Введение к работе
Актуальность работы. Эксплуатация действующих гидроузлов и связанных с ними водохранилищ, а также и строительство новых гидротехнических объектов в Средней и Восточной Сибири продолжаются в современных сложных экономических условиях. Эффективность и безопасность, как строительства, так и эксплуатации в значительной мере зависят от правильного прогноза физико-геологических процессов в бортах водохранилищ и основании гидроузлов. Опыт эксплуатации Хантайского водохранилища, строительства Колымской ГЭС и других показывает, что прогнозирование процессов в вочномерзлом скальном массиве не менее актуально, чем для нескаль-ных грунтов. Причем для скальных массивов первостепенную роль играет детальное изучение структуры массива, трещинной пустотнос-ти, льдистости и других структурных характеристик. Обвалы на откосах и выпалы в подземных сооружениях происходят по трещинам при протаивании льдистого заполнителя. Поэтому наряду со структурой массива необходимо изучать свойства грунтов по поверхностям ослабления и-формы.этих поверхностей. Для Средней и Восточной Сибири рассматриваемая проблематика осложняется тем, что в бортах долин вкроко распространены специфические деформации, вызванные деградацией мерзлоты в период голоценовогб- максимума температур и последующим формированием современной криолитозоны. Эти деформации известны давно ( Золотарев Г.С., 1980, Сахарова Е.И.,I960; Н.И. Соколов, 1955,1961; Чернышев С.Н., 1966 и др.) и носят разные наименования, однако,генезис их до сих пор исследован недостаточно, что сдергивает построение адекватных инженерно-геологических моделей, необходимых для прогноза устойчивости бортов долин при техногенной воздействии, прогноза фильтрации, деградации мерзлоты н т.д. Так»* образом, проведенные нами исследования актуальны для поддержания и развития энергетического потенциала горнорудных районов востока и для.оманы природной среды этого региона.
Цель работа. Выявление закономерностей строения и формирования слозно построенных бортоа долшш реки в названном регионе на примере участка створа Вялвйской ГЭС-Ш и других объектов. Построение иерархической схемы структурной неоднородности оползневого склона в массиве. Составление ксшлекса методов для получения расчетных характеристик инженерно-геологических элементов на каждом уровне неоднородности. Обеспечение решения задачи устойчиво-
сти бортов долины и высоких откосов в строительный и эксплуатационный период на конкретном объекте Вилгойской ГЭС-Ш.
Методика исследований включала геолого-съемочные, геофизические ( электроразведка в разных модификациях, сейсморазведка, эманационная съемка), иильтрационные методы. В большом объеме проведена математико-статистическая обработка результатов лабораторных исследований свойств грунтов, полученных экспедицией № 13 Ленгидропроекта. Совместно со специалистами-геомеханиками проводились полевые исследования свойств грунтов для различных выделенных нами инженерно-геологических элементов.
Научная новизна. Основные научные результаты и новизна работы заключаются в следующем:
обоснована концепция формирования Сортов долины р.Вилюй на рассматриваемом участке, который можно считать типичным для региона;
разработана иерархическая схема структурной неоднородности сложно построенного участка долины р.Вилюй;
составлены группы методов для выделения и изучения элементов неоднородности массива и физико-механических характеристик инженерно-геологических элементов на каждом уровне. Совокупность методов представляет собой комплекс, который можно рекомендовать для исследования поставленной проблемы на реках Средней и Восточной Сибири, а также в других регионах;
разработан оригинальный индикаторный метод нагнетания воздуха в штольни для определения пустотности и коэффициента фильтрации массива.
. Практическое значение работы. Разработана инженерно-геологическая модель вечномерзяого оползневого склона на участке створа Вилюйской ГЭС-Ш для расчетного обоснования мероприятий, обеспечивающих устойчивость бортовых примыканий плотины и бортов водохранилища. ,
Разработан и использован «ошшекс методов инженерной геологин и геомеханики для получения расчетных характеристик иняенерно-гао логических а расчетных элементов.
Разработан и использован метод иашатания воздуха с индика
тором, который позволил установить связь открытых трещин в мерз
лом массиве, еычислить трещшнуи пустотность и коэффициент фильт
рации. .,.-.
Все это позволило, обеспечить устойчивость откосов котлована на ВилюйскоЯ ГЗС-ffl d строительный период, а таете уменьшить объем котлована на 644 таен .
Такяс обеспечены расчета устойчивости бортов долины р.Вилюй на эксплуатационный период с учетом температурного режима, на осново разработанных нами моделей.
Защищаемые полонення.
-
Гипотеза формирования оползневого склона ангарского типа.
-
Классификационная схема структурной неоднородности массива горных пород с иерархической неоднородностью (на конкретном пршлзре).
-
Комплекс методов, позволяющий выделить элементы неоднородности массива"и определить их физико-механические характеристики.
-
Метод нагнетания в штольни воздуха с индикатором.
Фактический материал. В основу диссертационной работы поло-йены материалы изысканий экспедиции № 13 АО Ленгкдропроект, результата натурник и полевик исследований, выполненных автором в составе исследовательской группы п период с 1984 г. на рядо объектов северной гидротехники ( Колымская,. Вилвйская, Адычанская ГЭС), а также' на р.Лено в районе г.Качуг. :
Апробация работы. Основные положения-работы докладывались и ебсугдались на Всесоюзном совещании "Гидротехническое строительство п районах Крайнего Севера" СГС-86 ( Красноярск, 1986), на 1-огл съезде инженеров-геологов, гидрогеологов и геокриологов ( Ккеп, 1933), нвучно-практической конференции "Проблемі шсяо-нерно-гсологическия изысканий в криолитозоне" ( Магадан, 1989), иаучко-гсяшчесіи:х конференциях-МГСУ ( Москва 1986, 1988, 1990, 1991).
Внедрение. Результаты исследований внедрены на Вилийской
ГЭС-П1 при обосновании мероприятий, обеспечивающие устойчивость
откосов строительного котлована и береговых'примыканий плотины
гидроузла, и позволили получить экономический эффект от сокраще-
Н!Ш объока земляных работ в котловане Вилмйской ГЭС-Ш в размере
2 млн.руб. з ценах 1984 г.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 4 работы. Работа выполнена з Московском Государственном строительном университете ( НГСУ ) в рамках ксадогсяоргих тем, а также аспирантуры МГСУ на кафедре инженерной геологии.
Объем -работы. Диссертация состоит из введения, 3 глаз, заключения и приложения. Работа изложена на 222 страницах машинописного текста, содержит 12 таблиц, 62 рисунка и фото, список литературы из 80 наименований. В приложении приводятся результаты геофизических исслЕ-довакий ( карты геофизических параметров) и справки о внедрений, педтвердцакцие полученный экономический еф-фекг.
Автор благодарит д.г.-ы.н., профессора С.Н.Чернышева, под руководством которого проводилась работа над диссертацией. В процессе работы автор пользовался помощью и консультациями Е.С. Дэекцера ( ШИМИС ), Б.А.Гранита, А.Н.Власова, Ы.В.Королева 0,ТСУ) которьга искренне благодарен. Автор также вырезает благодарность заведующим кафедрами Механики грунтов, оснований и (фундаментов и Икзенерной геологии МГСУ чл.-хорр.МИА профессору Ухову СБ. и профессору Г.А.Паупжииу, под руководство?.; которих он работая в НГС за помощь в работе, и главному геологу экспедиции J," 13 Ленигадро-проекта В.й.Шалину за помощь в проведении подова;: работ.
Во введении расскаурквайтся проблема, связанные с изучение!,! вечномерзлых скальных массивов.
Показано, что имеется большео количество различии:-: кетодоз для расчетов устойчивости склонов и откосов» Однако,существует необходимость их совершенствования для слегло построенных ЕОЧПО-мерзлых массивов горных пород на осново построении адекватных иа,.'енермо-гаолог,гмесі-;і!л моделей и расчетных схем.
При использовании расчетных глотодов еііосгз с аппарате*.* ЗЕ.1 существенное значение ижет выданная расчетная схема, которая базируется на представлениях о строении рассматриваемого массива. Таким образом, правильные представления о строении массива лежат в осново любого пз расчетов. Недооценка в изучении массива, особенно Еочномерзлого, может привести, к формировании неправильных представлений о его строении и создании расчетной схеми, не отражающей, либо отражающей ко достаточно точно и полно, ото строение. В таких случаях дадъной'лиа расчет і.'огут оказаться
НеверНЬЕ-Ш И ІїрпВеСІ'П К ПШрааИЛЬНЫМ прошетши риониш.
Неоднородность ;;ассивов горних пород связана с ш; различим.* геологически' строеппгзл. Причем, чем кольче масштаб обобщения геологического строения в продола:: сферу взаимодействия гооло-
гической среда с сооружением, -те» более однородным представляется ото строение. Одігако, отделяя кнкенерно-геологнческие тела (елементи), конфигурация и размер которых устанавливается в соответствии с критериями, определяемыми их свойствами, а также требованиями расчетов физико-геологических процессов, проводимых при проектировании сооружений, мояно увидеть, что неоднородность геологической среди возрастает и может существенно усложнить расчета.
Опираясь на представления теории петро-литогенеза и поло-Кения теории изменчивости, разработанной Г.К.Бондариком (Г.К. І50ндарик,І97І), последовательное евдєлєнио все меньших по объему геологических тел по геологически обоснованным и правильно ранжированным признакам приводит к тему, что выделяемые геологические тела становятся все более однородными в инженерно-геологическом отношении.
Рассмотрены существующие классификации уровней неоднородности, сыделягмих в массиве по различным геологически обосновании признакам ( Семин Е.И.,1962; Рац М.3.,1963,1968; Дементьев Л.й.,1965; Черныаса С.Н.,1971; Бондаркк Г.К.,1986).
Разработанная М.З.Рацєм, С.Н.Чсрш:аевым и Л.С.Язвикым классификация фильтрационной неоднородности массивов горных пород положена в основу подхода в изучении .строения вечноыерзлых массивов. Цели выделения таких частей геологической среде, кото-l~io можно било бы примять однородными в отношении показателей Свойств, используемых для расчетов, потребовали детализации расчленения геосреды с использованием как традиционных, так и специальных крнтерпзв и методов, используемых в иннеперной геологии.
Анализ существующих литературных данных показал, что с развитием взглядов на зависимость устойчивости пород от влияния геологические факторов изменилось отношение к аналитическим рас-четнум схемам и погребогалась разработка нового подхода к расчетам устойчивости ( Еокдгркк Г.К.,1985; Dapra Л.А.,1989; Г.С, Зэлот?р?з,1971,1900; Ис—чко Л.В.,1075; Ксмдроэ П.С. и др.ІЗДІ; .%ксе:ш Л.Г.,1978; Пшкин Е.К.,1501; Ужз СБ.,1075; Черкьпиер С.Н.,І9Є4; lfesrm И.Л.., 1986).
Воль^уя роль спирали гаиро^омаемтгтбн:."^ ксеяедопепия п накопленный опнг изі'скатолі'Н1 Гідропроекте по изучения особенностей скельних пород, п том числе и ^орз.т.'х, "г-:: оснований гилротегс-
- б -
ничєских сооружений ( Голодковская Г.А., Варга А.А., Каган А.А., Каякин В.В., Колшко А.В., Кривоногова Н.І., Лыкошин А.Г., Молоков Л.А., Пирогов И.А. '! др.).
Данными работами пс <аэан накопленный положительный опыт и разработанный комплексный подход к изучениявечномералшс массивов, которые объективно считаются сложными в геологическом отношении объектами, что позволяет расчитывать на перспективность использования как отдельных инженерно-геологических методов исследований, приведенных в работе, так и методики построения инженерно-геологических и геомеханических моделей и расчетных схем вечномерзлых массивов, применительно к сложным задачам проектирования. Анализ опыта строительства ГЭС на мерзлоте в нашей стране показывает, что оптимизация процэсса катлзнерно-гео-логических изысканий остается сажным звеном в успешной реализации проектных решений.
