Краткие теоретические сведения. Верхний слой земли (грунт) обладает проводящими свойствами, которые характеризуются удельным электрическим сопротивлением

Верхний слой земли (грунт) обладает проводящими свойствами, которые характеризуются удельным электрическим сопротивлением. Для различных типов грунта удельное сопротивление (проводимость) имеет разные значения и меняется в широких пределах. Наименьшие значения удельного сопротивления (не более 100 Ом×м) имеют глинистые, суглинистые, супесчаные грунты, способные удерживать влагу, а также грунты с верхним слоем чернозема. Наибольшее удельное сопротивление (до 5000 Ом×м) имеют скальные породы и сухие сыпучие пески, а также многолетнемерзлые грунты с сопротивлением до 100000 Ом×м [3 – 5].

Обычно удельное сопротивление грунта определяют в процессе инженерно-геологических изысканий при проектировании. При этом чернозем, глина, суглинки составляют группу с расчетным удельным сопротивлением 100 Ом×м; суглинки с содержанием гальки – до 40 % и влажные супеси имеют удельное сопротивление от 100 до 300 Ом×м; супеси и влажные пески – от 300 до 500 Ом×м; пески с незначительным содержанием влаги, с галькой и валунами – от 500 до 1000 Ом×м [3 – 5].

Для измерения удельного сопротивления применяют установку вертикального электрического зондирования (ВЭЗ), схема которой показана на рис. 1.1. Электроды А и В служат для создания в земле токовой цепи (к этим электродам присоединяют источник переменного тока или токовые зажимы измерителя сопротивления заземления); электроды М и N используются для измерения разности потенциалов на поверхности земли при прохождении электрического тока. Электроды А и В называют токовыми, М и N – потенциальными. Такая установка носит название симметричной четырехэлектродной.

Рис. 1.1. Схема четырехэлектродной установки ВЭЗ

Если пропускать ток через крайние электроды, то между средними возникает разность напряжений. Значения этой разности в однородной земле прямо пропорциональны удельному сопротивлению и току I и обратно пропорциональны расстоянию между электродами. Таким образом, потенциалы в точках М и N определяется выражениями:

; (1.1)

, (1.2)

где – удельное сопротивление грунта, которое может быть найдено в результате измерений, Ом×м;

– ток измерительного прибора, А;

, – расстояние между потенциальным электродом М и соответствующими токовыми А и В, м;

, – расстояние между потенциальным электродом N и соответствующими токовыми А и В, М.

Измерив разность потенциалов между электродами М и N – , ток в измерительной цепи прибора I, можно определить удельное сопротивление грунта по выражению:

, (1.3)

где – коэффициент размещения электродов ВЭЗ.

Чем больше значение АВ, тем больший объем земли охватывается электрическим полем токовых электродов. Благодаря этому, изменяя расстояние между электродами, можно получить значения удельного сопротивления земли в зависимости от разноса электродов. При однородной земле вычисленное значение при изменении расстояний AB и MN будет изменяться незначительно (рис. 1.2). В этом случае полученное значение принимают за удельное сопротивление грунта.

Рис. 1.2. Экспериментальная кривая ВЭЗ

Вертикальный разрез грунта может иметь слоистую структуру, в которой каждый слой характеризуется разными удельным электрическим сопротивлением и мощностью (толщиной) слоя. В этих случаях, выполнив зондирование, получают экспериментальные зависимости измеренных удельных сопротивлений от полуразноса электродов АВ на различной глубине (см. рис. 1.2). В ми, можно судить о величине удельного сопротивления на разной глубине. Все измерения следует производить на расстоянии не менее 15 м от металлических конструкций и их частей, которые могут исказить результаты измерений.

Для самостоятельной теоретической подготовки по данному вопросу рекомендована литература [2, 3].