Исследовательские работы проводились на участке Северной железной дороги в Онежском районе Архангельской области, территориально относящемся к Арктической зоне РФ.
Движущиеся железнодорожные составы являются источником вибраций, негативно воздействующих на земляное полотно. Его обследования традиционно выполняются с помощью датчиков-акселерометров, которые записывают ускорение и нацелены на фиксацию высокочастотных вибраций грунта.
Сейсмологи Федерального исследовательского центра комплексного изучения Арктики имени академика Н.П. Лавёрова Уральского отделения РАН впервые применили для полотна железной дороги широкополосные датчики-велосиметры, позволяющие оценить параметры скорости колебаний грунта в области низких частот.
Как отмечает завлабораторией сейсмологии ФИЦКИА УрО РАН Галина Антоновская, скорость является более чувствительным параметром к изменениям геологической среды, чем ускорение. На опытном участке железнодорожного полотна были установлены широкополосные велосиметры с большим динамическим диапазоном, хорошо зарекомендовавшие себя в сейсмологии для фиксации землетрясений. Приборы зафиксировали низкочастотные колебания и во время, и после движения железнодорожного состава.
– Анализ сейсмической записи проходящих поездов в широкой полосе частот показал, что низкочастотные колебания присутствуют не только во время прохождения поезда, но и после, – сказала Галина Антоновская. – То есть мы наблюдаем реакцию грунта (насыпи) на воздействие проходящего состава. Причем проседание (смятие) насыпи происходит сильнее в направлении поперек железнодорожного пути, а не по вертикали, как это принято считать.
Она отметила, что благодаря использованию трёхкомпонентных широкополосных сейсмических датчиков ученым удалось увидеть процесс релаксации грунта в низкочастотной области (ниже 0.1 Гц) после прохождения поезда.
Исследовательские работы проводились на участке Северной железной дороги в Онежском районе. Аппаратура была установлена у основания насыпи. Система непрерывного мониторинга работала с апреля по июнь – в период оттаивания грунта.
Анализ участков сейсмической записи релаксации грунта в диапазоне сверхнизких частот позволил ученым подобрать наиболее информативные параметры, отражающие изменения свойств грунта. Что примечательно, для расчётов использовалась модель Эльзассера, применяемая для описания геодинамики литосферных плит в низкочастотной области. То есть идеи классической сейсмологии послужили для решения прикладной задачи.
Была создана программа автоматической обработки данных, которая станет частью технологии непрерывного мониторинга железнодорожного полотна. Такая система, например, поможет следить за изменениями состояния грунта на ослабленных участках железнодорожного полотна на удалённых территориях АЗРФ, где происходит таяние мерзлоты.
По словам учёных, основное преимущество разрабатываемой технологии автоматизированного мониторинга по сравнению с эпизодическими (дискретными) обследованиями заключаются в возможности обнаружения опасных процессов на ранней стадии их развития.
Перспективным исследованием заинтересовались научные сотрудники Российского университета транспорта.
