Рис. 11 Схема возникновения зон деформаций при движении земных блоков



Скачать 143.06 Kb.
Дата02.05.2016
Размер143.06 Kb.

Рис.11 Схема возникновения зон деформаций при движении земных блоков.
Установлено приборами «диаскан», что в большинстве случаев внешняя коррозия наступает при повреждении полиэтиленовой изоляции. А в большинстве своем изоляция повреждается при движении горных блоков ( щебенки, валунов гранитов или других пород) на разломах.




Рис.12 Зона повреждений изоляции трубопроводов при движении геологических блоков.



Инженерно-геологические особенности движения надвигов вблизи г.Уфы.

Фото 1. Автомобильный мост через р.Белую в Затон. Дудкинский сдвиг в рельефе выражен большим оврагом северо-западного простирания, шириной до 500метров. На фото видно, что на наблюдаемой территории расположено не менее 100 зданий и сооружений.



Фото 4. Оперяющий разлом зоны Четырмано-Турбаслинский надвига ( северо-восточного простирания). В рельефе оперяющий разлом выражен как русло реки Белой шириной до 200метров.





Рис. Схема расположения автодорожного моста через р.Белую из г.Уфы в Затон. На схеме показаны две точки аномальных колебаний до 10см по вертикали ( при движение бензовоза Камаз с прицепом при скорости 30 км/час).

Рис. Схема расположение автомобильного моста из г.Уфы в Затон на клиновидном блоке, ограниченного Четырманово-Турбаслинским надвигом и разломом по р,Белой.





Рис. Схема расположения сооружений на Дудкинском сдвиге.




Рис. Схема деформаций фундаментов в пластичных и скальных грунтах по зоне Дудкинского сдвига, вблизи автодорожного моста через р.Белую в Затон.


Из-за аналогичных разломов было приостановлено строительство станции метрополитена «Бажовская» в Екатеринбурге. По разломам хлынула вода. На пресс-конференции ученый-геофизик, член-корреспондент Российской Академии наук профессор Владимир Уткин, отметил: строительство станции было начато на пересечении геологических разломов, через которые идут подземные реки. И строители не смогли справиться с потоками. "Метро топило и во время строительства станций "Динамо" и "Площадь 1905-го года" и даже сейчас подтапливает, но тогда воды все-таки было меньше. Если бы тоннели и станции были сдвинуты буквально на 200метров, всем было бы гораздо проще. Сейчас ведутся разговоры о том, чтобы реанимировать строительство "Бажовской". Кроме того, в следующем году должно начаться возведение вестибюля станции "Чкаловская". Сотрудники "Метростроя-ПТС" продолжают рыть тоннель, который связывает "Чкаловскую" с уже работающей станцией "Геологическая", выполняют гидроизоляционные работы и занимаются выноской с территории строительства коммунальных сетей города.

ГЕОДИНАМИКА

Сегодня в России в год возникает более одной тысячи чрезвычайных ситуаций, на ликвидацию последствий которых затрачивается более 15% валового дохода. При сохранении динамики их роста отечественная экономика в ближайшее время не будет справляться с ликвидацией их последствий. Две трети чрезвычайных ситуаций имеют техногенный характер, то есть возникают в результате антропогенной деятельности. В связи с этим, раскрытие природы техногенных катастроф, создание теории их формирования и разработка мер по снижению тяжести их последствий являются актуальнейшей проблемой современной геомеханики.

Со второй половины XX века в науках о Земле происходит радикальный пересмотр взглядов на роль и место геодинамического фактора как в фундаментальных проблемах, так и в решении прикладных задач. Объект исследований - вся обширная сфера человеческой деятельности, в которой массив горных пород и его земная поверхность выступают в качестве неотъемлемого важнейшего инженерно-геологического компонента.

Начало этого процесса трансформации представлений о cтепени современной подвижности земной коры, пожалуй, следует отнести к моменту появления в начале XX века гипотезы А. Вегенера о дрейфе континентов, которая уже во второй половине столетия обрела статус теории тектоники литосферных плит [1]. Эта теория по своей сути впервые сдвинула литосферные плиты и материки в горизонтальной плоскости и наделила их современными движениями. Появление спутниковых технологий геодезии позволило экспериментально определить численные значения этих перемещений.

С постановкой обширных экспериментальных исследований современных движений земной коры на геодинамических полигонах различного назначения, были выявлены интенсивные локальные аномалии вертикальных и горизонтальных движений, приуроченные к зонам разломов различного типа и порядка [2]. Эти аномальные движения высокоамплитудны (до 50 - 70 мм/год), короткопериодичны (0.1 - 1 год), пространственно локализованы (0.1 - 1км) и обладают пульсационной и знакопеременной направленностью.

И, наконец, внедрение дифференциальных GPS - технологий в периодическом (дискретном) и непрерывном вариантах мониторинга за смещениями и деформациями позволило выявить новый класс геодинамических движений в разломных зонах с периодами 30 - 60 сек, 40 - 60 мин и подтвердить движения с периодами до года и более. Всем этим движениям, наряду с трендовой составляющей, свойственны пульсационный характер и знакопеременная направленность [3].

Рассматривая всю гамму наблюдаемых цикличных знакопеременных и трендовых движений, можно заключить, что основным свойством геологической среды, особенно в разломных зонах, является нахождение ее в непрерывном движении. Движение выступает как форма существования геологической среды.

Д. Л. Теркот и Дж. Шуберт определяют геодинамику как науку, изучающую движения и деформации, происходящие в земной коре, мантии и ядре, и их причины

Согласно принятой в геологических дисциплинах терминологии, речь идет о современных движениях земной коры, проявляющихся на ее поверхности в настоящее время и в последние 25 - 35 лет.

Экспериментальное изучение геодинамических движений массива горных пород и земной поверхности, играющих основную роль в формировании напряженно-деформированного состояния, до недавнего времени представляло собой сложнейшую научную проблему, так как было сопряжено с необходимостью проведения высокоточных измерений смещений на базах в десятки километров в миллиметровом диапазоне точности. Практическая возможность постановки серьезных экспериментов в этой области открылась с внедрением в практику проведения научных исследований GPS-технологий - технологий спутниковой геодезии.

Исследованиями выявлены два вида геодинамических движений: цикличные и трендовые. На возникновение, развитие и проявление техногенных катастроф оказывают влияние оба вида геодинамических движений. Результаты экспериментальных исследований современной геодинамики, полученные в последние годы, приведены в таблице.

Результаты экспериментальных исследований параметров геодинамических движений

Исследуемый объект



Вид наблюдений

Максимальные смещения, мм

Максимальные деформации, 1.10-3

Гориз.

Верт.

Гориз.

Верт.

Сургут, нефтепровод

Непрерывные

47

108

1.17

2.69

Сургут, канализационный коллектор

Непрерывные

57

92

1.03

1.46

Сарана, радиорелейная мачта

Периодические

48

28

-

-

Каменск-Уральский, карстовые провалы

Непрерывные

8

22

0.08

0.37

Еманжилинск, газопровод Бухара-Урал

Непрерывные

38

63

0.18

0.17

Ясный, Киембаевский карьер

Периодические

335

113

0.06

0.04

Железногорск-Илимский, Коршуновский карьер

Периодические

629

600

1.20

0.29

Белоярская АЭС, четвертый блок

Непрерывные

5

5

0.10

0.10

Хромтау, Донской ГОК

Непрерывные

15

31

0.09

0.22




Места проявления геодинамических движений в большей мере тяготеют к активным тектоническим структурам и непосредственно прилегающим к ним объемам пород и участкам земной поверхности. Экспериментально в этих зонах установлены большие амплитуды смещений. С удалением от тектонических структур в глубь структурных блоков наблюдается снижение уровня смещений. Однако каких либо количественных закономерностей распределения смещений пока не установлено.

Механизм воздействия трендовых и колебательных геодинамических смещений на объекты недропользования разный. Влияние трендовых движений известно. Объекты, попадающие на активные тектонические структуры с трендовыми движениями, нарушаются по достижению в их конструкции предельных деформаций или напряжений. Однако тектонические структуры с выраженным трендовым характером движений встречаются довольно редко. Трендовые движения могут быть инициированы техногенной деятельностью. Так, например, на шахте Магнетитовой, разрабатывающей Высокогорское железорудное месторождение, в 2000 году произошла подвижка по взбросо-сдвигу Среднему на 25 - 30см, зафиксированная в подземных горных выработках.

Цикличные движения более распространенные и воздействие их более многогранно и проявляется как в непосредственном влиянии цикличных деформаций на сам объект, так и через изменение свойств массива горных пород в разломных зонах под влиянием переменных циклических нагружений. Механизм непосредственного воздействия цикличных деформаций на инженерные сооружения достаточно прост и не нуждается в особых пояснениях. Если амплитуда знакопеременных деформаций превысит допустимые деформации конструктивных элементов сооружения , то в нем проявятся нарушения с соответствующими аварийными последствиями.

Если уровень деформаций ниже допустимых значений, то аварийные последствия от воздействия зависят от проявления усталостных эффектов. По выявленным в настоящее время частотам короткопериодных геодинамических колебаний наибольшую опасность в этом плане представляют колебания с периодами около одной минуты и около одного часа, создающие, соответственно 500000 и 9000 циклов нагружения в год. Время разрушения от цикличных нагружений зависит от уровня амплитуды переменных деформаций относительно допустимых значений деформаций. Для металлоконструкций трубопроводов различного назначения цикличное нагружение интенсифицирует процесс коррозии в десятки и сотни раз.

Изменение свойств массива горных пород в разломных зонах под влиянием переменных цикличных нагружений довольно распространенное явление. Однако внешне его признаки не контрастны и выявление непосредственного их влияния на объекты весьма проблематично. Впервые это явление отмечено, пожалуй, в работах НТФ "Геофизпрогноз" на основе изучения разломных зон методами сейсмопрофилирования [6]. Специалистами этого института было установлено, что в разломных зонах образуются области с существенными отклонениями прочностных и деформационных свойств в массиве горных пород. Структурные блоки и изготовленные из них образцы пород при испытаниях имеют те же или близкие показатели, что и аналогичные литологические виды пород, примыкающие к разломной зоне. А в массиве горных пород разломной зоны свойства существенно отличаются.

Было высказано предположение, что в разломной зоне массив горных пород находится в тиксотропном состоянии. На основе этой гипотезы были решены многочисленные практические задачи, высказаны представления по механизму и природе многих техногенных аварий и катастроф, в том числе и по известной катастрофе метрополитена г.Санкт-Петербурга.

Однако при всей плодотворности высказанной идеи вопрос о причине возникновения тиксотропного состояния в разломной зоне оставался не раскрытым.

Известно, что в природе явление тиксотропии возникает в некоторых видах грунтов и пород в период землетрясений. За счет знакопеременных цикличных нагружений некоторые виды грунтов, имеющие в статическом состоянии достаточную несущую способность, разжижаются, резко снижая свои прочностные характеристики. Это нередко ведет к перекосу и опрокидыванию жилых домов и инженерных сооружений. Но это явление происходит лишь в короткий период действия землетрясения. Впоследствии грунты вновь обретают свои обычные свойства.

Такой вид тиксотропного состояния аллювиальных тугопластичных суглинков, по-видимому, наблюдается в г.Учалы под фундаментами Детского Дома творчества, где происходит разрушение кирпичной кладки вертикальными трещинами мощностью 3-4мм от поверхности фундаментов до крыши (3 этажа). Город Учалы находится в уральской сейсмической зоне.

Тиксотропия в разломных зонах, сложенных во многих случаях скальными породами с более нарушенной структурой, проявляется в размытой форме на протяжении длительных промежутков времени, а возможно и постоянно в историческом плане. Это явление более точно видимо можно охарактеризовать термином квазитиксотропия.

После выявления современной короткопериодной геодинамики мы предположили, что причиной квазитиксотропного состояния пород разломной зоны являются знакопеременные цикличные смещения. Вызванные ими знакопеременные цикличные нагружения приводят к изменению прочностных и деформационных свойств, то есть к квазитиксотропии. В зависимости от конструктивных особенностей сооружений, взаимодействующих с разломными участками массива горных пород, складываются различные механизмы и сценарии развития аварий и катастроф. В нашей практике исследований заслуживают внимание следующие случаи развития техногенных катастроф, наиболее контрастно демонстрирующие рассматриваемую взаимосвязь между современной геодинамикой и техногенными катастрофами. Одним из первых примеров могут служить аварийные ситуации на подземном канализационном коллекторе г. Сургута. Экспериментально установлено, что в разломных зонах и на примыкающих к ним территориях действуют современные геодинамические цикличные смещения с широким спектром частот и амплитуд. Наиболее контрастными среди них являются смещения с продолжительностью циклов около одной минуты и около одного часа. Имеются и другие менее выраженные циклы. Уровень напряжений и деформаций, вызванный этими смещениями, превышает допустимые значения для монолитной железобетонной внутренней обделки коллектора, закрепленного железобетонными тюбингами.

Механизм разрушения коллектора происходил в следующей форме:

- песчано-глинистые породы разломных зон под влиянием знакопеременных смещений и деформаций находятся в квазитиксотропном состоянии, имея по отношению к окружающим породам аномально пониженные несущие свойства;

- сборная железобетонная тюбинговая крепь канализационного коллектора с внутренней монолитной железобетонной обделкой, обладая достаточным весом и находясь под нагрузкой от налегающей толщи, не встречает в квазитиксотропном массиве достаточной опоры, проседает и прогибается, получая нештатное нагружение, не предусмотренное ее конструкцией;

- нештатную нагрузку крепи вызывают непосредственно и сами короткопериодные геодинамические движения;

- под действием этих двух факторов монолитная железобетонная обделка коллектора разрушается с образованием кольцевых трещин разрыва, превращая монолитный коллектор в обособленные секции длиной 5 - 7м;

- на последнем этапе к процессу разрушения подключаются грунтовые воды, уровень которых находится выше заложения канализационного коллектора; устремляясь в образовавшиеся трещины внутрь коллектора, который теперь уже выполняет функции дренажного устройства, они выносят с собой песчано-глинистые породы, находящиеся в квазитиксотропном состоянии, образуют суффозиозные карстовые полости, реализующиеся выходом провалов на земную поверхность и окончательным разрушением коллектора.

Таким образом, в основе приведенного примера техногенной катастрофы лежит комплексное проявление короткопериодной геодинамики, реализуемое как через непосредственное воздействие смещений и деформаций на сооружение, так и опосредованно через изменение свойств разломной зоны.

Длительное время (более 25 лет) в аварийном состоянии периодически пребывает северо-западный борт Главного карьера Коршуновского ГОКа на участке,

пересекаемом широтным разломом мощностью около 500м. В борту карьера, начиная с 1975 года, периодически происходят крупные оползни при углах наклона борта 22 градуса. По всем расчетным оценкам скальные осадочные породы, слагающие этот борт, должны обеспечивать его устойчивость при углах 28 - 30 градусов с нормативным запасом устойчивости 1.3.

На карьере производились периодические наблюдения за смещениями маркшейдерских пунктов, расположенных по контуру карьера с годичной периодичностью, выявившие цикличные их смещения с растяжением и сжатием интервалов между ними. Оползневая масса деформируется буквально в виде оплывины, полностью разжижаясь и теряя свою первоначальную структуру, превращаясь в селеподобную массу.

Мы рассматриваем эту трансформацию массива как переход в тиксотропное состояние. Глубже в борту карьера находится гидротехнический тоннель, по которому из карьерного поля отведена река Коршуниха. При обследовании тоннеля было установлено, что монолитная железобетонная крепь на участке разломной зоны трещинами разрыва разбита на отдельные секции длиной 7 -10м. В образовавшиеся трещины внутрь тоннеля поступают подземные воды, иногда фонтанируя под давлением. Причем, образовавшиеся кольцевые трещины практически ни разу не совпали со строительными стыками крепи. В целом, характер разрушения крепи гидротехнического тоннеля Коршуновского карьера сходен с разрушением канализационного коллектора в г. Сургуте с той лишь разницей, что в скальных породах Коршуновского гидротехнического тоннеля пока не проявился суффозионный процесс.

В развитии аварий на северо-западном борту Коршуновского карьера в качестве первопричины выступают современные геодинамические процессы в разломной зоне, переводящие породы в борту карьера в квазитиксотропное состояние.

Одной из форм провоцирования техногенных катастроф является активизация процессов карстообразования. С такими явлениями столкнулись при исследовании причин активизации карстовых процессов в жилом микрорайоне Красная горка г. Каменск-Уральского и на газопроводе Бухара-Урал на участке Красногорского ЛПУ на Южном Урале в районе г. Еманжелинска. На обоих участках проводились непрерывные наблюдения за короткопериодными геодинамическими смещениями. Максимальные значения горизонтальных и вертикальных смещений и деформаций приведены в таблице.

Причиной активизации процессов образования карстовых провалов явилось воздействие переменных нагрузок на породы разломных зон и переход их в квазитиксотропное состояние, активизирующее суффозионные процессы. Серия карстовых воронок, образовавшаяся в разломной зоне, пересекающей газопровод, вызвала обнажение третьей нитки газопровода, создавая угрозу ее сохранности.

На Качканарском ГОКе возникла проблема с неравномерным оседанием здания третьей ступени пульпонасосной станции хвостохранилища. Здание расположено на откосе дамбы хвостохранилища. Мощность хвостов под зданием составляет 70м. Северная часть здания оседает со скоростью 45 - 50мм в год, а в южной части годовое оседание достигает 95 - 100мм. Неравномерность оседаний создает угрозу его разрушения.



При изучении причины неравномерного оседания электрометрическими исследованиями было установлено, что в подстилающих материнских породах, на которые отсыпан откос дамбы хвостохранилища, находится достаточно крупное тектоническое нарушение. Горизонтальные геоэлектрические сечения по материнским породам и по хвостам дамбы, построенные по экспериментальным данным электрометрических исследований, обнаружили поразительное подобие. Однородные хвосты дамбы отражали особенности структурного строения материнских пород.

Механизм создания такого подобия связан также с короткопериодной современной геодинамикой. Колебания материнских пород в зоне тектонического нарушения создают соответствующие квазитиксотропные состояния в изначально однородных хвостах. Приведение хвостов дамбы в квазитиксотропное состояние над разломной зоной объясняет большую интенсивность оседания здания в этой зоне.


База данных защищена авторским правом ©bezogr.ru 2016
обратиться к администрации

    Главная страница