Содержание к диссертации
Введение
1. Изучение оползней выдавливания в г. Москве 8
1.1. Распространение оползней на территории г. Москвы 8
1.2. Эволюция техногенной нагрузки и ее влияние на развитие оползневого процесса 12
1.3. Опыт исследования оползней выдавливания в г. Москве 16
1.4. Современные инструментальные методы изучения оползней 19
Выводы 21
2. Изучение оползневого процесса на участке Воробьевы горы 22
2.1. Историческая справка 22
2.2. Организация системы мониторинга 31
2.3. Геоморфологические условия 37
2.4. Геологическое строение 38
2.5. Физико-механические свойства грунтов 64
2.6. Гидрогеологические условия 68
2.7. Результаты выполненных исследований 69
Выводы 73
3. Изучение оползневого процесса на участке Коломенское 74
3.1. Историческая справка 74
3.2. Методы, применявшиеся для наблюдений за динамикой развития процесса 76
3.3. Геоморфологические условия 81
3.4. Геологическое строение 82
3.5. Физико-механические свойства грунтов 90
3.6. Гидрогеологические условия 92
3.7. Результаты выполненных исследований 92
Выводы 99
4. Изучение оползневого процесса на участке Хорошево-1 100
4.1. Историческая справка 100
4.2. Методы, применявшиеся для наблюдений за динамикой развития процесса 102
4.3. Геоморфологические условия 106
4.4. Геологическое строение 107
4.5. Физико-механические свойства грунтов 114
4.6. Гидрогеологические условия 129
4.7. Результаты выполненных исследований 130
Выводы 150
5. Основные направления изучения глубоких оползней 152
5.1. Геолого-тектонические условия и история развития глубоких оползней 152
5.2. Сравнительная характеристика инструментальных методов ведения мониторинга 156
5.3. Методика обработки результатов мониторинга 158
5.4. Построение карты кровли основного деформирующегося горизонта 162
5.5. Принципы подхода к расчету дефицита устойчивости оползневых склонов 164
Выводы 166
Заключение 168
Список литературы 170
- Эволюция техногенной нагрузки и ее влияние на развитие оползневого процесса
- Физико-механические свойства грунтов
- Методы, применявшиеся для наблюдений за динамикой развития процесса
- Методика обработки результатов мониторинга
Введение к работе
Актуальность проблемы. В последние десятилетия города на территории России стали активно развиваться, особенно это относится к крупным городам, прежде всего - к Москве.
С ростом населения города растет спрос на недвижимость, что обуславливает потребность в строительстве дополнительного жилья, торговых и офисных площадей, и, как следствие, в новых коммуникациях. Свободного пространства становится все меньше, в связи с чем начинается освоение участков, на которых развиты экзогенные геологические процессы, в частности - глубокие оползни выдавливания. Прежде всего, речь идет о прокладке водонесущих коммуникаций в теле оползня. Необходимость в закреплении оползневых склонов продиктована наличием вблизи них важных инженерных сооружений и перспективой строительства новых. Для этого требуется детальная информация о динамике оползневого процесса, его глубинности, структуре оползня и механизме его развития.
Диссертация посвящена изучению механизма и кинематики глубоких оползней выдавливания с помощью высокоточных методов наблюдений. В качестве объектов исследований выбраны оползни на Воробьевых горах (фрагмент склона от канатно-кресельной дороги до метромоста), в Коломенском (фрагмент склона от завода полиметаллов до МИФИ) и на Карамышевской набережной возле церкви Троицы Живоначальной в Хорошеве (Хорошево-1).
Цель работы заключается в усовершенствовании методики изучения оползневых процессов с привлечением современных инструментальных методов мониторинга применительно к оптимизации хозяйственной деятельности на склонах, пораженных глубокими оползнями, и обеспечению безопасной эксплуатации расположенных на них промышленных и гражданских объектов.
Для достижения поставленной цели потребовалось решить ряд задач:
Изучить динамику оползневого процесса на стадии основного смещения;
Уточнить динамику оползневого процесса на стадии подготовки;
Уточнить структуру оползней на Воробьевых горах, в Коломенском и на Карамышевской набережной;
Оценить влияние тектонических условий и истории геологического развития на формирование глубоких оползней;
Провести сравнительный анализ эффективности и информативности глубинных методов наблюдений;
Разработать оптимальную методику мониторинга и анализа его данных.
Научная новизна представляемой работы заключается в следующем:
Впервые в г. Москве инструментально зафиксированы скорости смещения глубокого оползня с основным деформирующимся горизонтом в юрских глинах на стадии основного смещения и определена продолжительность первых двух фаз;
Уточнен механизм смещения глубоких оползней выдавливания на стадии основного смещения;
Определен возраст и продолжительность оползневого цикла оползней в Коломенском и на Карамышевской набережной на основе анализа истории геологического развития региона и геологического строения;
Предложен новый подход к изучению оползневых процессов, базирующийся на построении карты кровли основного деформирующегося горизонта (или комплекта карт кровли слоев, слагающих тело оползня), геологических разрезов и данных инструментальных наблюдений;
Разработана новая методика обработки данных геодезических и глубинных наблюдений за оползневым процессом;
Предложен новый подход к расчету дефицита устойчивости склона на основе данных геодезических и инклинометрических наблюдений.
Защищаемые положения:
Объемная модель глубоких оползней выдавливания должна создаваться на основе построения карты кровли ОДГ, геологических разрезов и данных мониторинга.
Для наблюдений за динамикой оползневого процесса необходимо и достаточно использовать высокоточную инклинометрию и наземные геодезические методы.
В теле оползня выдавливания смещение грунтов происходит послойно, с разными скоростями, в направлении уменьшения напряжений и может не совпадать с азимутом падения склона.
Практическая значимость работы. В результате исследований были получены количественные характеристики развития оползневого процесса в условиях г. Москвы, разработан новый подход к изучению упомянутого процесса, разработана методика обработки данных инструментальных наблюдений. Полученные результаты были использованы при проектировании мер инженерной защиты оползневого склона на Карамышевской набережной (Хорошево-1). Предложенный автором подход к изучению оползневых процессов может быть использован при разработке защитных мероприятий от оползней, имеющих блоковое строение.
Фактический материал собирался автором в ходе проведения инженерно-геологических изысканий и ведения мониторинга оползневых процессов на Воробьевых горах, в Коломенском и на Карамышевской набережной (Хорошево-1). В процессе работы над темой диссертации использованы фондовые материалы ОАО «Геоцентр-Москва», ОАО «ГСПИ», НИИОСП им. Герсеванова и др., многочисленные литературные источники.
Апробация работы. Отдельные вопросы, рассмотренные в работе, докладывались и обсуждались на научно-практических конференциях профессорско-преподавательского состава РГГРУ (2007-2008 гг.) и на 15 Международном научно-техническом симпозиуме «Геоинформационный
мониторинг окружающей среды: GPS и GIS-технологии» (Алушта, 2010 г.). Результаты исследований неоднократно обсуждались на совещаниях в Департаменте градостроительной политики г. Москвы, в Департаменте природопользования и охраны окружающей среды г. Москвы, с сотрудниками различных производственных организаций и научно-исследовательских институтов. Автор привлекался НИИОСП им. Герсеванова для разработки проекта мониторинга оползневых процессов на Карамышевской набережной и последующего анализа полученных результатов; принимал непосредственное участие в организации мониторинга и обработке его результатов на Воробьевых горах и в Коломенском в рамках среднесрочной экологической программы г. Москвы на 2006-2008 гг. (Постановление Правительства Москвы от 28 марта 2006 г. №219-ПП).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 5 работ, в том числе 1 в журнале из перечня ВАК.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения, изложенных на 177 страницах, сопровождается 35 рисунками и 15 таблицами. Список литературы включает в себя 89 наименований.
Эволюция техногенной нагрузки и ее влияние на развитие оползневого процесса
Москва - один из крупнейших мегаполисов мира, самый большой город страны, главный деловой, финансовый, научный, промышленный и культурный центр России. Здесь жили цари, заседала Боярская дума, собирался Государев двор (собрание дворянства), отсюда рассылались по всей Руси Указы и указания. Вокруг Кремля, вначале в Китай-городе, а потом и дальше сооружались палаты бояр и иноземных купцов. В Москве и окрестных селах возводились церкви и монастыри, многие из которых выглядели самостоятельными городами.
Обширное каменное строительство началось в конце XV - середине XVI века, когда, по оценкам современников, наша столица превосходила размерами Лондон, была вдвое больше Флоренции и Праги.
После войны 1812 г. и пожара Москва отстраивалась уже по-другому. Дворянство вытеснялось купечеством, расплодились трактиры и гостиницы. Наряду с большими частными особняками сооружались многоэтажные доходные дома, во многом определившие облик основных магистралей города. В конце 1840-х гг. в Москве появился первый общественный транспорт - линейки. После реформы 1861 г. на московские заводы и фабрики хлынул поток деревенских жителей. Пролетарии заселили пригороды. В течение многих десятилетий город эволюционировал. Постоянно расширялась его территория. В 1872 г. началось движение по городским железным дорогам с конной тягой (конки). В 1899 г. в городе появился трамвай, в 1903 г. - современный водопровод.
Начавшееся в середине XIX века интенсивное строительство придало Москве облик крупного торгового и промышленного города. Возводились фабричные корпуса, вокзалы, многоэтажные здания банков и контор, торговых пассажей и универсальных магазинов. В 1913 г. в Москве имелось около 1 тысячи промышленных предприятий.
После Октября 1917 года Кремль и Москва стали символом Советской России -сюда переехало правительство страны. В особняках и квартирах состоятельных людей расселились рабочие и жители чердаков и подвалов. 75% москвичей оказались в «коммуналках». В 1920-1930 гг. стремительно росло население города (в 1923 г. - свыше 1,5 млн. чел., в 1926 г. - около 3,6 млн. чел.). В 1924 г. на улицах Москвы появились первые автобусы, в 1925 г. - таксомоторы, в 1933 г. введена в эксплуатацию первая троллейбусная линия.
Бурный скачок в. развитии промышленности Москвы произошел в 1930-х годах (реализация первых пятилеток). Металлообработка прочно заняла первое место в общем промышленном балансе города (45%). «Ситцевая» Москва отошла на второй план, уступив место Москве машиностроительной и электротехнической. Строились заводы-гиганты. После Великой Отечественной войны начали создаваться многочисленные научные институты и научно-производственные объединения, разрабатывающие новые технологии. Сегодня в Москве более 1500 крупных и средних промышленных предприятий (44% из них размещаются на селитебных территориях города) и около 1400 научно-исследовательских институтов.
15 июня 1931 года Июньский пленум ЦК ВКП(б) принял решение о сооружении метрополитена в Москве. 15 мая 1935 г. вступила в строй первая очередь Московского метрополитена (от станции «Сокольники» до станции «Парк культуры»), строительство которой началось в 1931 г. [1].
Застройка Москвы типовыми панельными пятиэтажками (так называемый первый период индустриального домостроения) состоялась в 1956-1968 гг.
В Москве по данным БТИ по состоянию на июнь 2008 г. 73 407 строений, около 39 тысяч жилых домов. 72% площади жилищного фонда построено в 1956-1985 гг., в том числе 51% в 1956-1975 гг. Около 80% общей площади жилых домов сосредоточено в зданиях 6 этажей и выше. Распределение площади жилых строений на начало 2000 г. по этажности таково: 1-4-этажные - 3%, 5-этажные - 20%, 6 - 9-этажные - 27%, 10-15-этажные - 25%, 16-22-этажные - 24%, 23 этажа и выше - 1%.
Рост города в процессе его исторического развития иллюстрирует рис. 1.2. На нем видно, что присоединение земель к городу до начала XX века происходило преимущественно на север, т.е. в ту сторону, где нет условий для развития глубоких оползней. Именно по этой причине проблемы оползней до этого периода в г. Москве не существовало.
По мере развития города сначала застаивались наиболее благоприятные с инженерно-геологической точки зрения участки, потом менее благоприятные, а на сегодняшний день - те площади, которые либо пустовали (чаще всего - участки со сложными инженерно-геологическими условиями, в том числе, вблизи оползневых склонов), либо высвобождаются за счет сноса ветхого жилья, вывода предприятий за черту города и т.п.
Современные оползневые склоны испытывают техногенные нагрузки разной степени интенсивности. На каждом активном оползневом участке или в непосредственной близости от них присутствуют важные хозяйственные объекты (таб. 1.1).
Одним из наиболее ярких примеров негативного антропогенного воздействия на ход оползневого процесса является участок Коломенское, расположенный вдоль Каширского ш. между заводом полиметаллов и институтом ВНИИХТ.
Техногенное воздействие на устойчивость склона в пределах этого амфитеатра включает в себя:
дополнительную пригрузку склона зданиями, расположенными в его прибровочной полосе;
утечки из большого количества водонесущих коммуникаций, расположенных на склоне;
выполнение в два этапа (1974 г. и 1984 г.) противооползневых мероприятий;
переформирование рельефа склона свалками большого объема грунта в тыловом шве оползневой террасы.
Уникальность этого участка заключается еще и в том, что именно здесь в 1978 г. произошла экологическая катастрофа (разрыв Чертановских коллекторов и сброс фекальных вод в Борисовские пруды), вызванная активизацией оползневых подвижек, спровоцированных негативным техногенным воздействием. Техногенные нагрузки могут иметь и положительное влияние на устойчивость склонов, если речь идет о противооползневых мероприятиях.
На сегодняшний день из 10 современных оползневых склонов выявляются признаки активизации оползневых смещений на 7 (Москворечье, Нижние Мневники, Хорошево-1, Хорошово-2, Серебряный бор, Воробьевы горы, Коломенское). При этом на 6 участках в разные годы были выполнены противооползневые мероприятия (Воробьевы горы, Коломенское, Фили-Кунцево, Хорошево-2, Поклонная гора, Тушино), но свою эффективность сохранили лишь в Тушино и на Поклонной горе.
На наш взгляд, может быть несколько причин снижения эффективности мер инженерной защиты оползневых склонов:
1. выполнение неполного комплекса защитных мероприятий;
2. укрепление склонов в период активности оползней;
3. недоучет деталей механизма оползневого процесса;
4. ошибки при определении физико-механических свойств грунтов;
5. недоучет интенсивности и роста негативных техногенных нагрузок.
Физико-механические свойства грунтов
Грунтовый массив Воробьевых гор представляет собой комплекс песчано-глинистых грунтов юрского, мелового и четвертичного возраста, подстилаемых известняками и доломитами палеозоя. Свойства грунтов массива обладают большой изменчивостью и и\ характеристика возможна лишь на основе статистического анализа больших выборок показателей свойств. Задачами исследования являлось:
— определение состава и физических свойств песчано-глинистых грунтов участка;
— определение параметров прочности при консолидированном одноплоскостном сдвиге с постоянной скоростью нагружения, повторном сдвиге "плашка по плашке", а также при длительных консолидировано-дренированных сдвиговых испытаниях;
— трехосные испытания по консолидировано-дренированной и консолидировано-недренированной схемам с учетом давления в поровой воде;
— определение физических и механических свойств, скальных и полускальных грунтов.
Учитывая сложность строения массива грунтов и наличие слоев с пониженной прочностью, в процессе работ пришлось расширить круг выполняемых задач. Дополнительно проводились:
— определение удельного сопротивления сжатию пенетрометром;
— определение сопротивления вращательному срезу;
— определение скорости прохождения ультразвука через образец.
Всего лабораторными методами было исследовано 218 образцов нарушенной и ненарушенной структуры. Согласно результатам проведенных исследований [51], породы были разделены на три группы: породы в коренном залегании, породы, перемещенные оползневыми процессами, и породы, находящиеся в зонах скольжения оползня. Ниже дается только их краткое описание.
Оползневые отложения, сложенные ннэюнемеловыми грунтами (dp Kj)
Оползневые отложения нижнемеловых грунтов dp Ki представлены измененными при перемещении породами Кь которые на 45 % сложены пылеватыми и мелкими песками, на 25 % - текучими и пластичными супесями, на 25 % - мягко- и тугопластичными суглинками, на 5 % - полутвердыми глинами.
Всего было исследовано 73 образца отложений dp К( - (№№ 5 - 13, 24 - 27, 36 -39, 67 - 72, 86 - 89, 107 - 114, 122, 123, 130 - 135, 145 - 149, 157 - 161, 172 - 179, 190 -201).
Природная влажность грунтов (W) изменяется от 3,0 до 30,9 %, при среднем значении - 22,3 %, влажность на границе раскатывания (Wp) - 19,5 %, на границе текучести (WL) - 28,4 %, число пластичности (1р) - 8,9 %. Консистенция суглинков тугопластичная (II - 0,31). Среднее значение коэффициента пористости (е) - 0,619, степени водонасыщения (Sr) - 0,96.
Плотность грунтов (р) меняется от 1,89 до 2,14 г/см3, при среднем значении - 2,04 г/см3, плотность сухого грунта (pd) - 1,67 г/см , плотность частиц грунта (ps) - 2,70 г/см3.
Прочностные свойства грунтов, определенные по результатам трехосных консолидировано-недренировапных испытаний, следующие: угол внутреннего трения (ф) - 25, удельное сцепление (С) - 33 кПа в тотальных и эффективных напряжениях.
Прочностные свойства грунтов, определенные по результатам консолидированного одноплоскостного сдвига следующие - угол внутреннего трения (ф) - 25, удельное сцепление (С) - 32 кПа. По результатам определения сопротивления срезу "плашка по плашке" угол внутреннего трения (ф) - 15, удельное сцепление (С) - 31 кПа.
Удельное сопротивление сжатию (R) - 0,22 МПа, сопротивление вращательному срезу (т) - 93 кПа.
Скорость прохождения ультразвуковых волн - 1447 м/с вкрест, 1554 м/с вдоль напластования.
Оползневые отложения, сложенные верхнеюрскими грунтами (dp J3)
Оползневые отложения верхнеюрских грунтов dp J3 представлены измененными при перемещении породами тз, которые на 90 % сложены глинами, на 5 % - суглинками, на 2 % - супесями.
Всего было исследовано 60 образцов отложений dp J3 (№№ 28 - 33, 40 - 43, 73 - 78, 90-97, 115-117, 124-128, 136-142, 150-152,162-168, 180-186,202-205).
Природная влажность грунтов (W) изменяется от 16,4 до 47,0 %, при среднем значении - 33,1 %, влажность на границе раскатывания (Wp) - 36,5 %, на границе текучести (WL) - 72,5 %, число пластичности (1р) - 36,0 %. Консистенция глин твердая (IL 0). Среднее значение коэффициента пористости (е) - 0,935, степени водонасыщения (Sr) - 0,94.
Плотность грунтов (р) меняется от 1,67 до 2,14 г/см , при среднем значении - 1,85 г/см , плотность сухого грунта (pd) - 1,39 г/см3, плотность частиц грунта (ps) - 2,69 г/см3.
Прочностные свойства грунтов, определенные по результатам трехосных консолидировано-недренированных испытаний, следующие: угол внутреннего трения (ф) - 15, удельное сцепление (С) - 124 кПа в тотальных, ф - 16, С - 124 кПа в эффективных напряжениях. По результатам консолидированного одноплоскостного сдвига угол внутреннего трения (ф) - 15, удельное сцепление (С) - 89 кПа, по результатам определения сопротивления срезу "плашка по плашке" угол внутреннего трения (ф) -5, удельное сцепление (С) - 86 кПа.
Удельное сопротивление сжатию (R) - 0,48 МПа, сопротивление вращательному срезу (т)- 151 кПа.
Скорость прохождения ультразвуковых волн - 1290 м/с вкрест, 1267 м/с вдоль напластования.
Образец № 167 (скважина V/2 глубина 50,2 - 50,4) расположен в зоне, близкой к зоне скольжения оползня. По результатам длительных консолидировано-дренированных сдвиговых испытаний, проведенных на этом образце, угол внутреннего трения (ср) - 9, удельное сцепление (С) - 84 кПа.
Удельное сопротивление сжатию (R) - 0,45 МПа, сопротивление вращательному срезу (т) - 140 кПа
Скорость прохождения ультразвуковых волн - 900 м/с вкрест, 1100 м/с вдоль напластования.
Наиболее представительным образцом из зоны скольжения оползня является образец № 166 из скв. V/2 с глубины 50,1 - 50,3 м. Он представлен зеленовато-ссрой глиной неяснослоистой, перемятой, с отдельными редкими включениями мелкой ракуши.
Природная влажность (W) - 37,9 %, влажность на границе раскатывания (Wp) -37,3 %, на границе текучести (WL) - 59,8 %, число пластичности (1р) - 22,5 %. Консистенция полутвердая (II = 0,03). Среднее значение коэффициента пористости (е) -1,007, степени водонасыщения (Sr) - 0,98.
Плотность (р) - 1,78 г/см , плотность сухого грунта (pd) - 1,29 г/см , плотность частиц грунта (ps) - 2,59 г/см3.
Прочностные свойства грунтов, определенные по результатам консолидированного одноплоскостного сдвига следующие - угол внутреннего трения (ф) - 11, удельное сцепление (С) - 35 кПа. По результатам определения сопротивления срезу "плашка по плашке" угол внутреннего трения (ф) - 3, удельное сцепление (С) - 32 кПа.
Удельное сопротивление сжатию (R) - 0,27 МПа, сопротивление вращательному срезу (т) - 50 кПа.
Скорость прохождения ультразвуковых волн - 880 м/с вкрест, 1100 м/с вдоль напластования.
Коэффициент фильтрации составляет 2,88-10 5 м/сут.
Методы, применявшиеся для наблюдений за динамикой развития процесса
В октябре 2006 г. на плато и сместившемся блоке была организована наблюдательная сеть, состоящая из грунтовых реперов и деформационных марок [82]. В декабре 2006 г. - январе 2007 г. сеть была дополнена грунтовыми реперами, инклинометрами, тросовыми реперами, тензометрами и обратными отвесами, расположенными на склоне. На коттеджах №№ 16 и 17"и церкви были установлены наклономеры [79] (рис. 4.2).
Было заложено 40 реперов по-6 створам с таким расчетом, чтобы в каждом створе было, как минимум, по, два репера на каждый структурный элемент, оползня, и один - на плато, вне зоны возможных деформаций. Размещение двух реперов на каждом элементе оползня необходимо для/ правильной интерпретации результатов, так как возможно дробление блока на более мелкие части, которые будут перемещаться в пространстве с разной скоростью и в разных направлениях. Сгущение наблюдательной сети - в центральной части, в зоне максимальных оползневых деформаций, крайние створы размещены за предполагаемыми границами оползневых блоков или близки к ним с целью определения действительных границ оползня. Дополнительно заложено 12 грунтовых реперов, причем 5 из них-располагаются вдоль Карамышевского проезда (контрольные), а остальные - вдоль стенки срыва или в верхней части опустившегося блока. Деформационные марки (14 марок) располагаются на ограде (на территории церкви и ТСЖ «Годунове»).
Измерения с целью определения плановых координат точек наблюдений выполнялись с помощью электронного тахеометра, ср. кв. погрешности измерения углов которого одним приемом не превышают 2", а расстояния ±2 мм/км. Измерения выполнялись двумя приемами с замыканием горизонта при угловых измерениях независимо от количества направлений. Высоты точек определялись геометрическим нивелированием, средняя квадратическая погрешность определения высоты не превышала 2 мм.
Конструкция грунтовых деформационных реперов (рис. 4.3) представляет собой металлическую трубу диаметром 55 мм, длиной 2,5 м с приваренной в верхней части металлической маркой с номером и сферическим наконечником с центром, выступающим от плоскости марки на высоту 12 мм. К нижней части реперной трубы приварен крестообразный якорь. Репер устанавливается в скважину диаметром 0,2 м, глубиной 2,5 м и заливается бетонным раствором на 0,7 м. Оставшаяся часть скважины засыпается песком. На расстоянии от 0,5-1,0 м устанавливается сторожок (металлический штырь с пластиной, окрашенные в красный цвет).
Стенные марки представляют собой Г-образный стержень из специальной стали с шаровым наконечником для установки рейки.
Марки, наклеивающиеся на стены церкви, представляют собой специальную светоотражающую пленку. Применение именно такой технологии на стенах церкви позволяет обеспечить целостность побелки.
Планово-высотные координаты всех марок и реперов определяются от знаков опорной геодезической сети г. Москвы.
Определение планово-высотного положения грунтовых реперов и деформационных марок выполнялось с частотой 1 раз в 2 недели, удаленных реперов (контрольных) - 1 раз в месяц (только высотное положение) до конца 2007 г.
Для определения глубинности оползневого процесса и динамики оползневых деформаций в массиве грунтов использовались:
высокоточные скважинные инклинометры (см. главу 3.2);
тросовые реперы;
тензометры;
обратные отвесы.
7 скважнн было оборудовано под высокоточные инклинометрические наблюдения» (6- скважин стандартного сечения, 1 - квадратного), 3 скважины - под тензометры и тросовые реперы- и 3 обратных отвеса. Частота снятия показаний составляла 1 раз в 2 недели до конца 2007 г.
Обратный отвес состоит из якоря, заложенного в забое буровой скважины, струны закрепленной одним концом в якоре, а другим в поплавке, погруженном- в ванну с жидкостью.1 Под действием выталкивающей силы поплавок натягивает и выводит струну в вертикальное положение, которое фиксирует положения якоря и передает координаты начала струны из якоря на уровень устья скважины. Вертикально установившаяся струна с помощью геодезических измерений привязывается к исходной сети объекта. Наибольшее использование обратные отвесы нашли в гидротехнике1 при наблюдениях за деформациями плотин и при измерении кривизны скважин. Имеется опыт использования обратных отвесов и при наблюдениях за оползнями. В этом случае применяют конструкции обратных отвесов со съемной верхней частью.
Для выполнения тензометрических наблюдений использовалась стальная лента с наклеенными тензодатчиками [16].
Наблюдения за инженерными сооружениями велись по стенным маркам и с помощью локальной информационно-измерительной системой (далее - ЛИИС) в количестве 4 датчиков с центральным автоматическим блоком сбора и передачи информации - разработка института НИИСК (г. Киев, Украина).
Система ЛИИС предназначена для определения угла наклона (крена) зданий и сооружений, относительных смещений частей конструкций с точностью 0,001 мм и векторов сил, действующих на конструкции. Система состоит из датчика, измерителя индуктивности и блока сбора информации. Система, позволяет собирать данные от индуктивных датчиков, систематизировать их и передавать в центр обработки информации через Интернет, либо непосредственно на любой мобильный телефон, с которого данные будут считаны для обработки. Работа системы производится в автоматическом режиме. Программируется период, с которым система включается (от 12 с), опрашивает датчики и передает информацию. Предусматривается автономная работа от, источника бесперебойного питания, позволяющая сохранять постоянную работоспособность.
Датчики системы ЛИИС размещаются на стенах или иных несущих конструкциях зданий, которые находятся ближе всего к склону. Их применение необходимо ввиду высокой точности, которая превышает геодезическую и позволяет отслеживать даже минимальные тенденции; поведения сооружений и проявлений кренов вблизи оползневого склона.
Методика обработки результатов мониторинга
Построение трехмерных графиков смещения реперов, расположенных на опускающемся блоке, позволяет определить конфигурацию поверхности отрыва, которая идентична самому графику (рис. 5.4).
Две изображенные кривые при наложении друг на друга полностью совпадают. Учитывая, что марки 25 и 25.1 расположены на отколовшемся блоке (участок Хорошево-1), на расстоянии 7 м, и их графики смещений совпадают с графиками реперов, установленных на этом же блоке, можно утверждать, что данные линии являются траекторией опускания блока и повторяют конфигурацию поверхности отрыва.
При наличии больших смещений появляется возможность определить деформации массива, используя существующую методику [32].
Анализ данных геодезических наблюдений производится в следующей последовательности:
1. отбраковка пунктов наблюдений, величины смещений по которым не превышают двух среднеквадратических погрешностей вычисления координат и не имеют определенного направления;
2. ввод координат в ПК в единой системе координат;
3. распределение координат реперов по створам вдоль предполагаемой оси скольжения;
4. вычисление величин осадок, плановых и полных смещений;
5. вычисление азимутов смещений;
6. построение векторной карты;
7. объединение реперов с одинаковыми величинами смещений и направлениями в группы;
8. выделение границ оползневых блоков по характеру смещений;
9. вычисление скоростей и ускорений для выделенных реперов;
10. построение трехмерных моделей смещения характерных пунктов наблюдения на одном графике.
Зная глубину захвата массива, определенную с помощью инклинометрических наблюдений, можно четко оконтурить тело оползня, определить его объем, что является весьма важной информацией при проектировании мер инженерной защиты.
Трехмерное изображение изгибов обсадных колонн скважин позволяет выделить не только зону скольжения, но и смещения грунтов и их направления внутри тела оползня. Плоские графики не дают такой возможности.
После построения профилей скважин производится вычисление приращений по каждой координатной оси и строится трехмерный график приращения изгибов обсадной колонны (рис. 5.5). Именно по этому графику можно четко выделить зоны, величины, направления смещений, чего не позволяет ни одна программа обработки инклинометрических наблюдений. В такой форме предоставления материала легко сопоставить изгибы скважины с геологическим разрезом, вынести данные на карту или в таблицу и получить детальную картину развития оползневых деформаций. При необходимости на одном графике можно отобразить несколько скважин, получив, таким образом, объемную модель оползня.
Для облегчения восприятия положения скважины в пространстве ось ординат окрашивается в красный цвет и совпадает с северным направлением.
