4327
.pdf
На правах рукописи
БЕЗУГЛОВА Екатерина Вячеславовна
ОПОЛЗНЕВАЯ ОПАСНОСТЬ И РИСК
СМЕЩЕНИЙ ГРУНТОВ НА СКЛОНАХ
Специааьность: 25.00.08 - Инженерная геология, мерзлотоведение и грунтоведение
АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Волгоград 2005
Работа выполнена в Федеральном государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Кубанский государственный аграрный университет»
Научный руководитель: |
кандидат технических наук, доцент |
|
|
МацийСергейИосифович |
|
Официальныеоппоненты: |
доктор |
геолого-минералстических |
|
наук,профессор |
|
|
Синяков Владимир Николаевич |
|
|
кандидат |
геолого-минералстических |
|
наук Щеглов Анатолий Павлович |
|
Ведущая организация: |
ФГУП «Главное управление берего- |
|
|
укрепительных и противооползневых |
|
|
работ» (г. |
Краснодар) |
Защита состоится 10 ИЮНЯ 2005 г. в 1000 часов на заседании диссертационного совета Д 212.026,01 при Волгоградском государственном архитектурностроительном университете по адресу: 400074, г. Волгоград, ул. Академическая, 1.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Волгоградского государственного архитектурно-строительного университета.
Автореферат разослан 4 МАЯ 2005 г.
Ученый секретарь |
|
диссертационного совета |
Л. В. Кукса |
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы. Природно-климатические условия, литологоструктурные особенности пород, слагающих склоны, техногенное воздействие, связанное со строительством дорог, проложением трасс трубопроводов, линий электропередач, характеризуют горную территорию Черноморского побережья Кавказа как потенциально оползнеопасную.
При проектировании противооползневых мероприятий основными являются вопросы получения достоверных расчетных значений физикомеханических свойств грунтов и выбор методики оценки устойчивости склона. 3 условиях горного крутосклонного рельефа природные, технические и экономические факторы часто не позволяют выполнить необходимый объем инженерно-геологических изысканий.
Стандартная детерминистическая оценка устойчивости склонов, особенно при недостатке исходных инженерно-геологических данных, выражается в получении расчетных значений коэффициентов устойчивости, во многих случаях отличающихся от фактических. Применение вероятностного подхода позволит учитывать изменчивость свойств грунтов и. определять опасность и риск оползневых смещений.
Вопрос выбора мероприятий напрямую связан с риском: дорого, но надежно или дешевле, но с большей вероятностью аварий. Риск определяет последствия экономические, социальные и другие от возможного оползневого смещения на склоне как в процессе строительства на нем удерживающего сооружения, так и при дальнейшей эксплуатации.
Согласно СНиП 11-02-96. Инженерные изыскания для строительства, в отчете по инженерно-геологическим изысканиям должна быть дана оценка опасности и риска от геологических и инженерно-геологических процессов. Наличие: разработанной и обоснованной методики позволит выбрать надеж-
ное проектное решение.
Целью проведенных исследований является: разработка практических рекомендаций по оценке устойчивости оползнеопасных склонов и откосов в условиях недостатка исходной инженерно-геологической информации, а также разработка методики оценки оползневой опасности, риска смещений грунтов и внедрение в практику строительства защитных сооружений.
Для достижения этой цели необходимо решить следующие основные задачи:
-установить параметры изменчивости свойств оползневых грунтов в различных инженерно-геологических условиях;
-показать преимущества вероятностного подхода на основе проведенных расчетов устойчивости реальных оползнеопасных склонов и откосов;
-получить количественные параметры, позволяющие определять достоверные значения прочностных характеристик оползневых грунтов и возможные изменения степени их устойчивости на склоне, вероятность обрушения склона (откоса) в условиях ограниченного объема инженерно-геологическихданных;
-разработать рекомендации по оценке устойчивости склонов и откосов в условиях недостатка исходных инженерно-геологических данных;
-разработать методику оценки оползневой опасности и риска смещений грунтов на склонах и откосах в соответствии с категорией защищаемых объектов.
Вдиссертационной работе использованы следующие методы исследова-
ний:
натурное обследование оползнеопасных склонов и откосов: математическое моделирование распределения свойств оползневых грунтов в массиве; детерминистические и вероятностные расчеты устойчивости оползнеопасных склонов и откосов;
сопоставление результатов оценки устойчивости склонов и откосов с фактическими условиями.
Научная новизна диссертационной работы заключаете» в следующем: получены количественные параметры, позволяющие определять достоверные значения прочностных характеристик оползневых грунтов; разработаны и апробированы рекомендации по детерминистическовероятностной оценке устойчивости оползнеопасных склонов и откосов применительно к практике строительства в условиях недостатка данных инженерно-геологических изысканий; разработана методика оценки оползневой опасности и риска смещений грунтов на склонах и откосах.
Практическое значение исследований. Предложенные методики оценки устойчивости, оползневой опасности и риска оползнеопасных склонов и откосов обеспечивают принятие обоснованных решений при проектировании защитных сооружений.
Достоверность результатов диссертационной работы подтверждена сопоставлением с фактическими инженерно-геологическими условиями исследованлых склонов и откосов, практикой применения предложенных методик при проектировании реальных ныне существующих противооползневых сооружений, а также использованием современных программных комплексов и базы данных о физико-механических свойствах грунтов.
Реализация работы. Инженерные методы расчета и конструирования противооползневых сооружений были реализованы на объектах: «Расширение резервуарного парка на ЛПДС "Крымская" на 200 тыс. м3, нефтепровод от ЛПДС "Крымская" до нефтебазы "Грушовая"» (проект); «Газопровод высокого давления "Адлер - Красная поляна" Краснодарского края»; «Магистральный газопровод "Голубой Поток" - Россия - Турция (морской вариант)»; Компрессорные станции «Краснодарская» и «Береговая» газопровода Россия -- Турция; Автодороги Горячий Ключ - Хадыженск и Майкоп - Туапсе; Санаторий "Правда" в г. Сочи и других.
5
На защиту выносятся:
результаты исследований изменчивости прочностных показателей грунтов, влияния грунтовых вод на степень устойчивости и вероятность обрушения оползнеопасных склонов; рекомендации по оценке устойчивости оползнеопасных склонов и
откосов в условиях недостатка исходных инженерно-геологических данных; методика оценки оползневой опасности и риска смещений грунтов на
склонах и откосах.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и получили одобрение на научно-технических конференциях: инженерно-строительного факультета Кубанского ГАУ (Краснодар, 20012003); МИИТа (Москва, 2003); Всероссийских конференциях (Москва, 2003; Сочи, 2003); Международных геотехнических конференциях (Грац, 2002; Санкт-Петербург, 2003; Прага, 2003; Гонконг. 2003).
Публикации. Го результатам диссертационной работы опубликовано десять печатных работ.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных выводов - общий объем 134 страницы текста и 72 рисунка, а также списка литературы — 115 наименований.
Теоретические, а также инженерно-геологические исследования объектов проведены под руководством кандидата технических наук, доцента кафедры строительных материалов и конструкций Кубанского государственного аграрного университета Мация Сергея Иосифовича, которому выражаю искреннюю благодарность за постоянное внимание к работе.
Автор очень признателен за помощь при выполнении исследований докгору геолого-минералогических наук, Заслуженному строителю РФ Константину Шагеноничу Шадунцу и кандидату технических наук, доценту кафедры оснований и фундаментов Олегу Юрьевичу Ещенко.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении обоснована актуальность выбранной темы диссертационной работы, поставлена цель исследования и определены основные задачи, которые необходимо было решить для достижения поставленной цели, отмечена научная новизна, практическая значимость и достоверность результатов работы, сформулированы положения, выносимые на защиту.
В первой главе рассматриваются результаты ранее проведенных исследований оползневых процессов, подходов к определению устойчивости
склонов и откосов, оценки оползневой опасности и риска. Вопросы оценки устойчивости склонов и откосов в различных инженерно-геологических условиях рассмотрены в многочисленных трудах отечественных и зарубежных исследователей: А. А. Бартоломея, В. Ф. Безрукова, А. Н. Богомолова, Г. К. Бондарика, А. Я. Будина, С. С. Вялова, Л. К. Гинзбурга, А. Л. Гольдина, М. Н. Гольдштейна, Р. Э. Дашко, А. М. Дёмина, Э. М. Доброва, Е. П. Емельяновой, Ю. К. Зарецкого, Г. С. Золотарева, В. Д. Казарновского, И. С. Комарова, М. В. Малышева, Н. Н. Маслова, С. И. Мация, С. Р. Месчяна, В. И Осипова, Л. П. Петровой-Ясюнас, Г. П. Постоева, Л. А. Рагозина,
В.Н. Синякова, Л. Р. Ставницера, Г. И. Тер-Степаняна, Р. Г. Туликова,
В.И. Федорова, В. К. Цветкова, К. Ш. Шадунца, Г. М. Шахунянца, А. И. Шеко, Н. Л. Шешени, А. П. Щеглова, Е. Е. Алонсо, П. Ламба, К. С. Ли, Н. Моргенштерна, А. У, Скемптона, К. Терцаги, М. Е. Харра, Д. Хенкеля, Р. Чоудхари, Л. Шукле и многих других.
Оползневые процессы характеризуются цикличностью своего развития, эффектом совпадения во времени экстремальных характеристик факторов, определяющих возникновение оползня, и их одновременным воздействием. Вопрос выбора расчетных значений прочностных показателей грунтов, достаточно надежно описывающих состояние склона, до сих пор не имеет однозначного решения. Это связано с изменчивостью свойств грунтов, а лабораторные и полевые испытания грунтов описывают их состав и состояние лишь в точке взятия образца.
7
Начиная с середины пятидесятых годов прошлого века, во многом благодаря разработкам Б. П. Емельяновой, начали развиваться количественные методы оценки и прогноза оползней. В основу была положена обработка большого количества статистических данных. Несколько позже отечественными и зарубежными исследователями были предложены подходы, основанные на стохастических моделях, корреляционном и регрессионном анализах и теории вероятностей. В настоящее время устойчивость склонов и откосов определяют, используя, в основном, детерминистический подход. Основными его недостатками являются упрощение механизма оползневого явления и отсутствие возможности учета изменения расчетных показателей грунтов во времени и пространстве.
Многие специалисты в области геотехники обосновывают использование вероятностного подхода. Вероятностные методы также имеют свои недостатки. В частности, расчеты проводятся лишь в пределах полученного в результате сдвиговых испытаний диапазона значений физико-механических свойств грунтов, о. простое фиксирование вероятности того или иного события, особенно если она близка к 50%, нельзя назвать прогнозом.
До настоящего времени не решен вопрос о необходимом (достаточном) количестве испытаний, позволяющем с определенной степенью надежности описать свойства грунта. Цифры, приводимые в различных инструкциях и других подобных документах, не имеют теоретического обоснования.
По мнению многих исследователей, в условиях недостатка данных оправдывает свое использование вероятностный подход. На его основе становится возможным вычислить оползневую опасность, посредством определения вероятности обрушения склона, и оценить риск смещений грунтов в зависимости от типа инженерных мероприятий.
Таким образом, анализ публикаций, относящихся к вопросам развития оползней и обеспечения безопасной работы сооружений на оползнеопасных склонах, позволил определить основные задачи необходимых научных исследований.
8
Во второй главе приведены результаты изучения изменчивости свойств грунтов в различных инженерно-геологических условиях.
Объектами исследований является ряд оползнеопасных участков, расположенных на Черноморском побережье Кавказа в Краснодарском крае:
-трассы газопроводов «Россия - Турция», «Адлер - Красная Поляна» и нефтепроводов «Тихорецк — Туапсе», «Крымск — Грушевая»;
-тра.ссы автодорог;
-участки расположения опор линий электропередач и подстанций в окрестностях городов Новороссийск и Сочи.
Все объекты расположены в горной местности в сложных инженерногеологических условиях - рельеф эрозионно-денудационный с активно развивающимися процессами выветривания, эрозии, абразии, ползучести и др.
В работе использовались результаты лабораторных испытаний образцов грунтов по двум схемам: 1) сдвиг неконсолидированный при водонасыщении; 2) сдвиг по подготовленной и смоченной поверхности («плашка по плашке»). При обработке полученных данных проведен анализ статистических параметров и гистограмм распределения значений сцепления (с) и угла внутреннего трения (φ) оползневых, не затронутых оползневым процессом и техногенных (насыпных) грунтов. Результаты анализа представлены на примере изучения свойств грунтов оползнеопасных участков трассы газопровода «Россия - Турция».
В пределах рассматривавшегося отрезка трассы газопровода распространены отложения от средней юры до четвертичного возраста. Нами рассмотрены стратиграфо-генетические комплексы (СГК) голоценовых и современных отложений: элювиально-делювиальных (edQIV), делювиальнооползневых (dpQIV) и техногенных (tQIVc). Все они представлены, в основном, глинами и суглинками с включениями дресвы, щебня и обломочного материала.
Коренные породы субстрата представлены серовато-зелеными, буроватосерыми, серыми аргиллитами, малопрочными, трещиноватыми с различной
9
степенью выветрелости и аргиллитоподобными глинами твердыми с прослоями песчаников на глинистом и глинисто-карбонатном цементе.
Выполненные исследования показали, что распределение показателей с и φ в изученных делювиально-оползневых глинистых грунтах в большинстве случаев стремится к кривым нормального распределения, независимо от схемы сдвиговых испытаний, при этом формы этих кривых отличаются:
-построенные по результатам сдвигов по подготовленной и смоченной поверхности кривые распределения показателей более островершинные;
-построенные по результатам неконсолидированных сдвиговых испытаний кривые более распластаны относительно оси х.
Это связано с различной величиной разброса опытных данных относи-
тельно выборочного среднего значения, т.е. с параметром σх (стандартом). Оползневые грунты в условиях сформированной поверхности скольжения обладают значительно меньшей (в 1.5-2 раза) изменчивостью по сравнению с такими же грунтами, но находящимися в условиях, предшествующих смещению. Показатели средних величин с и φ также значительно отличаются в зависимости от схемы сдвига и структуры грунтов (рисунок 1 и таблица 1).
Для малого количества выборок (10-20 образцов) распределение значений с и φ оползневых грунтов в ряде случаев может не подчиняться нормальному закону распределения. Отклонение кривой распределения от нормального типа по показателям асимметрии или эксцесса может происходить и при большом количестве определений (3040), если оползневой грунт не совсем однородный, например, щебенистая глина.
Распределение прочностных показателей в исследованных элювиальноделювиальных грунтах, не затронутых на данный момент оползнем, может отличаться от кривой нормального распределения. При этом изменчивость свойств в условиях подготовленной поверхности скольжения и условиях, предшествующих смещению (водонасыщение), различается на меньшую величину, чем у оползневых грунтов: отношение стандартов составляет 1.05-
1.7.