GEOFYZIKÁLNÍ METODY MĚŘENÍ V GEOTECHNICE

Ladislav Jančovič, Petr Dostál, Pavlína Frýbová

GEODRILL s.r.o.

Bělohorská 2115/6

636 00 Brno

Projekt: OKTAEDR – partnerství a sítě stavebnictví Registrační číslo projektu: CZ.1.07/2.4.00/31.0012. Řešitel: VUT v Brně, FAST, Veveří 95, 602 00 Brno, tel.: 541 147 501, e-mail: oktaedr@fce.vutbr.cz

GEOFYZIKÁLNÍ METODY MĚŘENÍ

V GEOTECHNICE

Autoři: RNDr. Ladislav Jančovič

Mgr. Petr Dostál

Mgr. Pavlína Frýbová

Spoluautoři a garanti Ing. Helena Brdečková

workshopu na VUT: Ing. Věra Glisníková, CSc.

Vedoucí projektu: RNDr. Jaroslav Bachratý

Ředitelka společnosti: Ing. Markéta Hrubanová

Edice: Mgr. Kristýna Bílá

BRNO, 2014

ISBN 978-80-214-4910-7

2

OBSAH

Úvod ................................................................................................................. 6

1 Přehled používaných geofyzikálních metod ............................................ 8

2 Geoelektrické metody .............................................................................. 9

2.1 Stejnosměrné metody ...................................................................... 10 2.1.1 Odporové profilování – OP ............................................................... 11 2.1.2 Vertikální elektrické sondování – VES .............................................. 13 2.1.3 Multielektrodové uspořádání – VES .................................................. 15

2.2 Elektromagnetické metody .............................................................. 17 2.2.1 Dipólové elektromagnetické profilování – DEMP ............................ 17 2.2.2 Georadar – GPR ............................................................................... 18

3 Seismické metody .................................................................................. 21

3.1 Mělká refrakční seismika – MRS .................................................... 22

3.2 Sledování pružných vlastností hornin.............................................. 23

3.3 Metoda přímých vln......................................................................... 26

4 Ostatní geofyzikální metody .................................................................. 27

5 Kriteria aplikace metod pro geotechnické účely .................................... 31

5.1 Kriteria výběru vhodné geofyzikální metody .................................. 31 5.1.1 Vliv základní geologické stavby na výběr metod ............................... 31 5.1.2 Požadavek na způsob zpracování dat formou map nebo řezů ........... 32 5.1.3 Požadavek na zjištění vybraných geotechnických parametrů ........... 33 5.1.4 Měřené veličiny a jejich převod na geologické parametry ................ 34 5.1.5 Hustota dat a hloubkový dosah, možnosti 2D a 3D zpracování ........ 34 5.1.6 Vliv měřené oblasti a možnosti potlačení šumu................................. 35 5.1.7 Možnosti srovnání s jinými metodami geotechnického průzkumu ..... 36 5.1.8 Ekonomika a efektivita průzkumu ...................................................... 36

5.2 Zásady aplikace geofyzikálních metod ............................................ 37 5.2.1 Legislativní podmínky ........................................................................ 37 5.2.2 Vhodnost a přínos aplikovaných metod ............................................. 37 5.2.3 Akvizice a kontrola kvality dat, ověření výsledků .............................. 38 5.2.4 Aplikace geofyziky jako předběžného, průběžného a následného

průzkumu .......................................................................................................... 38 5.2.5 Aplikace podle prostředí a možnosti měření ..................................... 39 5.2.6 Optimalizace nákladů geotechnického průzkumu ............................. 39 5.2.7 Ekologické faktory ............................................................................. 40 5.2.8 Bezpečnost práce ............................................................................... 40

5.3 Limitující faktory aplikovatelnosti geofyzikálních metod .............. 40 5.3.1 Matematický model a jeho limity, nepřímost měření, obrácená

úloha 40 5.3.2 Terénní faktory – dostupnost, morfologie, geometrie měření ........... 41 5.3.3 Rušivé faktory – elektromagnetický a mechanický šum ..................... 41 5.3.4 Antropogenní vlivy ............................................................................ 42 5.3.5 Klimatické podmínky ......................................................................... 42 5.3.6 Ekonomické limity ............................................................................. 43

3

6 Použití geofyzikálních metod pro geotechnické účely ........................... 44

6.1 Geologicko-geotechnická charakteristika zájmového území .......... 44 6.1.1 Geologická stavba zájmového území ................................................. 44 6.1.2 Stanovení geotechnických parametrů zemin a hornin ....................... 45 6.1.3 Hydrogeologický režim v pokryvu a podloží ..................................... 46

6.2 Geofyzikální práce při řešení inženýrsko-geologických a

geotechnických úkolů ................................................................................. 48 6.2.1 Stabilita svahů – svahové deformace ................................................ 48 6.2.2 Průzkum tras liniových staveb ........................................................... 49 6.2.3 Průzkum pro vodohospodářské stavby .............................................. 50 6.2.4 Průzkum základových půd pro plošnou zástavbu .............................. 51

6.3 Podzemní umělé a přirozené překážky a jejich lokalizace .............. 52

Literatura ........................................................................................................ 54

SEZNAM PŘÍLOH

Příloha 1.1 Geologická stavba: Odporový řez

Příloha 1.2 Geologická stavba: Mapa izohyps povrchu pevného

podloží

Příloha 1.3 Geologická stavba: 2D odporový řez

Příloha 1.4 Geologická stavba: Odporový a rychlostní řez

Příloha 1.5 Geologická stavba: Seismický rychlostní řez

Příloha 1.6 Geologická stavba: 3D zobrazení povrchu pevného podloží

Příloha 2.1 Geotechnické parametry: Sdružený seismokarotážní graf

Příloha 2.2 Geotechnické parametry: Rychlostní řezy mezi vrty

Příloha 2.3 Geotechnické parametry: Rychlostní profily podél vrtů

Příloha 2.4 Geotechnické parametry: Typy základových půd

Příloha 3.1 Hydrogeologický režim: 2D odporový řez

Příloha 3.2 Hydrogeologický režim: Mapa izolinií průběhu

potenciálního rozdílu

Příloha 3.3 Hydrogeologický režim: Mapa izolinií zdánlivého měrného

odporu

Příloha 3.4 Agresivita prostředí: Korozní průzkum – výsledky GF

měření

Příloha 4.1 Stabilita svahů: Výsledky geofyzikálního měření

Příloha 4.2 Stabilita svahů: Seismický rychlostní řez

Příloha 4.3 Stabilita svahů: Radarový řez

Příloha 4.4 Stabilita svahů: Souhrnný korelační GF řez

Příloha 4.5 Stabilita svahů: Mapa izolinií zdánlivé vodivosti

Příloha 5.1 Liniové stavby: Mapa izolinií zdánlivého měrného odporu

Příloha 5.2 Liniové stavby: Seismický rychlostní řez

Příloha 5.3 Liniové stavby: Radarový řez

4

Příloha 5.4 Liniové stavby: Těžitelnost podle rychlosti šíření

seismických vln

Příloha 5.5 Liniové stavby: Mapa mocnosti štěrků v [dm]

Příloha 6.1 Vodohospodářské stavby: Mapa izolinií zdánlivého

měrného odporu

Příloha 6.2 Vodohospodářské stavby: 2D odporový řez

Příloha 6.3 Vodohospodářské stavby: Mělká refrakční seismika

Příloha 6.4 Vodohospodářské stavby: Mapa izolinií zdánlivého

měrného odporu

Příloha 6.5 Vodohospodářské stavby: Radarový řez

Příloha 7.1 Základové půdy: Odporový a rychlostní řez

Příloha 7.2 Základové půdy: Odporový řez

Příloha 7.3 Základové půdy: Radarový řez

Příloha 7.4 Základové půdy: Mapa hloubky báze navážky

Příloha 8.1 Podzemní objekty: Rychlostní řez mezi vrty

Příloha 8.2 Podzemní objekty: Mapa izolinií zdánlivého měrného

odporu

Příloha 8.3 Podzemní objekty: Radarový řez

Příloha 9 Fotodokumentace z workshopu

5

ZKRATKY

AB rozteč proudových elektrod (odporové metody)

DEMP dipólové elektromagnetické profilování

DOP dipólové odporové profilování

GPR metoda georadaru

HG hydrogeologický

IG inženýrsko-geologický

KOP kombinované odporové profilování

MEU multielektrodové uspořádání

MN měřící (potenční) elektrody (odporové metody)

MRS mělká refrakční seismika

NT metoda nabitého tělesa

OP odporové profilování

SOP symetrické odporové profilování

SP metoda spontánní polarizace

VES vertikální elektrické sondování

VDV metoda velmi dlouhých vln

VP metoda vyzvané polarizace

WOP Wernerovo odporové profilování

6

Fakulta stavební Vysokého učení technického v Brně zahájila 1. 6. 2012

řešení projektu „OKTAEDR – partnerství a sítě stavebnictví“. Projekt je

spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem

České republiky a je zaměřen na tvorbu a udržování partnerské sítě. Tato

síť bude vzájemně propojovat Fakultu stavební Vysokého učení

technického v Brně, významná výzkumná a vývojová pracoviště, partnery

z oblasti podnikatelského sektoru i oborová sdružení. Cílem sítě je

umožnit rozšíření vzájemné spolupráce, vytvoření nových podmínek pro

přenos teoretických i praktických znalostí a zkušeností mezi výzkumem a

stavební praxí.

Partnery projektu „OKTAEDR – partnerství a sítě stavebnictví“ jsou:

MOTRAN Research, s. r. o.,

Českomoravský cement, a.s.,

Centrum dopravního výzkumu, v. v. i.,

OHL ŽS, a.s.,

Vysoká škola báňská – Technická univerzita Ostrava,

ESOX, spol. s r.o.,

Svaz vodního hospodářství ČR.

Registrační číslo projektu: CZ.1.07/2.4.00/31.0012 Název projektu: OKTAEDR – partnerství a sítě stavebnictví Realizace: 1. 6. 2012 – 31. 5. 2014 Řešitel: Vysoké učení technické v Brně, Fakulta stavební

7

ÚVOD

Tato publikace je součástí semináře „Geofyzikální metody měření

v geotechnice“, pořádané Ústavem geotechniky FAST VUT v Brně

v rámci projektu „OKTAEDR – partnerství a sítě stavebnictví“.

Cílem publikace je poskytnout základní a obecné informace o

používaných geofyzikálních metodách a jejich možném praktickém

použití v geotechnice. Nejedná se o učebnici pro geofyziky, ale publikace

by měla sloužit jako stručný průvodce pro zájemce, kteří by v budoucnu

mohli ve své průzkumné činnosti využívat výsledky geofyzikálního

měření.

V závěrečné části publikace jsou v přílohách uvedeny ukázky praktických

aplikací vybraných geofyzikálních metod používaných v geotechnice.

Obrázky použité v přílohách pocházejí ze zpráv z let 1982 až 2014,

uložených v archivech bývalé Geofyziky a.s. Brno, firmy GF Instruments,

s.r.o. a GEODRILL s.r.o.

8

1 PŘEHLED POUŽÍVANÝCH GEOFYZIKÁLNÍCH METOD

Užitá geofyzika se zabývá fyzikálními poli zemského tělesa. Pomocí

geofyzikálních metod sleduje fyzikální pole a příslušné fyzikální

parametry, které umožňují blíže charakterizovat fyzikální stav

horninového masivu.

Podle sledovaného fyzikálního parametru a charakteru pole se

geofyzikální metody dělí na [6]:

pro IG (geotechnický) průzkum metody vhodné a často používané

pro IG (geotechnický) průzkum metody částečně vhodné (speciální aplikace)

Geofyzikální metody

Magnetometrické

Radiometrické

Geotermické

- měření fyzikálních parametrů horninového prostředí

Fyzikální vlastnosti podél vrtného profilu a v blízkém okolí

Měření přirozené radioaktivity (úhrnné aktivity a spektrometrie)

Vyšetřování teplotního pole Země

Sledování různých elektrických umělých a přirozenýchpolí, popis prostředí na základě elektrických a elektromagnetických vlastností

Zkoumání šíření uměle vyvolaných elastických vln, generované pomocí kladiva, padostroje, explozí, ...

Měření tíhového pole a interpretace rozložení hustot geologického prostředí z tíhových anomálií

Sledování geomagnetického pole Země, měří se velikost totálního vektoru a jeho prostorové a časové variace

Gravimetrické

Geoelektrické

Seismické

Měření ve vrtech (karotáž)

9

2 GEOELEKTRICKÉ METODY

Geoelektrické metody jsou hojně používané v inženýrské geologii. Patří

sem velký počet dílčích metod s řadou modifikací, které umožňují řešit

široký okruh geologických problémů.

Elektrické vlastnosti hornin jsou určeny třemi základními parametry [6],

[9]:

- ρ - elektrickým měrným odporem (rezistivitou)

- ε - permitivitou (dielektrickou konstantou)

- η - polarizovatelností (elektrochemickou aktivitou)

Sledované pole může být stejnosměrné nebo střídavé, přirozené nebo

umělé

s použitím zdroje.

Stejnosměrné Elektromagnetické Elektrochemické

OP

MEU GPR

(SP)(VP)

DEMP

(VDV)VES

nejrozšířenější metody

Odporové

OP odporové profilování

VES vertikální elektrické sondování

MEU multielektrodové uspořádání (dvojrozměrné zobrazení)

DEMP dipólové elektromagnetické profilování

VDV metoda velmi dlouhých vln (pasivní metoda, využívá navigační

vysílače, které v současné době vysílají omezeně)

GPR georadar (specifická elektromagnetická metoda)

SP spontánní polarizace (měření přirozeného stejnosměrného

elektr. pole, které vzniká samostatně)

VP vyzvaná polarizace (vyhledávání objektů, které se mohou polarizovat uměle vyvolanými proudovými impulzy)

( ) metody v IG průzkumu méně používané

Geoelektrické metody

10

2.1 Stejnosměrné metody

Zkoumají rozložení elektrického potenciálu, nebo gradientu potenciálu

stejnosměrného proudu [6], [9].

Metoda odporová – je nejrozšířenější stejnosměrná metoda. Základním

sledovaným parametrem je měrný odpor ρ [Ωm].

Měrný odpor hornin závisí na řadě faktorů. Mezi nejdůležitější patří

mineralogické složení, pórovitost, nasycení vodou, koncentrace roztoků

zaplňujících póry, struktura a textura horniny a míra zvětrání.

Při měření elektrického pole se pomocí elektrod zajistí galvanické spojení

se zemí. Odporové metody používají umělá elektrická pole, která vznikají

zavedením stejnosměrného proudu „I“ do země pomocí proudových

elektrod (označují se písmeny A, B). Potenciál „∆U“ se měří pomocí

uzemněných potenčních (měřících) elektrod M, N. Využitím

modifikovaného Ohmova zákona je určen zdánlivý měrný odpor: ρz = k.

∆U/I, kde “k“ je veličina závislá na geometrii rozložení elektrod.

Zdánlivý měrný odpor odpovídá celkovému odporovému stavu prostředí

do určité hloubky a je ovlivněn skutečnými měrnými odpory všech vrstev

v daném hloubkovém intervalu.

miliampérmetr

A BM N

milivoltmetr

zdroj

(A, B - proudové elektrody, M, N - měřící elektrody)

Obrázek č. 1 Princip odporových metod

Vzdálenosti pozice jednotlivých elektrod určují rozměry uspořádání.

Změnou délky uspořádání se mění hloubkový dosah, tj. čím větší jsou

rozměry uspořádání AB, tím větší je hloubkový dosah.

11

2.1.1 Odporové profilování – OP

Odporovým profilováním se rozumí způsob pohybu zvoleného

uspořádání elektrod v přímém směru po profilu. Zpravidla se všechny

elektrody pohybují po profilu současně se stejnou vzájemnou vzdáleností.

Vzdálenost proudových elektrod AB se volí tak, aby bylo možné získat

informace

o hloubkách h = AB/4. Odporové profilování má široké využití,

s ohledem na možnost vytvářet různá uspořádání elektrod (např.

mapování, sledování kontaktu, vyhledávání tektonických linií).

Podle rozmístění elektrod lze vytvořit různé typy uspořádání. Volba typu

uspořádání se volí podle vhodnosti použití pro řešení zadaného problému.

Nejčastěji používané typy odporového profilování jsou:

Symetrické odporové profilování „SOP“

– Schlumbergerovo uspořádání elektrod

A M BN

AM=NB > MN

Schlumberger

Wennerovo odporové profilování „WOP“

A M BN

AM=MN=NB

Wenner

Kombinované odporové profilování „KOP“ – podobné

uspořádání jako Schlumberger. Proudový okruh se střídavě

zapojuje přes elektrody A

8

a B

8

, při stejných

potenčních elektrodách MN. Získají se současně dvě

hodnoty zdánlivého měrného odporu pro jedno staničení

podél profilu.

A M

8

8

BN AM(NB) > MN

= proudová mimo linii

Kombinované

12

Dipólové odporové profilování „DOP“

A MB N

AB=MN < BMDipólové

Měřeným parametrem u metody odporového profilování je zdánlivý

měrný odpor ρz [Ωm] – (ohm metr) pro určitou konstantní hloubku, danou

vzdáleností proudových elektrod.

Získaná data se vyhodnocují formou křivek podél jednotlivých profilů.

V případě většího množství paralelních profilů lze výsledky zpracovat do

plošné mapy izolinií zdánlivého měrného odporu.

20

0 10 20 30 m

40

60ρ Ωm[ ]z

0

pf 1

pf 2

pf 3

pf 4

pf 5

10 20 30 40m

10

20

20

30

30

40

40

Křivka podél profiluρ Mapa izolinií ρz z

Obrázek č. 2 Výsledky zpracování metody OP

13

2.1.2 Vertikální elektrické sondování – VES

Tato metoda slouží ke sledování zvrstveného prostředí, které je tvořeno

horizontálními vrstvami o různých měrných odporech.

Při sondování zůstává střed uspořádání elektrod na místě. Během měření

se mění vzdálenost elektrod symetricky podle středu v přímé linii.

Postupným zvětšováním vzdálenosti proudových elektrod dochází k růstu

hloubkového dosahu.

A BM N

střed uspořádání zůstává na místě

AB/2

AB/2

Obrázek č. 3 Princip metody VES

Podobně jako u odporového profilování (OP) lze pro sondování použít

různá uspořádání elektrod. Nejčastěji se používá uspořádání elektrod

Schlumberger (kap. 2.1.1.).

A AB BM MN N

ρ1

ρ2

Obrázek č. 4 Hloubkový dosah v závislosti na vzdálenosti proudových elektrod

Měřené hodnoty zdánlivých měrných odporů ρz, v závislosti na délce

roztažení proudových elektrod AB/2, umožní sestrojit sondážní křivku

VES. Sondážní křivku VES získáme vzájemným vzdalováním elektrod

v rámci měření jedné sondy na jednom stanovišti, vztažené ke středu

uspořádání elektrod.

14

1

10

100

1 10 100 1000 (Ωm)

AB/2

ρz

Obrázek č. 5 Sondážní křivka VES

Zpravidla je měřeno několik sond VES podél linie na různých

stanovištích s určitým krokem. Vzájemná vzdálenost sond VES je volena

podle potřeby řešení zadaného úkolu. Řazením sond VES do linie profilu,

numerickým zpracováním dat a interpretací křivek je získán hloubkový

řez.

Sondážní křivky VES jsou většinou interpretovány dvojím způsobem,

formou izoohmického a odporového řezu.

Izoohmický řez – je získán kvalitativní interpretací. Při sestrojení tohoto

řezu jsou vyneseny změřené hodnoty zdánlivého měrného odporu z pod

reliéf terénu v závislosti na délce roztažení AB. Hloubka je vztažena

k délce roztažení proudových elektrod AB na povrchu, s hloubkovým

dosahem h = AB/2 nebo AB/4. Izoohmický řez poskytuje prvotní

informace o geoelektrických podmínkách a změnách zdánlivého měrného

odporu v hloubkovém řezu.

15

0 metráž (m)10 20 30

VE

S 1

VE

S 2

VE

S 3

VE

S 4

VE

S 5

VE

S 6

VE

S 7

VE

S 8

140

100

120

100

100

80

140120

100

80

80 60

10

0

AB

/4

1

17.3

Obrázek č. 6 Izoohmický řez

Odporový řez – je získán kvantitativní interpretací křivek VES.

Výsledkem je řez s reálnými hloubkami jednotlivých geoelektrických

vrstev a příslušnými hodnotami měrného odporu (). Odporový řez

mnohdy odpovídá skutečnému geologickému profilu sledovaného

prostředí. V případě menšího kontrastu sledovaného fyzikálního

parametru a střídání méně mocných vrstev, nemusí odporové rozhraní

přesně sledovat geologické rozhraní.

20 30

0

2

4

6

8

10

hlo

ubk

a (

m)

metráž (m)

VE

S 8

62

170

34

VE

S 7

33

166

26

101

VE

S 6

111

35

76

VE

S 5

34

221

89245

202

VE

S 4

106

150128

39

10

VE

S 3

63

16894

110

VE

S 2

35

360

75

262

0

VE

S 1

46

170

321

68

Obrázek č. 7 Odporový řez

2.1.3 Multielektrodové uspořádání – VES

Multielektrodové uspořádání je nejnovější odporovou metodou. Běžnou

aplikaci umožnil rozvoj elektroniky a počítačové techniky. Základní

princip je stejný jako v případě dalších odporových metod (OP a VES). Je

možné použít širokou škálu různých uspořádání elektrod. Nejčastěji se

používají čtyřelektrodová uspořádání (proudové AB + potenční MN).

16

Zjednodušeně lze říci, že se jedná o kombinaci odporového profilování a

metody VES [5].

Před vlastním měřením je podél linie uzemněn větší počet elektrod se

stejnou vzájemnou vzdáleností, které jsou připojeny k

mnohoelektrodovému kabelu. Řídící jednotka automaticky zapíná

příslušné elektrody. Měření probíhá podle určeného algoritmu

kontinuálním způsobem v linii profilu. Měřící sekvence je založena na

postupném proměření jednotlivých hloubkových úrovní až do požadované

hloubky. Prostor pod měřeným profilem je horizontálně i vertikálně

pokryt sítí měřených hodnot. Hustota měřených bodů je přímo úměrná

vzdálenosti elektrod podél linie profilu.

a

a

a a a

2a

3a

2a

3a

A

A

A

M

M

M

N

N

N

B

B

B

n=1

n=1 (první vrstva)

n=2

n=2 (druhá vrstva)

n=3

n=3 (třetí vrstva)

n=4n=5

n=6

n=7

n=8

n=9

elektrody

měřené hodnoty ρz

Obrázek č. 8 Princip měření multielektrodového uspořádání

Měřeným parametrem je zdánlivý měrný odpor z [m].

Naměřená data vstupují do programu, pomocí kterého je provedena

interpretace s použitím konečných prvků do odporového modelu

prostředí. Výsledkem je odporový řez (hloubková rozhraní + měrné

odpory Multielektrodové uspořádání poskytuje dvojrozměrné

zobrazení a umožňuje sledovat horizontální i vertikální rozhraní v případě

dostatečného odporového kontrastu. Někdy je tato metoda označována

jako dvojrozměrná odporová tomografie (2D OT).

17

0 10 20 30 35 m.0.25

1.85

3.19

4.80

6.75

hlo

ub

ka (

m)

20 29 42 60 86 124 178 257měrný odpor [ m]Ω

Obrázek č. 9 2D odporový řez

2.2 Elektromagnetické metody

Elektromagnetické metody jsou zastoupeny širokou škálou modifikací.

Dle použitého zdroje elektromagnetického pole se dělí na metody aktivní

a pasivní. Aktivní metody užívají vlastní zdroje během měření. Pasivní

metody využívají stávající elektromagnetické pole, např. jevy v atmosféře

a ionosféře, navigační radiostanice apod. [6], [9].

2.2.1 Dipólové elektromagnetické profilování – DEMP

Dipólové elektromagnetické profilování je aktivní bezkontaktní metoda.

Pro IG průzkum se nejčastěji používá varianta, při níž se měří zdánlivá

vodivost z v jednotkách milisiemens na metr [mS/m] pomocí měřiče

vodivosti (indukční konduktometrie).

Měření je prováděno pomocí menšího pevného dipólu tvořeného vysílací

a přijímací (měřící) cívkou v různých frekvenčních a délkových

variantách. Změnou frekvence a délky dipólu je měněn hloubkový dosah.

Metoda je využívána pro mělčí průzkum s hloubkovým dosahem několika

metrů.

Princip metody - primární magnetické pole vysílacího magnetického

dipólu vybudí v jednotlivých vrstvách vodivého poloprostoru vířivé

proudy. Výsledné sekundární magnetické pole v přijímací cívce je pak

dáno součtem příspěvků jednotlivých vrstev.

18

vysílač

kontrolní jednotkapřijímač

Obrázek č. 10 Měřič vodivosti (bezkontaktní metoda)

Tato metoda slouží pro bezkontaktní měření zdánlivé vodivosti terénu

podél linie. Výstupem jsou křivky nebo mapy izolinií zdánlivé vodivosti

z, případně zdánlivého měrného odporu z (platí z = 1/z). Výsledné

zpracování i použití je podobné jako v případě odporového profilování

(příklady viz kap. 2.1.1).

2.2.2 Georadar – GPR

Georadar (Ground Penetrating Radar) je specifickou elektromagnetickou

metodou. Rozhodující základní součástí radarového systému je anténa,

která určuje kvalitu dat, rozsah rozlišení a maximální hloubku průniku

(penetrace). Dipólová anténa se pohybuje po povrchu a vyzařuje energii

(pulzy) do užšího kuželu. Tělo antény obsahuje dva dipólové prvky, jeden

z nich vysílá signál vlastní vysoké frekvence (většinou 50 MHz – 1500

MHz) a druhý přijímá reflexe (odrazy).

anténa

povrch

směr pohybupřijímač vysílač

Obrázek č. 11 Konfigurace antén

Důležitou podmínkou přesné interpretace je znalost hodnoty rychlosti

signálu ve zkoumaném prostředí. Signál prochází tímto prostředím

rychlostí, která je určena permitivitou (dielektrickou konstantou) a

19

vodivostí prostředí. Čím vyšší je permitivita, tím pomaleji se radarová

vlna šíří prostředím a naopak.

mm

0.0

0.40

0.20

0.60

mm

0.0

0.75

0.25

0.25

1.00

mm

0.0

0.40

0.20

0.80

0.60

dielektrická . konst. = 3 dielektrická . konst. = 10 dielektrická . konst. = 20

všechny parametry měření stejné

správná hloubka vodovodu = 0.48 mzměna pouze v rychlosti prostředí ( V > V > V )

*1V1 2

V2

3

V3

Obrázek č. 12 Změna interpretace hloubky cíle v závislosti na rychlosti penetrace

paprsku

Radar je vhodný pro zkoumání různého materiálu s nízkou elektrickou

vodivostí, např. skalní horniny, beton, písek, dřevo, asfalt atd. Vodivé

prostředí způsobí značný útlum penetrace signálu. Kov, dokonce i tenká

fólie, úplně odráží signál. Reflexe od něho jsou jasně viditelné, ale

hledaný cíl pod ním není detekován. Podobně se chová i jemná drátěná

síť (Fe armatura).

5.0m

m

0.0

0.25

0.50

0.75

poklop

Obrázek č. 13 Úplný odraz signálu kovovým objektem

20

Reflexe se vytvoří na rozhraní mezi dvěma různými materiály, kde

dochází ke změně permitivity, vodivosti a ke změně rychlosti. Vyšší

dielektrický kontrast mezi dvěma materiály produkuje výraznější reflexe

(odrazy). Georadarové řezy poskytují informace o detailním členění

prostředí. Nevýhodou je, že zkoumané prostředí nelze charakterizovat

pomocí fyzikálního parametru. Interpretace významu jednotlivých reflexů

se opírá zejména o tvar, velikost a průběh amplitudy, případně o změnu

frekvence odrazů. V radarových řezech lze sledovat dva základní průběhy

reflexů:

Odraz od vrstvy – v případě měření nad souvislým vrstevnatým

rozhraním během postupu anténa opakovaně přijímá reflexe od úseků

tohoto rozhraní. Ty vytvoří vrstevné odrazy, které odpovídají příslušnému

reflexnímu rozhraní.

Odraz od objektu – když anténa křižuje objekt (potrubí, kabel,

dutinu,…)

ve správném úhlu, výsledný obraz vypadá jako otočené U nebo V. Tento

tvar se vytvoří, když se anténa přibližuje k objektu a následně se vzdaluje

pryč

od něho.

mm

0.0

1.00

0.50

1.50

5.0

0.0

0

20

10

30

50

TIM

E

[ns]

40

10

Odraz od objektu (potrubí ...) Odraz od vrstvy

Obrázek č. 14 Základní reflexní projevy v metodě GPR

21

3 SEISMICKÉ METODY

Seismické metody sledují geologické prostředí pomocí uměle vyvolaných

elastických vln. Seismika v širším slova smyslu zahrnuje větší počet

různých metod. Pro seismický průzkum se nejčastěji používají dvě hlavní

metody: metoda odražených vln – reflexní seismika a metoda lomených

vln – refrakční seismika. Pro mělký průzkum se zpravidla používá

refrakční seismika, případně i metoda přímých vln [3], [6].

Metoda lomených vln

mělká refrakční seismika mělká reflexní seismika (méně častá v IG a geotechnice)

Metoda odražených vln

seismická karotážseis. prozařování mezi vrty

Metoda přímých vln

Seismické metody

Princip měření – elastické vlny jsou na zemském povrchu registrovány

pomocí citlivých snímačů (geofonů) napojených na měřící aparaturu.

Zdrojem vlnění mohou být výbuchy náloží trhaviny, nebo nedestruktivní

zdroje – údery kladiva, vibrátor, padostroj apod. Tyto vlny se od zdroje

šíří všemi směry a pronikají do hloubky. Na rozhraní se lomí, odrážejí

a vracejí se k povrchu, kde jsou zaznamenány jimi vyvolané kmity.

povrch

rozhraní

přímávlna

lomená vlnaodražená vlna

geofony geofony

zdroj vlnění

Obrázek č. 15 Obecný princip seismického měření

22

3.1 Mělká refrakční seismika – MRS

Metoda lomených vln je nejčastěji používanou metodou pro mělký

průzkum horninového prostředí. Lomená vlna vzniká, pokud je rychlost

v podloží větší než rychlost v nadloží. Tato podmínka musí platit i pro

vícevrstevné prostředí. Vlna lomená (čelná) klouže podél rozhraní a vrací

se od něj zpět k povrchu.

MRS se měří v linii s pravidelnou vzdáleností geofonů podél roztažení.

Časy příchodu seismických vln se registrují z několika zdrojů vlnění

podél roztažení a v určité vzdálenosti od krajních geofonů v linii

roztažení.

Délka roztažení je volena podle požadovaného hloubkového dosahu (delší

roztažení pro větší hloubky) [3], [6], [9].

geofony geofony

povrch

(24 kanálové uspořádání)

zdroj vlnění

1 24

Obrázek č. 16 Měření podél profilu metodou MRS

Měření času průběhu vlny a charakter vlnění umožní určení hloubky,

tvaru seismického rozhraní a příslušné rychlosti šíření seismické vlny.

Interpretovaným fyzikálním parametrem bývá nejčastěji rychlost šíření

podélných vln Vp [m/s]. Rychlost má přímou vazbu na elasticitu

horninového prostředí. Rychlosti šíření seismických vln jsou obecně

závislé na typu horniny, na porozitě, stupni zvětrání a rozpukání.

Zvětrání, rozpukání a zvýšená porozita značně snižují hodnotu rychlosti.

U pevných hornin se rychlosti pohybují v intervalu cca od 3500 m/s do

6500 m/s, podle typu horniny. Výsledky jsou zobrazeny formou

hloubkových rychlostních řezů, na nichž lze sledovat spojitý průběh

rozhraní a příslušné rychlosti [10].

23

220

210

200

0 20 40 60 80 100

na

dm

.vý

ška

(m

n.

m.)

metráž (m)

V [m/s]pa

600

1000

1400

1800

2200

2600

3000

3400

3800

Seismický rychlostní řez

220

210

200nad

m.v

ýšk

a (

m n

. m

.)

0 20 40 60 80metráž (m)

820905

790 850

27202720

28502180670

Seismický rychlostní řez

V [m/s]p

Obrázek č. 17 Hloubkové řezy mělké refrakční seismiky

3.2 Sledování pružných vlastností hornin

Problematika seismického studia parametrů horninového masivu je

spojena se vzájemnými vztahy geologických, geotechnických a

seismických vlastností prostředí. Ke geotechnickým parametrům můžeme

počítat, kromě jiných, i různé moduly pružnosti. Pro stanovení těchto

hodnot z přímého terénního seismického měření je nutné určit rychlosti

šíření některých typů seismických vln podélných (Vp) a vln příčných (Vs).

Obě jsou vlny objemové, které se šíří celým objemem prostředí. Další

možností je sledování a analýza povrchových vln [3], [4].

Objemové vlny – se šíří celým objemem prostředí. Patří sem podélné

a příčné vlny, šířící se prostředím rychlostí Vp (vlna podélná) a Vs

(vlna příčná) [3], [4], [9].

Podélná vlna (P) – pohyb částic prostředí se šíří ve směru šíření

seismické vlny. Postupně ve směru jejího šíření vznikají zóny nahuštění

a zředění, které jsou způsobeny kmitáním hmotných částic prostředí

kolem své rovnovážné polohy. Podélné vlny se šíří každým hmotným

prostředím.

Příčná vlna (S) – částice kmitají kolmo na směr šíření vlny. Příčná vlna

je vázaná pouze na tvarové (střižné) deformace. V tomto případě dochází

24

ke změně tvaru, tj. dochází ke vzájemnému posunování jednotlivých

částic prostředí. Příčné vlny se nešíří plyny a kapalinami.

podélná vlna příčná vlna

Obrázek č. 18 Pohyb částic při šíření objemových seismických vln

Příčné (S) vlny jsou vždy pomalejší než podélné (P) vlny a také jsou více

absorbovány (Vp > 1.4 Vs). Rychlost příčných vln je určena hlavně

pevností ve smyku skeletu horniny. Příčná vlna prochází přes horninu

s různou výplní pórů bez znatelné změny rychlosti, pokud pevná část

(skelet) horniny zůstává nezměněná.

Princip měření příčných vln a určení rychlosti je stejný jako v případě

podélných vln (kap. 3.1). Rozdíl spočívá v technice buzení a použití

speciálních geofonů, které umožní zvýraznit zápis příčné vlny.

Povrchové vlny – se vyskytují za určitých podmínek ve zvrstveném

prostředí, tj. při existenci rozhraní oddělujícího prostředí s rozdílnými

elastickými vlastnostmi. V těchto případech mohou kromě objemových

vln vznikat za jistých podmínek povrchové vlny. Povrchové vlny se šíří

pouze

v blízkosti rozhraní. Mezi nejvýznamnější patří Loveho a zejména

Rayleighovy vlny [6], [8], [9].

Loveho vlna – může vznikat, pokud se pod tenkou vrstvou s rychlostí

příčné vlny Vs1 nachází vrstva o rychlosti Vs2 a platí: Vs1 < VL < Vs2.

Loveho vlna vyvolává kmitání částic prostředí v horizontální rovině ve

směru kolmém na směr šíření vlny.

Rayleighova vlna – ve stejnorodém (izotropním) prostředí tato vlna

způsobí pohyb části povrchu v elipse, v ploše kolmé k povrchu a

rovnoběžné ve směru šíření – hlavní osa elipsy je ve vertikále. Při

povrchu a v malé hloubce je tento pohyb zpětný. Pohyb je v rovině a část

se pohybuje proti směru hodinových ručiček, když vlna se pohybuje zleva

doprava. S větší hloubkou se pohyb částic změní na směr dopředu. Vztah

25

mezi charakteristickou rychlostí střižné (příčné) vlny Vs a Rayleighovou

vlnou Vr v elastickém prostředí je: Vr = c. Vs (kde c je funkce Poissonova

čísla), tj. Vr se rovná přibližně 0.9 násobku Vs.

rozhraní

Rayleighovy vlny

rozhraní

Loveho vlny

Vs1

Vs2

Obrázek č. 19 Pohyb částic při šíření povrchových seismických vln

V seismologii jsou Rayleighovy vlny (RW) nejdůležitějším typem

povrchových vln a mohou být vyvolané např. zemětřesením, vlnami

oceánu, explozí nebo dopadem závaží, kladiva. Vzhledem k vyšší

rychlosti

P a S vlny buzené zemětřesením, přicházejí před povrchovými vlnami.

Nicméně pohyb částic povrchových vln je výraznější než u objemových

vln. Takže povrchové vlny způsobují větší škody [8].

Povrchové vlny jsou široce používané pro popis materiálů, k nalezení

mechanických a strukturních změn. Pro geotechnické účely lze povrchové

vlny využít pro určení odpovídajících příčných modulů (smykové

deformace). Jednou z možností zpracování je použití metody MASW –

Multi-channel Analysis of Surface Waves.

Princip MASW – vlnu charakterizují kmitočet (časová periodičnost)

a vlnová délka (prostorová periodičnost). Dílčí vlnění se šíří různými

fázovými rychlostmi. Existuje souvislost mezi fázovou rychlostí dílčích

vln a jejich vlnovou délkou. Fázová rychlost harmonických vln (s

určitými frekvencemi) závisí na jejich vlnové délce a při šíření svazku

těchto vln prostorem dochází k rozptýlení (rozpadu) vln – disperzi.

Spektrální analýzou se identifikují Rayleighovy vlny a určí se

experimentální disperzní křivka. Disperzní křivka vyjadřuje závislost

fázové rychlosti na frekvenčním spektru vln. Pomocí modelování

disperzní křivky (inverzí) je určen rychlostní profil prostředí a následně

některé geotechnické parametry [2].

Terénní měření je podobné jako v případě mělké refrakční seismiky.

Senzory (geofony) jsou umístěny s konstantním krokem podél linie.

26

Všechny parametry měření jsou nastaveny na stejné hodnoty pro všechny

geofony, bez ohledu na vzdálenost bodu buzení (kladivem). Bod buzení

signálu se nachází na koncích roztažení.

3.3 Metoda přímých vln

Registrace seismických vln u těchto metod je prováděna ve vrtech na

zemském povrchu, nebo v důlních dílech (ve štolách, tunelech apod.).

Pro inženýrsko-geologický a geotechnický průzkum jsou tyto metody

nejčastěji používány ve dvou variantách [6], [9].

Seismická karotáž (seismokarotáž) – zjišťují se především rychlosti

šíření pružných (podélných) vln a změny rychlostí v profilu vrtu. Pomocí

vějíře vrtů lze sledovat napěťo-přetvárné změny v horninovém masivu,

způsobené vyražením důlního díla, tj. vymezení přirozené klenby kolem

důlního díla.

Geofon, případně více geofonů, pomocí kterých se sleduje čas příchodu

seismických vln, jsou spuštěny do vrtu. Body buzení jsou na povrchu.

Seismické prozařování (seismická tomografie) – běžně je používáno

prozařování mezi vrty, případně mezi důlními díly a zemským povrchem.

Při prozařování se pro výpočet rychlosti pracuje se vzdáleností mezi

zdroji vlnění v jednom vrtu a přijímači (geofony) umístěnými ve druhém

vrtu a časy příchodů vln.

Touto metodou se nejčastěji vyhledávají jednotlivé nehomogenity v

horninovém masivu, jako dutiny, kaverny apod.

vrt

geo

fon

y

zdroj

povrch

vrt

geofo

ny

vrt

zdro

je v

lněn

í

povrch

Seismická karotáž Seismické prozařování mezi vrty

Obrázek č. 20 Princip měření v metodě přímých vln

27

4 OSTATNÍ GEOFYZIKÁLNÍ METODY

V této kapitole jsou stručně uvedeny geofyzikální metody, které se

používají převážně mimo oblast inženýrské geologie. Nicméně v

některých specifických případech mohou poskytnout cenné informace i v

této oblasti průzkumu. Jejich použití bývá méně časté a slouží jako

doplňkové metody pro detailní sledování anomálních míst v rámci

celkového inženýrsko-geologického průzkumu [6], [9].

Gravimetrie – základním principem je měření tíhového pole Země.

Interpretace rozložení hustot geologického prostředí z tíhových anomálií

slouží k mapování těles s odlišnou objemovou hmotností od okolí.

Používá se k řešení stavby zemské kůry a geologické stavby větších

oblastí (regionální mapování).

Pro mělký průzkum v inženýrské geologii lze použít mikrogravimetrické

měření s menší vzdáleností měřených bodů. Mikrogravimetrie umožňuje

sledovat podzemní nehomogenity přirozeného a umělého původu – skryté

podzemní prostory (chodby, sklepy, dutiny, krasové prostory apod.).

Magnetometrie – magnetické pole Země vzniká pravděpodobně pohyby

v tekutém jádru Země. Mění se v čase i prostoru. Časové změny (variace)

geomagnetického pole závisí na aktivitách jádra Země, na aktivitě Slunce

a na magnetických bouřích v ionosféře. Časové změny mohou být

dlouhodobé, denní krátkodobé a nepravidelné (magnetické bouře).

Normální geomagnetické pole vykazuje nepravidelnosti (anomálie)

většího (regionálního) i lokálního rozsahu, vlivem zdrojů blízko povrchu.

Tyto nepravidelnosti jsou způsobené především feromagnetickými

minerály a jsou úměrné magnetické susceptibilitě hornin. Cílem

magnetometrického měření je sledování těchto anomálií. Měří se

absolutní, nebo relativní hodnoty totálního geomagnetického pole,

případně jeho složek.

Při pozemním měření magnetometry se měří absolutní hodnoty totálního

vektoru T. Anomálie se určují jako rozdíl naměřených (T) a normálních

(Tn) hodnot: ∆T = T – Tn. Ve střední Evropě je hodnota Tn cca 48 000 nT

(nanoTesla). V průběhu zpracování je třeba terénní údaje opravit o vliv

variací geomagnetického pole.

28

Pro mělký průzkum je často výhodnější použití měření vertikálního

gradientu indukce magnetického pole, než měření magnetické indukce

samotné.

K vyhodnocovací jednotce se připojí nad sebou dvě sondy tak,

aby mezi nimi byla pevná vzdálenost. Rozdíl obou naměřených údajů

umožňuje výpočet průměrného vertikálního gradientu. Gradientové

(diferenciální) měření odstraňuje vliv časových variací magnetického

pole, odstraňuje vliv anomálií velkých rozměrů a lépe definuje mělčí

zdroje.

Magnetometrické metody jsou užívány hlavně pro regionální geologické

mapování a vyhledávání rudních ložisek. V inženýrské geologii se

využívají měření s hustým krokem bodů. Tato měření slouží pro

mapování přípovrchových výchozů rudních žil a vyvřelých hornin,

zejména bazických. Magnetometrii lze aplikovat při vyhledávání

kovových objektů, např. potrubí, pohřbených železných konstrukcí apod.

Metoda spontánní polarizace (SP) – se řadí do skupiny geoelektrických

metod. Princip je založen na sledování elektrochemických procesů,

které vznikají na styku tuhé a kapalné fáze horninového prostředí. Jsou

sledována přirozená pole lokálního charakteru, která vznikají důsledkem

oxidačně redukčních, filtračních a difúzně adsorpčních procesů. Měří se

potenciální rozdíly mezi dvěma nepolarizovatelnými elektrodami. Metoda

je nejčastěji využívána při vyhledávání ložisek rudních nerostů, při

mapování hornin a také v hydrogeologii.

V inženýrské geologii má uplatnění sledování elektrického pole

filtračního původu, které vzniká při filtraci podzemních vod v horninách –

zjišťování průsaků hrázemi, směr filtrace kapaliny a průzkum svahových

deformací.

Spontánní polarizace je používána také jako jedna z dílčích metod

při vyhodnocení „základního korozního průzkumu – měření bludných

proudů a stanovení zdánlivého měrného odporu půdy“. Parametry

elektrického polev zemi jsou určovány normovaným postupem dle ČSN

03 8365 (měřením rozdílu potenciálu mezi dvěma dvojicemi

nepolarizovatelných elektrod) [14].

Metoda nabitého tělesa (NT) – stejnosměrná potenciálová metoda. Tato

geoelektrická metoda bývá aplikována při detailním sledování rudních

těles. Pomocí měřících elektrod (MN) je měřeno rozložení potenciálu

nebo gradient potenciálu na zemském povrchu, většinou v podobě

29

profilování. Proudovými elektrodami (AB) je zaveden do země proud,

přičemž jedna elektroda je umístěna ve vrtu.

Hydrogeologická varianta se užívá pro určení směru a rychlosti proudění

vody. Pod hladinu podzemní vody je umístěna proudová elektroda a vak

obsahující sůl. Na povrchu je opakovaně sledováno rozložení potenciálu

v určitých časových intervalech. Rozpuštěná sůl vytvoří anomální zónu,

která se časem pohybuje ve směru proudění podzemní vody.

A A

N

NM M

B B8 88

Potenciálové uspořádání

Gradientové uspořádání

Obrázek č. 21 Princip měření metodou nabitého tělesa

Metoda odražených vln (MOV) – je seismická metoda sledující

odražené vlny. Odražená vlna vzniká v případech, kdy seismické rozhraní

odděluje horniny o rozdílném vlnovém odporu, tj. vlnový odpor =

objemová hmotnost x rychlost. Tato metoda je používána především pro

průzkum uhlovodíků (ropa, zemní plyn), případně určení mocnosti

sedimentárních pánví pro strukturní a ložiskový průzkum.

Technologický vývoj v poslední době umožňuje sledování odražených

vln

i pro průzkum malých hloubek při řešení některých úkolů v inženýrské

geologii, hydrogeologii a v ložiskové geologii. Korelací odrazných ploch

podél měřeného profilu jsou konstruována seismická rozhraní v podobě

časových a hloubkových řezů. Zpracování a výstupy jsou v mělkém

průzkumu podobné jako v případě georadaru (kap. 2.2.2).

Měření ve vrtech (karotáž) – název metody napovídá, že se jedná

o geofyzikální měření ve vrtech. Karotáž zahrnuje široké spektrum

geofyzikálních metod, které jsou většinou odvozeny z povrchových

metod nebo z ekvivalentních metod laboratorních. Výhodou je

30

bezprostřední styk s proměřovaným prostředím. Nevýhodou je omezený

dosah, který až na výjimky v průměru nepřesahuje první decimetry.

Použití karotáže je různorodé. Může být zaměřeno na stanovení

fyzikálních vlastností hornin, kapalin vyplňujících póry a puklinový

prostor v horninách, na sledování geometrických parametrů vrtu a vrstev

(směr a sklon).

31

5 KRITERIA APLIKACE METOD PRO GEOTECHNICKÉ

ÚČELY

5.1 Kriteria výběru vhodné geofyzikální metody

5.1.1 Vliv základní geologické stavby na výběr metod

Rekonstrukce geologické stavby na základě geofyzikálních měření neboli

interpretace výsledků geofyzikálních měření, vyžaduje určité

zjednodušení situace – matematický model. Řešení obrácené úlohy je

však u některých metod značně náročné i v dnešních možnostech

numerického zpracování. Navíc jsou měřená data ovlivněna i dalšími

faktory, než pouze geologií oblasti, například morfologií terénu a rušením

vnějšími vlivy. Při zpracování výsledků měření proto zpravidla

vycházíme z řešení jednoduchých modelů, které odpovídají různým

základním geologickým situacím.

Nejjednodušším modelem je homogenní prostředí – zpravidla

polokulovitý poloprostor, odpovídající měřením na povrchu rovinného

terénu. Výchylky v měřených hodnotách, tzv. geofyzikální anomálie,

potom odpovídají různým nehomogenitám v měřeném prostředí, jako jsou

oblasti s vyšším zvodněním, výskyty plastických zemin, kontaminanty

v prostředí zvodní zasolené oblasti a v neposlední řadě projevy svahových

nestabilit. Pro řešení tohoto modelu jsou vhodné zejména

elektromagnetické metody a také například mikrogravimetrie a

geofyzikální měření ve vrtech (karotáž).

Dalším jednoduchým modelem je dvouvrstevný poloprostor –

geologicky mu nejlépe odpovídá skalní podloží se sedimentárním

pokryvem nebo s pláštěm zvětralin (eluviem), nebo také volná hladina

podzemní vody v jinak homogenním sedimentu. To jsou typická

prostředí, která jsou dobře popisována geofyzikálními metodami jako

VES, MRS nebo georadar, v případě velmi hlubokého uložení se aplikuje

i reflexní seismika.

Rozvinutím výše uvedeného modelu je vícevrstvý poloprostor,

v nejjednodušším přiblížení ve formě horizontálních vrstev s konstantní

mocností a tzv. laterální homogenitou, tedy stejnými fyzikálními a

geotechnickými vlastnostmi v celém horizontálním průběhu vrstvy.

Typickým řešeným prostředím je sled sedimentárních vrstev.

Geofyzikální průzkum potom zjišťuje mocnost a stratigrafii vrstev, jejich

32

geologický charakter a geotechnické parametry v jejich horizontálním

průběhu, dále vyklínění, prostorové rozložení (čočky, jazyky, celoplošné

uložení), případně i skokové změny mocnosti nebo náhlé vymizení

v důsledku tektoniky, odnosu vodními toky a podobně. Toto prostředí

dobře popisují metody georadaru, refrakční i reflexní seismické metody,

VES a karotáž.

Dalším základním modelem je strmý nebo vertikální kontakt.

Představuje typickou úlohu, vyskytující se zpravidla ve zpevněných a

krystalinických horninách, jako jsou vápence, vyvřelé a metamorfované

horniny. V tomto prostředí spolu sousedí různé typy hornin. Specifikem

tohoto modelu je dvojí kontakt, zpravidla ve formě tenké vodivé desky

nebo silné nevodivé desky, v geologické stavbě se vyskytující jako vodivá

žíla, tektonická porucha (zlom) doprovázená zónou zvětrání, vložka

cizorodých hornin, ale také například zóna napjatosti svahu při prevenci a

mapování sesuvů. Pro řešení tohoto modelu jsou většinou aplikovány

elektrické odporové a elektromagnetické metody. Používá se také

gravimetrie, v leteckém průzkumu radiometrické a magnetometrické

metody.

Výše uvedené modely zpravidla dobře postačují pro interpretaci

geologické stavby a geotechnické situace zkoumané lokality. Je zřejmé,

že geologická stavba měřené lokality je zpravidla kombinací více

uvedených modelů. Výběr vhodných geofyzikálních metod, způsob jejich

aplikace a zpracování je tedy velmi důležitý. V komplikovaných

podmínkách je také možné použít více metod.

5.1.2 Požadavek na způsob zpracování dat formou map

nebo řezů

S řešením geotechnické situace zkoumané oblasti úzce souvisí požadavek

zadavatele průzkumu, v jakém rozložení požaduje potřebná data získat.

V předchozích kapitolách bylo řečeno, že některé metody poskytují

křivky měřených parametrů – profilové odporové metody a karotáž. Jiné

metody poskytují interpretované geologické řezy – metoda VES, MEU,

seismické metody a georadar. Další metody jsou vhodné pro konstrukci

map rozložení zájmových parametrů v ploše, jako například konduktivity

nebo magnetické susceptibility – plošná magnetometrie, dipólová

profilování, radiometrické a gravimetrické metody. Je samozřejmé, že

vyšší hustota dat, zpracovaná do řezu, mapy nebo i 3D modelu, vede

k detailnější znalosti prostředí. Je však na zadavateli, aby stanovil, jakou

formu grafického výstupu, jakou hustotu získaných dat a jaké

33

geotechnické informace požaduje. Je třeba také stanovit požadovaný

hloubkový dosah. Zhotovitel průzkumu potom navrhne optimální

metodiku geofyzikálních prací a vhodně uzpůsobí geometrii měření.

5.1.3 Požadavek na zjištění vybraných geotechnických

parametrů

Dalším zásadním kritériem výběru vhodné geofyzikální metody, případně

kombinace více metod, je problematika získání potřebných

geotechnických parametrů pomocí geofyzikálního měření. Jak vyplývá

z předešlých kapitol, geofyzikální měření je neinvazivní, tedy nepřímá

metoda průzkumu. Navíc zpravidla nelze měřit přímo geotechnické

parametry zemin a hornin, ale lze je zjistit výpočtem pomocí měření

některých fyzikálních veličin. Je tedy třeba počítat s tím, že geofyzikální

průzkum v geotechnice slouží zpravidla pro následující účely:

lze jej většinou použít i tam, kde není, např. z hlediska přístupu

nebo vzniklých škod, možné aplikovat jiné metody průzkumu

je třeba rychle a relativně levně získat přehled o geologické nebo

geotechnické situaci oblasti, zejména pro optimalizaci následného

sondážního průzkumu

je vhodný pro projektování a situování invazivních průzkumných

metod, jako jsou vrtné práce, kopané sondy a sběr vzorků z oblastí,

vykazujících nebezpečné anomality a nehomogenity, nebo v

místech, kde jsou dosavadní geologické znalosti nedostatečné

pro doplnění, zahuštění nebo extrapolaci již získaných

geotechnických údajů v místech, která nebyla zkoumána, nebo kde

nebylo možné, případně efektivní, potřebné údaje v dostatečné

kvalitě dat získat

Údaje z geofyzikálních měření umožňují sledovat tvar, hloubku, mocnosti

a geologický charakter vrstev, jejich plošný tvar, lze vysledovat cizorodá

tělesa a cizorodé látky v prostředí zemin a hornin, zjistit tektonické

porušení, mechanický stav, zvodnění, zpevnění sedimentů. U skalních

hornin je možné mapovat hloubky a reliéf podloží, stupeň a hloubku

zvětrání, tektonické poruchy, zkrasovění, kolektory proudění podzemní

vody. Z geotechnických parametrů a mechanických vlastností zemin lze

zjistit zrnitostní parametry, plasticitu jílovitých zemin, zatřídění zemin a

skalních hornin a také stanovit třídy rozpojitelnosti. Je možné mapovat

svahové nestability, sledovat vývoj a tvar smykových ploch sesuvů a

mapovat i svahové nestability, které se dosud makroskopicky nijak

neprojevují. Geofyzikální měření umožňuje měřit i mapovat bludné

proudy a stanovit agresivitu prostředí vůči konstrukcím, uloženým

34

v zemi. V základových půdách jsou mapovatelné nehomogenity, které

mohou vést k porušení staveb, jako jsou dutiny, navážky, skládky

a prosedavé zeminy.

5.1.4 Měřené veličiny a jejich převod na geologické

parametry

V této části se budeme věnovat vlastnímu převodu měřených fyzikálních

veličin na mechanické vlastnosti zemin, případně hornin. Problémem je,

že v podstatě není možné exaktně převést měřenou fyzikální veličinu na

jeden konkrétní geotechnický parametr. Níže je stručně uvedeno, jakým

způsobem je možné převést výsledky některých geofyzikálních metod na

základní mechanické vlastnosti zemin a hornin:

rezistivita neboli měrný odpor (metoda VES a další stejnosměrné

odporové metody) – přehledná zrnitostní analýza a zatřídění zemin,

zvodnění, obsah solí, původ, zpevnění (a někdy i stáří) sedimentu;

porušení, rozpukání, navětrání až zvětrání skalních hornin

konduktivita neboli měrná vodivost (elektromagnetické metody)

– kontaminace, zasolení, zvodnění, jemnozrnné a plastické zeminy,

hrubozrnné zeminy říčních koryt a ledovcových morén, poruchy,

zvětralé a tektonické zóny, zóny nestability, směry šíření podzemní

vody a obsažených polutantů

rychlost šíření elastických vln, případně odraz (seismické

metody) – zpevněné a nezpevněné zeminy a horniny včetně

přehledného zatřídění, zvětrání, zkrasovění, zvodnění, třída

rozpojitelnosti, laterální a hloubková nehomogenita, hloubka

zvětrání, poruchy

rychlost šíření elektromagnetických vln a jejich odraz (elektro-

magnetické metody a georadar) – sedimentární a krystalické

horniny, cizorodé struktury, antropogenní objekty včetně dutin,

poruchy, zlomy, hloubka vody, vlhkost a zvodnění

permitivita, permeabilita, gravitace, obsah radioaktivních

prvků – další parametry, většinou formou detekce anomalit a

nehomogenit v prostředí zemin a hornin, mapování poruch,

nestabilit, detekce dutin, kovů, navážek, poruch a dalších

negativních geotechnických jevů

5.1.5 Hustota dat a hloubkový dosah, možnosti 2D a 3D

zpracování

Vhodnost aplikace konkrétní geofyzikální metody nebo kombinace více

metod se dále odvozuje od požadavku zadavatele získat potřebná

35

geotechnická data v určitém prostorovém rozložení. Přesné geotechnické

údaje dodá vrtný průzkum, spojený s odběrem vzorků a laboratorními

rozbory. Ten však nemusí vždy odhalit nebezpečí, která mohou se

založením stavby souviset jak v místě, tak v jejím bezprostředním okolí.

Geofyzikální průzkum může tyto nehomogenity včas odhalit a ověření a

vzorkování potom může být cíleno efektivně a ekonomicky.

Hloubkový dosah geofyzikálních metod se již v základní aplikaci

uvedených metod pohybuje v rozsahu od několika metrů po desítky metrů

– lze tedy říci, že postačuje pro většinu staveb. Výjimkou jsou podzemní

stavby, jako energetická centra přečerpávacích elektráren nebo tunelové

trasy, ale například metody VES, VDV i seismické metody jsou schopny

dosáhnout hloubek i přes sto metrů.

Podle rozsahu stavby se pak odvíjí požadavek na způsob prezentace

výsledků geofyzikálního průzkumu, tedy na formát grafických výstupů.

Je evidentní, že pro liniové stavby budou preferovány spíše výstupy

formou řezů, zatímco u plošně rozsáhlých, ale mělce založených staveb se

ve větší míře uplatní plošné přehledové mapy rozložení sledovaných

parametrů a jejich interpretace – zjištění tvaru různých protažených a

izometrických struktur a linií poruch.

5.1.6 Vliv měřené oblasti a možnosti potlačení šumu

Geofyzikální metodiku lze aplikovat jak v místech, která nejsou

technikou dostupná, tak i na místech, kde pro hrozící škody není možné

provést invazivní průzkum. Pro aplikaci většiny geofyzikálních metod

postačuje pouze průchozí, případně po úpravách průchozí terén. Některé

geofyzikální metody, jako georadar a některé elektromagnetické metody

lze úspěšně aplikovat i na vodních plochách. U některých metod, jako

odporové profilové, VES, MRS a seismika, je však nutné dodržet

požadavek na určitou délku položení měřicího systému, bez něhož není

možné dodržet požadovaný hloubkový dosah nebo požadovanou

geometrii měření.

Samostatným a velmi významným negativním faktorem je rušení. To se

týká zejména aplikace geofyzikálních metod v zastavěných a

průmyslových oblastech, podél silnic a železnic a podél tras

produktovodů a vzdušných silnoproudých vedení. Dnešní měřící

aparatury a numerické metody zpracování dokážou do značné míry tyto

negativní vlivy eliminovat, případně lze měření časově posunout mimo

špičky zátěže, ale v případě projektování geofyzikálních prací

36

v exponovaných lokalitách je nutné vhodnost a přínos konkrétní metody

předem pečlivě posoudit.

5.1.7 Možnosti srovnání s jinými metodami

geotechnického průzkumu

Získaná data z geofyzikálního měření mohou geotechnické znalosti

o zkoumané lokalitě vhodně rozšířit (interpolací a extrapolací již

zjištěných geotechnických údajů), doplnit (získáním nových poznatků o

geologické a geotechnické situaci), nebo také mohou sloužit jako podklad

pro projektování a optimalizaci následného vrtného průzkumu. Zde je

třeba upozornit na některá tvrzení, s nimiž je možné se setkat. Na jedné

straně nelze tvrdit, že pouze geofyzikální průzkum je schopný zcela

nahradit vrtné a laboratorní práce. K tomuto účelu jsou geofyzikální

metody příliš obecné a přehledové a nemohou poskytnout přesné,

laboratorně stanovené hodnoty a parametry. Na straně druhé má

geofyzikální průzkum vedle invazivních metod svůj nezastupitelný

význam. Geofyzikální průzkum je kontinuální, relativně levný, rychlý a je

také značně efektivní, z hlediska získání celkového přehledu, optimálního

situování vrtů a možnosti ověření výsledků.

Pro doplnění a porovnání geotechnických parametrů, jako jsou zrnitostní

analýza, plasticita, únosnost, rozpojitelnost, slouží zejména typicky

profilové metody, jako georadar, VES a seismické metody. Pro zjištění

plošného rozšíření zájmových nebo naopak cizorodých zemin, pro zjištění

poruch, kolektorů podzemní vody a její případné kontaminace slouží

elektromagnetické metody, případně odporová a dipólová profilování. Pro

zjištění agresivity vůči konstrukcím se užívá normovaného stanovení

hustoty bludných proudů.

5.1.8 Ekonomika a efektivita průzkumu

Z praxe je jasně patrné, že jedním z požadavků na geotechnický průzkum

je dosažení co největší hustoty a kvality informací o zkoumané oblasti za

současné minimalizace nutných nákladů. Ukazuje se, že kombinace

vrtných, laboratorních a geofyzikálních prací může zabezpečit kontinuitu,

větší hustotu a hodnotu získaných geotechnických dat, při stejných nebo

nižších nákladech, než vyžaduje aplikace pouze invazivního průzkumu.

Aplikace vhodných a metodicky dobře nastavených geofyzikálních

měření přináší velmi rychle a efektivně celkový přehled o detailní

geologické stavbě a základních geotechnických parametrech zkoumané

lokality.

37

Výběr vhodné metodiky geofyzikálního průzkumu jednak snižuje

potřebné náklady na realizaci průzkumu, jednak při stejných nákladech

přináší větší množství potřebných dat a podrobnější popis geologické a

geotechnické situace na lokalitě. Například, jedna sonda VES, realizovaná

do hloubky dosahu v řádu desítek metrů, má zhruba stejné náklady, jako

jeden běžný metr nevystrojeného vrtu.

5.2 Zásady aplikace geofyzikálních metod

5.2.1 Legislativní podmínky

Geofyzikální průzkum je, stejně jako inženýrsko-geologický a hydro-

geologický průzkum, z hlediska platné legislativy geologickými pracemi

ve smyslu zákona ČNR č. 62/1988 Sb. o geologických pracích, ve znění

pozdějších předpisů [19]. Geofyzikální práce smí dle § 3 odst. 1 stejného

zákona projektovat, provádět a vyhodnocovat organizace, které mají

zapsán příslušný předmět podnikání „geologické práce“ a práce u nich

řídí a za jejich výkon odpovídá fyzická osoba – odpovědný řešitel – s

osvědčením odborné způsobilosti v geofyzice, dle § 2 odst. 2h vyhlášky

MŽP ČR č. 206/2001 Sb., o osvědčení odborné způsobilosti projektovat,

provádět a vyhodnocovat geologické práce [20]. Odpovědný řešitel

opatřuje projekty, dílčí a závěrečné zprávy geologických prací

vlastnoručním podpisem a otiskem kulatého razítka.

Z hlediska rozsahu prací dle § 3 odst. 6 vyhlášky č. 206/2001 Sb.,

o projektování, provádění a vyhodnocování geologických prací členíme

geofyzikální práce na etapu regionálního, základního a podrobného

průzkumu [20]. V geotechnice se geofyzikální průzkum zpravidla

aplikuje jako podrobný.

5.2.2 Vhodnost a přínos aplikovaných metod

Hlavní zásadou aplikace geofyzikálních metod je požadavek na přínos

požadovaných informací, které jsou nutné pro správné vyhodnocení

geotechnické situace na zkoumané lokalitě. Pro odpovědného řešitele

z toho plyne nutnost posoudit, která geofyzikální metoda je nejvhodnější

pro řešení konkrétní dané problematiky.

Při projektování geofyzikálního průzkumu je tedy nutné předem znát

požadavky zadavatele na získání potřebných údajů o geologickém

38

prostředí a mechanických parametrech prostředí, včetně požadované

hustoty dat, jejich plošného rozsahu a hloubky. Zpracovatel potom

navrhne geofyzikální práce tak, aby mohlo být požadovaných parametrů

efektivně dosaženo, a to v potřebné kvantitě i kvalitě dat. Je také důležité,

zda má být geofyzikální průzkum proveden v rámci předběžného

geotechnického průzkumu a jeho výsledky budou teprve ověřeny

geotechnickými pracemi, nebo bude prováděn průběžně s inženýrsko-

geologickým a hydrogeologickým průzkumem, kdy geofyzikální práce

interpolují, extrapolují a průběžně doplňují výsledky geotechniky, nebo

jako podrobný, kdy se ověřují předchozí výsledky geotechnických prací a

posudků.

5.2.3 Akvizice a kontrola kvality dat, ověření výsledků

Každá metoda má určitou primární přesnost a citlivost, danou jejím

fyzikálním principem, možnostmi měření v terénu, dodržením metodiky

a geometrie měření a kvalitou a možnostmi měřicích prvků a zejména

měřicí aparatury. Akvizice dat se v terénu musí dít s maximální

dosažitelnou přesností – chybná primární data lze opravit pouze novým

měřením, tedy za cenu zdržení a navýšení provozních nákladů. Měřič

geofyzikální skupiny musí neustále sledovat kvalitu rozmístění měřicích

senzorů (tj. geometrii měření) a funkčnost celého měřicího systému.

Měřená data kontroluje průběžně a posuzuje, zda jsou správná, případně

je ověřuje kontrolním výpočtem a opakováním určitého procenta měření.

Při zpracování souboru změřených dat a při následné interpretaci si

hodnotitel geofyzikálních prací obstará všechny dostupné informace

o měřené lokalitě, včetně průběžných výsledků paralelně probíhajících

průzkumných prací.

5.2.4 Aplikace geofyziky při orientačním podrobném

a doplňkovém inženýrsko-geologickém průzkumu

Ve fázi, kdy je geofyzikální průzkum realizován jako součást

orientačního inženýrsko-geologického průzkumu, se zpravidla vyžaduje

větší komplexnost přehledově získávaných parametrů, většinou ve větším

hloubkovém dosahu a nižší hustotě akvizice dat, tedy v řidším kroku,

nebo v případě plošných měření v řidší síti měřicích bodů. Výsledky

geofyzikálních prací poté slouží k optimalizaci následných inženýrsko-

geologických a hydrogeologických prací a přesnému cílení

geotechnických prací do rizikových oblastí a struktur.

39

V případě, že je geofyzikální průzkum realizován jako součást

podrobného inženýrsko-geologického průzkumu, slouží zpravidla

k dosažení kontinuity nebo větší hustoty pořizovaných geotechnických

parametrů a je směřován k vyšší detailnosti průzkumných prací. V této

fázi je také možné výsledky průzkumu konzultovat a vzájemně

porovnávat, ověřovat a doplňovat. Hloubkový dosah bývá obvykle zvolen

dle hloubky sond, měření zpravidla doplňuje informace o prostoru mezi

vrtanými sondami nebo pod nimi.

Geofyzikální průzkum jako součást doplňkového inženýrsko-

geologického průzkumu je zpravidla realizován za účelem ověření a

doplnění již získaných výsledků, případně k ověření nehomogenit a

struktur, které byly zjištěny v rámci předchozích etap průzkumu. Slouží

také k interpolaci zjištěných údajů, tedy k zahuštění získaných

geotechnických dat, případně k extrapolaci výsledků inženýrsko-

geologických a hydrogeologických prací.

5.2.5 Aplikace podle prostředí a možnosti měření

Projektant geofyzikálních prací musí posoudit, zda metoda, která se

teoreticky jeví pro získání potřebných geotechnických parametrů jako

ideální, je v daném geologickém prostředí a terénních podmínkách

realizovatelná. Příkladem může být metoda georadaru, která vyžaduje

dobrý kontakt s podkladem – proto ji lze velmi dobře aplikovat na

zpevněných plochách, včetně ploch z asfaltu nebo prostého betonu.

V takovém prostředí je naopak problematické měření metodou VES, která

vyžaduje kvalitní elektrický kontakt s podložím pomocí zapíchnutých

elektrod. Některé metody lze aplikovat i v těžce přístupném terénu, kdy

není třeba měřit úplné profily a nezáleží na pravidelnosti kroku měření.

Metoda VES, MEU i seismické metody však vyžadují možnost vedení

alespoň úsekovitých přímých linií za účelem dodržení přímkové

geometrie měřicího systému elektrod nebo seismických snímačů.

5.2.6 Optimalizace nákladů geotechnického průzkumu

Geofyzikální metody musí být nejen přínosem z hlediska kvality

a hustoty dat, ale i přínosem ekonomickým. Zadavatel geotechnického

posouzení by měl zvážit, jakým způsobem lze efektivně vynaložit

finanční prostředky na průzkum, za současného optimálního zisku

potřebné kvality a kvantity dat pro geotechnický posudek. Jak již bylo

řečeno, geofyzikální práce nemohou nahradit exaktní hodnoty parametrů,

získané laboratorním rozborem vzorků zemin a hornin z vrtných jader a

40

sond. Lze však zvážit, že náklady na vrt, přípravu terénu, příjezd

techniky, vlastní sondážní práce, případně výstroj a likvidaci škod jsou

relativně značné oproti rychlému, zpravidla pěšímu a nedestruktivnímu

geofyzikálnímu průzkumu, který většinou nevyžaduje žádné zásadní

úpravy terénu.

5.2.7 Ekologické faktory

Dalším faktorem pro aplikaci geofyziky jsou ekologické aspekty

průzkumných prací. V posledních desítkách let stále sílí tlak na eliminaci

ekologických škod, které mohou průzkumem vzniknout. Geofyzikální

práce je možné realizovat v chráněných krajinných oblastech, krasových

oblastech a v přírodních rezervacích, kde jsou správami těchto

chráněných celků zpravidla vítány právě pro svoji nedestruktivnost a

možnost pěšího provádění. Geofyzikální průzkum je dále aplikován i na

chráněných vodních plochách, v lesích, parcích a na mnoha dalších

lokalitách, kde je rovněž obtížné získat souhlas s prováděním invazivního

průzkumu.

5.2.8 Bezpečnost práce

I přes možnost realizace geofyzikálního průzkumu i v těžce přístupném

terénu, musí mít navrhovatel prací v patrnosti i možnost ohrožení majetku

nebo osob, které práce v terénu realizují. Obtížný nebo nebezpečný terén,

stejně tak jako prostor staveniště, mohou být rizikovými pracovišti a tento

fakt je nutno při volbě vhodné metodiky průzkumu zohlednit. Součástí

odporových geoelektrických metod bývají zdroje napětí až v řádu stovek

voltů, přívodní vodiče a propojovací kabely mohou podléhat indukci ze

vzdušných silnoproudých vedení, některé seismické metody mohou

využívat jako zdroje energie výbuchy trhavin nebo expanzní zdroje.

5.3 Limitující faktory aplikovatelnosti geofyzikálních metod

5.3.1 Matematický model a jeho limity, nepřímost měření,

obrácená úloha

Obrácenou úlohou nazýváme postup, kdy na základě (zpravidla) v terénu

změřených hodnot fyzikálních veličin, jako je rezistivita, konduktivita

nebo například rychlost šíření elastických vln, rekonstruujeme

geologickou situaci. Jak jsme zmínili výše, v praxi lze úspěšně použít

pouze relativně jednoduché matematické modely, simulující jednoduché

geologické podmínky. Pro řešení složité geologické stavby, případně pro

41

mapování prostorově nepatrných nehomogenit ve velkých hloubkách,

nebo při malém kontrastu normálních a anomálních hodnot, je nutné

postupovat při interpretaci výsledků měření zvláště obezřetně tak, aby

měření nevedla k chybným závěrům.

5.3.2 Terénní faktory – dostupnost, morfologie, geometrie

měření

Možnost provedení a vyhodnocení výsledků požadovaných

geofyzikálních prací někdy zásadně limitují vlastní podmínky měření v

exteriéru, tedy ve volném terénu nebo na staveništi. Přesnost měření

ovlivňují i jednoduché morfologické útvary, jako jsou různé vyvýšeniny a

deprese. V hůře přístupném terénu je někdy nutné opustit možnost měření

v pravidelném kroku nebo síti. Při využití GPS navigace a při současných

možnostech převážně numerického zpracování dat se tento faktor stává

málo významným. Větší problém způsobuje nutnost dodržení požadované

geometrie měření, zejména v odporových a seismických metodách, kde

záleží na přesném rozložení měřicích senzorů. Například v metodě VES

je třeba dodržet jak středovou symetrii uspořádání měřicích elektrod, tak

přímost tohoto uspořádání, pokud možno jak v horizontálním, tak i ve

vertikálním průmětu. I malé odchylky od ideálního položení vedou ke

zkreslení měřených hodnot zdánlivé rezistivity. To může vést až

k vytvoření fiktivních horizontů s vlastnostmi, které vůbec neodpovídají

skutečnosti. Je tedy nezbytné, aby zpracovatel – interpretátor měl k

dispozici veškerou primární dokumentaci, obsahující zápisy o všech

negativních objektech a vlivech, které byly patrné v době a na místě

měření. Zkušený interpretátor vezme tyto faktory v úvahu a dovede s nimi

většinou pracovat tak, aby výsledky měření byly relevantní.

5.3.3 Rušivé faktory – elektromagnetický a mechanický

šum

Při akvizici geofyzikálních dat měříme hodnotu fyzikální veličiny,

přítomné na místě měření. Tato celková hodnota se skládá jak z užitečné

složky, tedy hodnoty, odpovídající vlastnostem měřených zemin a hornin,

tak ze složky, odpovídající hodnotě cizorodého, tedy vně přítomného

fyzikálního pole. V odporových i elektromagnetických metodách se

negativně projevují cizorodá pole elektrických rozvodů, vysílačů,

dopravních systémů, velkých strojních zařízení a také elektromagnetická

pole, indukovaná ve velkých nebo protažených kovových objektech, jako

jsou například ocelová potrubí, kolejnice, armatury, výstroje vrtů a další.

Seismické metody jsou limitovány otřesy, pocházejícími z dopravy a

42

průmyslu, ale také jsou negativně ovlivněny silným hlukem nebo i silným

větrem. Elektromagnetický šum a otřesy, které jsou harmonické, lze do

určité míry potlačit použitím filtrů, nebo zesílením energetického zdroje

metody. Například v seismice se běžně zařazuje 50 Hz tzv. zářezový filtr,

který odstraňuje nežádoucí indukci z elektrických vedení a strojů do

kabeláže a geofonů.

5.3.4 Antropogenní vlivy

Geotechnické práce zpravidla probíhají v zástavbě nebo v blízkosti již

zastavěných ploch nebo zdrojů rušení, někdy i přímo na staveništích.

S podobnými omezeními je nutné počítat a vliv limitujících faktorů

zodpovědně posoudit. Stává se, že faktory, negativně působící na

geofyzikální práce, limitují i ostatní průzkum – nepřístupné oblasti pro

techniku, omezená povolení vstupu a vjezdu a další. Limitem aplikace

některých metod mohou být obdobné faktory, jako v případě

nepřístupného terénu. Zejména jde o zástavbu a různá oplocení a

obezdění pozemků. Dalším limitem jsou dopravní cesty, zejména

v městské zástavbě, včetně železničních, tramvajových a trolejbusových

cest. Průmyslové areály jsou obecně faktorem, který může možnost

aplikace geofyziky zcela vyloučit. Obtížná prostředí pro aplikaci

geofyzikálního průzkumu také představují zpevněné plochy, podzemní

objekty, kolektory inženýrských sítí, skládky odpadu a některé navážky.

Naopak, některé metody lze využít právě pro vyhledávání těchto,

z hlediska geotechniky negativních jevů a objektů.

5.3.5 Klimatické podmínky

Tak jako u jiných metod průzkumu, extrémní nebo dlouhodobě

nepříznivé podmínky mohou být pro možnost realizace geofyzikálních

prací významným limitujícím faktorem. Při dlouhodobých srážkách nebo

mrazech se mohou významně měnit i hodnoty měřených veličin, v

důsledku zvýšení vlhkosti, nasycení vodou nebo zmrznutí. I přesto, že

jsou polní aparatury do jisté míry odolné vůči dešti nebo mrazu, extrémní

expozice jim nesvědčí, snižuje kapacitu a výkon baterií a v extrémních

případech může dojít i k jejich poškození. Také měření odporových

metod může být v dešti nebo při záplavě nebezpečné z hlediska možnosti

úrazu elektrickým proudem. Stejně tak nelze z bezpečnostních důvodů

provádět geoelektrické a seismické práce při blížící se bouřce. Práce

mohou být pozastaveny i v lese za silného větru nebo při enormní

námraze. Tyto jevy však zpravidla podobně limitují i ostatní geologické

průzkumné práce.

43

5.3.6 Ekonomické limity

Při projektování geofyzikálních prací je nutné mít na vědomí, že výsledky

prací musí být pro řešení zadané problematiky přínosem nejen z hlediska

získaných parametrů, ale i přínosem ekonomickým. V obecné rovině úvah

je geofyzikální průzkum relativně rychlý, levný a poskytuje široké

možnosti aplikací, ale určité metody měření mohou být při nepřiměřeném

očekávání značně nákladné. Stanovení kroku měření, kvantity a druhu

získávaných dat, délek měřicích systémů a hloubkového dosahu by mělo

odpovídat požadavkům zadavatele, stejně tak by měl být přiměřený počet

realizovaných metod. Finanční prostředky na geologický průzkum bývají

investory mnohdy poddimenzované a také bývají prvními náklady, které

se v rámci nutných úspor redukují. V takových případech se stává, že

původně navrhované geofyzikální práce jsou zcela vypuštěny, i když u

některých staveb, jako jsou tunelové trasy, hluboké zářezy a stavby na

svazích, je geofyzikou dosažitelná kontinuita dat a souvislost výsledků v

celém prostoru stavby i v geologicky souvisejícím okolí velmi žádoucí.

Řešení následných škod, vzniklých v důsledku nedostatečného

vyhodnocení geotechnických rizik, bývají řádově vyšší, než náklady na

odpovídající průzkum, realizovaný v potřebném rozsahu.

44

6 POUŽITÍ GEOFYZIKÁLNÍCH METOD PRO

GEOTECHNICKÉ ÚČELY

Geotechnický průzkum se uplatňuje v různých stavebních oborech,

nejčastěji při zakládání staveb. Základy stavebních objektů jsou v přímém

kontaktu s horninovým prostředím. Důležitou částí průzkumu je sledování

geologické stavby zájmového území a vlastností zemin v podzákladí.

Kromě různých průzkumných prací může geofyzikální měření poskytnout

cenné informace při řešení inženýrsko-geologického a geotechnického

průzkumu [6], [7], [9], [11].

6.1 Geologicko-geotechnická charakteristika zájmového území

6.1.1 Geologická stavba zájmového území

Pro sledování geologické stavby při povrchovém geofyzikálním měření

se nejčastěji používají geoelektrické a seismické metody. Základní

průzkum lze provádět dvojím způsobem: plošné vymezení horninového

prostředí (plošný průzkum) a zjištění hloubkových poměrů (hloubkový

průzkum) (přílohy 1.1 – 1.6).

Plošný průzkum – nejčastěji se měří na několika paralelních

profilech. Tento způsob měření umožní zobrazit plošnou mapu

sledovaného fyzikálního parametru (mapu izolinií) a vyčlenit

různé typy hornin pro zvolenou konstantní hloubkovou úroveň.

Používají se metody odporového profilování (OP), dipólového

elektro-magnetického profilování (DEMP) a případně

magnetometrie (např. mapování bazických hornin). Rozsah a druh

použitých metod závisí na parametrech, které chceme průzkumem

zjistit, geologických poměrech staveniště a požadované hloubce.

Plošným měřením lze rychle a efektivně proměřit větší území.

Pomocí map izolinií získáme prvotní informace o stavbě

zájmového území, např. vyčlenění litologicky podobných celků,

mapování kontaktů, vodivých a tektonických zón.

Hloubkový průzkum – na základě výsledků map izolinií je

možné lépe situovat profily metod pro zjištění hloubkových

poměrů. Jedná se zejména o geoelektrické metody – vertikální

elektrické sondování (VES), multielektrodové uspořádání (MEU)

a mělkou refrakční seismiku (MRS), případně o mělkou reflexní

45

seismiku. Tyto metody umožní již plošně zmapované struktury

podrobněji sledovat v hloubkových řezech, např. sledování

povrchu pevného skalního podkladu, hloubku zvětrání, poruchová

pásma nebo vertikální rozhraní mezi horninami. Výběr vhodné

metody je možné měnit v závislosti na řešení zadaného úkolu a

také na sledovaném fyzikálním parametru.

6.1.2 Stanovení geotechnických parametrů zemin

a hornin

Pro zjišťování fyzikálně mechanických vlastností se používají seismika,

odporové metody a měření ve vrtech (karotáž).

Objemová hmotnost, pórovitost, jílovitost a filtrační vlastnosti –

pro stanovení těchto parametrů je dominantní metodou karotážní

měření.

Stejnorodost a puklinatost – sleduje se pomocí seismokarotáže

(měření ve vrtech) a seismického prozařování mezi vrty (přílohy

2.1 – 2.2).

Napjatostně-přetvárné změny – využití seismického prozařování

mezi vrty a seismokarotáže prováděné pomocí vějířů vrtů pro

vymezení přirozené klenby (příloha 2.3).

Anizotropie – v některých případech se horninové prostředí

projevuje v různém směru jinou hodnotou fyzikálního parametru.

Anizotropii vykazuje většina sedimentárních vrstev a poruchová

pásma. Pro měření se využívá metoda VES a refrakční seismika s

paprsčitým uspořádáním roztažení.

Geotechnické parametry (moduly pružnosti) – prostředí z

hlediska elastických vlastností charakterizují různé moduly

pružnosti.

Ke sledování se používají povrchové seismické metody. Elastické

konstanty jsou závislé obdobně jako rychlost na litologii.

46

Při standardním postupu je hlavním cílem určení rychlostí objemových

vln Vp a Vs. Spolu se znalostí objemové hmotnosti prostředí (např.

pomocí karotáže) je možný výpočet některých dynamických elastických

modulů [3], [4], [6], [9]:

E = V - 2V

2(V - V ) V / V - 1

ρ(3V - 4V )

d d

s

ss

s2

22

2 2

22

2p

pp

pσ =

(Ed … Youngův modul v tahu, σd … Poissonovo číslo, ρ … objemová hmotnost)

Novější způsob určení geotechnických parametrů umožňuje metoda

MASW (Multi-channel Analysis of Surface Waves). Tato seismická

metoda využívá vlastnosti a šíření povrchových vln [2].

Program automaticky sestaví experimentální disperzní křivku. Po zadání

některých definičních parametrů (počet vrstev, Poissonovo číslo apod.)

je provedena inverze disperzní křivky, automaticky je určen rychlostní

profil a následující parametry:

Ed … Youngův modul [kPa]

Ee … Edometrický modul [kPa]

Go … Modul střihové deformace [kPa]

Mo … Modul objemové stlačitelnosti [kPa]

Dalším parametrem je určení hodnoty rychlosti smykových vln VS,30.

Na základě tohoto parametru jsou určeny typy základových půd, podle

ČSN EN 1998-1 [12] (příloha 2.4).

6.1.3 Hydrogeologický režim v pokryvu a podloží

Pomocí geofyzikálního měření není možné přímo zjistit přítomnost

zvodně, která je vázaná na určitou geologickou strukturu. Pomocí

fyzikálních vlastností prostředí lze však nepřímo usuzovat na

pravděpodobnou přítomnost zvodnělého kolektoru. Mezi základní

hydrogeologické struktury patří sedimentární vrstva a poruchové zóny v

krystalinických horninách.

Sedimentární vrstva – odporovými metodami VES, MEU a MRS

je možné sledovat rozsah, uložení propustných vrstev, litologické

členění a hloubku nepropustného podloží. Z těchto nepřímých

údajů se mapují místa, kde je nejpravděpodobnější přítomnost

vody.

47

Za určitých podmínek lze povrch hladiny podzemní vody sledovat

v kombinaci metod VES a MRS.

Tektonika a poruchové zóny – ve vyvřelých a metamorfovaných

horninách bývá kumulace podzemní vody a jejich pohyb vázaný

na porušené zóny, pukliny a na zvětralé části hornin. Převážně se

jedná o vertikální struktury a pro jejich sledování je vhodné použít

odporové profilování (OP). Pro doplnění hloubkových poměrů

v okolí zjištěných struktur se používají odporové metody VES,

MEU a MRS. Poruchy se vůči okolí projevují anomálně a

většinou zde dochází ke snížení hodnot měrného odporu a

rychlosti šíření seismických vln (příloha 3.1).

Hydrogeologické poměry v pokryvu a detailnější sledování

charakteristiky zvodně se provádí zejména pomocí karotážních

metod. Dobré uplatnění v této oblasti mělčího průzkumu mají

i povrchové metody – OP, VES a MEU. Dále elektromagnetická

metoda DEMP a MRS. Pro sledování pohybu vody lze použít

elektrochemickou metodu SP (spontánní polarizaci) která mapuje

změny potenciálu filtračního původu. Pomocí hydrogeologické

varianty metody nabitého tělesa je možné sledovat směr a rychlost

proudění podzemní vody (přílohy 3.2 – 3.3).

Agresivita prostředí – v rámci korozního průzkumu se provádí

geofyzikální měření za účelem stanovení agresivity prostředí,

intenzity a směru bludných proudů. Metodika měření a

vyhodnocení byla stanovena podle požadavků Technických

podmínek Ministerstva dopravy a spojů TP 124 [18] a

souvisejících norem ČSN 03 8372 [15], ČSN 03 8375 [16], ČSN

03 8365 [14] a ČSN 03 8363 [13]. Používají se geoelektrické

metody:

- VES v uspořádání Werner pro vyhodnocení zdánlivých měrných

odporů půdy,

- SP pro výpočet intenzity a směru bludných proudů.

Zjištění těchto parametrů je důležité pro plánování ochrany

zejména kovových konstrukcí (příloha 3.4).

48

6.2 Geofyzikální práce při řešení inženýrsko-geologických

a geotechnických úkolů

6.2.1 Stabilita svahů – svahové deformace

Inženýrsko-geologický průzkum se zaměřuje především na vlastní těleso

svahové deformace, příčiny vzniku a mechanismus pohybu. K průzkumu

stability svahů je využíván komplex geofyzikálních povrchových metod

a v případě přítomnosti vrtů i karotážní měření. Pomocí geofyziky lze

řešit několik úkolů při průzkumu stability svahů. Geoelektrické metody

a mělká refrakční seismika tvoří základ průzkumných metod (přílohy 4.1

– 4.5).

Plošné vymezení – vhodné jsou profilové metody odporové

(SOP), DEMP a seismické profilování.

Tyto metody mohou poskytnout důležité informace pro sledování

oblasti za odlučnou hranou, tj. ovlivnění svahu sesuvem.

V důsledku předchozího pohybu ve svahu dochází k napjatostně-

přetvárným procesům, které mají vliv na vývoj dalšího porušení

svahu. Vznikají zde tahové oblasti (rozevřené pukliny). Trhliny

pod odlučnou hranou jsou vyplněné drceným materiálem a jsou

často zvodněné. V okolí této oblasti se sledované fyzikální

parametry projevují nevyrovnaným průběhem. Zejména v případě

zdánlivého měrného odporu dochází k rychlému střídání

minimálních a maximálních hodnot ρz.

Prostorové a hloubkové vymezení – používají se odporové

metody VES, MEU a mělká refrakční seismika.

Dle způsobu pohybu a rychlosti jsou svahové pohyby děleny na

několik skupin. Nejčastějším pohybem je sesuv. Pohyb je vázaný

na smykovou plochu zpravidla válcovitého tvaru. Kluzné plochy

většinou sledují povrch mocnějších soudržných hornin (jíly).

V nadloží se nachází málo kompaktní vrstva, charakterizovaná

nízkými hodnotami rychlostí. Mocnost této vrstvy lze úspěšně

vyčlenit pomocí mělké refrakční seismiky. Odporové metody

mohou poskytnout další údaje o rozmanitosti a vrstevnatosti

prostředí.

49

Sledování smykové zóny – povrchovými metodami je

identifikace smykové plochy problematická.

Smykové plochy se projevují výraznou změnou vůči okolí, ale

jsou zpravidla málo mocné. Pomocí VES, MEU a MRS lze pouze

nepřímo usuzovat na jejich průběh a vymezit deformovanou část

svahu od pevného podloží. Dobré výsledky poskytuje georadarové

měření, které umožní přímo sledovat jejich průběh. V okolí

smykových ploch dochází k výrazným změnám fyzikálních

vlastností prostředí. Tento kontrast se v radarových řezech projeví

jako výrazné reflexní rozhraní.

6.2.2 Průzkum tras liniových staveb

Mezi liniové stavby patří zejména dálnice, silnice, železnice, případně

produktovody, a jejich rekonstrukce. Úkolem průzkumu v trase staveb

je sledovat geologické, hydrogeologické poměry a geotechnické

vlastnosti hornin. Pro geofyzikální průzkum jsou používány geoelektrické

metody (profilování i sondování), DEMP, GPR a MRS (přílohy 5.1 –

5.5).

Komplex geofyzikálních metod se používá zejména pro:

sledování základových poměrů v trase stavby a pro dopravní

objekty (mosty)

posouzení stability svahu v místech zářezů a výkopů

stanovení rozpojitelnosti a těžitelnosti hornin, zde má hlavní

zastoupení mělká refrakční seismika, rychlost šíření

seismických vln má přímou vazbu na elasticitu prostředí

sledování hydrogeologických poměrů, případně posouzení

změn, které mohou nastat vlivem stavby

korozní průzkum pro stanovení agresivity prostředí pro

potrubní vedení (metoda SP a VES)

Před plánováním stavby se provádí průzkum regionálního charakteru.

V problematických místech je průzkum doplněn detailním sledováním

blízkého okolí stavby pomocí komplexu výše uvedených metod.

50

6.2.3 Průzkum pro vodohospodářské stavby

Při řešení úkolů v této oblasti se opět uplatňují standardní geofyzikální

metody – OP, VES, MEU, DEMP a MRS. Způsob aplikace

geofyzikálních metod a jejich rozsah závisí na náročnosti, územním

rozsahu a typu plánované stavby (přílohy 6.1 – 6.5).

Přehrady a přečerpávací vodní elektrárny – patří mezi rozsáhlé

náročné vodohospodářské stavby. Kromě samotného přehradního

profilu je průzkum prováděn v okolí elektrárny a v trase

přivaděčů. Průzkum je zaměřen na získání informací o

horninovém prostředí (horninových typech), úložných poměrech,

diskontinuitách, propustnosti, geotechnických vlastnostech,

hloubce zvětrání. V místech zavázání hráze je důležité i posouzení

stability svahu. Geofyzikální průzkum je realizován na větších

plochách a do větších hloubek.

Menší přehrady a hráze – geofyzikální průzkum je zaměřený

hlavně na sledování průběhu poruchových zón, určení mocnosti

pokryvu a zóny zvětrávání. Průzkum bývá zaměřen na menší

hloubky a používají se různé varianty odporových metod, DEMP

a mělká refrakční seismika.

Kontrola průsaků – častým úkolem geofyzikálního měření bývá

i sledování možných průsaků vody v oslabených místech tělesa

hráze, případně určení směru a rychlosti proudění vody. K řešení

tohoto úkolu jsou vhodné – metoda spontánní polarizace (SP) a

hydrogeologická varianta nabitého tělesa. Pro jednoduché

mapování zvodnělých poloh lze v některých případech použít i

metodu DEMP.

Protipovodňové hráze – geofyzikální metody se používají i při

sledování homogenity a propustnosti ochranných

protipovodňových hrází kolem řek. Pro tento mělký průzkum jsou

vhodné odporové metody a DEMP.

Liniové stavby – mezi vodohospodářské objekty je možné zařadit

vodovody, kanalizace a přivaděče vody. Metodika geofyzikálního

měření je podobná jako v případě liniových staveb. V případě

přivaděče hloubeného ražbou ve větších hloubkách se již uplatňují

i některé metody hornické geofyziky.

51

6.2.4 Průzkum základových půd pro plošnou zástavbu

Sledování základových poměrů je zaměřeno na detailní, většinou mělký

průzkum. Menší hloubkový požadavek umožňuje využít širokou škálu

geofyzikálních metod. Základními povrchovými metodami jsou opět

různé varianty odporových metod (OP, VES, MEU) a mělká refrakční

seismika. Dobré výsledky přináší metoda DEMP a v mnoha případech i

georadar.

Další skupina je zastoupena metodami pro speciální a detailní průzkum

zájmové plochy – metoda SP, metoda nabitého tělesa, magnetometrie,

mikrogravimetrie, seismokarotáž, seismické prozařování mezi vrty a

různé varianty karotáže v mělkých vrtech.

Bohatá nabídka geofyzikálních metod umožňuje řešení různých

požadavků v této oblasti průzkumu:

mapování horninových typů – OP, DEMP, magnetometrie

homogenita prostředí – OP, DEMP, VES, MEU,

seismokarotáž prozařování mezi vrty, karotáž

anizotropie prostředí – paprsčité měření VES, MRS

povrch pevného podloží – VES, MEU, MRS, georadar

hloubka zóny zvětrávání – VES, MEU, MRS

zóny porušení – OP, DEMP, georadar

rozpojitelnost hornin – MRS

geotechnické parametry – MRS (příčné vlny), MASW

(povrchové vlny), karotáž

směr a rychlost proudění vody – SP, metoda nabitého tělesa

agresivita půdy – SP, VES

porušení svahu – OP, DEMP, VES, MEU, MRS, georadar

Příklady použití geofyzikálních metod při průzkumu základových poměrů

jsou uvedeny v přílohách 7.1 – 7.4.

52

6.3 Podzemní umělé a přirozené překážky a jejich lokalizace

Tato problematika je úzce spojena s průzkumem základových půd.

Přítomnost různých podzemních objektů může ohrozit plošnou zástavbu.

Nejčastějším cílem geofyzikálního průzkumu bývá vyhledání dutin

různého původu (kaverny, sklepy, kanály, potrubí, pohřbené nádrže

apod.) (přílohy 8.1 – 8.3).

Důležitým faktorem možnosti lokalizace je hloubka uložení, velikost

objektu, charakter materiálu objektu a kontrast fyzikálního parametru vůči

okolí. Použití vhodné povrchové geofyzikální metody je limitováno

rozlišovací schopností, hloubkovým dosahem použité metody a

dostatečným kontrastem sledovaného fyzikálního parametru.

Kovové objekty (vodivé) – potrubí a různé kovové konstrukce se

projevují výraznými anomáliemi. Hlavní metodou je

magnetometrie v gradientové variantě. Při vhodných podmínkách

dobré výsledky poskytují hustá plošná měření pomocí metod

DEMP a OP. Vhodné je použití georadaru, kdy kovové předměty

způsobí totální odraz radarového signálu. V případě menších

hloubek je možná i přímá lokalizace objektu pomocí detektoru

kovů. Pomocí magnetometrie a detektoru kovů se provádí i

průzkum nevybuchlé munice (pyrotechnický průzkum).

Nevodivé liniové objekty – detekce plastového potrubí je obtížná.

Za určitých podmínek je možná lokalizace pomocí georadaru.

Reflexe jsou slabé a úspěšnost záleží na fyzikálních vlastnostech

okolního prostředí. Obdobná je situace i při lokalizaci dalších

liniových nevodivých objektů menšího průměru.

Umělé a přírodní dutiny – jedná se zejména o krasové dutiny,

kaverny vzniklé poddolováním, sklepy, kanalizace apod. Opět

platí, že lokalizace těchto předmětů je možná za vhodných

podmínek. Detekovatelnost závisí zejména na poměru hloubky a

rozměru objektu, kontrastu sledovaných fyzikálních parametrů a

výplni dutin. Výplň dutin značnou měrou ovlivňuje celkový

projev hledaných objektů. Různě se projevuje např. vzduch nebo

voda. Dutiny často vyplňují uloženiny s podobnými fyzikálními

vlastnostmi jako okolní prostředí. Možnost lokalizace zvyšuje

obezdívka objektu, např. betonová, cihlová či kamenná.

53

Dutiny jsou dobře mapovatelné pomocí mikrogravimetrie, kdy

dochází k úbytku nebo zředění materiálu vůči okolí. Nejvýrazněji

se projevuje prázdná dutina (vzduch). Podzemní dutiny lze dále

vyhledávat pomocí odporových metod (OP, MEU), metody

DEMP a georadaru. V případě přítomných vrtů dobré výsledky

poskytuje metoda seismického prozařování mezi vrty.

Lokalizace podzemních objektů bývá problematická. V některých

případech je, i za očekávaných příhodných podmínek prostředí,

projev těchto objektů nejednoznačný a jejich lokalizace pomocí

geofyziky obtížná.

54

LITERATURA

[1] DAVIS, A. M.: A Technique for the Insitu Measurement of Shear

Wave Velocity, ABEM Printed Matter No. 90180, Sweden, 1978.

[2] GeoStru Software. Easy MASW. [CD]. Italy: GeoStru S.R.L. –

Socio Unico, 2012. [citováno 14.4.2014]

[3] GURVIČ, I. I.: Seismorazvedka, Moskva, Nedra, 1975.

[4] JANČOVIČ, L.: Řešení problémů malé seismiky pro potřeby IG –

sledování šíření příčných vln, Brno: Geofyzika PFTR, 1997.

[5] LOKE, M. H.: 2D and 3D electrical imaging surveys, Tutorial,

2004.

[6] MAREŠ, S. et al.: Úvod do užité geofyziky, Praha: SNTL, 1979.

[7] MAREŠ, S. et al.: Geofyzikální metody v hydrogeologii

a inženýrské geologii, Praha: SNTL, 1983.

[8] MATTHEWS, M. C., HOPE, V. S., CLAYTON, C. R. I.: The use

of surface waves in the determination of ground stiffness profiles,

Proc. Instn Civ. Engrs Geotech. Engng., 1996.

[9] MÜLLER, K., OKÁL, M., HOFRICHTEROVÁ, L.: Základy

hornické geofyziky, Praha: SNTL, 1985.

[10] PALMER, D.: Advancing Shallow Refraction Seismology with the

GRM & the RCS, Sydney, 2005.

[11] ZÁRUBA, Q., MENCL, V.: Inženýrská geologie, Praha: Academia,

1974.

POUŽITÉ NORMY

[12] ČSN EN 1998-1. Eurokód 8: Navrhování konstrukcí odolných proti

zemětřesení – Část 1: Obecná pravidla, seizmická zatížení

a pravidla pro pozemní stavby. Praha: Český normalizační institut,

2006.

[13] ČSN 03 8363. Zásady měření při protikorozní ochraně kovových

zařízení uložených v zemi. Měření zdánlivého měrného odporu půdy

Wennerovou metodou. Praha: Český normalizační institut, 1979.

[14] ČSN 03 8365. Zásady měření při protikorozní ochraně kovových

zařízení uložených v zemi. Stanovení přítomnosti bludných proudů

v zemi. Praha: Český normalizační institut, 1988.

55

[15] ČSN 03 8372. Zásady ochrany proti korozi neliniových zařízení

uložených v zemi nebo ve vodě. Praha: Český normalizační institut,

1977.

[16] ČSN 03 8375. Ochrana kovových potrubí uložených v půdě nebo ve

vodě proti korozi. Praha: Český normalizační institut, 1987.

[17] ČSN 73 6133. Návrh a provádění zemního tělesa pozemních

komunikací. Praha: Český normalizační institut, 2010.

[18] Technické podmínky TP 124. Základní ochranná opatření proti

omezení vlivu bludných proudů na mostní objekty a ostatní

betonové konstrukce pozemních komunikací. Praha: Ministerstvo

dopravy, Odbor infrastruktury, 2008.

[19] 62/1988 Sb., Zákon České národní rady o geologických pracích, ve

znění účinném k 19.4.2012. [www.fulsoft.cz]

[20] 206/2001 Sb., Vyhláška Ministerstva životního prostředí

o osvědčení odborné způsobilosti projektovat, provádět

a vyhodnocovat geologické práce, 2001. [www.fulsoft.cz]

0 10 20 30 40 50

VE

S_

22

VE

S_

23

VE

S_

24

VE

S_

25

VE

S_

26

VE

S_

27

8345

80

58

221

65

74

31

185

32

170

18

194

214

18

185

183

43

99

51121 125

45

4419

280

278

276

274

272

270

268

266

264

280

278

276

274

272

270

268

266

264

na

dm

. vý

ška

(m

n. m

.)

metráž (m)

23

hlína

skalní podložígranodiorit (zvìtralý)

pokryv, navážka

jíl

písek, štìrk

126

12

128

ves1

Mìøený bod

Povrch

Odporové rozhraní

Mìrný odpor [Ùm]

Legenda:

Odporový øez

Pøíloha 1.1Geologická stavba

Ovìøení inženýrsko-geologických a geotechnických pomìrù

Pøedbìžný prùzkum - sledování povrchu skalního podloží a mocnosti sedimentárního pokryvu

vertikální elektrické sondováníMetoda:

Mapa izohyps povrchu pevného podloží64 4

460

460

485

456

4 45

454

452

046

462

00

00

0303

6060

evace el podložíevace el podloží

lokální d preseelokální d presee

458

00

6060

00

6060

00

6060

458nadmoøská výška (m n. m.)

Pøíloha 1.2Geologická stavba

Plošné urèení povrchu pevného podloží (jílovec)

mìlká refrakèní seismikaMetoda:

sklo

n sv

ahu

21

5

22

0

21

0

22

6

Elevation

Un

it E

lect

rod

e S

pa

cin

g =

1.0

0 m

.

10

.01

4.0

18

.02

2.0

26

.03

0.0

34

.03

8.0

Re

sist

ivity

in o

hm

.m

Mo

de

l re

sist

ivity

with

to

po

gra

ph

yIte

ratio

n 5

RM

S e

rro

r =

0.7

4

J3

J5

01

63

24

86

48

09

611

21

26

m.

pís

ek

jíl p

ísè

itý

jíl p

ísè

itý

jíl

jíl

odpro

véro

hrí

o

z

an

J4

2D

od

por

ový

øez

Pøíloha 1.3Geologická stavba

Hlo

ub

kový

prù

zkum

geo

log

ick

é st

avb

y s

edim

entá

rníh

o ko

mp

lex

u

mul

tiel

ektr

odo

vé

usp

oøá

dán

íM

eto

da:

Det

ail k

onta

ktu

tém

er h

omog

enní

ho jí

lu a

pes

tréh

o pí

scité

ho s

ouvr

ství

vv

v

++++++ ++ ++++ ++++ ++++ ++ ++++ ++ ++++ ++ ++++ ++ ++++ ++ ++++ ++ ++ ++++ ++ ++++ ++ ++ ++++ ++ ++++ ++ ++ ++++ ++ ++++ ++ ++ ++++ ++ ++++ ++ ++ ++++ ++ ++++ ++ ++ ++++ ++ ++++ ++ ++ ++++ ++ ++++ ++ ++ ++++ ++ ++++ ++ ++ ++++ ++ ++++ ++ ++ ++++ ++ ++++ ++ ++ ++++ ++ ++++ ++ ++ ++++ ++ ++++ ++ ++ ++++ ++ ++++ ++ ++ ++++ ++ ++++ ++ ++ ++++ ++ ++++ ++ ++ ++++ ++ ++++ ++ ++ ++++ ++ ++++ ++ ++ ++++ ++ ++++ ++ ++ ++++ ++ ++++ ++ ++ ++++ ++ ++++ ++ ++++ ++ ++++ ++ ++++ ++++ ++ ++++ ++++ ++++ ++

31

0

31

23

14

31

63

18

32

0

22

02

20

23

02

30

24

02

40

25

02

50

26

02

60

Úroveò dna tunelu Úroveò dna tunelu

35

11

0

85

0

55

19

0

35

00

26

00

60

16

0

42

21

0

32

00

24

0

90

55

0

19

0

30

00

29

00

nadm. výška (m n. m.)

11

50

11

50

14

00

14

00

27

00

27

00

25

00

25

00

38

03

80

43

04

30

po

dlo

ží -

gra

no

dio

rit

èá

ste

ènì

zvì

tra

lý

elu

viu

m

po

kry

v

h

lin

ito

--k

am

en

itá

s

u�

02

04

06

08

01

00

me

trá

ž (m

)

++2

60

02

60

0ry

chlo

st V

p [m

/s]

rych

lost

ní ro

zhra

ní

po

vrch

31

4

16

0m

ìrn

ý o

dp

or

[Ùm

]

od

po

rové

ro

zhra

ní

po

vrch

mì

øen

ý b

od

VE

S

Le

ge

nd

a:

po

ruc

ha

Od

po

rov

ý a

ry

chlo

stn

í øe

z

Pøíloha 1.4Geologická stavba

Geo

logi

cké

po

mìr

y v

nad

loží

žel

ezni

èníh

o tu

nelu

pøe

d p

lán

ov

ano

u r

eko

nst

ruk

cí

Urè

ení

moc

nost

i po

kryv

u, h

loub

ky

nav

etrá

ní

, s

led

ová

ní

osl

aben

ých

mís

t a

po

vrc

h a

sta

v pe

vnéh

o po

dlož

í

vert

ikál

ní

elek

tric

ké

sond

ován

í, m

ìlká

ref

rak

èní

seis

mik

aM

eto

dy:

v

01

02

03

04

05

06

07

08

09

0

-16

-14

-12

-10-8-6-4-20

1500

25

00

2500

000

20

200

15

00

3500

3500

30

00

30

00

po

ruc

ha

pu

klin

a

zvì

tra

lá z

ón

a

pe

vn

ý v

áp

en

ec

pe

vn

ý v

áp

en

ec

me

trá

ž (m

)

hloubka (m)

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

2200

2400

2600

2800

3000

3200

3400

3600

3800

4000

4200

Ryc

hlo

st [

m/s

]

Sei

smic

ký

ryc

hlo

stn

í øe

z

Pøíloha 1.5Geologická stavba

Sle

do

ván

í h

lou

bk

y zv

ìtrá

ní, p

ukli

n a

poru

chov

ých

zón

mìl

ká

refr

akèn

í se

ism

ika

Met

od

a:

3D zobrazení povrchu pevného podloží

00

2020

40

40

60

60

80 m

014

210

100

80

lunámo nk á ín mìnlpy v o de ps ader ep med

lunámo nk á ín mìnlpy v o de ps ader ep med

po ecv nrc eh p ávpo ecv nrc eh p áv

Pøíloha 1.6Geologická stavba

Mapování prùbìhu povrchu vápence

vertikální elektrické sondování3D zobrazení sestrojené z interpretovaných hloubek

Metoda:

++++

++ ++ ++++++++++++++++++

++++++++++

++

++

1.0

1.2

1.4

1.60

.0

-5.0

-5.0

-10

.0-1

0.0

hloubka (m)

hloubka (m)

vv pa

pp

apvv s

tøstø

J 2

52

0.1

2 m

n. m

.

-15

.0

1000

0.0

2000

45

04

50

83

08

30

33

00

33

00

16

50

16

50

5.0

10.0

t (m

s)

Gra

f p

om

ìru

pa

prs

kové

a

stø

ed

ní ry

chlo

sti

Gra

f p

om

ìru

pa

prs

kové

a

stø

ed

ní ry

chlo

sti

po

dé

lná

ve

rtik

áln

í h

od

och

ron

ap

od

éln

á v

ert

iká

lní

h

od

och

ron

a

V (m

/s)

V (m

/s)

vrst

vrst g

raf

vrst

evn

ích

ryc

hlo

stí

g

raf

vrst

evn

ích

ryc

hlo

stí

vy

soká

ne

ho

mo

ge

nita

p

rost

øed

í

N H

Eluvium Rula-zvìtraláry

ch

los

tní a

no

má

lie

Sd

ruže

ný

seis

mo

ka

rotá

žní

graf

Pøíloha 2.1Geotechnické parametry

Sle

do

ván

í h

om

og

enit

y pr

ostø

edí

v ok

olí

podp

ìry

siln

ièní

ho m

ost

u

seis

mo

kar

otá

žní

mìø

ení

ve

vrtu

Met

oda:

podpìra

vrt registraèní

vrt zdrojový

Registraèní body na povrchu

Registraèní body na povrchu

Re

gis

tra

èní b

od

y R

eg

istr

aèn

í b

od

y

Bo

dy

od

pa

luB

od

y o

dp

alu

11

00

22

33

44

55

66

500 500

600600

700 700

00 1000 10

1000100010

0010

00

1100

1100

1100

1100

1200 1200

1200

1200

14001400

1 04 01 04 0

0 11.9 m

1

0

2

3

4

5

6

1

0

2

3

4

5

6

500 500

600

600

7007000

80080

01 0001 00

110011002 01 02 01 0

9 009 00

0 11.9 m

MoravaMorava90

090

0

80

08

00

900900

vrtvrt

Mìøení po injektáži

Mìøení pøed injektáží

Situace mìøení

Rychlost [m/s]

PODZÁKLADÍ

PODPÌRA

600 800 1000 1200 1400

Rychlostní øezy mezi vrty

Kontrola homogenity injektáže v podzákladí podpìry železnièního mostuOpakované mìøení pøed a po injektáži

seismické prozaøování mezi vrtyMetoda:

Pøíloha 2.2Geotechnické parametry

3300

m/s

1800

m/s

1900 m

/s1

50

0 m

/s

2000

m/s

2800

m/s

TUNEL

Zóna snížených napìtí

Zóna koncentrovaných napìtí

Rozvolnìnáhornina-kaverna

6 m

6 m6 m

0 m

0 m

0 m

vrt 1

vrt 2

vrt 3

Rychlostní profily podél vrtù

Pøíloha 2.3

Geotechnické parametry

Sledování napì�o-pøetvárných zmìn v tunelu metra

seismokarotáž ve vìjíøi vrtù (hloubka vrtù = 6 m, prùmìr = 40 mm)Metoda:

Ty

py

zá

kla

do

výc

h p

ùd

dle

ÈS

N E

N 1

998-

1 [1

2]

Pøíloha 2.4Geotechnické parametry

10

01

21

14

61

77

21

42

59

31

43

80

Re

sist

ivity

in o

hm

.m

1.2

5

12

.4

24

.0

39

.4

52

.4

De

pth

Ite

ratio

n 3

RM

S e

rro

r =

3.4

%

Inve

rse

Mo

de

l Re

sist

ivity

Se

ctio

nU

nit

ele

ctro

de

sp

aci

ng

5.0

0 m

.

0.0

50

.01

00

.01

50

.02

00

.02

50

.0m

.

pe

vn

é p

od

loží

pe

vn

é p

od

loží

do

po

ruèe

né

mís

to p

ro jí

ma

cí H

G v

rtd

op

oru

èen

é m

ísto

pro

jím

ací

HG

vrt p

od

loží

- è

ás

teè

nì

ro

zp

uk

an

ép

od

loží

- è

ás

teè

nì

ro

zpu

ka

né

po

kry

v +

sv

rch

ní zv

ìtr

alá

èá

st

po

dlo

ží a

ž e

luv

ium

po

kry

v +

sv

rch

ní zv

ìtr

alá

èá

st

po

dlo

ží a

ž e

luv

ium

po

ruc

ha

po

ruc

ha

2D

od

por

ový

øez

Pøíloha 3.1Hydrogeologický režim

Map

ován

í te

kton

iky

a p

oru

cho

výc

h z

ón

ve

skal

ním

pod

loží

bud

ovan

é ru

lou

Cíl

em p

rùzk

umu

bylo

naj

ít v

ho

dn

é m

ísto

pro

lo

kal

izac

i h

yd

rog

eolo

gic

kéh

o v

rtu

mul

tiel

ektr

odo

vé

usp

oøá

dán

íM

etod

a:

-5

-5

5

5

5

5

55

5

5

5

5

5

15

15

15

15

15

15

20

25

30

5

VODNÍ NÁDRŽVODNÍ NÁDRŽ

+

++

+

-25

-15

-5

+5

15+

+25

+ 53

45+

(m)

V V

sp

0

5

10

15

20

25

30

hlavní

vedlejší

smìr prùsaku

Mapa izolinií prùbìhu potenciálního rozdílu

Pøíloha 3.2Hydrogeologický režim

Sledování pohybu vody

Cílem prùzkumu bylo lokalizovat místa prùsaku vody tìlesem hráze

metoda spontánní polarizace (filtraèní potenciál)Metoda:

80 90 100 110 120 m

80

70

60

50

40

30

20

10

0

malé nasycení

malé nasycení

trasa odtoku po svahutrasa odtoku po svahu

podmáèená pata svahupodmáèená pata svahu

zvýšené nasycení vodouzvýšené nasycení vodou

56

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24

25

26

27

28

29

30

ñ [Ùm]z

Mapa izolinií zdánlivého mìrného odporu

Pøíloha 3.3Hydrogeologický režim

Sledování režimu vody ve svahu

DEMP v plošné variantìMetoda:

Sta

no

viš

tìsm

ìr

III

III

zvý

šen

áL

et -

1zv

ýše

ná

Stu

peò

agre

sivi

ty

S -

J

V -

Z

32,9

532

,95

41,7

054

,28

81

,49

32,1

332

,13

43,2

65

5,9

370

,72

Ag

resi

vit

apr

ostø

edí

na

oce

l

Zdá

nli

vé

mìr

né o

dpor

y pù

dy [

Ù.m

]ñ

z1

(a =

1.5

9 m

)1

(a =

3 m

)2

ñz2

(a =

5 m

)3

ñz3

(a =

10

m)

4ñz4

JJ úhel

â

Let

- 1

S -

JV

- Z

32

,95

32

,13

81,4

970

,72

54,2

855

,93

41,7

043

,26

zák

lad

ní

och

ran

ná

opat

øen

í st

up

eò è

. 3

Hu

sto

ta a

sm

ìr b

ludn

ých

prou

dù v

zem

i

[°]

[Ù.m

]ñ

z1

E

= -

2,28

6.10

V

/mp1

-4E

=

+1,

115.

10

V/m

p2-4

pp1[A

/m ]-2

[A/m

]-2

-6,9

37.1

0-6

7,76

.10

7,76

.10

-6-6

-5,4

80.1

0-6

3,2

2.1

0-64

,66

.10-6

6,0

6.1

0-6

-4,2

11.1

0-6

-2,8

00

.10

-6+

3,47

1.10

-6+

2,5

78.1

0-6+

1,9

94

.10-6

+1,

577

.10-6

153

°

Kor

ozn

í p

rùzk

um

- v

ýsle

dk

y ge

ofyz

ikál

níh

o m

ìøen

í

Pøíloha 3.4Agresivita prostredí

Sta

no

ven

í ag

resi

vit

y pr

ost

øed

í, h

usto

ty a

sm

ìru

blud

ných

pro

udù

ver

tik

ální

ele

ktr

ick

é so

nd

ov

ání

(usp

øád

ání

Wen

ner)

met

oda

spo

ntá

nn

í po

lari

zace

(p

ou

žité

nep

olar

izo

vat

elné

ele

ktr

od

y)

Met

ody:

v

10 10

15 15

20 20

25 25

5 10 20 30 40 50 60

5.0

21.0

37.053.0

470

465

460

450

455

Ele

vatio

n

Model resistivity with topographyIteration 3 Abs. error = 3.2

Unit Electrode Spacing = 2.00 m.5.6 6.9 8.5 10.6 13.1 16.2 20.0 24.8

Resistivity in ohm.m

starší sesuv

suchá sesutá vrstva

zvýšená vlhkost

aktivní sesuvaktivní sesuv

dílèí odluèná hrana

ñ [Ùm]z

Køivka zdánlivého mìrného odporu

2D odporový øez

Seismický rychlostní øez470

10 20 30 5040 60

465

460

455

450

2050

2150

110012001050

870

770

315

250300

440

325

metráž (m)

na

dm

.výš

ka (

m n

. m

.)

rozvolnìná zóna

podloží - jílovec

Vp [m/s]

Výsledky geofyzikálního mìøení

Pøíloha 4.1Stabilita svahù

Øešení stability svahu pod silnicí I/50

vertikální elektrické sondovánímìlká refrakèní seismikaDEMP

Metody:

02

01

03

04

05

03

20

32

2

32

4

32

6

32

8

33

0

me

trá

ž (m

)

nadm.výška (m n. m.)

S-2

39

0 [

m/s

]

19

30

[ m

/s ]

22

50

[ m

/s ]

35

0 [

m/s

]

29

0 [

m/s

]

jílhlína

jíl

jíl

hlín

a

vvvv

vv

vv

vvvv

vvvv

vvvv

vvvv

vvvv

bá

ze

ro

zv

oln

ìn

é z

ón

yb

áze

ro

zv

oln

ìn

é z

ón

y

Pøíloha 4.2Stabilita svahù

Urè

ení

mo

cno

sti

rozv

oln

ìné

vrst

vy

ve

svah

u

mìl

ká

refr

akèn

í se

ism

ika

Met

oda:

Sei

smic

ký

ry

chlo

stn

í øe

z

Elev. (m) v = 0.100 m/ns

T W O W A Y- T R A V E L T I M E n s

0

20 40 60 80 100

120

140

160

180

200

220

219

218

217

216

215

214

213

212

211

210

209

208

207

1018

2634

4250

m

as

fal+

ko

ns

tuk

ce

v

ozo

vk

ya

sfa

l+ k

on

stu

kc

e v

ozo

vk

y

po

vrc

h v

od

ivé

ho

ho

rizo

ntu

po

vrc

h v

od

ivé

ho

ho

rizo

ntu

ma

x. h

lou

bk

a

po

ten

ciá

lníh

o

s

es

uv

u

ma

x. h

lou

bk

a

po

ten

ciá

lníh

o

s

es

uv

u

Pøíloha 4.3Stabilita svahù

Sle

dová

ní s

myk

ové

zóny

ve

svah

u po

tenc

iáln

ího

ses

uv

u

geor

adar

Met

oda:

Ra

da

rov

ý ø

ez

11112222

21

02

10

51

01

52

02

53

03

54

04

55

05

5

21

52

15

22

02

20

nadm.výška (m n. m.)

metr

áž

(m)

10

J1

J23

0

42

50

20

H J JPí

Pí

Pípí

J J

HNa J JPí

JHp

í

p

rost

or

teré

nn

ích

úp

rav

(IG

sítì

- r

ad

ar)

p

rost

or

teré

nn

ích

úp

rav

(IG

sítì

- r

ad

ar)

l

oká

lní

nity

eh

om

og

en

(r

ad

ar)

l

oká

lní

nity

eh

om

og

en

(r

ad

ar)

rych

lost

ní

ro

zhra

ní

rych

lost

ní

ro

zhra

ní

po

vrch

vo

div

éh

oh

orizo

ntu

(r

ad

ar)

po

vrch

vo

div

éh

oh

orizo

ntu

(

rad

ar)

rln

ny

bá

zeo

zvo

ìn

é z

ó

sm

á p

ayk

ov

loch

a r

lnn

yb

áze

ozv

oì

né

zó

s

má

p a

yko

vlo

cha

od

po

rová

ro

zhra

ní

od

po

rová

ro

zhra

ní

Pøíloha 4.4Stabilita svahù

Prù

zku

m s

tabi

lity

sva

hu -

poè

áteè

ní f

áze

def

orm

ace

(trh

lin

y)

Na

zákl

adì

geo

fyzi

ky

by

ly s

itu

ov

ány

prù

zku

mn

é v

rty

vert

ikál

ní

elek

tric

ké s

ondo

vání

mìl

ká

refr

akèn

í se

ism

ika

geor

adar

Met

ody:

So

uh

rnn

ý k

ore

laèn

í ge

ofyz

ikál

ní

øez

J-1ŠJ-1Š

výchozy smykových ploch

výchozy pøedpokládané

èelo - oblast akumulace

vývìr vody na povrch

prùzkumné vrty

Legenda:

46

46

46

46

46

46

46

46

0 10 20 30 400

10

20

30

40

50

60

70

80

m

m

43

43,5

44

44,5

45

45,5

46

46,5

47

47,5

48

48,5

49

49,5

50

50,5

51

51,5

52

52,5

53

conductivity[mS/m]

HRANA SKLÁDKY

CE

ST

A

STUDNA

CE

ST

AJ-1ŠJ-1Š

J-3ŠJ-3Š

J-2ŠJ-2Š

Pøíloha 4.5Stabilita svahù

Plošné sledování odluèných hran sesuvu

DEMP (konduktometrie)Metoda:

Mapa izolinií zdánlivé vodivosti

500

520

540

560

580

600

620

640

660

680

700

0 20 40 60 80 100

písek písek

bývalá pískovnabývalá pískovna

skládka org. a chem. odpadu skládka org. a chem. odpadu

smíšený odpad-pøevážnì hlinitý smíšený odpad-pøevážnì hlinitý

Pøíloha 5.1Liniové stavby

Mapování základových pomìrù v prostoru rychlostní silnice

DEMP v plošné variantìMetoda:

Mapa izolinií zdánlivého mìrného odporu

10 15 20 25 30 35 40 45 50 60 70 80 90 100150180

Zdánlivý mìrný odpor [Ùm]

20

5

19

0

19

5

20

0

20

5

19

0

19

5

20

0

me

trá

ž (k

m)

22

0

30

0

32

0

30

0

23

02

30

26

02

70

31

0

32

03

10

pokr

yv o

rnic

e

-

pokr

yv o

rnic

e

-

po

k -

on

iv

ryr

ce

p -

on

iry

rce

35

0

27

03

00

ne

ko

mp

ak

tní

s

ou

vrs

tví

ne

ko

mp

ak

tní

s

ou

vrs

tví

(pís

ek

, š

tìrk

)(p

íse

k, š

tìrk

)p

ev

nì

jší p

od

loží

(

jíl)

pe

vn

ìjš

í p

od

loží

(j

íl)

nadm.výška (m n. m.)

10

.55

01

0.6

00

10

.70

01

0.6

50

10

.75

01

0.8

00

10

.85

01

0.9

00

10

.95

011

.00

0

jíl a

ž p

ísè

itý

jíl

jíl a

ž p

ísè

itý

jíl

niv

ele

t

ap

ovr

chu

siln

ice

niv

ele

t

ap

ovr

chu

siln

ice

17

30

18

60

18

60

17

10

18

50

17

10

17

50

16

505

20

58

0

69

07

30

80

08

10

95

0

92

0

86

0

12

40

13

60

13

50

93

0

88

0

80

5

Q N

Or

Šjh

J pí

J pí

Pí

PJ1

01

Q N

Šp

í

JJ

hP

í

PJ1

04

H

Vp

[m

/s]

Pøíloha 5.2Liniové stavby

Sle

dov

ání

mec

hani

ckýc

h v

last

no

stí

pro

støe

dí v

mís

tech

záø

ezu

tra

sy r

ych

lost

ní

siln

ice

mìl

ká

refr

akèn

í se

ism

ika

Met

oda:

Sei

smic

ký

rych

lost

ní

øez

Sk

aln

í k

len

ba

du

tin

ad

uti

na

Ob

kla

d

Be

ton

Pøíloha 5.3Liniové stavby

Map

ován

í os

labe

ných

mís

t za

obe

zdív

kou

tram

vaj

ov

ého

tu

nel

u

geor

adar

Met

oda:

Rad

arov

ý øe

z

geomechanický stav

Tìžitelnost podle rychlosti šíøení seismických vln

hornina mírnì zvìtralánebo tektonicky porušená

hornina slabì zvìtralánebo tektonicky porušená

mírnì zvìtralý

hornina navìtralá - zdravá

300 - 1200

1200 - 1800

1800 - 2400

2000 - 2500

>2400

R5 - R6

R4

R3

R3

R2

I

II

II

II

III

kvartér, hornina zcela zvìtralánebo tektonicky porušená

tìžitelnost dleÈSN 73 6133

zatøídìní dleÈSN 73 6133

rychlost šíøení seismických vln v [m.s ]p

-1

Pøíloha 5.4Liniové stavby

Stanovení tìžitelnosti hornin na základì rychlosti šíøení seismických podélných vln

mìlká refrakèní seismikaMetoda:

Map

ov

ání

loži

ska

štìr

kù p

ro n

ásyp

D47

Vra

žné

ver

tiká

lní

elek

tric

ké s

ondo

vání

mo

cnos

t u

rèen

á ze

sít

e b

od

ù V

ES

Met

oda:

Map

a m

ocn

osti

štì

rkù

v [

dm

]

Pøíloha 5.5Liniové stavby

MOCNOST [dm]

28

30

32

34

36

3840

42

44

46

48

50

52

54

56

58

60

62

35

40

40

40

40

40

40

40 4

0

40

45

45

45

45

45

5

60050

10

0

15

0

20

0

25

0

30

0

05

01

00

15

02

00

25

03

00

35

04

00

45

05

00

55

06

00

m50

50

4

VY

TY

ÈE

NÁ

HR

AN

ICE

STA

RÁ

KO

RY

TA

ØE

KY

v

10

25

40

55

70

85

100

115

130

145

160

175

190

205

220

235

250

Zdánlivý mìrný odpor [Ùm]

0 5 100

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

120

130

140

150

Pøevážnì jemnozrnný jílovitý sediment

otokP

Sprašová hlína

Nivní sedimenty- hlína, písek, štìrk

Nivní sedimenty- zvýšená vlhkost

Svahové sedimenty

Elevace podloží- droby, bøidlice

Písèito-hlinitý ažhlinito-písèitý sediment

Pøíloha 6.1Vodohospodáøské stavby

Vyèlenìní kvazihomogenních celkù v profilu plánované hráze

DEMP v plošné variantìMetoda:

Mapa izolinií zdánlivého mìrného odporu

58

0

0

32

64

96

12

8

16

0

19

2

22

4

57

0

56

0

55

0

54

0

53

0

52

0

51

0

50

0

49

0

pís

ko

vc

ov

á s

u�

(pro

vzd

uš

nì

lá)

Elevation hladina vody

Un

it E

lect

rod

e S

pa

cin

g =

2.0

0 m

.

Mo

de

l re

sist

ivity

with

to

po

gra

ph

yIte

ratio

n 4

RM

S e

rro

r =

6.4

po

ruc

ha

zvý

še

ná

vlh

ko

st

hlin

ito

-ba

lva

nit

ý n

ás

yp

s

ka

lní p

od

kla

d(p

ísk

ov

ec

+v

ložk

y jílo

vit

ýc

h b

øid

lic

)

m.

Re

sist

ivity

in o

hm

.m1

00

15

92

52

40

06

35

10

08

16

00

25

40

Pøíloha 6.2Vodohospodáøské stavby

Pos

ouze

ní s

tab

ilit

y s

vah

u p

ob

líž

mís

ta z

aváz

ání

pøeh

radn

í h

ráze

Prù

zkum

lev

é v

zdu

šné

stra

ny

hrá

ze

mu

ltie

lekt

rodo

vé u

spoø

ádán

íM

etod

a:

2D o

dp

oro

vý

øez

Intenzita porušení hornin

Graf rychlostiGraf rychlosti

1000 1000

2000 2000

3000 3000

4000 4000

10300

10400 10600

1070010500

rych

lost

(m

/s)

metráž (m)

Hornina:

pevná

slabì porušená

silnì porušená

velmi silnì porušená

Pøíloha 6.3

Mapování oslabených míst podél stìny štoly brnìnského oblastního vodovodu

mìlká refrakèní seismika mìøená podél stìny štolyMetoda:

Vodohospodáøské stavby

5

10

15

20

03

04

50

60

07

80

90

01 0

5

5

10

10

15

20

30

40

50

60

70

80

90

100

20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140

Zdánlivý mìrný odpor [Ùm]

nh

z

Cesta v ko

ruì

ráe

(štrk)

ì

nh

z

Cesta v ko

ruì

ráe

(štrk)

ì

rybníkrybník

Liniová anomálie - kovové potrubí

Projev konstrukcebetonového žlabu(bezpeènostní pøeliv)

Prostorová anomálie - zvýšená vlhkost

Smìr prùsakuSmìr prùsaku

Pøíloha 6.4Vodohospodáøské stavby

Kontrola prùsakù v prostoru tìlesa hráze rybníka

DEMP v plošné variantìMetoda:

Mapa izolinií zdánlivého mìrného odporu

010

020

028

00

010

1

20

2

30

3

40 50 60 70 80 90 100

110

120

TIME [ns]

DIS

TA

NC

E [

ME

TE

R]

DEPTH [METER] at v=0,047 [m/ns]

po

vrch

se

dim

en

tup

ovr

ch s

ed

ime

ntu

pù

vod

ní d

no

pù

vod

ní d

no

VO

DN

Í N

ÁD

RŽ

DÍV

ÈÍ H

RA

DV

OD

NÍ N

ÁD

RŽ

DÍV

ÈÍ H

RA

D

hla

din

a v

od

yh

lad

ina

vo

dy

HR

ÁZ

Vodohospodáøské stavby

Urè

ení

hlo

ub

ky

a m

ocn

ost

i se

dim

entù

na

dnì

ry

bn

íka

geor

adar

Met

oda:

Rad

aro

vý ø

ez

Pøíloha 6.5

ves 15

ves 16

ves 19

65

65 17

17

21

02

10

69

69

48

48

40

84

082

42

4

58

58

18

71

87

42

42

34

43

44

D 7

H

TÚ

= 2

25

.55

mD

7 H

TÚ

= 2

25

.55

m

D 6

H

TÚ

= 2

28

.85

mD

6 H

TÚ

= 2

28

.85

m

D 5

H

TÚ

= 2

31

.05

mD

5 H

TÚ

= 2

31

.05

m

DP5 DP5

DP13 DP13

DP12 DP12

41

04

10

29

30

29

30

29

30

29

30

46

04

60

41

04

10

43

04

30

40

04

00

24

0

23

0

22

0

21

0

20

30

40

50

60

70

80

90

10

0

nadm.výška (m n. m.)

me

trá

ž (m

)

jíl

jíl

hlín

a

štì

rk

ska

lní p

od

loží

ska

lní p

od

loží

sle

pe

ne

csl

ep

en

ec

DP

5D

P5

17

17

21

02

10

41

04

10

29

30

29

30

od

po

rové

ro

zhra

ní

mì

rný

od

po

r [Ù

m]

rych

lost

ní ro

zhra

ní

rych

lost

Vp

[m

/s]

pe

ne

tra

èní

s

on

da

b

áze

zá

kla

dù

p

lán

ova

nýc

h b

ud

ov

Od

por

ový

a ry

chlo

stn

í øe

z

Sle

dov

ání

reli

éfu

po

vrc

hu

ska

lníh

o p

odl

oží

a c

hara

kter

u n

adlo

žníc

h se

dim

entù

pøe

d p

láno

vano

u vý

stav

bo

u k

om

ple

xu o

bytn

ých

bud

ov

ver

tik

ální

ele

ktr

ick

é so

nd

ov

ání,

mìl

ká r

efra

kèn

í se

ism

ika,

dyn

. pe

netr

ace

Met

od

y:

Pøíloha 7.1Základové pùdy

45

99

3

13

3 7

9

24

5 8

0

77

3

12

7 28

15

4

32

83

8

19

2

31

8

32

6

21

30

22

14

47

35

4

42

1

78

28

23

37

75

20

8

54

1

35

15

26

03

31

0 2

5

17

5

27

91

5

ves16

ves17

ves18

ves19

ves20

ves21

ves22

-15

-15

-10

-10

-522 -5

00

20

40

60

80

10

01

20

14

0

hloubka (m)

me

trá

ž (m

)

vá

pe

ne

cv

áp

en

ec

na

vá

žka

na

vá

žka

T

KO

-h

rub

ozr

nn

ý T

KO

-h

rub

ozr

nn

ý

hlín

a jílo

vitá

hlín

a jílo

vitá

hlín

ah

lína

ñ [Ù

m]

Od

por

ový

øez

Sle

do

ván

í p

ov

rch

u p

evn

ého

po

dlo

ží a

ch

arak

teru

zák

lad

ovýc

h po

mìr

ùP

rùzk

um p

øed

plá

no

van

ou

vý

stav

bo

u r

od

inn

ých

do

mù

ver

tik

áln

í el

ektr

ick

é so

nd

ová

ní

Met

od

a:

Pøíloha 7.2Základové pùdy

20

30

40

50

m0

10

0.5

1.0

2.0

1.5

hloubka (m)

b

ýv

alé

ko

lejiš

tì b

ýv

alé

ko

lejiš

tì

na

vá

žk

a (

rec

yk

lát)

na

vá

žk

a (

rec

yk

lát)

po

vrc

h b

eto

no

vé

de

sk

y

op

ìrn

á

ze

ïo

pì

rná

ze

ï

Rad

aro

vý

øez

Sle

dov

ání

po

vrch

u p

ohøb

enýc

h b

eto

no

vý

ch k

azet

pro

bra

mbo

ryP

rùzk

um p

øed

plán

ov

ano

u vý

stav

bou

haly

v a

reál

u bý

val

é šk

robá

rny

geo

rada

rM

etod

a:

Pøíloha 7.3Základové pùdy

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

2

3

3

3

4

4

4

44

4

4

4

5

55

5

5

5

5

6

6

6

6

S-1/6

S-2/7

PF

1

PF2

PF3

PF

4

PF5

PF

6

Hloubka [m]2,6 3,0 3,4 3,8 4,2 4,6 5,0 5,4 5,8 6,2 6,6

Legenda:

profil VES

bod VES

návrh vrtu/hloubka [m]S-1/6

Mapa hloubky báze navážky

Sledování mocnosti navážky a hloubky pøirozeného dna lomu

vertikální elektrické sondováníMetoda:

Pøíloha 7.4Základové pùdy

400 400600 600

600 600800 800

100

01000

100 0100 0

1200 12001200120000

140014

1400 1400

1600 1600 1600 16001800 1800

2000 2000

20002000

20 00 20 00

2200

2200

2200 2200

2200 2200

24002400

2400 2400

2400 2400

2600

26002600

2600

02600260

3000 3000

2800 2800

J 2 J 1

520

519

518

517

516

515

514

513

512

511

510

509

508

0 5 10 15 m

507

na

dm

.výš

ka (

m n

. m

.)

profil vrtu J2

profil vrtu J1

indikace dutiny

kan ea czil a

zdrojový vrtregistraèní vrt

(nav)

(nav)

Rula

Rula

N

HH

Eluv Eluv

Pøíloha 8.1Podzemní objekty

Rychlostní øez mezi vrty

Provìøení podzemní dutiny v prostoru plánovaného pilíøe mostuJedná se o staré dùlní dílo v okolí Jihlavy

seismické prozaøování mezi vrtyMetoda:

Rychlost [m/s]

600 2000 2200 2400 28001000 1600 18001400

0 10 20 30 40 500

10

20

30

40

50

indikace podzemních objektù

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 200 400

Zdánlivý mìrný odpor [Ùm]

Pøíloha 8.2Podzemní objekty

Mapa izolinií zdánlivého mìrného odporu

Lokalizace podzemních objektùBývalé betonové kryty z doby 2. svìtové války

DEMP v plošné variantìMetoda:

kryptaboèní zeï

Pøíloha 8.3Podzemní objekty

Radarový øez

Lokalizace podzemních objektùCílem bylo vyhledat kryptu v prostoru kostela

georadarMetoda:

Příloha 9

Fotodokumentace z workshopu

Obr. 1 Přednáška v rámci workshopu v prostorách VUT Brno

Obr. 2 Výklad k metodice VES v rámci workshopu v prostorách VUT Brno

Obr. 3 Ukázka měřících přístrojů pro měření metodou GPR

Obr. 4 Obecné seznámení s přístrojem pro měření magnetometrie v prostorách firmy

GEODRILL s.r.o.

Obr. 5 Praktická ukázka měření metodou VES

Obr. 6 Výklad k ukázce měření metodou VES

Obr. 7 Ukázka terénního měření metodou MRS (mělké refrakční seismiky)

Obr. 8 Praktická ukázka měření metodou GPR (georadar) v prostorách firmy

GEODRILL s.r.o.

GEODRILL s.r.o.

Bělohorská 2115/6

636 00 Brno

Projekt: OKTAEDR – partnerství a sítě stavebnictví Registrační číslo projektu: CZ.1.07/2.4.00/31.0012. Řešitel: VUT v Brně, FAST, Veveří 95, 602 00 Brno, tel.: 541 147 501, e-mail: oktaedr@fce.vutbr.cz

GEOFYZIKÁLNÍ METODY MĚŘENÍ V GEOTECHNICE

Autoři:

RNDr. Ladislav Jančovič

Mgr. Petr Dostál

Mgr. Pavlína Frýbová

Spoluautoři a garanti workshopu na VUT:

Ing. Helena Brdečková

Ing. Věra Glisníková, CSc.

Vedoucí projektu:

RNDr. Jaroslav Bachratý

Ředitelka společnosti:

Ing. Markéta Hrubanová

Edice:

Mgr. Kristýna Bílá

Vydavatel: Vysoké učení technické v Brně, Fakulta stavební

Ústav technologie, mechanizace a řízení staveb,

Veveří 331/95, Brno 602 00

Vytiskl: MSD spol. s.r.o.

Náklad: 50 ks

Počet stran: 96

Vydání první

2014

ISBN 978-80-214-4910-7

RNDr. Ladislav JančovičMgr. Petr DostálMgr. Pavlína FrýbováISBN 978-80-214-4910-7Brno