1.1. Краткие теоретические сведения

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].