Експериментальне обґрунтування геофізичного методу ПІЕМПЗ для вирішення інженерно-геологічних задач
DOI:
https://doi.org/10.26565/2410-7360-2019-51-08Ключові слова:
метод природного імпульсного електромагнітного поля Землі, метод вертикального електричного зондування, одометр, пухкі породи, електромагнітне випромінювання, ґрунтові гідротехнічні споруди, діагностика технічного стануАнотація
В наш час діагностування технічного стану гідротехнічних споруд (ГТС),водогосподарського комплексу також як і локалізації ділянок, які потребують першочергового ремонту, є досить актуальними науково-практичними задачами. Багаторічні польові дослідження показали високу ефективність застосування геофізичного методу природного імпульсного електромагнітного поля Землі (ПІЕМПЗ) для виявлення зон підвищеної фільтрації і порушень в тілі ґрунтових ГТС. Вперше були проведені лабораторні дослідження для аналізу характеру генерації електромагнітного випромінювання (ЕМВ) в зразках пухких ґрунтів під час їх навантажень, щоб експериментально обґрунтувати можливість використання швидкого і маловитратного (за часом та фінансами) методу ПІЕМПЗ для діагностування технічного стану ґрунтових ГТС водогосподарського призначення. Результати експериментальних досліджень дозволили встановити основні закономірності розвитку коливань ЕМВ в ґрунтовій товщі під час її стиснення та обводнення, що пояснює можливість визначення зон фільтрації та замочування в тілі ґрунтових ГТС. Ефективність застосування геофізичного методу ПІЕМПЗ розглянута на прикладі регулюючого басейна (РБ) Калинівської зрошувальної системи, розташованого в Синельниківському районі Дніпропетровської області. Дослідження технічного стану регулюючого басейну проведено в комплексі з «кількісним» методом вертикального електричного зондування, який доповнив дані зйомки ПІЕМПЗ. Достовірність результатів зйомки підтверджується збіжністю рисунка поля ПІЕМПЗ, отриманого в результаті моніторингу РБ в 2013 р. і 2017 р. Економічна доцільність впровадження не руйнуючого методу для діагностики технічного стану гідротехнічних споруд зрошувальних систем підкреслюється необхідністю покращення еколого-меліоративного стану прилеглих територій.
Посилання
Metodyka provedennya naturnykh obstezhenʹ zemlyanykh hrebelʹ i zakhysnykh damb vodohospodarsʹkoho pryznachennya. Posibnyk do VBN V.2.4-33-2.3-03-2000 «Rehulyuvannya rusel richok. Normy proektuvannya». [Methodology to perform field examination of earth dams and protective dams of hydroeconomic purpose. Manual for BCS В.2.4-33-2.3-03-2000 “River correction. Design standards”]. (2003). Kyiv: Institute of Hydroengineering and Melioration of the UAAS, 36. URL: http://ep3.nuwm.edu.ua/2809/1/nd121%20zah.pdf.
Pikarenia, D.S., Orlinskaia, О.V. (2009). Opyt primeneniia metoda yestestvennogo impul'snogo elektromagnitnogo polia Zemli (YEIEMPZ) dlya resheniia inzhenerno-geologicheskikh i geologicheskikh zadach [Practice of applying the method of natural pulse electromagnetic field of Earth (NPEMFE) to solve engineering and geological problems]. Dnepropetrovsk, Ukraine: SVIDLER, 120.
Orlinska, О. V., Chushkina, І. V., Pikarenia, D. S. (2018). Monitorinh tekhnichnoho stanu rehulyuyuchoho baseynu Kalynivsʹkoyi zroshuvalʹnoyi systemy heofizychnymy metodamy [Monitoring of technical state of the retention basin of Kalynivska irrigation system involving geophysical methods]. Proceedings from mizhnarodnoyi naukovo-praktychnoyi konferentsiyi «Pryroda dlya vody» – The International scientific and practical conference “Nature for Water”. (pp. 204-205). Kyiv: Institute of Water Problems and Melioration of the NASU [in Ukrainain].
Orlinska, О. V., Chushkina, І. V. Piiatnytsia І. V. &, Pikarenia D. S. (2015). Tekhnichnyy stan hidrotekhnichnykh sporud Dnipropetrovsʹkoyi oblasti [Technical state of hydroengineering structures of Dnipropetrovsk Region]. Newsletter of the National University of Water and Environmental Engineering, 3, 143–150 [in Ukrainain].
Orlinska, О. V., Pikarenia D. S., Maksymova N. М., Hapich H. V. & Ishchenko V. М. (2012). Otsinka mitsnostnykh vlastyvostey gruntovykh damb metodom pryrodnoho impulʹsnoho elektromahnitnoho polya Zemli [Evaluating strength properties of earth dams involving the method of natural impulse electromagnetic Earth’s field]. Collection of scientific papers of the NMU, 37, 17–23 [in Ukrainain].
Pikarenia, D. S., Orlinska О. V., Maksymova N. N., Hapich H. V., Chushkina І. V. &, Nakonechny V. H. (2018). Vyyavleniye zon fil'tratsii vody iz orositel'nykh sistem geofizicheskim metodom [Detecting filtration zones of irrigation systems by geophysical method]. Proceedings from mezhdunarodnaya nauchno-prakticheskaya konferentsiya «Geosistemnyy podkhod k izucheniyu prirodnoy sredy Respubliki Kazakhstan» – The International scientific and practical conference “Geosystematic approach to studying natural environment of the Republic of Kazakhstan”. (pp.26-30). Astana: L.M. Gumiliov Eurasian National University. 2. [in Russian]
Vorobiov, А. А. (1977). Mekhanoelektricheskiye yavleniia preobrazovaniia energii pri plasticheskoy deformatsii tverdykh tel [Mechanoelectric phenomena of energy transformations in terms of plastic deformation of solid bodies]. Tomsk, Russia: TPI, 92.
Cheban, V. D. (2001). Metod pryrodnoho impulʹsnoho elektromahnitnoho polya Zemli. Deyaki aspekty zastosuvannya [Method of natural impulse electromagnetic Earth’s field. Some aspects of its application]. // Geophysical journal, 23(4), 112–121 [in Ukrainain].
Kuzmenko, E.D. Vdovina Ye. P., Cheban V. D. (2002). Ob ispol'zovanii nekotorykh elektricheskikh parametrov pri prognoze opolznevykh yavleniy [On using some electric parameters while predicting landslides]. Scientific Bulletin of the NMAU, 4, 89–91 [in Russian].
Salomatin, V. N. (2009). Mnogoletniy opyt primeneniia metoda YEIEMPZ pri reshenii kompleksa zadach v Ukraine [Long-term experience of applying the NPEMFE method while solving a complex of tasks in Ukraine]. Proceedings from Mezhdunarodnaya nauchnaya konferentsiya «Stanovleniye i razvitiye nauchnykh issledovaniy v vysshey shkole» –The International scientific conference “Origin and development of scientific studies in the higher educational institutions”. (pp. 384-391). Tomsk: Ed. House of TPU. 2. [in Russian].
Bespalko, А. А., Yavorovich L. V. (2009). Fizicheskoye modelirovaniye mekhanoelektricheskikh preobrazovaniy v obraztsakh gornakh porod [Physical modeling of mechanoelectric transformations within the rock samples]. Proceedings from Mezhdunarodnaya nauchnaya konferentsiya «Stanovleniye i razvitiye nauchnykh issledovaniy v vysshey shkole» –The International scientific conference “Origin and development of scientific studies in the higher educational institutions”. (pp. 306-313). Tomsk: Ed. House of TPU. 2. [in Russian].
Yakovishina, G. Ye. (2007). Razrabotka metoda i izmeritel'nykh sredstv diagnostiki kriticheskikh sostoyaniy gornykh porod na osnove elektromagnitnoy emissii [Developing a method and measuring means to diagnose critical states of rocks on the basis of electromagnetic emission]. Mining Institute of Siberian Branch of Russian Academy of Sciences. Novosibirsk. 45.
Bespalko, А. А. (2019). Fizicheskiye osnovy i realizatsiia metoda elektromagnitnoy emissii dlya monitoringa i kratkosrochnogo prognoza izmeneniy napryazhenno-deformirovannogo sostoyaniia gornykh porod [Physical basics and implementation of the method of electromagnetic emission to monitor and short-term prognosis of changes in stress-strain state of rocks]. Tomsk. 395.
Yavorovich, L. V. (2005). Vzaimosvyaz' parametrov elektromagnitnykh signalov s izmeneniyem napryazhenno-deformirovannogo sostoyaniia gornykh porod [Interconnection between the parameters of electromagnetic signals with changes in stress-strain state of rocks]. Tomsk. 190.
Sedlak, P., Sikula, J., Lokajicek, T., Mori, Y. (2008). Acoustic and electromagnetic emission as a tool for crack localization. Meas. Sci. Technol., 19, 4, 1–7. https://doi.org/10.1088/0957-0233/19/4/045701
Trubetskoi, К. N., Viktorov, S. D., Osokin, А. А., Shliapin, А. V. (2017). Prognoz gornykh udarov na osnove kontrolya emissii submikronnykh chastits pri deformirovanii i razrushenii gornykh porod [Prognosis of rock hits based on the control of submicron particles emission in terms of rock deformation and disintegration]. Mining journal, 6, 16–20 [in Russian].
Naoi, M., Otsuki, K., Nakatani, M. Yabe, Y. (2015). Steady activity of microfractures on geological faults loaded by mining stress. Tectonophysics, 649, 100–114.
Vavilov, V., Świderski, W., Derusova, D. (2015). Ultrasonic and optical stimulation in IR thermographic NDT of impact damage in carbon composites. Quantitative InfraRed Thermography Journal, 12(2), 162–172.
Bespalko, А. А., Yavorovich L. V., Yeremenko А. А., Shtirts V. А. (2018). Elektromagnitnaya emissiya gornykh porod posle vzryvov [Electromagnetic emission of rocks after blasting]. FTPRPI, 2, 10–18 [in Russian].
Cornet, F. H. (2016). Seismic and aseismic motions generated by fluid injections. Geomech. Energy Environ., 5, 42–54.
Balageas, D., Maldague, X., Burleigh, D., Vavilov, V. P., Oswald-Tranta, B., Roche, J. M. et al. (2016). Thermal (IR) and Other NDT Techniques for Improved Material Inspection. Journal of Nondestructive Evaluation, 35(1), 1–17. https://doi.org/10.1007/s10921-015-0331-7
Hagag, W. & Obermeyer, H. (2016). Detection of active faults using EMR Technique and Cerescope at Landau area in central Upper Rhine Graben, SW Germany. J. Appl. Geophys., 124, 117–129.
Zang, A., Stephansson, O., Stenberg, L., Plenkers, K., Specht, S., Milkereit, C., et al. (2017). Hydraulic fracture monitoring in hard rock at 410 m depth with an advanced fluid-injection protocol and extensive sense or array. Geophys. J. Int., 208, 790–813. https://doi.org/10.1093/gji/ggw430
Rubinstein, J. L. & Mahani, A. B. (2015). Myths and Facts on waste water injection, hydraulic fracturing, enhanced oil recovery, and induced seismicity, Seismol. Res. Lett., 86(4), 1060–1067.
Zaitsev, V. Yu., Kolpakov, А. B., Nazarov, V. Ye. (1999). Detektirovaniye akusticheskikh impul'sov v rechnom peske. Eksperiment [Detecting acoustic pulses within the river sand. Experiment]. Acoustic journal, 45(2), 235–241 [in Russian].
Bessmertnyi А. F. & Solomatin V. N. (1999). Resheniye inzhenerno-geologicheskikh zadach na osnovanii rezul'-tatov nablyudeniy yestestvennogo ímpul'snogo elektromagnitnogo polya Zemli [Solving engineering and geological problems based on the results of observation for natural impulse electromagnetic Earth’s field]. Geophys. Journal, 21(1), 119–126 [in Russian].
Dolgii, М. Ye. & Katayev, S. G. (2015). Issledovaniye yestestvennogo elektromagnitnogo polya Zemli [Studying natural impulse electromagnetic Earth’s field]. Newsletter of Tomsk State University, 2(34), 61–70 [in Russian].
Bespalko, А. А., Yavorovich, L. V., Viitman, Ye. V. & Fedotov, P. I. (2008). Mekhanoelektricheskiye preobrazovaniya v gornykh porodakh Tashtagol'skogo zhelezorudnogo mestorozhdeniya [Mechanic -electric transformations within the rocks of Tashagolsky iron ore deposit]. Geodynamics, 1(7), 54–60 [in Russian].
Bespalko, А. А., Yavorovich, L. V., Kolesnikova, S. I., Bukreyev V. G., Mertvetsov A. N. & Fedotov P.I. (2011). Issledovaniye izmeneniy kharakteristik elektromagnitnykh signalov pri odnoosnom szhatii obraztsov gornakh porod Tashtagol'skogo rudnika [Studying changes in characteristics of electromagnetic signals in terms of uniaxial compression of rock samples of Tashagolsky iron ore deposit]. News of HEIs. Physics,1/2, 78–84 [in Russian].
Yakovitskaia, G. Ye. (2008). Metody i tekhnicheskiye sredstva diagnostiki kriticheskikh sostoyaniy gornykh porod na osnove elektromagnitnoy emissii [Methods and technical means to diagnose critical state of rocks on the basis of electromagnetic emission]. Novosibirsk, Russia: Parallel, 315.
Yakovishina, G. Ye. (2007). Razrabotka metoda i izmeritel'nykh sredstv diagnostiki kriticheskikh sostoyaniy gornykh porod na osnove elektromagnitnoy emissii [Developing a method and measuring means to diagnose critical states of rocks basing on the electromagnetic emission]. Mining Institute of Siberian Branch of Russian Academy of Sciences. Novosibirsk. 45.
Aydin, A., Prance, R. J., Prance, H., Harland, C.J. (2009). Observation of pressure stimulated voltage in rocks us in gan electric potential sensor. Applied Physics Letters, 95(12). https://doi.org/10.1063/1.3236774
Osnovy ta pidvalyny budynkiv i sporud. Grunty. Metody laboratornoho vyznachennya fizychnykh vlastyvostey [Bases and foundations of buildings and structures. Grounds. Methods of laboratory analysis of physical properties]. (2010). DSTU B V.2.1-17:2009 from 1st October 2010. Kyiv: Ministry of Energy and Construction of Ukraine [in Ukrainian].
Osnovy ta pidvalyny budynkiv i sporud. Grunty. Metody laboratornoho vyznachennya kharakterystyk mitsnosti i deformatyvnosti [Bases and foundations of buildings and structures. Grounds. Methods of laboratory analysis of strength and deformability properties]. (1996). DSTU B V.2.1-4-96 from 1st April 1997. Kyiv: Ministry of Energy and Construction of Ukraine. [in Ukrainian].
Ruban, S. А., Shinkarevskii, М. А. (2009). Hidroheolohichni otsinky ta prohnozy rezhymu pidzemnykh vod Ukrayiny [Hydrogeological evaluation and prognosis of the ground water mode in Ukraine]. Kyiv: UkrDGRI, 572.
Osnovy ta pidvalyny budynkiv i sporud. Grunty. Klasyfikatsiya [Bases and foundations of buildings and structures. Grounds. Classification]. (1996). DSTU B V.2.1-2-96 from 1st October 1996. Kyiv: Derzhkommistobuduvannya Ukraine [in Ukrainian]
Zhelezniakov, G. V., Ibudzade Yu. А., Ivanov P. L. [et al.] (1983). Gidrotekhnicheskiye sooruzheniia (Spravochnik proyektirovshchika) [Hydroengineering structures (Manual of designer)]. Мoskow, Russia: Stroiizdat, 543.
##submission.downloads##
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2020 Iryna Viktorivna Chushkina, Dmytro Serhiiovych Pikarenia, Olha Viktorivna Orlinska, Nataliia Mykolaivna Maksymova
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:- Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).
