Исследование изменения параметров георадиолокационных сигналов в процессе оттайки мерзлых дисперсных горных пород различной влажности

Представлены результаты лабораторных зондирований георадаром «ОКО-2» с центральной частотой 1200 МГц образцов дисперсных горных пород различной влажности, замороженных в холодильной камере, с последующей оттайкой при температуре 22°С. Рассчитаны скорости распространения георадиолокационных сигналов в образцах при влажности от 3 до 22% и изменении температуры от –15ºС до 15ºС. В результате исследований установлено, что существенное различие скоростей распространения георадиолокационных сигналов при отрицательных и положительных температурах в двух типах песков четвертичных отложений наблюдается при влажности более 7%. Также описаны амплитудные значения георадиолокационных сигналов и их частотный состав в зависимости от температуры и влажности исследуемых образцов. Полученные результаты будут способствовать созданию автоматизированной системы контроля динамики влажности пород на горных объектах с последующим отображением данных в геоинформационной системе, применение которой перспективно для мониторинга физико-механических свойств горных пород бортов карьеров, кровли подземных горных выработок и грунтов оснований инженерных сооружений.

1. Омельяненко А.В. Георадиолокационные ис- следования многолетнемерзлых пород: моно- графия / А.В. Омельяненко, Л.Л. Федорова. – Якутск: Изд-во ЯНЦ СО РАН, 2006. – 136 с.

2. Владов М.Л. Георадиолокационные иссле- дования верхней части разреза / М.Л. Владов, А.В. Старовойтов. – М.: Изд-во МГУ, 2002. – С. 90.

3. Нерадовский Л.Г. Температурная зависи- мость сигналов георадиолокации в освоенных районах криолитозоны Якутии / Л.Г. Нерадовский. – Якутск: Изд-во ИМЗ СО РАН, 2011. – 166 c.

4. Гринев А.Ю. Вопросы подповерхностной георадиолокации: монография / А. Ю. Гринев. – М.: Радиотехника, 2005. – 416 с.

5. Harry M.J. Ground penetrating radar: theory and applications / M.J. Harry. – Elsevier. – 2009. – 524 c.

6. Ермаков А.П. Применение метода геора- диолокации при инженерно-геологических ис- следованиях для оценки геокриологической обстановки /А.П. Ермаков, А.В. Старовойтов // Вестник МГУ. Cер. 4: Геология. – 2010. – № 6. – С. 91–96.

7. Fedorova L.L. Analysis of variance amplitu- des of signals for detecting structural permafrost heterogeneities by ground penetrating radar / L.L. Fedorova, K.O. Sokolov, D.V. Savvin, G. A. Ku- lyandin // GPR–2014: Proceedings of 15th Inter- national Conference on Ground Penetrating Radar, Brussels, Belgium, June 30–July 4, 2014. – P. 305–

8.

9. Фролов А.Д. Электрические и упругие свойства мерзлых пород и льдов / А.Д. Фролов. – Пущино: ОНТИ ПНЦ РАН, 2005. – 607 с.

10. Якупов В.С. Исследование мерзлых толщ методами геофизики: монография / В.С. Якупов. – Якутск: ЯФ Изд-ва СО РАН, 2000. – 336 с.

11. Neradovskii L.G. Calculation of the tempe- rature of frozen ground on the basis of mathe- matical models of the temperature dependence of ground penetrating radar signals / L.G. Neradov- skii. – Measurement Techniques, 2011. – V.54, issue 8. – P. 931–938.

12. Greaves R.J. Velocity variations and water content estimated from multi-of set, ground-pene- trating radar / R.J. Greaves, D.P. Lesmes, J.M. Lee. –Geophysics, 1996. – V.61. – P. 683–695.

13. Боярский Д.А. Влияние связанной воды на диэлектрическую проницаемость влажных и мерзлых почв / Д.А. Боярский, В.В. Тихонов. – М.: Институт космических исследований РАН, 2003. – 48 c.

14. Tran A.P. Soil moisture estimation using full-wave inversion of near–and far-field ground- penetrating radar data: A comparative evaluation /

15. A.P. Tran, F. Wiaux, S. Lambot // Proceedings of the 14th International Conference on Ground Penetrating Radar, June 4–8, 2012. – Shanghai, China, 2012. – V.1. – P. 300–304.

16. Sokolov K. Capabilities of the wavelet ana- lysis of GPR data to determine the rock moisture in frozen rock mass / K. Sokolov // Proceedings of the 14th International Conference on Ground Pene- trating Radar, June 4–8, 2012. – Shanghai, China. –

17. V.2. – P. 358–361.

18. Kruglikov A. Investigation of long term mo- isture changes in roadbeds using GPR / A. Kru- glikov, V. Yavna, G. Lazorenko // GPR–2014: Pro- ceedings of 15th International Conference on Ground Penetrating Radar, Brussels, Belgium, June 30 –July 4, 2014. – P. 887–891.

19. Grote K. Characterization of Soil Water Content Variability and Soil Texture using GPR Groundwave Techniques / K. Grote, C. Anger, B. Kelly, S. Hubbard, Y. Rubin // Journal of Environ- mental and Engineering Geophysics (JEEG), 2010. – V.15, issue 3. – P. 93–110.

20. Huisman J.A. Measuring Soil Water Content with Ground Penetrating Radar: A Review / J.A. Huisman, S.S. Hubbard, J.D. Redman and A.P. An- nan // Vadose zone journal. – 2003. – V.2. – P. 476– 491.

21. ГОСТ 5180–84 «Грунты. Методы лабора- торного определения физических характерис- тик». – М.: Стандартинформ, 2005. – 19 с.

22. Шувалов А.Н. Диэлектрическая прони- цаемость грунтов нарушенной структуры / А.Н. Шувалов, Д.А. Гензе // Вестник ТГАСУ. – 2011. – №1. – С. 200–206.

23. Техническое описание и инструкция по экс- плуатации на Георадар «ОКО-2». – Режим досту- па /http://geotech.ru/files/georadar/gprtov26beta303. pdf.

24. Руководство пользователя программой

25. «GeoScan32». URL: http: //logsys.ru/download/new/ geoscan32manual.pdf.

26. Koh G. Effects of Soil Texture and Moisture on Dielectric Behavior at GPR Frequencies /

27. G. Koh // Proceedings of the 14th International Conference on Ground Penetrating Radar, June 4–8, 2012. – Shanghai, China. – V.1. – P. 51–55.

28. Rodriguez P.A. Moisture determination ba- sed on ground penetrating radar measurements. URL: https://www.researchgate.net/publication/ 255517033_moisture_determination_based_on_gro und_penetrating_radar_measurements.