Дорохин К.А. «ОАО НИПИИ Ленметрогипротранс» 2015 г.

Дорохин К.А. «ОАО НИПИИ Ленметрогипротранс» 2015 г.
Экзогенные процессы
Оползни
Обвалы
Сели
Наиболее частыми причинами образования оползней являются:
увеличение крутизны склона или откоса при их подрезке, подработке или подмыве, а также при
придании откосам большой крутизны;
ослабление прочности пород по причине изменения их физического состояния при увлажнении,
набухании, разуплотнении, выветривании, нарушении естественного сложения, а также в связи с
развитием в породах явлений ползучести;
действие гидростатических и гидродинамических сил на породы, вызывающее развитие
фильтрационных деформаций (суффозию, выпор, переход в плывунное состояние и др.);
изменение напряжённого состояния горных пород в зоне формирования склона и строительства
откоса;
внешние воздействия – загрузка склона или откоса, а также участков, прилегающих к их бровкам,
микросейсмические и сейсмические колебания и др.
Каждая из перечисленных причин в отдельности может вызвать нарушение равновесия масс горных
пород на склонах и откосах, но наиболее часто наблюдается при их совместном влиянии
Главной проблемой практического использования методов прогноза, является недостаточность
информации о развитии оползневых процессов во времени и факторов их вызывающих.
 Интенсивность факторов, воздействующих на оползни, сильно меняются во времени
 Прочностные характеристики грунтов, даже для одного (ИГЭ) являются функциями многих
переменных факторов
 Легко определяемые показатели, такие как влажность, также не являются постоянными
 Невозможно прогнозировать силу и время землетрясений, изменение метеорологических
и гидрогеологических условий.
Окно программы GeoStab4
Напряжения по горизонтальной оси, ANSYS
Разбивка модели на конечные элементы, ANSYS
Поэтому прогноз оползневых процессов может быть только вероятностным, который
может оправдываться или оправдываться частично.
Оползневая система. п. Кепша, г.Сочи
Разрез по профилю 1-1
План-схема расположения локальных оползневых зон
Мамайский оползневый бассейн (составил Н.И. Комаринцкий)
Комплекс исследовательских работ на оползне
Лабораторные испытания грунта
+ программные расчеты
(Основаны на изучении
физико-механических и
деформационных
свойств грунта,
получаемого при
геологических
изысканиях)
Прямые методы контроля
(Основаны на изучении
непосредственно
сдвиговых деформаций
в массиве и изменения
гидрологического
режима)
Гидрогеологические измерения
Геомеханический контроль
Косвенные методы контроля
(Основаны на изучении
изменений геофизических
полей в массиве)
Геофизические исследования
Гидрогеологический мониторинг
Подземные воды существенно влияют на напряженно-деформированное
состояние склона, снижая силы трения по потенциальным и реальным поверхностям
скольжения при высоких гидростатических давлениях на этих поверхностях. При
высоких гидравлических градиентах потока формируются значительные силы
гидростатического давления, которые являются сдвигающими в общем балансе сил.
Размещение датчиков в скважинах в виде гирлянд и
проведение систематических режимных наблюдений позволяет
оценивать структуру потоков подземных вод и изменения
напряжённого состояния, как покровных глинистых образований,
так и меловых слабопроницаемых отложений.
При подготовке и проведении гидрогеомеханического
мониторинга необходимо:
Создать режимную сеть, включающую необходимое число
наблюдательных станций с размещенными в них датчиками
гидростатического давления.
С учетом результатов замеров, полученных по датчикам режимной
сети, возможно схематизировать гидрогеологичесчкую структуру
изучаемого участка с учетом фильтрационной неоднородности как
в плане, так и в разрезе.
Метод скважинной инклинометрии
Инклинометрический мониторинг – это наблюдения за пространственным изменением во времени траекторий
наблюдательных колонн глубинных наблюдательных реперов, расположенных на исследуемой территории.
-Глубинный
наблюдательный
репер представляет собой вертикальную
скважину
необходимой
глубины
и
диаметра, обсаженную в массиве песчаноглинистых пород полиэтиленовой трубой
- Разработанная ООО НПЦ «ГеоМИР»
программная поддержка аппаратуры WinIcn
предназначена для оперативного контроля
процесса нклинометрического каротажа в
режиме реального времени
Точность измерения зенитного угла в диапазоне
0-10 с погрешностью ±0,05 и азимутального угла в
диапазоне 0- 360 с погрешностью ±0,25
Космический мониторинг
Спутниковая радарная интерферометрия — метод измерений, использующий эффект интерференции электромагнитных
волн. Идея метода заключается в формировании интерферограммы, которая представляет собой результат композиции двух
радиолокационных изображений одной и той же территории, содержащих информацию об амплитуде и фазе сигнала,
полученных идентичными радарами из близко расположенных точек орбиты.
•Амплитуда, характеризует отражательные свойства объекта.
•Фаза сигнала определяет удаленность до объекта.
Для определения геометрических характеристик объекта
необходимо знать разность фаз между двумя
радиолокационными изображениями интерферометрической
пары.
Отмеченная
область
наибольших
смещений
была
расположена
в
непосредственной близости с действующим
транспортным тоннелем.
Установка даже одного уголкового отражателя позволила
заметно расширить область мониторинга. Для получения более
детальных оценок по площади целесообразна установка серии
отражателей.
Основные причины оползней
Процессы происходящие в системе оползневого склона, следует рассматривать, прежде всего, как механическое
явление, как противоборство, с одной стороны, сил, стремящихся привести некоторую массу грунта (части массива) в
движение, а с другой, сил, этому препятствующих.
Типичные схемы баланса сдвигающих и удерживающих сил в оползне представлены на рисунках (а и б).
Сопротивление грунта сдвигу, как
известно, выражается зависимостью:
τ=(δ-u)tgφ +C;
(1.3)
где,
а)
б)
В перечень удерживающих сил
входят вес упорного клина Q и
сопротивление сдвигу по поверхности
скольжения ∑τ.
Сдвигающей силой является вес
сдвигающего клина Р,
Условие
устойчивости
выраженное
уравнением
моментов
относительно центра вращения 0, имеет
вид:
QL1+R∑τ>PL2;
(1.1)
При
плоской
поверхности
скольжения
упорный
клин,
следовательно, и сила Q отсутствует.
Условие устойчивости в виде суммы
проекций сил на плоскость будет:
∑τ>P sinα;
(1.2)
u-поровое давление;
φ- угол внутреннего трения;
С- сцепление.
Уравнения (1.1-1.3) отражают основные
причины оползней.
Механизм смещения оползневого тела по поверхности скольжения нельзя рассматривать отдельно от
процесса формирования самой этой поверхности. В ходе развития оползневого процесса под воздействием
природных и техногенных факторов происходит постепенное увеличение растягивающих касательных напряжений
в наиболее ослабленных частях склона, особенно в пределах зоны скольжения. Действующие напряжения
являются одной из основных причин образования вторичной текстуры пород, выраженной трещиноватостью .
Для эффективной оценки геодинамического состояния оползневого тела, необходимы данные об изменении
физических и деформационно-прочностных характеристик грунтов слагающих оползневое тело и, что очень
важно - грунтов находящихся в зоне контакта тела оползня и сохранной породы, по которой происходит
смещение .
Данную задачу весьма успешно решает комплекс геофизических методов, который состоит из электроразведки и
сейсморазведки.
Электроразведка
Возможность использования электроразведочных методов для инженерно-геологической оценки массива
основана на дифференциации горных пород по электрическим свойствам и зависимости последних от состава,
структуры и водно-физических характеристик пород.
Оползневое
тело
Электротомографический разрез вдоль простирания оползня
-Переход от ненарушеной части склона
к нарушенному массиву сопровождается
изменением удельного электрического
сопротивления р.
Сейсморазведка
Основой для постановки сейсмических наблюдений с целью контроля за динамикой оползневых процессов является
тесная связь между сейсмическими характеристиками среды и ее прочностными свойствами, а также параметрами
напряженного состояния, нарушение равновесия между которыми и обуславливает оползневые смещения.
Началу смещений всегда предшествует
период изменения сейсмических характеристик
среды.
С помощью сейсмических методов могут
быть определены изменения динамических
модулей упругости пород, представляющие
интерес при исследовании оползневого массива.
Едеф =A·lgЕ – В/10 (Мпа)
( формула зависимости Е и Едеф)
где, Ед - динамический модуль Юнга
А и В – экспериментально принятые
коэффициенты зависимости от типа и вида
породы.
Приведенная формула Едеф получена при
сопоставлении измерений в сейсмическом
диапазоне частот с лабораторными результатами
определений Едеф .
Пример полученный на оползневом склоне
На данном разрезе отображаются возможные зоны зеркала смещения, тело
оползня, слой сохранной породы.
- Изменение модуля деформации
в зоне области скольжения. (В
период резкого понижения модуля
деформации, было зафиксировано
смещение тела оползня).
В период падения значений модуля деформации высчитанного для слоя зоны контакта оползневого
тела и сохранной породы значительно увеличивается вероятность активизации оползневых
деформаций, что является серьезным фактором, указывающим на активизацию деформационных
процессов.
Eo,МПа
200
160
120
80
40
0
7.11
10.11
2.12
5.12
8.12
11.12
2.13
5.13
8.13
Дата
Изменение модуля деформации в зоне контакта оползневого тела и кровли сохранной породы
Данные полученные датчиками напряжений, которые были
установлены в тоннеле, вблизи с геофизическим профилем, по
разные стороны от него.
Повышение модуля деформации было
обусловлено
процессом
сдавливания
породы в зоне зеркала скольжения. Дело в
том, что данный участок оползня (его
нижняя часть) упирался в действующий
транспортный тоннель. Тоннель выполнял
роль контрфорса для оползня. В результате
в ближней к тоннелю зоне происходило
сжимание грунта, что и привело к
повышению его прочностных показателей.
Выводы:
 Оползневый процесс подготавливается постоянно. Идет накопление суммы условий и факторов, пока какой-нибудь
малоизвестный повод не нарушит равновесие пород на склоне. Потому сбор данных характеризующих исследуемый
склон должен быть максимально полным.[11,12]
 Данный комплекс мониторинга, в который вошли несколько самостоятельных видов контроля, каждый из которых
решает отдельные задачи и дополняет общую картину мониторинговой системы, является наиболее полным для
обеспечения детального анализа устойчивости исследуемого склона. Также данный комплекс является достаточно
оперативным методом для своевременного выявления дестабилизирующих факторов способствующих возникновению
оползневых деформаций.
Технология ведения мониторинга включает комплекс непрерывных и дискретных режимных измерений параметров
состояния среды и их изменений под влиянием внутренних (природных) и внешних (техногенных) воздействий. Режимы
мониторинга определяются в зависимости от допустимых уровней рисков и динамики изменений измеряемых
параметров для грунтового массива.
На основании результатов данного комплекса в заключении проводится детальное районирование по степени
оползневой опасности, детерминированные расчеты устойчивости, объемов и дальности перемещения разрушенных
пород, интегрированный анализ пространственно-временного распределения аномалий контролируемых параметров на
локальном уровне и на уровне отдельных форм проявления процесса.
 Следует отметить, что в настоящее время, задача временного прогноза все еще не решена. В некоторых случаях
поведение массива, в силу природных или техногенных факторов, становится непредсказуемым, и смещения
происходят, когда критериальные значения находятся в области докритических величин, или смещение не происходит,
когда критические величины превышены. Поэтому, говоря о прогнозе оползневых смещений с учетом фактора времени,
возможно лишь придерживаться следующих принципиальных положений:
Следует прогнозировать время перехода области массива в состояние превышенной опасности, но не момент
возникновения отдельного события.
При отнесении области массива к зоне повышенной оползневой опасности, следует производить мероприятия,
способствующие ее снижению, с последующим контролем эффективности проведенных мероприятий.
•В случае отсутствия эффекта от проводимых мероприятий, выделенная оползнеопасная область должна быть закрыта
для доступа людей до момента ее перехода в неопасное состояние.
Литература:
Захаров В.Н. Оценка развития деформаций оползневого склона во времени. Материалы XXIV Международной
научной школы им.академика С.А. Христиановича. Крым, Алушта,2014. 67-70 стр.
Н.Н. Горяинов, Ф.М. Ляховицкий. Сейсмические методы в инженерной геологии. изд. Недра 1979г.
Бондарев В.И. Сейсмический метод определения физико-механических свойств нескальных грунтов. Научное
издание. Екатеринбург.1997.
Воронков О.К., Моторин Г.А. Связь модуля деформации с пористостью в мергелистых (глинисто-карбонатных)
породах.- Материалы конференций и совещаний по гидротехнике . ВНИИГ им. Б.Е.Веденеева 1983, стр.100-105.
Рекомендации по изучению методами инженерной сейсмики статических и динамических характеристик
деформируемости скальных оснований гидросооружений в северной строительно-климатической зоне. П19-85
ВНИИГ. Ленинград 1985.
Никиткин В.Н. Основы инженерной сейсмики., Изд. Московского университета. Москва 1981.
Горяинов Н.Н. Применение сейсмоакустических методов в гидрогеологии и инженерной геологии. Изд.Недра.
Москва 1992.
Blaha P., Nesvara J. Pousiti geoakusticke metody ke zjislovani smykovyck zonve vrtech, in Polni a laboratorni
geoakusticke zkousky zemin. Most. 1979
Novosad S., Blaha P., Knejzlik J. Geoakustic methods in the slope stability investigation.-Bulletin IAEG, 1977, No 16.-229 s
Гольдин С.В., Айтматов И.Т. Разработка методов и средств оценки состояния оползневых склонов в горноскладчатых областях. Проект№172
Р.Шустер Р. Кризек Оползни, Исследование и укрепление. Washington. 1978., под редакцией Г.С. Золотарева
изд.Мир. Москва. 1981
Спасибо за внимание!