Введение к работе
Актуальность темы.
Актуальность темы исследований состоит в необходимости выработки рационального подхода к изучению условий формирования инженерно-геологических свойств сложнодислоцированных метаморфических комплексов, являющихся основаниями крупных гидротехнических сооружений. Изыскания, связанные с проектированием гидротехнических сооружений в пределах сложнодислоцированных филлитовых комплексов Низких Гималаев (СТФ), сопряжены со значительными трудностями, поскольку геологическая структура таких массивов настолько сложна и слабо изучена, что даже при очень хорошей естественной обнаженности разрезов и наличии сгущенной сети разведочных горных выработок построение инженерно-геологических разрезов, карт и моделей представляет собой весьма непростую задачу. Методики петроструктурных исследований сложнодислоцированных метаморфических комплексов пока далеки от совершенства. Нет единства между представителями различных научных школ и направлений исследований не только по вопросам методик изучения тех или иных структурных форм рассматриваемых комплексов, но по вопросам, касающимся наличия, самого существования тех или иных структурных форм и причин их возникновения. В этих условиях инженерные геологи сталкиваются с дилеммой, что именно следует описывать, измерять, проще говоря, что «следует видеть» в обнажении для того, чтобы осуществить инженерно-геологическое картирование, районирование и геолого-геомеханическое моделирование массива. Все это в конечном итоге приводит к снижению надежности гидротехнических сооружений, удорожанию и увеличению сроков их строительства.
Цель и задачи работы
Целью проведенных исследований являлось инженерно-геологическое изучение
сложной геологической структуры филлитового массива, включающее: определение
морфологии, генезиса, пространственного положения структур напластования, будин,
складчатых структур, тектонических трещин и нарушений и установление
закономерностей и взаимосвязей процессов образования структурных элементов с
формированием их геомеханических свойств. Для реализации поставленной цели
потребовалось: _-___—.__——.
*
-
Обобщить современный опыт геолого-структурных и инженерно-геологических исследований сложнодислоцированных метаморфических комплексов.
-
Разработать методику инженерно-тектонического крупномасштабного картирования сложнодислоцированной толщи филлитов, учитывающую специфику геологии Гималаев.
-
Установить основные этапы и закономерности тектонического развития геологических структур и формирования физико-механических свойств массива тектонитов, обусловленные морфологическими и генетическими особенностями, пространственными взаимоотношениями структурных форм.
-
Обосновать приоритетность и роль петроструктурных факторов в процессе формирования физико-механических свойств скального массива.
-
Разработать методику прогнозной оценки прочностных свойств массива тектонитов посредством корреляционно-регрессионного анализа связей геомеханических характеристик массива с инженерно-геологическими параметрами его структурных элементов и сопоставить ее с традиционными методами оценки геомеханических свойств скальных массивов.
-
Оценить влияние петроструктурных факторов на устойчивость наземных и подземных гидротехнических сооружений.
На защиту выносятся следующие положения:
1. Основание гидроузла Тери принадлежит к разновидности R-тектонитов,
характеризующейся многопорядковой ритмичностью первичной слоистости,
неравномерной сланцеватостью, многопорядковой складчатостью трех генераций и
ячеисто-зональным пространственным распределением разновозрастных тектонических
нарушений и трещин.
2. Современный структурный облик тектонитового массива является
закономерным результатом интенсивного сжатия верхнепротерозойских терригенных
отложений, горизонтальных подвижек тектонических блоков и активизацией взбросо-
надвигов в результате сближения Евразии на Индостана, коробления материковых окраин
и Надвигания Евразии на Индостан.
3. К доминирующим петроструктурным факторам, определяющим
геомеханические свойства СТФ, относятся: вещественный и компонентный состав
тектонитовых ячеек, выражающийся в процентном количестве тонкорассланцованных,
мелкоблочных и средне-крупноблочных пород, интенсивность их разгрузки и
выветрив^. J"--;;, , 4 ( І >кі;> ji ./.!. і
I >#i w r»»
4. Установление характера и степени пространственной неоднородности физико-механических свойств тектонитов может быть обеспечено путем специального инженерно-геологического моделирования СТФ на основе анализа их петроструктурных особенностей.
Научная новизна работы,
1. Установлена принадлежность филлитовой толщи к малоизученной в геомеханическом отношении разновидности R-тектонитов, разработана петроструктурная классификация тектонитов 4-х масштабных уровней.
2. Установлены основные этапы и закономерности тектонического развития геологических структур и формирования физико-механических свойств массива тектонитов, обусловленные морфологическими и генетическими особенностями, пространственными взаимоотношениями структурных элементов.
3. Выявлено ячеисто-зональное строение СТФ Низких Гималаев, проявляющееся
в различных масштабах и обуславливающее пространственную неоднородность ее
инженерно-геологических свойств.
4. Обобщены результаты геофизических, лабораторных и полевых
геомеханических исследований, выполнен корреляционный анализ взаимосвязей между
вещественным и компонентным составом тектонитовых ячеек, параметрами
трещиноватости скального массива и его физико-механическими свойствами.
5. Разработана оригинальная методика, позволяющая получить приближенную
оценку предела прочности отдельных участков массива тектонитов на сжатие.
6. Выполнен анализ применимости современных экспертных систем инженерно-
геологического классифицирования скальных массивов для СТФ, выявлены их
недостатки, разработана оригинальная методика оценки «удельного веса» факторов
классифицирования, позволяющая сопоставлять и ранжировать классификационные
системы по степени отклонения от «эталона».
7. Разработана методика геолого-геомеханического моделирования СТФ,
позволяющая повысить эффективность инженерно-геологического обеспечения
проектирования и строительства гидроэлектростанций.
Реализация результатов исследований
Геолого-структурный анализ и изучение закономерностей формирования физико-механических свойств СТФ позволили откорректировать методику изысканий, которая, наряду с разработанной автором методикой экспертной оценки прочностных свойств
тектонитового массива, была использована для инженерно-геологического районирования и моделирования, уточнения физико-механических показателей массива, а также для оценки несущей способности оснований водоприемников ГЭС и ГАЭС и других основных сооружений гидроузла (ГУ).
Результаты геолого-структурных и инженерно-геологических исследований СТФ района ГУ Тери представляют интерес для специалистов, изучающих сложнодислоцированные метаморфические комплексы в качестве оснований или среды инженерных сооружений и могут послужить методической основой для подобных исследований в районах со сходным геологическим строением.
Исходные материалы и личный вклад в решение проблемы
В основу диссертации положены результаты семнадцатилетних исследований, проведенных автором на участке строительства ГЭК Тери в Индии, в процессе которых им были выполнены: инженерно-геологическое картирование, описание керна разведочных скважин, документация стенок разведочных штолен и строительных выработок, детальная инженерно-геологическая документация участков проведения полевых геомеханических опытов, оснований водоприемников и контрфорсов пункта перехода на высоковольтную линию.
Кроме фактического материала, полученного непосредственно автором, в работе были использованы материалы полевых работ Геологической Службы Индии, результаты описания керна более 100 разведочных и исследовательских скважин и маршрутные описания естественных обнажений, выполненные геологами Гидропроекта. Также были использованы материалы всех производственных отчетов института Гидропроект по этой теме за период с 1989 по 2003 гг.
Апробация работы
Теоретические и методические положения и другие материалы диссертации представлялись на конференции молодых ученых ЦНИГРИ (Москва, 1983), XV молодежной научно-технической конференции института Гидропроект (Усть-Нарва, 1985), XI конференции изыскателей Гидропроекта (г. Солнечногорск, 1993), Х1-Й Российской конференции по механике горных пород (С.-Петербург, 1997), международной научной конференции «Теоретические проблемы инженерной геологии» (МГУ, 1999).
По теме диссертации опубликовано 11 работ, включая статьи, тезисы докладов, авторское изобретение, методические рекомендации.
Структура и объем работы
