Способ обследования геомассивов, подверженных оползневым явлениям

 

Изoбpeтeниe относится к промышленному или гражданскому строительству и может быть использовано при строительстве и реконструкции мостов для обследования состояния геомассивов, например склонов и откосов, подверженных оползневым явлениям. Сущность способа обследования геомассивов, подверженных оползневым явлениям, заключается в зондировании геомассивов на заданных глубинах, определении прочности, порового давления и однородности инженерно-геологических элементов, в том числе ослабленных зон, с последующим выбором поверхности скольжения и расчетом коэффициента устойчивости, при этом обследование геомассива проводят циклами, для каждого цикла дополнительно измеряют температуру обследуемого геомассива, по результатам измерений циклов выполняют построение геополей, используя принцип суперпозиции, определяют поверхности скольжения и рассчитывают статистические оценки прочности, порового давления однородности и температуры, при этом при снижении статистических оценок прочности, повышении статистических оценок порового давления, увеличении размеров ослабленных зон не менее чем на 10% интервал между циклами обследования уменьшают вдвое. Кроме того, в способе интервалы между циклами могут составлять не более трех месяцев, соответствующих одному времени года. Изобретение позволяет расширить возможности обследования и определить эволюцию зарождения и развития оползней при одновременном повышении достоверности контроля за счет учета температуры обследуемого геомассива. 1 з.п.ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к промышленному или гражданскому строительству и может быть использовано при строительстве и реконструкции мостов для обследования состояния геомассивов, например склонов и откосов, подверженных оползневым явлениям.

Известен способ натурного определения параметров сопротивления сдвигу пород в массиве, который описан в а.с. N 1671770 кл. МКИ E 02 D 1/00, публ. 1991 г (1) Способ (1) предусматривает определение параметров поверхности скольжения, плотности породы и угла внутреннего трения, при этом параметры поверхности скольжения определяют путем графических построений с учетом измерения залегания согласных оползнеопасных и поперечных трещин и расстояний между ними на оползневом участке массива и в непосредственной близости от него. По поверхности скольжения определяют запасы устойчивости исследуемого геомассива.

Способ (1) сложен, трудоемок, т.к. предусматривает сдвиг целика между трещинами. Кроме того, способ предназначен для развитого оползневого процесса, т.к. предполагает наличие в массиве трещин. Это ограничивает его применение.

Известны полевые методы изучения свойств пород на оползневых склонах (см. книгу "Изучение режима оползневых процессов". ВСЕГИНГЕО, Москва, изд. "Недра", 1982 г. с. 72 - 73, 205 - 209 (2).

Способ (2) предусматривает обследование геомассивов, подверженных оползневым явлениям, и заключается в зондировании геомассивов на заданных глубинах, в определении прочности по сопротивлению грунта, проникновению конуса зонда в грунт (сцепление и угол внутреннего трения), в определении порового давления и однородности с последующим выявлением инженерно-геологических элементов, например размеров ослабленных зон, с последующим определением линии (плоскости, поверхности) скольжения и расчетом коэффициента устойчивости геомассива.

Однако способ (2) не дает возможности мониторинга зарождения и эволюции оползневого процесса. Кроме того, ни в (1), ни в (2) не предусмотрен учет влияния температуры обследуемого геомассива, что исключает возможность наблюдения за движением воды в теле геомассива и одновременно снижает точность определения положения поверхности скольжения. Это снижает достоверность определения поверхности скольжения и коэффициента устойчивости.

Технический результат предложенного способа заключается в расширении возможности обследования и определении эволюции зарождения и развития оползней при одновременном повышении достоверности контроля за счет учета температуры обследуемого геомассива.

В предложенном способе обследования геомассивов, подверженных оползневым явлениям, заключающемся в зондировании геомассивов на заданных глубинах, определении прочности, порового давления и однородности инженерно- геологических элементов, в том числе ослабленных зон, с последующим выбором поверхности скольжения и расчетом коэффициента устойчивости, это достигается тем, что обследование геомассива проводят циклами, для каждого цикла дополнительно измеряют температуру обследуемого геомассива, по результатам измерений циклов выполняют построение геополей, используя принцип суперпозиции, определяют поверхности скольжения и рассчитывают статистические оценки прочности, порового давления, однородности, температуры, при этом при снижении статистических оценок прочности, повышении статистических оценок порового давления, увеличении размеров ослабленных зон не менее, чем на 10%, интервал между циклами обследования уменьшают вдвое. Кроме того, это может быть достигнуто тем, что интервалы между циклами выдерживают не более трех месяцев, соответствующих одному времени года.

На чертеже представлен фрагмент обследования геомассива (склона, откоса) на оползневые явления по предложенному способу, где 1 - аппаратура обследования, 2, 3, 4, 5, 6 - зондировочные скважины, 7 - линия скольжения, 8, 9, 10 - слои (виды) грунта.

Способ заключается в следующем.

Мониторинг геомассива производят циклами. Для каждого цикла определяют прочность, поровое давление, однородность исследуемого геомассива. Кроме того, выявляют инженерно-геологические элементы, например, размеры ослабленных зон в теле геомассива. В предложенном способе для каждого цикла определяют температуру, которая является с одной стороны индикатором движения воды в теле геомассива, а с другой стороны может существенно уточнить определение положения поверхности скольжения.

Параметрами зондирования являются сопротивление грунта конусу зонда (q_c), и сопротивление грунта (f_c), по боковой поверхности зонда, по которым определяются показатели прочности - угол внутреннего трения ( ), сцепление грунта (C) и сопротивление сдвига ( ).

По этим же параметрам выявляют инженерно-геологические элементы геомассива, виды грунта: глина, суглинок, супесь, песок. Эти же параметры служат для определения размеров ослабленных зон в теле геомассива.

По показателям прочности, порового давления, параметрам ослабленных зон, значениям температуры, определяют поверхность скольжения, приближенную к реальной, на основании чего производят расчет коэффициента устойчивости.

Измерения производятся встроенными в зонд сенсорами соответствующих величин - датчиком сопротивления грунта конусу зонда, датчиком сопротивления грунта по боковой поверхности зонда, датчиком порового давления и датчиком температуры.

Для получения значений порового давления и температуры, соответствующих природным, зонд останавливают при замерах, выбранных через заданный интервал по глубине, что позволяет учесть релаксацию указанных параметров. Для контроля порового давления и температуры разработана специальная методика.

Глубина зондирования, интервалы по глубине, количество точек зондирования, их расположение в плане зависят от условий мониторинга и определяются постановкой задачи. Выполнение работ возможно с использованием теории планирования эксперимента.

Обследование геомассива производят в течение нескольких циклов. Время каждого цикла составляет не более 9 дней и зависит от количества скважин для зондирования, глубины исследования, совокупности пород, входящих в состав геомассива. Интервалы между циклами не превышают трех месяцев, что соответствует одному времени года.

На основе материалов, полученных за несколько циклов, определяют геополя прочности, однородности, порового давления, температуры, контуры ослабленных зон, по которым проводят статистическую оценку этих параметров. В соответствии с принципом суперпозиции (наложением геополей друг на друга) производят сравнение статистических оценок, на основании чего определяют их градиенты. Это дает реальную картину состояния и эволюции оползневого процесса исследуемого геомассива, позволяет определить приближенную к реальной поверхность скольжения.

Затем по полученным данным рассчитывают реальный коэффициент устойчивости.

При снижении статистических оценок прочности, увеличении статистических оценок порового давления, и при увеличении размеров ослабленных зон не менее чем на 10% интервал между циклами уменьшают вдвое (при изменении параметров на 20% интервал уменьшают в 4 раза).

Задав пороговое значение статистических оценок в 10% можно судить о тенденции роста или уменьшения измеряемых параметров геомассива и, соответственно, о затухании процесса, его стабилизации или прогрессирующем развитии. Значения, меньшие порогового, находятся в области погрешности измеряемого параметра или флуктуации характеристик грунта, поскольку при повторении циклов точки измерения в геомассиве могут смещаться друг относительно друга.

В зависимости от изменения коэффициента устойчивости, рассчитанного для каждого цикла, определяют состояние и эволюцию оползневого процесса (затухание, стабилизация, прогрессирующее развитие) и делают прогноз. Это существенно расширяет возможности способа.

При форс-мажорных обстоятельствах назначают внеочередной цикл обследования.

Пример.

Обследован геомассив - склон в Ташкенте, который сложен лессовыми просалочными грунтами. Высота склона - 15 м.

Для измерения параметров зондирования - сопротивления грунта конусу зонда, сопротивления грунта по боковой поверхности зонда, порового давления и температуры использована установка статического зондирования СПК, оборудованная аппаратурой ПИКА-1Н и поропьезометром 1-М.

Зондирование осуществляли на глубину 20 м и проводили по сетке (квадрат) 10 х 10 м. После обследования в плане составило 40 х 40 м. Общий объем исследования геомассива составлял 32000 м³ при 16 скважинах для зондирования.

Измерения параметров сопротивления грунта конусу зонда, сопротивления грунта по боковой поверхности зонда проводилось в соответствии с ГОСТ 20069-81 через каждые 20 см. Измерение порового давления и температуры проводилось через каждые 2 м по глубине.

В течение двух месяцев с марта по апрель было проведено 4 цикла обследования. По результатам циклов были получены геополя прочности, порового давления, температуры. Ослабленных зон обнаружено не было. С помощью принципа суперпозиции определены круглоцилиндрические линии скольжения. Произведен расчет коэффициента устойчивости. Он равен K = 1,25.

Геомассив с точки зрения прочности, порового давления, температуры оказался достаточно однородным.

При дальнейшем обследовании не обнаружено существенных изменений в состоянии склона. Статистические оценки связности (сцепления), угла внутреннего трения грунта, порового давления не отличались более чем на 7% от предыдущих. Было сделано заключение, что склон находится в стабилизированном состоянии.

Технико-экономический эффект предложенного способа заключается в определении эволюции зарождения и развития оползней и в расширении возможностей обследования при одновременном повышении достоверности контроля за счет учета температуры геомассива, выполнении циклов исследований и в уточнении параметров поверхности скольжения, коэффициента устойчивости и прогноза.

Формула изобретения

1. Способ обследования геомассивов, подверженных оползневым явлениям, заключающийся в зондировании геомассивов на заданных глубинах, определения прочности, порового давления и однородности инженерно-геологических элементов, в том числе ослабленных зон, с последующим выбором поверхности скольжения и расчетом коэффициента устойчивости, отличающийся тем, что обследование геомассива проводят циклами, для каждого цикла дополнительно измеряют температуру обследуемого геомассива, по результатам измерений прочности, порового давления, однородности и температуры выполняют построение геополей, на основании которых, используя принцип суперпозиции, определяют поверхности скольжения и рассчитывают статистические оценки прочности, порового давления, однородности, температуры, при этом при снижении статистических оценок прочности, повышении статистических оценок порового давления, увеличении размеров ослабленных зон не менее, чем на 10% интервал между циклами обследования уменьшают вдвое.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что интервалы между циклами выдерживают не более трех месяцев, соответствующих одному времени года.

РИСУНКИ

Рисунок 1