Открытый доступ Открытый доступ  Ограниченный доступ Платный доступ или доступ для подписчиков

ОБЗОР КОРРЕЛЯЦИОННЫХ ЗАВИСИМОСТЕЙ МЕЖДУ СЕЙСМОАКУСТИЧЕСКИМИ И ГЕОТЕХНИЧЕСКИМИ ХАРАКТЕРИСТИКАМИ МЕРЗЛЫХ ГРУНТОВ

Павел Котов, Иван Аркадьевич Агапкин, Михаил Львович Владов, Аскар Жагпарович Жусупбеков

Аннотация


Обобщены данные о корреляции сейсмоакустических и физико-механических характеристик мерзлых грунтов, что может стать основой для совершенствования методик инженерно-геологических изысканий, лабораторных испытаний грунтов и проектирования в криолитозоне.


Полный текст:

PDF

Литература


Воронков О. К. Инженерная сейсмика в криолитозоне (Изучение строения и свойств мерзлых и талых горных пород и массивов). – СПб.: Изд-во ОАО «ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева», 2009. – 401 с.

Hilbich, C et al. Monitoring mountain permafrost evolution using electrical resistivity tomography: A 7-year study of seasonal, annual, and long-term variations at Schilthorn, Swiss Alps. In: Journal of Geophysical Research: Earth Surface, 2008, 113.F1.

Kneisel C., Rodder T., Schwindt D. Frozen ground dynamics resolved by multi-year and yearround electrical resistivity monitoring at three alpine sites in the Swiss Alps. Near Surf. Geophys. -2014. 12, 117-132.

Методические рекомендации по определению состава, состояния и свойств грунтов сейсмоакустическими методами // ВНИИ трансп. стр-ва; [Разраб. О. П. Аникин, Ю. В. Горшенин]. - М.: ЦНИИС, 1985. - 65 с.

Lorenzo J. M, Hicks J., Vera E. E. Integrated seismic and cone penetration test observations at a distressed earthen levee: Marrero, Louisiana, USA. In: Engineering Geology, 2014, 168, pp. 59–68.

Dou S., Ajo-Franklin J. Full-wavefield inversion of surface waves for mapping embedded low-velocity zones in permafrost: Geophysics, 2014, 79, no. 6, EN107−EN124, doi: 10.1190/geo2013-0427.1.

James S. R., Knox H. A., Abbott R. E., Panning M. P., Screaton, E. J. Insights into permafrost and seasonal active-layer dynamics from ambient seismic noise monitoring. Journal of Geophysical Research: Earth Surface, 2019, 124, 1798–1816. https://doi.org/10.1029/2019JF005051

Overduin, P. P., Haberland, C., Ryberg, T., Kneier, F., Jacobi, T., Grigoriev, M. N., and Ohrnberger, M. Submarine permafrost depth from ambient seismic noise, Geophys. Res. Lett., 2015, 42, 7581– 7588, doi:10.1002/2015GL065409.

Ruppel C.D., Herman B.M., Brothers L.L., Hart P.E., Subsea ice-bearing permafrost on the U.S. Beaufort Margin: 2. Borehole constraints, Geochem. Geophys. Geosyst., 2016, 17, 4333– 4353, doi:10.1002/2016GC006582.

Wagner F. M., Mollaret C., Günther T., Kemna A., Hauck C. Quantitative imaging of water, ice and air in permafrost systems through petrophysical joint inversion of seismic refraction and electrical resistivity data. Geophysical Journal International, 2019, 219(3), 1866-1875.

Koshurnikov A.V., Kotov P.I., Agapkin I. A. The influence of salinity on the acoustic and electrical properties of frozen soils // Moscow Univ. Geol. Bull., 2020, No. 75, 97-104.

Kotov P.I., Agapkin I.A. Correlation Between the Geophysical Parameters and Strength Characteristics of Frozen Soils of Various Salinity Levels. Soil Mech Found Eng 58, 41–47 (2021). https://doi.org/10.1007/s11204-021-09704-4

Campanella R. G. and Davis M. P. The Seis-mic Piezocone: A practical site investigation tool. In:R. Woods (editor): Geophysical characterization ofsites, 1994,Volume 10, prepared by the ISSMEFE Technical Committee, 49–55, Balkema, Rotterdam.

Mok Y., Kim J., and Kang B. A pilot study of in-hole seismic method”. In: Journal of the Korean Geotechnical Society, 2003, 19.3, pp. 23–31.

Roblee C.J., Stokoe II K.H., Fuhriman M.D., Nelson P.P. Crosshole SH-wave measurements in rock and soil. Dynamic geotechnical testing II. 1994. p. 58-72 ASTM STP 1213.

Malmgren L., Saiang D., Töyrä J., Bodare A. The excavation disturbed zone (EDZ) at Kiirunavaara mine, Sweden - by seismic measurements. Journal of Applied Geophysics, 2007, ISSN 0926-9851, E-ISSN 1879-1859, Vol. 61, no 1, p. 1-15.

Takahashi T., Takeuchi T., Sassa, K. International Society for Rock Mechanics-Commission on Application of Geophysics to Rock Engineering-Suggested Methods for Borehole Geophysics in Rock Engineering. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, 2006, 43, 337-368. https://doi.org/10.1016/j.ijrmms.2005.09.003

Калинин А.В., Калинин В.В., Владов М.Л., Мусатов А.А., Пивоваров Б.Л., Шалаева Н.В., Стручков В.А. Электроискровой источник упругих волн для целей наземной сейсморазведки. Издательство МГУ Москва, 1989. ISBN 5-211-00475-2, 193 с.

Robertson P. K., Campanella R. G., Gillespie D., Rice A. Seismic Cpt to Measure in Situ Shear Wave Velocity. Journal Article, 1986, Journal of Geotechnical Engineering, PG - 791-803, VI - 112, IP - 8, AID - 10.1061/(ASCE)0733-9410(1986)112:8(791).

ButcherA.P., Campanella R.G., Kaynia A.M. and Massarsch K.R. (2005), Seismiccone downhole procedure to measure shear wave velocity – A guidelineprepared by ISSMGE TC10: Geophysical Testing in Geotechnical Engi-neering, Proc. XVIth Inter. Conf. on Soil Mechanics and Geotechnical En-gineering, May 2006, Osaka, Japan, 5 pp.

LeBlanc A. M., Fortier R., Allard M., Cosma C., Buteau S. Seismic cone penetration test and seismic tomography in permafrost. Canadian geotechnical journal, 2004, 41(5), 796-813.

Роман Л. Т. Механика мерзлых грунтов. - М.: Наука/Интерпериодика, 2002. - 425 с.

Роман, Л. Т., Царапов, М. Н., Котов, П. И., Волохов, С. С., Мотенко, Р. Г., Черкасов, А. М., Штейн, А. И., Костоусов, А. И. Пособие по определению физико- механических свойств промерзающих, мерзлых и оттаивающих дисперсных грунтов. Издательство Книжный дом "Университет", 2018, 188 c.

Stevens H. W. The response of frozen soils to vibratory loads//USA CRREL Technical Rep, 265, 1975, 98 p.

Зыков Ю. Д., Червинская О. П. Акустические свойства льдистых грунтов и льда. – Москва: Наука, 1989. – 129 с.

Liu H., Maghoul P., Shalaby A. Seismic physics-based characterization of permafrost sites using surface waves. The Cryosphere, 2022, 16(4), 1157-1180.

Carcione J.M. and Seriani G.: Seismic and ultrasonic velocities in permafrost, Geophys. Prospect., 1998, 46, 441–454. 10.1046/j.1365-2478.1998.1000333.x.

Carcione J.M., Seriani G.Wave simulation in frozen porous media. Comput Phys 2001, 170(2):676–695

Carcione J. M., Santos J. E., Ravazzoli C. L., Helle H. B. Wave simulation in partially frozen porous media with fractal freezing conditions. Journal of Applied Physics, 2003, 94(12), 7839-7847.

Liu H., Maghoul P., Shalaby A. Laboratory-scale characterization of saturated soil samples through ultrasonic techniques. Scientific Reports, 2020, 10(1), 1-17.

Liu, H., Maghoul, P., & Shalaby, A. Seismic physics-based characterization of permafrost sites using surface waves. The Cryosphere, 2022, 16(4), 1157-1180.

Lyu C., Grimstad G., Nishimura S. Pore pressure coefficient in frozen soils. Géotechnique, 2021, 1-10.

Lyu, C., Ghoreishian Amiri S., G., Knut V., Ingeman-Nielsen, T. Comparison of Geo-acoustic Models for Unfrozen Water Content Estimation. Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 2020. 10.1029/2020JB019766.

Wagner, F. M., Mollaret, C., Günther, T., Kemna, A., & Hauck, C. Quantitative imaging of water, ice and air in permafrost systems through petrophysical joint inversion of seismic refraction and electrical resistivity data. Geophysical Journal International, 219(3), 2019, 1866-1875.

Kneisel C., Hauck C., Fortier R and Moorman B. Advances in Geophysical Methods for Permafrost Investigations. PROCESSES Permafrost and Periglac. -2008. Process. 19: 157–178.

Huang X., Li D., Ming F., et al. An experimental study on the relationship between acoustic parameters and mechanical properties of frozen silty clay. Sciences in Cold and Arid Regions, 2013, 5(5): 596–602. DOI: 10.3724/SP.J.1226.2013.00596.

Рекомендации по определению физико-механических свойств мерзлых дисперсных грунтов геофизическими методами // ПНИИИС Госстроя СССР - М.: Стройиздат, 1989. - 32 с.

Воронков О.К., Михайловский Г.В. Изучение строения мерзлых рыхлых отложений в естественном залегании методом инженерной сейсморазведки // Известия ВНИИГ им. Б.Е.Веденеева. 1974. Т. 104. С. 117-136.

Hauck C., Böttcher M., Maurer H. A new model for estimating subsurface ice content based on combined electrical and seismic data sets: The Cryosphere, 2011, 5, no. 2, 453−468, doi: 10.5194/tc-5-453-2011.

Nakano Y., Martin R.J., Smith M. Ultrasonic velocities of the dilatational and shear waves in frozen soils. Water Resources Research, 1972, 8 (4), 1024–1030.

Nakano Y., Arnold R. Acoustic properties of frozen Ottawa sand. Water Resources Research, 1973, 9 (1), 178–184.

Agapkin I.A., Kotov P.I. and Kal’bergenov R.G. Determination of Unfrozen Water Content in Frozen Soils by The Acoustic Method European // Association of Geoscientists & Engineers. Conference Proceedings, Tyumen 2021, March 2021, Volume 2021, p.1 - 6 DOI: https://doi.org/10.3997/2214-4609.202150024.

Фролов А.Д. Электрические и упругие свойства мерзлых пород и льдов. Пущино; 2005 — 607с.

Zhang J. W., Murton J., Liu S. J., Sui L. L., Zhang S., Wang L., Ding H. Sensitivity and regression analysis of acoustic parameters for determining physical properties of frozen fine sand with ultrasonic test. Quarterly Journal of Engineering Geology and Hydrogeology, 2021, 54(1).

Hauck C. et al. A new model for quantifying subsurface ice content based on geophysical data sets. The Cryosphere Discussions 4 (2010): 787-821.

Zimmerman R. W., King M. S. The effect of the extent of freezing on seismic velocities in unconsolidated permafrost: Geophysics, 1986, 51, no. 6, 1285−1290, doi: 10.1190/1.1442181.

Jarvis K.D., Knight R.J. Aquifer heterogeneity from SH-wave seismic impedance inversion. Geophysics, 2002, 67(5), 1548-1557.

Agapkin I.A., Kotov P.I. Determination State of Frozen Saline Soils by Geophysical Methods // European Association of Geoscientists & Engineers. Conference Proceedings, Tyumen 2021, March 2021, Volume 2021, p.1 - 6 DOI: https://doi.org/10.3997/2214-4609.202150012.

Ji Ya., Zhu K., Lyu C., Wang S., Dianyan N., Fan J., Shi, L. Semiempirical Correlation between P-Wave Velocity and Thermal Conductivity of Frozen Silty Clay Soil. Shock and Vibration. 2021. 1-7. 10.1155/2021/5533696.

Гончаров Б. В., Хазин Б.Г. О применении ультразвука к оценке прочности мерзлых грунтов при их разработке // "ОФМГ". -1973. -№ 2. -С. 16-19.

Зыков Ю.Д. Геофизические методы исследования криолитозоны. М., 2007. — 272с.

Зыков Ю. Д., Скворцов А. Г., Кошурников А. В., Погорелов А. А. Информативность геофизических исследований при инженерных изысканиях в криолитозоне // Инженерные изыскания. — 2009. — № 12. — С. 57–63.

Винсон Т.С. Мерзлые грунты под динамическими нагрузками // В кн.: Геотехнические вопросы освоения Севера. М.: Недра. 1983. С.401-448.

Li D., Huang X., Ming F., Zhang Y. The Impact of Unfrozen Water Content on Ultrasonic Wave Velocity in Frozen Soils, Procedia Engineering, Volume 143, 2016, Pages 1210-1217, ISSN 1877-7058, https://doi.org/10.1016/j.proeng.2016.06.114.

Deschartres M.H., Cohn-Tenoudji Fr., Aguirre-Puente J., Khastou B. Acoustic and unfrozen water content determination. Proc.5th Inl. Conf. on Permafrost, 1988, pp. 324–328.

Li D., Huang X., Ming F., et al. Experimental research on acoustic wave velocity of frozen soils during the uniaxial loading process. Sciences in Cold and Arid Regions, 2015, 7(4): 0323–0328. DOI: 10.3724/SP.J.1226.2015.00323.

Liu X., Qin H., Lan H., On the relationship between soil strength and wave velocities of sandy loess subjected to freeze-thaw cycling, Soil Dynamics and Earthquake Engineering, Volume 136, 2020, 106216, ISSN 0267-7261, https://doi.org/10.1016/j.soildyn.2020.106216.

Li D., Ming F., Huang X., Zhang Y. Application of Ultrasonic Technology for Measuring Physical and Mechanical Properties of Frozen Silty Clay. Cold Regions Engineering. 2015: 1-12. DOI: 10.1061/9780784479315.001

Chervinskaya, O. P., A. D. Frolov, and Y. D. Zykov, 1998, On the correlation of elastic and strength properties for saline frozen soils: Proceedings of the 7th International Conference on Permafrost: National Academy of Sciences, 139−141.

Горяинов Н.Н., Никитин В.Н., Савич А.И. Применение сейсмоакустических методов в гидрогеологии и инженерной геологии. М.: Недра. 1992.

Wang D., Zhu Yu., Ma Wei, et al. Application of ultrasonic technology for physical–mechanical properties of frozen soils // Cold Regions Science and Technology, 2006, 44, pp. 12-19

Hacikoylu P., Dvorkin J., Mavko G. Resistivity–velocity transforms revisited. The leading Edge, 2006, pp. 1006–1009.

Lee J. S., Yoon H. K. Theoretical relationship between elastic wave velocity and electrical resistivity. Journal of Applied Geophysics, 2015, 116, 51-61.

Rose J. Ultrasonic Waves in Solid Media, Cambridge University Press, Cambridge, UK, 1999.

Судакова М.С., Владов М.Л. Экспериментальное исследование акустических свойств водонасыщенного песка в интервале температуры от -20 до +20 0С. Вестник Московского университета. Серия 4: Геология. Изд-во Моск. ун-та (М.), № 4, 2019, с. 55-62.

Судакова М.С., Владов М.Л. Результаты экспериментального исследования акустических свойств водонасыщенного песка в интервале температуры от -20 до +20 0С. В журнале Вестник Московского университета. Серия 4: Геология, издательство Изд-во Моск. ун-та (М.), № 2, 2020, с. 89-98.

Duliu O. Computer axial tomography in geosciences: an overview. In: Earth-Science Reviews, 1999, 48.4, pp. 265–281.

Périard Y., Gumiere J., Long B., Rousseau A.N., Caron J, Use of X-ray CT scan to characterize the evolution of the hydraulic properties of a soil under drainage conditions, Geoderma, Volume 279, 2016, Pages 22-30, ISSN 0016-7061, https://doi.org/10.1016/j.geoderma.2016.05.020.

Wu Y., Nakagawa S., Kneafsey T. J., Dafflon B., Hubbard S. Electrical and seismic response of saline permafrost soil during freeze–thaw transition // Journal of Applied Geophysics, 2017, 146, 16–26.


Ссылки

  • На текущий момент ссылки отсутствуют.