro геозффекта» эффектов кавитации, име1ощих место при нагн ràII»11 в слой песка нагретых растворп.з;

2002961 повысить производительность труда в несколько раз и увеличить эффективность способа, Использование предлагаемого способа позволяет а несколько раз повысить произФормула изобретения

1. СПОСОБ УПЛОТНЕНИЯ ПГСКОВ, включающий определение векторов главных напряжений в массиве, бурение скважин, установку в них невзрывных пневматических источников, причем направление действия виброисточников располагают параллельно направлению действия главного напряжения, заполнеHNB скважин упруговязким материалом, синхронизацию работы источников и возбуждение в массиве колебаний, увеличение их амплитуды до величины, при которой напряжения в массиве достигнут половины от разрушающих, и поддержание;ìïëèòóäû колебаний на этом уровне до достижения положительного эффекта. отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности за счет увеличения скорости уплотнения песков и снижения энергоемкости, виброисточники размещают и грунте, на котором размещен слой песка, а вибровоздействия осуществляют поэтапно: на первом этапе приводят локальный участок грунта со слоем песка в возбужденное состояние в диапазоне 50600 Гц и в течение времени до достижения амплитуды давления в знакопеременной упругой волне величины напряжений, обусловленных весом песка на грунт, а затем поддержива1от амплитуду колебаний па достигнутом уровне перехода на частоту колебаний, равную собственной частоте слоя песка, и в течение времени до полноводительность труда и снизить энергоемкость способа. (56) Авторское свидетельство СССР

5 М 1696731, кл. Е 21 F 5/00. 1989. го уплотнения песков, ///2 2. Способ по и .1, отличающийся тем, что во время вибро-. воздействия осуществляют региональное

"0 увлажй ение песка водой.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, . что виброисточники размещают в основном грунте под слоем песка в шахматном

15 порядке с шагом 10 ° 10 м.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что регистрируют тензодатчиками импульсы давления, определяют их спектры и управляют формой возбуждения волн

20 давления в выбранном диапазоне частот.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что величину акустического сопротивления упруговязкого тела, которым заполняют скважины в грунте с размещенными в них

25 виброисточниками, выбирают равным величине акустического сопротивления основного грунта.

6. Способ по п,1, отличающийся тем, 0 что увлажнение песка производят водой, нагретой до 80 С, возбуждают колебания в слое песка в диапазоне 1 - 10 кГц и энергию кавитирующего пузырька, образующегося в зоне разрежения. упругой волны и

35 схлопывающегося в зоне сжатия волны, определяют из выражения

Е-П R — Рс з4

3 где Рс-давление, обусловленное слоем пе40 ска на основной грунт, кг/см2;

8 - размер кавитирующего пузырька, мм.

2002961

1 л Ч

NBd < 1ß, Ц ) jg

7 у с

<: Д

46

4 10 C,ñ

Ъ 6

1 Ю 7Ю рР фут 5

Составитель А, Бакулин

Редактор Е. Полионова Техред M.Moðãåíòàë Корректор, А. Мотыль

Тираж Подписное

НПО "Поиск" Роспатента

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

Заказ 3224

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