FR2553522A1 - Method for listening to sounds in a massif with a view to assessing the stability of the terrain - Google Patents
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Abstract
Description
Procédé d'auscultation d'un massif en vue d'obtenir une évaluation de la stabilité du terrain.Method of auscultation of a massif in order to obtain an evaluation of the stability of the ground.
La présente invention a pour objet un procédé d'examen de la structure d'un terrain par auscultation des sols, dont les caractéristiques mécaniques ne sont pas déterminées. En particulier, la présente invention se rapporte à un procédé d'examen de la structure des sols destiné à évaluer l'évolution de sa structure, notamment après injection de matériaux utilisés pour le stabiliser.The present invention relates to a method of examining the structure of a site by auscultation of the soil, the mechanical characteristics of which are not determined. In particular, the present invention relates to a method of examining the structure of soils intended to evaluate the evolution of its structure, in particular after injection of materials used to stabilize it.
Les injections sont réalisées pour stabiliser un sol, au moins temporairement, pour permettre l'exécution de certains travaux. Au moyen de tubes enfoncés dans le sol, on injecte du cis nd ou des résines synthétiques, à diverses profondeurs et dans diverses directions. Jusqu'à présent, il n'a pas été possible de savoir si les injections pratiquées étaient ou non efficaces. Meme en appliquant des coeff i- cents de sécurité élevés, on ne peut être certain d'avoir réalisé la stabilisation désirée.The injections are carried out to stabilize a soil, at least temporarily, to allow the execution of certain works. Using tubes sunk into the ground, cis nd or synthetic resins are injected at various depths and in various directions. So far, it has not been possible to know whether the injections given were effective or not. Even when applying high safety coefficients, you cannot be sure that you have achieved the desired stabilization.
Avec la sismique usuelle, on utilise jusqu'à présent le temps de propagation ou la vitesse de propagation des ondes à travers les massifs, mais ni l'étude des fréquences ni celle du déphasage du signal relié à l'amortissement intrinsèque.With the usual seismic, the propagation time or the speed of propagation of the waves through the massifs have so far been used, but neither the study of frequencies nor that of the phase shift of the signal related to intrinsic damping.
Conformément au procédé selon l'invention, on choisit un point d'émission et au moins un point de réception, la ligne joignant les deux points traversant la zone à con tr81er, puis on produit au point d'émission des vibrations mécaniques, entretenues ou non, et l'on mesure les spectres d'émission de la vibration émise et de réception de la vibration reçue au moyen d'un analyseur de spectre, la réduction d'amplitude des vibrations aux basses fréquences et l'apparition de vibrations de fréquences plus élevées, au point de réception, rendant compte de l'amélioration des caractéristiques mécaniques du terrain.In accordance with the method according to the invention, an emission point and at least one reception point are chosen, the line joining the two points crossing the zone to be con tr81, then mechanical, maintained or no, and the emission spectra of the vibration emitted and the reception spectra of the vibration received are measured by means of a spectrum analyzer, the reduction in amplitude of the vibrations at low frequencies and the appearance of frequency vibrations higher, at the reception point, reflecting the improvement in the mechanical characteristics of the terrain.
Le procédé de l'invention permet de contrôler par exemple que la qualité d'un sol s'est améliorée à la suite d'une injection, qu'un ouvrage ancien ne s'est pas dégradé avec le temps, la qualité d'un ouvrage tel qu'un barrage, en terre damée, la qualité d'un contact rocher/béton pour un bouchon de galerie, etc.The method of the invention makes it possible, for example, to check that the quality of a soil has improved following an injection, that an old structure has not deteriorated over time, the quality of a structure such as a dam, in packed earth, the quality of a rock / concrete contact for a gallery plug, etc.
L'originalité du procédé repose sur le fait que l'on utilise l'analyse en fréquence dans des espaces dont on ne connaît pas ou dont on connaît mal, la dimension et les caractéristiques géomécaniques. The originality of the process is based on the fact that we use frequency analysis in spaces of which we do not know or of which we know little, the size and the geomechanical characteristics.
D'autres caractéristiques de l'invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre, donnée à titre d'exemple non limitatif en regard des dessins annexés, donnés à titre d'illustration de l'invention.Other characteristics of the invention will appear during the description which follows, given by way of nonlimiting example with reference to the appended drawings, given by way of illustration of the invention.
Sur les dessins - la figure 1 est une représentation schématique de la mise
en oeuvre du procédé de l'invention - les figures 2 à 5 sont des enregistrements de spectres
correspondant à un terrain d'alluvions grossières, avant
injection, la figure 2 étant le spectre d'émission, la
figure 3, le spectre de réception sur le capteur vertical
et les figures 4 et 5 les spectres de réception sur les
capteurs horizontaux, suivant deux directions perpendi
culaires - les figures 6 à 9 sont des figures analogues aux figures
2 à 5, après stabilisation du terrain - la figure 10 est un graphique de deux spectres superposés
résumant le principe de la présente invention - la figure 11 représente schématiquement l'application de
l'invention à l'auscultation d'une paroi - les figures 12 et 13 représentent schématiquement deux
autres exemples d'application de l'invention; et, - les figures 14 et 15 représentent schématiquement encore
un autre exemple d'application.In the drawings - Figure 1 is a schematic representation of the setting
implementing the method of the invention - FIGS. 2 to 5 are recordings of spectra
corresponding to a coarse alluvial soil, before
injection, Figure 2 being the emission spectrum, the
Figure 3, the reception spectrum on the vertical sensor
and FIGS. 4 and 5 the reception spectra on the
horizontal sensors, in two perpendicular directions
circles - Figures 6 to 9 are figures similar to the figures
2 to 5, after stabilization of the ground - figure 10 is a graph of two superimposed spectra
summarizing the principle of the present invention - Figure 11 schematically shows the application of
the invention on auscultation of a wall - Figures 12 and 13 schematically represent two
other examples of application of the invention; and, - Figures 14 and 15 schematically still represent
another application example.
Un mode de mise en oeuvre du procédé selon la présente invention est représenté schématiquement sur la figure 1.An embodiment of the method according to the present invention is shown diagrammatically in FIG. 1.
Le terrain à étudier est situé entre deux forages 1 et 2, qui peuvent être par exemple des forages d'injection pratiqués dans un terrain à stabiliser en vue d'une construction quelconque. Dans ce type de travaux, on pratique de nombreux forages et il est possible d'appliquer le procédé de l'invention à partir d'au moins un forage et de relever des spectres dans plusieurs autres.The land to be studied is located between two boreholes 1 and 2, which can for example be injection boreholes drilled in a ground to be stabilized for any construction. In this type of work, numerous boreholes are practiced and it is possible to apply the method of the invention from at least one borehole and to collect spectra in several others.
Ces opérations seront effectuées avant les injections puis, en cours de travaux, jusqu'à l'obtention d'un résultat satisfaisant du point de vue stabilisation. On utilise un analyseur spectral ou modal 3, relié au récepteur R et accessoirement à l'émetteur E. L'émetteur du champ d'ondes peut être constitué simplement par une explosion, un choc direct sur une enclume placée au fond, un choc indirect sur une enclume placée en tête d'un train de tige ou tout autre émetteur de choc mécanique utilisant par exemple un procédé électromagnétique quelconque, ou plus simplement encore tout dispositif pouvant vibrer et transmettre ses vibrations au sol ou à la structure à étudier.These operations will be carried out before the injections and then, during the work, until a satisfactory result is obtained from the stabilization point of view. A spectral or modal analyzer 3 is used, connected to the receiver R and incidentally to the transmitter E. The transmitter of the wave field can be constituted simply by an explosion, a direct impact on an anvil placed at the bottom, an indirect impact on an anvil placed at the head of a rod train or any other mechanical shock emitter using for example any electromagnetic process, or more simply still any device which can vibrate and transmit its vibrations to the ground or to the structure to be studied.
Le récepteur peut être un transducteur quelconque mono ou multidirectionnel, par exemple du type géophone (capteur de vitesse) ou capteur d'accélération. Ces types de récepteurs sont bien connus dans la profession.The receiver can be any mono or multidirectional transducer, for example of the geophone type (speed sensor) or acceleration sensor. These types of receivers are well known in the art.
On peut utiliser un analyseur de spectre en temps réel ou analyseur modal, relié au récepteur, et suivant le type d'émetteur à l'émetteur ou à un récepteur situé suffisamment près de l'émetteur pour enregistrer le signal source. One can use a real-time spectrum analyzer or modal analyzer, connected to the receiver, and depending on the type of transmitter at the transmitter or at a receiver located close enough to the transmitter to record the source signal.
Les analyseurs de spectre existent depuis dix ans environ, les modèles suffisamment rapides et bon marché sont récents.The spectrum analyzers have been around for about ten years, the sufficiently fast and inexpensive models are recent.
On peut également enregistrer les signaux sur bande magnétique et les analyser par la suite avec un analyseur en laboratoire; ce qui permet d'éviter le transport de matériel délicat sur le terrain.The signals can also be recorded on magnetic tape and subsequently analyzed with a laboratory analyzer; which avoids the transport of delicate material on the ground.
Selon un mode d'exécution du procédé de l'invention, on émet un signal sismique qui est un signal extremement riche, puisque l'on génère plusieurs types d'onde, dont au moins des ondes de compression et des ondes de cisaillement. De plus, le signal est généralment émis sur une large bande de fréquence, et l'avantage de l'analyse en fréquence est qu'elle permet l'étude approfondie du contenu en fréquence et en amplitude de l'ensemble du signal.According to an embodiment of the method of the invention, a seismic signal is emitted which is an extremely rich signal, since several wave types are generated, including at least compression waves and shear waves. In addition, the signal is generally emitted over a wide frequency band, and the advantage of frequency analysis is that it allows the in-depth study of the frequency and amplitude content of the entire signal.
Autrement dit, on étudie ainsi le retour à l'équilibre d'un terrain soumis à une vibration mécanique quelconque, ce qui n'a jamais été réalisé avec la sismique usuelle qui se limitait à la seule étude de la vitesse de propagation du champ d'ondes créé à travers le terrain.In other words, we thus study the return to equilibrium of a ground subjected to any mechanical vibration, which has never been achieved with the usual seismic which was limited to the sole study of the speed of propagation of the field d waves created across the field.
il est bien connu que l'analyseur de spectre donne accès au spectre d'amplitude et au spectre de phase. Or, ces deux variables dépendantes de la fréquence cachent en fait une multitude de paramètres qui signent le matériau ou la structure beaucoup plus qu'ure vitesse de propagation d'onde sismique. On prend l'exemple du contrôle d'injection. il y a les trois zones habituelles - la zone d'émission, - la zone de transmission, et - la zone de réception.it is well known that the spectrum analyzer provides access to the amplitude spectrum and the phase spectrum. However, these two frequency-dependent variables in fact hide a multitude of parameters which signify the material or structure much more than its seismic wave propagation speed. We take the example of injection control. there are the three usual zones - the transmission zone, - the transmission zone, and - the reception zone.
Zone d'émission. Si on prend comme émetteur une enclume scellée au terrain par un système mécanique quelconque, le spectre émis dans le terrain va dépendre de la dimension de l'enclume et du marteau, ses caractéristiques élastiques, des caractéristiques visco-élastiques du terrain encaissant.Issuing area. If we take as an emitter an anvil sealed to the ground by any mechanical system, the spectrum emitted in the ground will depend on the dimension of the anvil and the hammer, its elastic characteristics, the visco-elastic characteristics of the surrounding ground.
C'est en fait un problème d'interaction dynamique sol/structure dont les formules sont bien connues dans certains cas particuliers entre autres, celui de la plaque.It is in fact a problem of dynamic interaction soil / structure whose formulas are well known in certain particular cases among others, that of the plate.
Zone de transmission. Dans cette zone, on peut admettre temporairement qu'on est dans le domaine de comportement isco-é1astique du massif. On voit que quatre facteurs ont éLé modifiées après l'injection la masse qui a crû faiblement, .le module d'élasticité qui a cru fortement, .la raideur qui a crû également fortement .le coefficient d'amortissement qui a diminue.Transmission area. In this zone, one can temporarily admit that one is in the domain of isco-elastic behavior of the solid mass. We see that four factors were modified after the injection the mass which grew weakly, the modulus of elasticity which believed strongly, the stiffness which also increased strongly, the damping coefficient which decreased.
Sans pour autant être lié par la théorie avancée, il semble q1f direçiement ou irdirectement (pour la masse par exemple) ces quatre facteurs concourent à produire un décalage du spectre vers les hautes fréquences.Without being bound by the advanced theory, it seems that directly or indirectly (for mass for example) these four factors combine to produce a shift in the spectrum towards the high frequencies.
Zone de réception. Equivalente à la zone d'émission en plus simple (il n'y a pas de choc). Reception area. Equivalent to the emission zone in simpler (there is no shock).
Le spectre enregistré depend donc du comportement mécanique de ces trois zones et principalement dans le cas du con trôle d'injection de la propagation dans la zone de transmission. Dans le cas présent, on a constaté sur les spectres de réception que l'amplitude de la vibration est maximum pour une fréquence nettement plus élevée qu'avant injection, c'est ce que l'on appelle un déplacement du spectre vers les hautes fréquences.The recorded spectrum therefore depends on the mechanical behavior of these three zones and mainly in the case of injection control of the propagation in the transmission zone. In the present case, it has been observed on the reception spectra that the amplitude of the vibration is maximum for a frequency much higher than before injection, this is what is called a shift of the spectrum towards the high frequencies. .
Sur les figures 2 à 9, on porte en abcisse les fréquences et en ordonnée les vitesses de vibration, dites vitesses par ticulaires, qui ne doivent pas etre confondues avec les vitesses de propagation. Les figures 2 à 5 sont relatives aux mesures effectuées avant injection. L'expérience a été effectuée dans un terrain d'aGluvions grossières. La figure 2 représente le spectre d'émission, riche en basses fréquences, jusqu'S 200 Hz. La figure 3 représente le spectre de réception vertical. Les figures 4 et 5 représentent les spectres de réception horizontaux dans deux directions perpendiculaires à une distance comprise entre env i- ron 80 cm et 20 m, de préférence entre 1 et 5 m.Sur les trois spectres de réception, on constate que les spectres sont caractérisés par une bande passante allant de, environ 20 à environ 400 Hz. Les figures 6 à 9 sont relatives aux memes opérations après injection, Le terrain ayant reçu une certaine stabilisation. Le spectre d'émission est modifié, la bande passante est pratiquement identique tandis que les pics d'amplitude ont disparu, ce qui donne au diagralame un aspect lissé. Sur les récepteurs (figs. 7 à 9), on constate que l'amplitude des vitesses particulaires aux basses fréquences comprises entre 0 et 400 Hz, est considérablement réduite et on voit apparaître un spectre très riche en fréquences plus élevées, comprises entre 500 et 900 Hz.In FIGS. 2 to 9, the frequencies are plotted on the abscissa and the vibration velocities on the ordinate, called velocities by ticks, which should not be confused with the velocities of propagation. Figures 2 to 5 relate to the measurements made before injection. The experiment was carried out in a field of coarse aggregations. FIG. 2 represents the emission spectrum, rich in low frequencies, up to 200 Hz. FIG. 3 represents the vertical reception spectrum. Figures 4 and 5 show the horizontal reception spectra in two directions perpendicular to a distance between about 80 cm and 20 m, preferably between 1 and 5 m. On the three reception spectra, we see that the spectra are characterized by a bandwidth ranging from approximately 20 to approximately 400 Hz. FIGS. 6 to 9 relate to the same operations after injection, the ground having received a certain stabilization. The emission spectrum is modified, the bandwidth is practically identical while the amplitude peaks have disappeared, which gives the diagralame a smooth appearance. On the receivers (figs. 7 to 9), we note that the amplitude of the particle velocities at low frequencies between 0 and 400 Hz, is considerably reduced and we see a very rich spectrum appear at higher frequencies, between 500 and 900 Hz.
Ceci est résumé sur la figure 10 où l'on voit un spectre d'émission type SE, et un spectre de réception SR, caractéristique d'un sol stabilisé. Dans le cas où le sol n'est pas ou est mal stabilisé, le spectre de réception a l'allure du spectre d'émission légèrement étalé vers la droite.This is summarized in Figure 10 where we see a typical SE emission spectrum, and a reception spectrum SR, characteristic of stabilized soil. In the case where the soil is not or is poorly stabilized, the reception spectrum has the appearance of the emission spectrum slightly spread to the right.
Le procédé de l'invention peut également être appliqué à un système décrit à la figure 11 qui représente un puits 5 dans lequel on déplace un équipage 6 portant un émetteur E et un récepteur R pour ausculter la paroi. Une opération analogue pourrait être effectuée horizontalement dans une galerie. The method of the invention can also be applied to a system described in FIG. 11 which represents a well 5 in which a crew 6 carrying a transmitter E and a receiver R is moved to listen to the wall. A similar operation could be carried out horizontally in a gallery.
Ces possibiLités croisées de l'analyse en fréquence permettent sur des distances assez courtes de nombreuses variantes d'application du procédé selon l'invention.These crossed possibilities of frequency analysis allow, over fairly short distances, numerous variants of application of the method according to the invention.
Le procédé est bien adapté aux sols tendres contenant des structures indurées et à tous les domaines où l'on doit observer des variations de caractéristiques géomécaniques.The process is well suited to soft soils containing hardened structures and to all areas where variations in geomechanical characteristics must be observed.
A ce type d'applications, se rattachent - le contrôle de compactages, - le contrôle d'injection (en travaux publics, mais aussi
pour le back-filling), - le contrôle de maçonnerie ancienne dégradée (tunnel en
maçonnerie, viaducs anciens, routes de barrage), - la recherche de structure à l'intérieur des sols tels
murs enfouis, pieux, etc..., - la dimension de structures auxquelles on a accès tels
pieux, barrettes, etc.To this type of applications are attached - control of compaction, - injection control (in public works, but also
for back-filling), - control of old degraded masonry (tunnel in
masonry, old viaducts, dam roads), - the search for structure inside soils
buried walls, piles, etc ..., - the dimension of structures to which one has access such
piles, bars, etc.
D'autres voies ne sont pas à négliger, telle l'étude de la fracturation du massif rocheux. On peut considérer comme un massif, au sens de l'application de la présente invention, pour l'étude de sa résistance, une structure dont la dimension, dans une direction généralement perpendiculaire au trajet joignant l'émetteur au récepteur, est au moins égale à la moitié de ce trajet.Other routes should not be overlooked, such as the study of the fracturing of the rock mass. We can consider as a solid mass, within the meaning of the application of the present invention, for the study of its resistance, a structure whose dimension, in a direction generally perpendicular to the path joining the transmitter to the receiver, is at least equal halfway through this journey.
A titre d'exemples d'application du procédé de l'invention, la figure 12 représente une vue en coupe d'un mur, sur lequel on a placé un émetteur E1 et trois récepteurs R1, R2, R3.As examples of application of the method of the invention, FIG. 12 represents a sectional view of a wall, on which a transmitter E1 and three receivers R1, R2, R3 have been placed.
Dans le cas d'un mur dégradé, on observera des spectres riches en basses fréquences, tandis qu'on notera des spectres riches en hautes fréquences pour un mur sain. il faut cependant que le mur ait un volume suffisant pour être considéré comme un massif. La figure 13 représente un puits 8 avec un train 9 de tiges de forage portant un trépan 10 à l'extrémité. L'émetteur est constitué par les chocs provoqués par la pénétration de l'engin de forage, qui met le sol en vibration. Un récepteur R1, placé sur le train de tiges, permet d'obtenir la réponse du sol en fréquence.In the case of a degraded wall, we will observe spectra rich in low frequencies, while we will note spectra rich in high frequencies for a healthy wall. however, the wall must have enough volume to be considered a solid. FIG. 13 represents a well 8 with a train 9 of drill pipes carrying a drill bit 10 at the end. The transmitter is formed by the shocks caused by the penetration of the drilling machine, which puts the ground in vibration. An R1 receiver, placed on the drill string, provides the frequency response of the soil.
La figure 14 représente une galerie 12 creusée dans un massif 16. 15 et 15' représentent un forage à l'avancement.Figure 14 shows a gallery 12 dug in a massif 16. 15 and 15 'represent a drilling advance.
L'outil de forage sert d'émetteur et l'on place des capteurs
RA, RB, Rc, RD autour de la paroi frontale de la galerie, représentée sur la figure 15.The drilling tool serves as a transmitter and sensors are placed
RA, RB, Rc, RD around the front wall of the gallery, shown in Figure 15.
Le procédé de l'invention s'applique particulièrement au contrôle de compactage, par exemple de compactage de barrages, de remblais routiers et autres analogues, l'émission et la réception pouvant même s'effectuer en surface. On sait que la sismique est d'autant plus efficace qu'elle recoupe par transparence un massif et que la longueur de la base d'ausculatation est longue par rapport à la zone à ausculter. Elle n'est donc pas très efficace en front de taille de galerie.The method of the invention is particularly applicable to the control of compaction, for example of compaction of dams, road embankments and the like, the transmission and reception can even be carried out on the surface. We know that seismics is all the more effective as it transparently cuts across a massif and the length of the auscultation base is long compared to the area to be examined. It is therefore not very effective at the front of the gallery.
Conformément à l'invention, on tire directement parti des forages réalisés au jumbo pour analyser ainsi la réponse en temps et en fréquence sur des panneaux dont la tige de forage est la droite d'intersection et les têtes de forage, les génératrices de choc. Les capteurs sismiques sont placés, soit en paroi au front de la galerie, soit éventuellement dans d'autres forages déjà créés.In accordance with the invention, direct use is made of the holes drilled using a jumbo to thus analyze the response in time and frequency on panels whose drill rod is the straight line of intersection and the drill heads, the shock generators. The seismic sensors are placed either on the wall at the front of the gallery, or possibly in other wells already created.
Les résultats sont enregistrés en temps réel par un analyseur de spectre et stockés sur disquette. On devrait voir de petites variations de vitesse lorsque des discontinuités sont rencontrées, mais surtout des variations spectrales les fractures devant filtrer les ondes de cisaillement, jouant le rôle d'un filtre passe-bas, on va voir apparaître des variations spectrales tant en amplitude qu'en phase. The results are recorded in real time by a spectrum analyzer and stored on diskette. We should see small variations in speed when discontinuities are encountered, but especially spectral variations, the fractures having to filter the shear waves, playing the role of a low-pass filter, we will see spectral variations appear in both amplitude and 'phase.
Les avantages du procédé sont - la mesure en temps réel, - une gêne minimum pour le chantier, et - l'utilisation des chocs provoqués par la tige du Jumbo.The advantages of the process are - real-time measurement, - minimum inconvenience for the site, and - the use of shocks caused by the Jumbo rod.
Les applications ci-dessus ne sont pas limitatives, le procédé consistant essentiellement à analyser le spectre de fré- quence reçu par transmission à travers le sol étudié pour apprécier sa structure, par l'accroissement des fréquences.The above applications are not limiting, the process essentially consisting in analyzing the frequency spectrum received by transmission through the ground studied to assess its structure, by increasing the frequencies.
il va de soi que les modes d'application décrits ne sont que des exemples et qu'ils pourraient être modifiés, sans sortir du cadre de la présente invention, notamment par substitution d'équivalents techniques. It goes without saying that the modes of application described are only examples and that they could be modified, without departing from the scope of the present invention, in particular by substitution of technical equivalents.
Claims (6)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR8316343A FR2553522A1 (en) | 1983-10-14 | 1983-10-14 | Method for listening to sounds in a massif with a view to assessing the stability of the terrain |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR8316343A FR2553522A1 (en) | 1983-10-14 | 1983-10-14 | Method for listening to sounds in a massif with a view to assessing the stability of the terrain |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FR2553522A1 true FR2553522A1 (en) | 1985-04-19 |
Family
ID=9293121
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FR8316343A Pending FR2553522A1 (en) | 1983-10-14 | 1983-10-14 | Method for listening to sounds in a massif with a view to assessing the stability of the terrain |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| FR (1) | FR2553522A1 (en) |
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