Поправка на щільність грунту при визначенні його вологості нейтронними вологомірами
Експериментально підтверджена запропонована авторами поправка на щільність грунту при визначенні його вологості нейтронними вологомірами. Поправка уможливлює побудову єдиної градуювальної залежності для усього діапазону можливих змін щільності грунту. Використання поправки на щільність грунту спрощу...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Доповіді НАН України |
|---|---|
| Дата: | 2012 |
| Автори: | , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Українська |
| Опубліковано: |
Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
2012
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/49334 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Поправка на щільність грунту при визначенні його вологості нейтронними вологомірами / А.Ю. Кетов, С.О. Iващенко, С.Т. Звольський // Доп. НАН України. — 2012. — № 3. — С. 118-122. — Бібліогр.: 5 назв. — укр. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859823064014913536 |
|---|---|
| author | Кетов, А.Ю. Іващенко, С.О. Звольський, С.Т. |
| author_facet | Кетов, А.Ю. Іващенко, С.О. Звольський, С.Т. |
| citation_txt | Поправка на щільність грунту при визначенні його вологості нейтронними вологомірами / А.Ю. Кетов, С.О. Iващенко, С.Т. Звольський // Доп. НАН України. — 2012. — № 3. — С. 118-122. — Бібліогр.: 5 назв. — укр. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Доповіді НАН України |
| description | Експериментально підтверджена запропонована авторами поправка на щільність грунту при визначенні його вологості нейтронними вологомірами. Поправка уможливлює побудову єдиної градуювальної залежності для усього діапазону можливих змін щільності грунту. Використання поправки на щільність грунту спрощує інтерпретацію показань нейтронного вологоміра.
Экспериментально подтверждена предложенная авторами поправка на плотность грунта при определении его влажности нейтронными влагомерами. Поправка делает возможным построение единой градуировочной зависимости для всего диапазона возможных изменений плотности грунта. Использование поправки на плотность грунта упрощает интерпретацию показаний нейтронного влагомера.
The correction factor on the density of soil at the determination of its moisture by neutron moisture gauges, which was proposed by authors, is experimentally confirmed. The correction factor makes it possible to construct the common graduate relation for the whole range of possible changes of the soil density. The use of the correction factor simplifies the interpretation of the readings of neutron moisture gauges.
|
| first_indexed | 2025-12-07T15:27:12Z |
| format | Article |
| fulltext |
УДК 550.835
© 2012
А.Ю. Кетов, С.О. Iващенко, С. Т. Звольський
Поправка на щiльнiсть грунту при визначеннi його
вологостi нейтронними вологомiрами
(Представлено академiком НАН України В. I. Ляльком)
Експериментально пiдтверджена запропонована авторами поправка на щiльнiсть грун-
ту при визначеннi його вологостi нейтронними вологомiрами. Поправка уможливлює
побудову єдиної градуювальної залежностi для усього дiапазону можливих змiн щiль-
ностi грунту. Використання поправки на щiльнiсть грунту спрощує iнтерпретацiю
показань нейтронного вологомiра.
Визначення вологостi грунту в умовах in situ ефективно й оперативно виконано за допо-
могою нейтрон-нейтронного методу за повiльними нейтронами (ННМ-п), який реалiзується
у виглядi нейтронного каротажу вологостi (НК-п).
Суть ННМ-п полягає в опромiненнi дослiджуваного грунту швидкими нейтронами ста-
цiонарного джерела, реєстрацiї детектором повiльних нейтронiв на певнiй вiдстанi вiд дже-
рела по стовбуру свердловини. Повiльнi нейтрони утворюються внаслiдок взаємодiї швид-
ких нейтронiв джерела з ядрами атомiв, якi складають грунт насамперед з ядрами атомiв
водню. Показання детектора (вологомiра) знiмались у виглядi швидкостi лiчби повiльних
нейтронiв, частiше у дискретнiй формi (поточковi вимiрювання).
Свердловиннi нейтроннi вологомiри в цих дослiдженнях працюють у доiнверсiйнiй зонi
довжин зонда (вiдстанi вiд джерела до середини довжини лiчильника нейтронiв). У цiй
зонi збiльшення об’ємної вологостi грунту WV (%) приводить до зростання показань воло-
гомiра I0 (iмп/с). Графiчно градуювальнi залежностi таких вологомiрiв наближаються до
прямої лiнiї зi зменшенням довжини зонда L до нульового значення. Для таких вологомiрiв
(при сталiй щiльностi сухого незасоленого грунту i при вiдсутностi зв’язаної води глинистих
мiнералiв (W з
V = 0)) iснує однозначна залежнiсть мiж I0 та WV цього грунту:
I0 = f(WV ). (1)
Однак щiльнiсть грунту iстотно змiнюється в геологiчному розрiзi, що призводить до
похибок у визначеннi його вологостi. Так, за даними Olgaard [1], змiна щiльностi сухого
грунту ρd (г/см3) непорушеної структури на 0,1 г/см3 призводить до абсолютної похибки
визначення його вологостi за повiльними нейтронами, яка дорiвнює 0,8% для WV = 5%
i WV = 1,6% для WV = 35%. У дiапазонi змiни ρd пiщано-глинистих грунтiв, який частiше
становить 1,3–1,8 г/см3, абсолютна похибка визначення WV грунту, що зумовлена його
щiльнiстю, може дорiвнювати 8% i бiльше.
Для того щоб зменшити такi похибки, ДСТУ Б В.2.1–26:2009 [2] рекомендує при iнтер-
претацiї показань нейтронного вологомiра будувати сiмейство емпiричних градуювальних
залежностей I0 вiд WV для значень ρd, що дорiвнюють, г/см3: 0,9, 1,2, 1,5, 1,8, 2,1. Для
118 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2012, №3
кожного значення ρd справджується однозначна залежнiсть (1). Користуватися сiмейством
емпiричних залежностей ДСТУ рекомендує таким чином.
За орiєнтовно вибраним графiком iз сiмейства градуювальних залежностей вологомi-
ра знаходять перше наближення WV . За подальшими графiками, для яких ρd, бiльше на
0,3 г/см3 або менше на 0,3 г/см3, знаходять друге наближення WV . Якщо друге набли-
ження вiдрiзняється вiд першого на величину ∆WV 6 1% абсолютного значення WV , то
його (перше наближення) приймають за реальне значення вологостi грунту WV . В iншому
випадку знаходять третє наближення WV за другим i третiм вибраними графiками. Порiв-
нюють друге й третє наближення WV . Таким чином продовжують випробовувати графiки
залежностей I0 вiд WV , поки чергове наближення WV буде вiдрiзнятися вiд попереднього
на величину ∆WV 6 1%. Це трудомiсткий процес, якщо врахувати те, що щiльнiсть сухого
грунту в його геологiчному розрiзi здебiльшого значно змiнюється. Визначення вологостi
грунту цим способом потребує багато часу на його виконання.
Greacen E. L. i Sharle G. [3] встановили, що поправковим коефiцiєнтом на щiльнiсть
сухого грунту ρd до показань нейтронного вологомiра може бути величина
k =
√
ρd
ρid
, (2)
де ρd — середнє значення щiльностi сухого грунту у вертикальному геологiчному розрiзi
дослiджуваної дiлянки (наприклад, при агрофiзичних дослiдженнях зони активного воло-
гообмiну (2,0–2,5 м)); ρid — щiльнiсть сухого грунту i-го шару дослiджуваної дiлянки; ρd й ρid
вимiрюють за пробами грунту, вiдiбраними у шурфах, якi розташованi по краях дослiджу-
ваної дiлянки [4]. Геологiчнi розрiзи шурфiв репрезентують геологiчний розрiз дiлянки, що
вивчається.
Вiдкоригований iнтерпретацiйний параметр I у цьому випадку має вигляд
I = I0
√
ρd
ρid
(3)
(тут I0 — швидкiсть лiчби нейтронiв, яку вимiрювали вологомiром (показання вологомiра)).
За цим iнтерпретацiйним параметром будують градуювальну залежнiсть вологомiра [3].
Недолiком такого способу [3] є те, що визначення ρd, яке входить до виразу (2), потребує
вiдбирання проб грунту iз шурфiв та лабораторних вимiрювань щiльностi. Це призводить
до збiльшення вартостi робiт, обмежує глибини, на яких доцiльне використання вказаного
способу.
Бiльш вагомим його недолiком є неоднозначнiсть коефiцiєнта k, визначеного для певно-
го горизонту грунту, при рiзних потужностях дослiджуваного шару цього грунту i рiзнiй
лiтологiї.
Нами запропоновано поправковий коефiцiєнт до показань нейтронного вологомiра I0
визначати на щiльнiсть грунту природної вологостi (ρ, г/см3). Тому ми виходили з того, що
максимальне показання короткозондового вологомiра, наприклад типу ВПГР-1 (вологомiр
поверхнево-глибинний радiоiзотопний), отримується у фiзичнiй моделi “прiсна вода” (WV =
= 100%; (ρ = 1,00 г/см3) — 89% його зумовлена киснем i лише 11% — воднем). Добавлення
в цю модель сухого пiщаного грунту спричинить зменшення швидкостi лiчби вологомiра,
що зумовлено воднем, i деяке збiльшення її за рахунок зростання щiльностi середовища
фiзичної моделi.
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2012, №3 119
Рис. 1. Експериментальна залежнiсть iнтерпретацiйного параметра I для приладу ВПГР-1 вiд сумарної
вологостi пiщано-глинистого грунту.
I = 6,1323W
c
V + 62,738, r2 = 0,992
Отже, було встановлено, що видiлити швидкiсть лiчби вологомiра, зумовлену щiльнiстю
грунту, та iдентифiкувати швидкiсть лiчби, що вiдповiдає вологостi цього грунту, можна
при введеннi в показання вологомiра такий поправковий коефiцiєнт:
k =
√
ρв
ρ
, (4)
де ρв — щiльнiсть прiсної води.
Iнтерпретацiйний параметр для вказаного способу визначення вологостi грунту, що вра-
ховує лише швидкiсть лiчби нейтронiв, зумовлену вологiстю (воднем) грунту WV та зв’я-
заною водою глинистих мiнералiв W з
V , є таким:
I = f(WV ,W
з
V ) = I0
√
ρв
ρ
. (5)
Зв’язану воду глинистих мiнералiв W з
V , як i гравiтацiйну, визначають лабораторним
шляхом [2]. k 6 1 для ρ > ρв та k > 1 для ρ 6 ρв (наприклад, для алювiальних глинистих
грунтiв).
Поправковий коефiцiєнт на щiльнiсть грунту вводять безпосередньо у градуювальну
залежнiсть вологомiра при її побудовi для довiльних лiтологiчних прошаркiв пiщано-гли-
нистих грунтiв (будують залежнiсть I вiд W с
V (сумарна вологiсть W с
V = WV + W з
V )), а їх
природну щiльнiсть визначають за допомогою гамма-гамма щiльномiра безпосередньо у до-
слiджуванiй свердловинi. Це значно спрощує, здешевлює та зменшує витрати часу при ви-
значеннi вологостi грунту за ННМ-п.
Експериментальну градуювальну залежнiсть нейтронного вологомiра типу ВПГР-1 [5]
для умов вимiрювання у необсадженiй свердловинi дiаметром 51 мм, побудовану за iн-
терпретацiйним параметром I, що враховує поправковий коефiцiєнт на щiльнiсть грунту
природної вологостi (формула (5)) та вмiст зв’язаної води глинистих мiнералiв, демонструє
рис. 1. Iнтерпретацiю свердловинних вимiрювань за цим графiком починають з внесення
поправкового коефiцiєнта на щiльнiсть грунту до показань вологомiра I0, тобто з наход-
ження iнтерпретацiйного параметра I. Зв’язану воду глинистих мiнералiв вiднiмають вiд
сумарної (W с
V ), визначеної за графiком рис. 1.
120 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2012, №3
Рис. 2. Розподiл сумарної вологостi грунту в свердловинi дослiдного майданчика: 1 — вологiсть грунту W
с
V ,
що визначена за I ; 2 — природна щiльнiсть грунту ρ; 3 — вологiсть грунту WV , що визначена термоваговим
способом; 4 — насипний грунт; 5 — важкий супiсок; 6 — глинистий пiсок
Коректнiсть використання поправки на щiльнiсть грунту за формуламм (4) й (5) пiд-
тверджено експериментальними вимiрюваннями у свердловинi на дослiдному майданчику
Iнституту геофiзики iм. С. I. Субботiна НАН України.
Розподiл об’ємної вологостi грунту W с
V = WV +W з
V за глибиною його залягання в гео-
логiчному розрiзi майданчика iлюструє рис. 2. Графiк 1 iнтерпретацiйного параметра по-
будовано за градуювальною залежнiстю рис. 1. Паралельно наведено графiк 2 розподiлу
природної щiльностi грунту за глибиною його залягання.
Вологiсть грунту, яку визначено за I (рис. 2), добре узгоджується з її контрольними
вимiрюваннями термоваговим способом. Зауважимо, що вмiст води у глинистих мiнералах
(W з
V ), який встановлювали, згiдно з рекомендацiями [2], дорiвнював на глибинах 50. . .70 см
W з
V = 0,7%, а на глибинах 80. . .100 см W з
V = 1,5%. Абсолютна статистична (апаратурна)
похибка вимiрювання вологостi ∆W ст
V становила < 1% (при експозицiї вимiрювання t =
= 100 с (N0 = I0 · t; Nγγ = Iγγ · t); WV = 20%; ρ = 1,80 г/см3).
Таким чином, експериментальним шляхом пiдтверджено, що корегування показань
нейтронного вологомiра шляхом внесення поправкового коефiцiєнта, який визначають на
щiльнiсть грунту природної вологостi, пiдвищує точнiсть i оперативнiсть, знижує вартiсть
виконання робiт по визначенню вологостi грунту, поширює застосування методу на всю зо-
ну аерацiї (незалежно вiд її потужностi). Слiд вiдзначити, що поправковий коефiцiєнт на
щiльнiсть грунту за формулою (4) є однозначним для заданого горизонту дослiджуваного
грунту.
1. Olgaard P. L. On the theory of the neutronic method for measuring the water content soil. – Copenhagen,
1965. – 44 p. – Risö Rept., No 97.
2. ДСТУ Б В. 2.1–26:2009. Основи та пiдвалини будинкiв i споруд. Грунти. Методи радiоiзотопного
вимiрювання щiльностi i вологостi. – Введ. 01.10.2010.
3. Greacen E. L., Schrale G. The effect of bulk density on neutron meter calibration // Austral. J. Soil Res. –
1976. – No 14. – P. 159–169.
4. ДСТУ ISO 10573–2001. Якiсть грунту. Визначення вмiсту води в ненасиченiй зонi. Метод глибинного
нейтронного зонда. – Введ. 01.07.2003.
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2012, №3 121
5. Техническое описание и инструкция по эксплуатации. Влагомер поверхностно-глубинный радиоизо-
топный ВПГР-1. – Полтава: Изд-во “Полтава”, 1982. – 43 с.
Надiйшло до редакцiї 12.10.2011Iнститут геофiзики iм. С. I. Субботiна
НАН України, Київ
А.Ю. Кетов, С.А. Иващенко, С.Т. Звольский
Поправка на плотность грунта при определении его влажности
нейтронными влагомерами
Экспериментально подтверждена предложенная авторами поправка на плотность грунта
при определении его влажности нейтронными влагомерами. Поправка делает возможным
построение единой градуировочной зависимости для всего диапазона возможных изменений
плотности грунта. Использование поправки на плотность грунта упрощает интерпрета-
цию показаний нейтронного влагомера.
A. Ju. Ketov, S.O. Ivashchenko, S. T. Zvolsky
Correction factor on the density of soil at the determination of its
moisture by neutron moisture gauges
The correction factor on the density of soil at the determination of its moisture by neutron moisture
gauges, which was proposed by authors, is experimentally confirmed. The correction factor makes
it possible to construct the common graduate relation for the whole range of possible changes of
the soil density. The use of the correction factor simplifies the interpretation of the readings of
neutron moisture gauges.
122 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2012, №3
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-49334 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1025-6415 |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2025-12-07T15:27:12Z |
| publishDate | 2012 |
| publisher | Видавничий дім "Академперіодика" НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Кетов, А.Ю. Іващенко, С.О. Звольський, С.Т. 2013-09-16T19:26:17Z 2013-09-16T19:26:17Z 2012 Поправка на щільність грунту при визначенні його вологості нейтронними вологомірами / А.Ю. Кетов, С.О. Iващенко, С.Т. Звольський // Доп. НАН України. — 2012. — № 3. — С. 118-122. — Бібліогр.: 5 назв. — укр. 1025-6415 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/49334 550.835 Експериментально підтверджена запропонована авторами поправка на щільність грунту при визначенні його вологості нейтронними вологомірами. Поправка уможливлює побудову єдиної градуювальної залежності для усього діапазону можливих змін щільності грунту. Використання поправки на щільність грунту спрощує інтерпретацію показань нейтронного вологоміра. Экспериментально подтверждена предложенная авторами поправка на плотность грунта при определении его влажности нейтронными влагомерами. Поправка делает возможным построение единой градуировочной зависимости для всего диапазона возможных изменений плотности грунта. Использование поправки на плотность грунта упрощает интерпретацию показаний нейтронного влагомера. The correction factor on the density of soil at the determination of its moisture by neutron moisture gauges, which was proposed by authors, is experimentally confirmed. The correction factor makes it possible to construct the common graduate relation for the whole range of possible changes of the soil density. The use of the correction factor simplifies the interpretation of the readings of neutron moisture gauges. uk Видавничий дім "Академперіодика" НАН України Доповіді НАН України Науки про Землю Поправка на щільність грунту при визначенні його вологості нейтронними вологомірами Поправка на плотность грунта при определении его влажности нейтронными влагомерами Correction factor on the density of soil at the determination of its moisture by neutron moisture gauges Article published earlier |
| spellingShingle | Поправка на щільність грунту при визначенні його вологості нейтронними вологомірами Кетов, А.Ю. Іващенко, С.О. Звольський, С.Т. Науки про Землю |
| title | Поправка на щільність грунту при визначенні його вологості нейтронними вологомірами |
| title_alt | Поправка на плотность грунта при определении его влажности нейтронными влагомерами Correction factor on the density of soil at the determination of its moisture by neutron moisture gauges |
| title_full | Поправка на щільність грунту при визначенні його вологості нейтронними вологомірами |
| title_fullStr | Поправка на щільність грунту при визначенні його вологості нейтронними вологомірами |
| title_full_unstemmed | Поправка на щільність грунту при визначенні його вологості нейтронними вологомірами |
| title_short | Поправка на щільність грунту при визначенні його вологості нейтронними вологомірами |
| title_sort | поправка на щільність грунту при визначенні його вологості нейтронними вологомірами |
| topic | Науки про Землю |
| topic_facet | Науки про Землю |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/49334 |
| work_keys_str_mv | AT ketovaû popravkanaŝílʹnístʹgruntupriviznačenníiogovologostíneitronnimivologomírami AT ívaŝenkoso popravkanaŝílʹnístʹgruntupriviznačenníiogovologostíneitronnimivologomírami AT zvolʹsʹkiist popravkanaŝílʹnístʹgruntupriviznačenníiogovologostíneitronnimivologomírami AT ketovaû popravkanaplotnostʹgruntapriopredeleniiegovlažnostineitronnymivlagomerami AT ívaŝenkoso popravkanaplotnostʹgruntapriopredeleniiegovlažnostineitronnymivlagomerami AT zvolʹsʹkiist popravkanaplotnostʹgruntapriopredeleniiegovlažnostineitronnymivlagomerami AT ketovaû correctionfactoronthedensityofsoilatthedeterminationofitsmoisturebyneutronmoisturegauges AT ívaŝenkoso correctionfactoronthedensityofsoilatthedeterminationofitsmoisturebyneutronmoisturegauges AT zvolʹsʹkiist correctionfactoronthedensityofsoilatthedeterminationofitsmoisturebyneutronmoisturegauges |