УСТРОЙСТВО ГЕОРАДИОЛОКАЦИОННОЙ ОЦЕНКИ НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ ГРУНТОВ
DEVICE FOR GEORADAR ESTIMATION OF SOIL BEARING CAPACITY

Предлагаемое изобретение относится к области диагностики состояния грунтов и может найти применение при проведении изысканий трассы движения транспортных средств вне дорог, по заранее не подготовленному маршруту.
Известны пенетрационные методы определения несущей способности грунтов статического и динамического зондирования [1, 2]. В их основе лежит определение характеристик сопротивления грунта по результатам вдавливания различных зондов в грунт. К числу недостатков можно отнести следующее: пенетрация дает дискретные значения характеристик грунта на предполагаемом маршруте движения транспортных средств, т.е. в отдельных точках маршрута, что может привести к недооценке возможности движения на некоторых участках маршрута. Также для оценки несущей способности грунта требуются значительные временные затраты.
Известно также, что для геологических и гидрогеологических исследований, изучения строения автомобильных дорог, железнодорожных насыпей, взлетно-посадочных полос аэродромов, определения содержания влаги в грунте земляного полотна и подстилающих грунтовых основаниях используются приборы подповерхностного зондирования (в общепринятой терминологии - георадары) [3].
Наиболее близким по совокупности признаков аналогом является способ инженерных изысканий автомобильных дорог, который включает перемещение вездехода с георадаром и спутниковой системой позиционирования, осуществляющий определение пространственных координат и информации о расположении уровня грунтовых вод по гидрогеологической модели местности [4].
Задача, на решение которой направлено предлагаемое устройство, заключается в оценке возможности движения (проходимости) транспортных средств по грунтовой среде в текущих погодно-климатических условиях в реальном масштабе времени на основе георадиолокационного мониторинга грунта.
Георадиолокационный мониторинг грунта включает в себя зондирование среды электромагнитными импульсами. Отклик среды - совокупность волн, отличающихся друг от друга временами пробега, интенсивностью и формой, содержит информацию о среде. Проходимость транспортного средства зависит от несущей способности грунта, которая находится в пределах зоны сезонных колебаний температуры и влажности, и для одного и того же грунта не является постоянной. Несущая способность грунта также зависит от плотности грунта. Характеристики отраженных грунтовой средой электромагнитных импульсов (отклик среды) для грунтов при различных погодно-климатических условиях (температурно-влажностных режимах) и различной плотности грунтов будут различными. Следовательно, при наличии данных о несущей способности грунтов, полученных экспериментально путем пенетрации и одновременной георадиолокации всех видов грунтов при различных погодно-климатических условиях (температурно-влажностных режимах) и различной плотности грунтов, можно получить функциональные зависимости «несущая способность грунта - диагностический признак георадиолокации», по которым определяется несущая способность грунта по данным георадиолокации.
Технический результат достигается тем, что георадар производит зондирование грунта, излучая импульсы электромагнитного излучения в среду передающей антенной. Отраженные сигналы, принимаемые приемной антенной, преобразуются в цифровую форму и сравниваются с базовыми сигналами, каждому из которых поставлена в соответствии с массово-геометрическими характеристиками транспортного средства, типом грунта и погодно-климатическими условиями несущая способность грунта. По результатам автоматизированного сравнения производится оценка возможности движения транспортных средств в реальном масштабе времени.
Сущность предлагаемого устройства георадиолокационной оценки несущей способности грунтов поясняется структурной схемой устройства, представленной на чертеже. Блок управления на основе вводимой оператором исходной информации о характеристиках транспортного средства, типе грунта и погодно-климатических условиях осуществляет управление процессором. Передающая антенна излучает импульсы электромагнитного излучения, сформированные в блоке формирования сигнала, в среду. Принимаемые отраженные сигналы приемной антенной, усиленные в широкополосном усилителе, передаются в стробоскопический приемник, позволяющий осуществить послойное обследование среды, и аналого-цифровой преобразователь, где они преобразуются в цифровую форму. Оцифрованный сигнал георадара поступает в процессор, который осуществляет его сравнение с базовыми значениями, хранящимися в ПЗУ. В ПЗУ хранится информация о несущей способности всех типов грунтов при различных погодно-климатических условиях (температурно-влажностных режимах) и соответствующий несущей способности диагностический признак цифрового сигнала георадара. Эти данные определяются экспериментально - путем пенетрации и одновременной георадиолокации всех видов грунтов при различных погодно-климатических условиях (температурно-влажностных режимах) и различной плотности грунтов. По результатам автоматизированного сравнения, осуществляемого в реальном масштабе времени, производится оценка несущей способности грунта и определяется возможность движения транспортных средств, отражаемая на блоке индикации.
Устройство георадиолокационной оценки несущей способности грунтов позволяет оценить состояние грунтовой среды практически в каждой точке трассы движения (минимальный шаг зондирования может составлять всего несколько миллиметров). Выбором частоты излучаемых в грунтовую среду электромагнитных волн обеспечивается требуемая глубина зондирования, выбираемая в зависимости от массово-геометрических характеристик транспортных средств. Автоматизированная обработка данных георадиолокационных измерений позволяет осуществлять оценку несущей способности грунтовой среды трассы движения транспортных средств в реальном масштабе времени.
Источники информации
1. ГОСТ 19912-2001 Грунты. Методы полевых испытаний статическим и динамическим зондированием.
2. Методические и справочные материалы по инженерному обеспечению боевых действий. Учебное пособие. - М.: ВА РВСН, 1999 г. - 456 с.
3. А.В.Старовойтов. Интерпретация георадиолокационных данных. М.: МГУ. 2008.
4. Заявка на изобретение №99116757/03 от 30.07.1999 г., E01C 1/00, G01C 7/04 «Способ инженерных изысканий автомобильных дорог».