Электро- и сейсморазведка грунтов

Первый из этих двух геофизических методов разведки (электроразведка) базируется на измерении электросопротивления грунтов, которое оказывается различным для различных пород и разных условий их залегания. Эти измерения проводятся с помощью электродов, располагаемых на поверхности. Плотная скальная порода имеет весьма высокое электросопротивление. Сопротивление прочих скальных пород и грунтов понижается с увеличением количества солей, содержащихся в поровом растворе. Следовательно, если известен общий характер подстилающих проектируемое сооружение грунтов, например при проходке нескольких скважин, условия залегания некоторых покровных разновидностей грунтов могут быть быстро без больших затрат установлены с помощью электроразведки. Согласно Шепарду, метод электроразведки оказывается наиболее эффективным при изучении толщи мощностью не более 100 футов.

Сейсморазведка грунтов используется для установления границ залегания пластов грунтов с различной плотностью и, особенно, контакта между покровной толщей грунтов и скалой. Этот метод основан на том, что скорость распространения продольных волн увеличивается с плотностью материала. В различных грунтах она колеблется в пределах 500—8000 фут/сек, в то время как в большинстве невыветрелых и здоровых скальных пород эта скорость превышает 6000 фут/сек и может достигать 25000 фут/сек. Скорость распространения волн в воде составляет 4700 фут/сек; отсюда следует, что метод сейсморазведки может успешно применяться для определения глубины залегания здоровой скалы даже тогда, когда кровля скальной толщи залегает ниже уровня грунтовых вод. Волны обычно вызываются взрывом заряда динамита на дневной поверхности. Возникающие при этом волны улавливаются с помощью нескольких детекторов, располагаемых на различных расстояниях от места взрыва, и одновременно регистрируются на одну и ту же ленту осциллографа. Исследования такого рода должны проводиться только специально обученными людьми. Согласно Шепарду, сейсморазведка успешно используется инженерным корпусом США для выбора по возможности наиболее благоприятных створов плотин с определением мощности покровной толщи и глубины залегания кровли скальных пород, а также степени их выветрелости. Само собой разумеется, что на выбранных створах в последующем обязательно проводится бурение скважин.

В тех случаях, когда с помощью скважин установлена природа грунтов, слагающих обследованную толщу, представляется возможным оценить в допустимых пределах происшедшие изменения плотности толщи грунта в целом, сопоставляя замеренную скорость прохождения волн с первоначальной. Этот способ использовался в Германии при предварительной оценке эффективности различных возможных методов уплотнения рыхлых чистых песков in situ. До уплотнения этих песков скорость распространения сейсмических волн в толще составляла 490 фут/сек; после их уплотнения с помощью песчаных свай типа Франки она возросла до 1410 фут/сек. Уплотнение чистых песков виброфлотационным методом привело к увеличению скорости распространения в них волн до 1840 фут/сек. Позже X. Лоренц лично сообщил Чеботареву, что для изучения строения грунтовой толщи по профилям длиной менее 325 футов волны в процессе проведения им исследований создавались сбрасыванием на поверхность грунта груза весом 45 фунтов с высоты 6 футов. Взрывы использовались только для изучения структуры толщи при построении геологических профилей длиной более 325 футов. При этом было установлено, что имеется возможность использования для исследований на более коротких дистанциях — порядка 100 футов — при наличии весьма чувствительных регистрирующих приборов просто ударов кувалдой по металлической плитке размером 4х4 дюйма, лежащей на поверхности грунта.

Иногда сейсмические волны возбуждаются воздействием на грунтовую толщу непрерывной вибрации. Расшифровка полученных при этом виброграмм оказывается несколько более сложной, чем в случае применения при исследовании одиночных импульсов.