Полевые методы определения плотности, влажности
Метод индикаторов предназначен для исследования фильтрации в гидротехнических сооружениях и грунтах. Для изучения движения фильтрационных потоков эффективным является метод радиоактивных индикаторов - меченых атомов. Этот метод заключаетсяв определении основных закономерностей движения фильтрационного потока по движению индикатора - радиоактивного химического соединения, введенного в движущийся поток. Радиоактивный индикатор и его концентрация в фильтрационном потоке обнаруживаются по радиоактивному излучению при помощи радиоизотопных измерительных устройств.
Радиоактивные индикаторы имеют ряд преимуществперед такими индикаторами, как соли или красители, так как они обладают:
- способностью при чрезвычайно малых массовых концентрациях индикатора быть обнаруживаемыми в фильтрационном потоке, благодаря чему раствор индикатора не меняет своей плотности;
- легкостью обнаружения и измерения концентрации непосредственно в потоке благодаря наличию проникающего радиоактивного излучения; большим разнообразием радиоактивных соединений с различными физико-химическими свойствами;
- большим количеством короткоживущих радиоактивных изотопов, распадающихся через малые промежутки времени.
Преимущества метода радиоактивных индикаторов проявляются при изучении движения окрашенных, сильно минерализованных потоков, передвигающихся с большими скоростями при неоднородном строении пласта, т. е. тогда, когда применение других методов результата не дает. Оказывается возможным установить направление фильтрационного потока, пути фильтрации, скорость фильтрации и среднюю скорость движения воды в порах грунта, расход воды и коэффициент фильтрации.
Параметры фильтрационного потока могут быть определены в береговых сопряжениях, в основании и в самом теле гидротехнических сооружений. При помощи индикаторов можно оценить режим работы дренажных систем и систем водопонижения, установить наличие сосредоточенной фильтрации в железобетонных элементах сооружений, искусственных противофильтрационных завесах, экранах и шпунтовых стенках.
Для проведения исследований используется либо куст скважин, либо одна скважина (рис.7.10).
В пусковую скважину погружается индикатор при помощи специального устройства, взрывающего ампулу с индикатором и обеспечивающего мгновенное распространение радиоактивного вещества в рабочей полости скважины. Затем в пусковую или наблюдательные скважины опускают детектор, измеряющий изменение концентрации радиоактивного вещества в различных точках скважины по высоте, что позволяет установить скорости фильтрации в разных частях основания или сооружения и выявить зону распространения вещества.
Концентрация радиоактивного индикатора и ее изменение определяются по изменению интенсивности радиоактивного излучения в скважине в отобранной пробе воды (количества импульсов N, зарегистрированных в единицу времени). Для определения направления потока ведется наблюдение за изменением концентрации индикатора в наблюдательных скважинах. Сложные задачи по определению путей сосредоточенной фильтрации могут решаться, если производить запуск в нескольких пусковых скважинах радиоактивных индикаторов, отличающихся видом или энергией излучения. В этом случае концентрация различных индикаторов в наблюдательных скважинах определяется раздельно для каждого индикатора.
Скорость движения воды в порах грунта определяется по наблюдательным скважинам. Значение действительной скорости движения потока И определяется по формуле:
В качестве индикаторов применяютхимические соединения радиоактивного трития, натрия - 24, серы - 35, железа - 59, брома - 82, рубидия - 86 и иода -131. Следует по возможности выбирать соединения и изотопы, слабо сорбирующиеся на грунтах данного состава, с тем, чтобы уменьшить потери индикатора.
Заслуживает особого внимания методика использования природных радиоактивных индикаторов для изучения различных форм движения влаги в природе. Природными индикаторами являются стабильные изотопы (дейтерий и кислород-18), а также радиоактивные изотопы, непрерывно образующиеся в верхних слоях атмосферы в результате ядерных реакций частиц космического происхождения с атомами элементов, составляющих атмосферу. Вместе с атмосферной влагой в почве и грунте природные индикаторы образуют радиоактивные метки. Если систематически определять содержание радиоактивных изотопов космического происхождения в выпадающих осадках, а также фиксировать количество выпавших осадков, то дальнейшее движение выпавшей влаги можно наблюдать во времени и пространстве.
Космогенные индикаторы (тритий, бериллий - 7; бериллий - 10, углерод - 14, натрий - 22, кремний - 32, фосфор - 32, сера - 35, хлор - 36) обладают различными периодами полураспада. Особенный интерес представляет тритий, который по своим свойствам практически не отличается от водорода. При миграции влаги тритий в результате изотопного обмена трития и водорода распределяется между различными формами влаги в материале - кристаллической, капиллярной и жидкой. Использование тритиевой метки позволило доказать изотопообменную подвижность связанной воды в пористых материалах и грунтах.
Использование способа вытеснения водородаобычной воды тритием позволило изучить формы связи влаги со скелетом грунта (рис.7.11). Изотопное равновесие, то есть равное количество уходящих и приходящих атомов трития, наступает сначала в свободной влаге, затем - в механически связанной, а далее в зоне физико-химических связей и, наконец, в скелете грунта. Наблюдения за темпом уменьшения концентрации исходного раствора трития, в который помещена проба грунта, позволяют количественно оценить соотношение форм связи влаги со скелетом.
Пробы грунта погружаются в тритиевую воду, затем строятся зависимости изменения концентрации трития во времени в полулогарифмическом масштабе. Характерные участки полученной зависимости (рис.7.II) позволяют судить о характере связи со скелетом материала. 1, 2, 3, 4 - интервалы, которые характеризуют изотопный обмен с различными фазами.
Полевые методы определения плотности, влажности
Дата добавления: 2014-12-24; просмотров: 1634;