Метод стоячих волн

Ученые из Института нефтегазовой геологии и геофизики им. А. А. Трофимука СО РАН и Новосибирского государственного университета разработали и успешно применяют технологии для оценки технического состояние различных объектов и инженерных сооружений: от рельсов и столбов до зданий и мостов. Используя метод стоячих волн, геофизики комплексно исследуют конструкции или постройки, находят дефект и выявляют его причину.

Метод пассивных сейсмических стоячих волн основан на измерении собственных колебаний какой-либо конструкции под влиянием естественных сил без воздействия активных источников. Исследователи регистрируют акустический шум на поверхности исследуемого объекта. Далее из этого шума выделяют стоячие волны и интерпретируют их параметры с помощью специальной программы. Для такой работы ученые используют геофизические датчики собственного производства, которые устанавливаются на сооружения и фиксируют частоту и амплитуду колебаний. Используя эту информацию, специалисты могут определить зону, в которой произошла деформация, а также найти точное расположение каверн или трещин в какой-либо конструкции. Если применять этот инструмент вместе с геофизической электротомографией грунтового основания, то можно получить информацию о потенциальной потере устойчивости постройки из-за действия внешних источников.

«Мосты можно назвать флагманами среди наших объектов изучения, вокруг них сосредоточены основные проекты по оценке технического состояния. По инициативе ООО “Газпромтранс” мы совместно с электроразведчиками исследовали мосты, которые пересекают малые реки по линии “Обская — Бованенково” в Ямало-Ненецком автономном округе и расположены в условиях вечномерзлотных грунтов. Проверив длину свай и их устойчивость, волны сжатия и расширения, а также колебания вдоль мостов с помощью нашей методики, мы определили проблемные зоны и сваи висячего типа, которые держат нагрузку за счет сил трения грунта об их боковую поверхность. На одном из объектов четко выделились дефекты: в многолетнемерзлых породах лед начинает таять, и мосты просаживаются, что подтвердили данные электротомографии. Применяя два этих инструмента оценки состояния сооружений в комплексе, мы получаем дополняющие друг друга сведения, благодаря которым вырисовывается полная картина устойчивости конструкции», — рассказывает старший научный сотрудник лаборатории динамических проблем сейсмики ИНГГ СО РАН кандидат технических наук Константин Владимирович Федин.

Помимо мостов, новосибирские геофизики проверили сейсмоусточивость одного из производственных зданий в Кемерове, где с помощью методов пассивной сейсморазведки на стоячих волнах определили устойчивость свай фундамента, глубины их погружения, скрытые дефекты сооружения и обводненность грунтов. В результате специалисты выявили три аномальные зоны в фундаменте, а также заключили, что всё подполье и грунт до шести метров находятся в воде. По оценкам ученых, остаточный ресурс здания составил 83 %. По нормативам строительных норм и правил (СНиП) безопасная эксплуатация объектов гарантируется при остаточном ресурсе, превышающем 50 %. На основе данных исследователи формируют рекомендации по устранению повреждений и прогнозируют ситуацию на ближайшие месяцы.

Другой интересной задачей ученые называют проверку рельсов, произведенных Новосибирским стрелочным заводом, на наличие внутренних каверн и трещин. С помощью геофизических датчиков и обычного молотка специалисты определили частотные характеристики образцов и выявили внутреннее повреждение рельсов.

«Наши разработки позволяют сэкономить время и ресурсы в некоторых случаях. Мы проводили оценку железнодорожных столбов. Для того чтобы понять, присутствует ли вода внутри нижней части столба и определить начало деградации цемента, нам достаточно одной минуты, тогда как у рабочих на проверку одного объекта уходит около часа. Еще одно преимущество нашего инструмента — возможность передачи данных в реальном времени: разработчик геофизических датчиков научный сотрудник лаборатории динамических проблем сейсмики Аркадий Николаевич Дробчик также создал для этого компьютерную программу, позволяющую видеть на карте расположение установленных датчиков и снимать с них показания», — отметил Константин Федин.

По мнению ученых, метод пассивных стоячих волн открывает новые возможности в диагностике инженерных сооружений и других конструкций.

Кирилл Сергеевич