Министерствообразованияинауки
 Скачать 7.25 Mb.
|
|
4.4. Сейсмическое микрорайонирование Разрушительный эффект землетрясения зависит не только от его интенсивности, но и от инженерно-геологического строения верхней части грунтового массива и инженерно-геологических условий участка проектируемого сооружения. В слабых грунтах с низкими скоростями сейсмических волн амплитуда колебаний частиц грунта увеличивается и степень разрушений возрастает, а при прочных высокоскоростных грунтах - наоборот. Процедура уточнения сейсмической балльности площадок носит название сейсмического микрорайонирования (CMP). СМР проводится на территориях, где возможны землетрясения с интенсивностью 7-9 баллов. При выполнении СМР обычно используется методика СНиП II—7-81 (СП 14. 13330. 2011) Строительство в сейсмических районах. Если в верхней метровой толще преобладают прочные грунты I категории по сейсмическим свойствам, то балльность площадки, определённая по соответствующей карте ОСР-97, понижается на 1 балл. Если в этой толще преобладают слабые или водонасыщенные грунты III категории, то балльность на 1 балл повышается. При разрезе, сложенном средними по сейсмическим свойствам грунтами II категории, поправка к балльности не вводится. Категории грунтов по сейсмическим свойствам приведены в табл. Таблица Категории грунтов по сейсмическим свойствам Кате гория Разновидности грунтов Поправки к карте ОСР-97 Скальные грунты всех видов невыветрелые и слабовыветрелые; I крупнообломочные грунты плотные и маловлажные из магмати- - 1 балл веских пород, содержащие до 30 % песчано-глинистого запол- 56 Окончание табл. 24 Кате гория Разновидности грунтов Поправки к карте ОСР-97 нителя; выветрелые и сильновыветрелые скальные и нескальные твердомёрзлые грунты при температуре -2 Си ниже при строи- - 1 балл I тельстве и эксплуатации по I принципу (сохранение грунтов основания в мёрзлом состоянии) Скальные грунты выветрелые и сильновыветрелые и крупнообломочные грунты, за исключением отнесённых к I категории пески гравелистые, крупные и средней крупности плотные и средней плотности, малой степени водонасьпцения; глинистые II грунты с показателем текучести //<0,25 при коэффициенте пористости е для глин и суглинков и е для супесей; вечно мёрзлые нескальные грунты пластичномёрзлые или сыпучемёрз лые, а также твердомёрзлые при температуре выше -2 С при строительстве и эксплуатации по I принципу баллов Пески рыхлые независимо от влажности и крупности пески гра велистые, крупные и средней крупности плотные и средней плотности средней степени водонасьпцения и насыщенные водой глинистые грунты с показателем текучести //>0,5; глини- + 1 балл III стые грунты с показателем текучести //,<0,5 при коэффициенте пористости е для глин и суглинков и е для супесей; веч номёрзлые нескальные грунты при строительстве и эксплуатации по II принципу (с допущением оттаивания грунтов основа ния) Примечания: 1. При неоднородном строении площадки строительства грунты относятся к более неблагоприятной категории по сейсмическим свойствам, если в пределах 10- метровой толщи грунта слои, относящиеся к этой категории, имеют суммарную толщину болеем. При отсутствии данных о показателе текучести и влажности глинистые и песчаные грунты при положении уровня грунтовых вод ближе 5 м к поверхности относятся к III категории по сейсмическим свойствам 4.5. Цунами Цунами называют огромные разрушительные волны, возникающие при локальном изменении уровня воды вовремя подводных землетрясе ний. При сильных подводных землетрясениях в их эпицентре возникает серия концентрических волн высотой от 3 до 7 метров. Скорость их распространения может достигать 400 - 800 км/час. По мере приближения к побережью высота волн возрастает, особенно в воронкообразно сужающихся заливах, достигая в отдельных случаях 50- 80 м. При обычной скорости волн 100-200 км/час, их разрушительный эффект весьма значителен. Цунами высотой болеем являются катастрофи ческими. Основными мероприятиями по предупреждению цунами и защиты населения и инженерных сооружений от цунами и его последствий являются- составление карты цунамиопасности побережья по историческим сведениями следам разрушений на берегах- прогноз времени прихода волны к разным пунктам по записям землетрясения на сети сейсмостанций и по спутниковым наблюдениям- обучение населения и организация оповещения о цунами. Для российской части побережья Тихого океана заблаговременность прогноза составляет 6-18 часов Глава. ЭКЗОГЕННЫЕ ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ На Дальнем Востоке развит широкий спектр экзогенных геологических процессов. Из них наиболее распространены и опасны выветривание деятельность поверхностных и подземных вод- гравитационные процессы- криогенные процессы. Физико-геологические процессы (происходящие в силу природных условий) в учебниках описаны достаточно полно. Ниже мы касаемся, в основном, лишь инженерно-геологических процессов, возникающих на горнодобывающих предприятиях при проведении открытых горных работ. Изучение опасных геологических процессов и явлений производится при детальной разведке месторождения или при инженерно-геологических изысканиях для строительства (см. гл. 7). 5.1. Выветривание Выветривание - физико-химические и биологические процессы, приводящие к изменениям горных пород, находящихся близ поверхности Земли. В вертикальном разрезе кор выветривания выделяются зоны, отличающиеся по степени раздробленности пород (снизу вверх) - монолитная, глыбовая, мелкообломочная (или щебенистая) и глинистая. В каждой из этих зон крутизна откосов и допустимая высота уступов различны. На откосах карьеров выветривание интенсифицируется. Оно приводит к разуплотнению и снижению прочности пород, что стечением времени ведёт к нарушению устойчивости откосов и к возникновению опасных гравитационных процессов или к заметному сокращению сроков длительной устойчивости откосов. Классификация горных пород по степени их выветрелости приведена в п. 1.5, табл. 5, склонность пород разных групп к выветриванию - в п. 1.7, табл. При геологическом изучении процессов выветривания (на стадии детальной разведки месторождения) необходимо выяснить- площади распространения, мощность и зональность кор выветривания- инженерно-геологические особенности пород разных зон- скорость выветривания пород при их вскрытии выработками- необходимость осуществления мероприятий по защите искусственных обнажений от выветривания. Основными мероприятиями по борьбе с выветриванием являются- планировка территории, отвод поверхностных и дренаж подземных вод- устройство защитных покрытий из грунтовых материалов, битумных или полимерных мастик или из набрызг-бетона; - пропитывание откосов гудроном, жидким стеклом, известковым или цементным молочком, двухкомпонентными компаундами или полимери- зующимися жидкостями. Деятельность поверхностных вод Среди широкого спектра результатов геологической деятельности поверхностных вод, наибольшую опасность для горного дела представляют- струйный размыв ив гораздо меньшей степени, плоскостной смыв- оплывины и особы- подмыв берегов- заболачивание территорий- сели- наледи. Интенсивность плоскостного смыва невелика и опасности, как правило, не представляет. У подножия склонов и откосов скорость воды замедляется и взвешенные в ней частицы, вымытые выше по склону, оседают на поверхности в виде грязевых языков, создающих помехи работе механизмов и движению транспорта. На протяжённых склонах и откосах сплошная тонкая плёнка стекающей воды постепенно собирается в струи, размывающая способность которых гораздо больше - возникает струйный размыв В карьерах первая стадия развития струйного размыва приводит к возникновению узких промоин, направленных поперёк откосов, дальнейшее их развитие может привести к образованию оврагов. Маломощные дом) слои полностью водонасыщенных или текучих дисперсных грунтов могут внезапно с большой скоростью сместиться вниз по склону. Объём смещающихся масс обычно измеряется десятками, редко первыми сотнями кубометров. Такое смещение глинистых грунтов называют оплывинами, а крупнообломочных - осовами. Те и другие часто провоцируются динамическими и вибрационными воздействиями (работа машин и механизмов, забивка свай, взрывные работы и пр.). Особой опасности оплывины и особы bобычно не представляют, однако, если они систематически происходят на откосах карьеров, это свидетельствует о возможности возникновения оползней и обуславливает необходимость упорядочения поверхностного стока (см. раздел 5.4). Основные меры борьбы - устройство водоотводных валов, нагорных и дренажных канав, в редких случаях - уположение откоса или его расчленение берма ми. Боковой подмыв речных берегов происходит вовремя паводков на вогнутых участках рек. О возможности его развития свидетельствуют обрывистый характер берегов и отсутствие пляжей. Методы борьбы с подмывом берегов- наброска к подножью обрыва и на подмываемый склон крупно глыбового материала для уменьшения кинетической энергии потока- устройство струенаправляющих дамб и волноотбойных стенок. Заболачивание происходит на плоском глинистом дне карьеров и с верховой стороны дорожных насыпей и отвалов Возникшее болото увлажняет грунты основания насыпей и способствует их смещению вниз по типу оплывин и оползней. Основная мера борьбы с техногенным заболачиванием - водоотвод, в частности, перехват поверхностного стока нагорными канавами или валами. Болотные отложения - торф, сапропель и органоминеральные (затор- фованные) грунты - характеризуются очень высокой пористостью, избыточной влажностью, малой прочностью и высокой деформируемостью. Задача геологических исследований болот - определение мощности болотных отложений (зондировка болота) и величины их уплотнения под нагрузкой. Основные методы строительства на болотах- осушение болота- полное или частичное удаление болотных отложений (выторфовка); - полная или частичная замена болотных отложений более прочными грунтами- уплотнение болотных отложений внешней нагрузкой, например, площадными подсыпками из крупнообломочных грунтов - устройство фундаментов, заглублённых в относительно прочный грунт минерального дна- придорожном строительстве - увеличение высоты насыпей навели чину расчётной осадки болотных отложений. Сели (или селевые потоки, редко - сили) - это водногрязекаменные потоки, формирующиеся в крутых долинах водотоков и суходолов при интенсивных ливнях. Скорость селевых потоков, по косвенным данным, может достигать 60-70 км/час, их разрушительная сила весьма велика. Вырвавшись на равнину, сель теряет скорость и отлагает на поверхности значительный объём переносимого твёрдого материала, формируя конусы выноса. Наличие таких конусов является основным признаком селеопасности. В горных и предгорных районах Дальнего Востока России сели время от времени сходят по всем долинам с крутизной тальвега более 5-7°, размеры конусов выноса достигают сотен метров при мощности до 2-6 м. Задача геологических исследований - прогноз возможности возникновения селей и степени их опасности для горного предприятия, особенно для его внешних коммуникаций - дороги, линии электропередачи связи, водо- и пульпопроводы и т. п. Основное противоселевое мероприятие пассивное - не располагать проектируемые строительные объекты на прогнозируемых путях схода се лей ив области их разгрузки (отложения материала. Возможно также строительство селезадерживающих и селеотводящих дамб и плотин. При дорожном строительстве эти мероприятия недостаточны. Здесь наиболее рациональным является увеличение высоты и длины мостов, по сравнению с гидравлическим расчётом, и решительная замена водопропускных труб мостами, даже при пересечении суходолов. Увеличение толщины льда при замерзании реки озёр может привести к тому, что лёд в каких-то местах сомкнётся с водоупорным дном. Продолжающееся нарастание толщины льда вызывает рост гидростатического давления в замкнутом объёме незамёрзшей воды до тех пор, пока лёд не будет взломан и часть воды не выплеснется на поверхность. В течение зимы прорыв воды может происходить неоднократно, в итоге образуется ледяной бугор или серия бугров. Это наледи с поверхностным питанием иногда просторечные наледи. В зависимости от размера реки или озера и конфигурации дна, диаметр таких наледей может достигать 80-100 м, а высота бугров - 5-7 м. Ежегодно наледи появляются почти на одних и тех же местах, что обеспечивает возможность прогнозировать их локализацию в будущем на основании рекогносцировочного обследования или по аэрофотоснимкам желательно в апреле-мае - после таяния снега, но до ледохода). Борьба с речными наледями: - искусственное утепление русла на защищаемом участке и выше его по течению, в особенности на мелководьях и перекатах, - наброска на лёд хвороста и/или мха вначале зимы, снегозадержание, сброс тёплых вод- спрямление и углубление русла на этом участке- устройство выше защищаемого участка мостика холода - плотины из крупнообломочного материала высотой до осеннего уровня воды в реке - наледи будут образовываться выше по течению. Деятельность подземных вод Среди разнообразной геологической деятельности подземных вод, наибольший интерес для горного дела представляют- суффозия- оплывины и оползни- плывуны; - наледи с грунтовым питанием - коррозия подземных строительных конструкций и трубопроводов- затопление выработок и подвалов. Суффозия - это внутригрунтовый перенос частиц породы подземным потоком. Перенос частиц возможен в растворённом (химическая суффозия) или во взвешенном (механическая суффозия) состояниях. Химическая суффозия развивается лишь в гипсе, известняке, доломите, мергеле и мраморе, соли ив других образованиях, в состав которых входят эти породы в виде как обломков, цемента или примесей. Таким образом, химическая суффозия осложняет строительство и эксплуатацию в основном только тех горных предприятий, которые вскрываются эти породы. Механическая суффозия может происходить только в нескальных грунтах при превышении некоторой критической величины скорости (или гидравлического градиента) подземного потока. В природных условиях равновесие между скоростью потоков и размерами частиц грунта, как правило, давно достигнуто, и механическая суффозия не развивается. При откачках подземных вод из траншей, котлованов и карьеров формируются воронки депрессии, скорости потоков близ выработок возрастают, и начинается суффозионный вынос мелких фракций в выработку. В результате насосное оборудование выходит из строя (истирание и заклинивание клапанов и движущихся частей, а на бортах выработок возникают оползни проседания. Меры борьбы с этим видом суффозии - крепление стенок выработок, устройство на подошве откоса обратных фильтров в виде крупнообломочных присыпок и устройство временных или постоянных шпунтовых стенок вдоль основания откоса. Аналогичный процесс может происходить и при эксплуатации скважин водоснабжения здесь он сопровождается повреждением насосов, заиливанием скважин и, реже, провалами поверхности. Меры борьбы - правильный подбор скважинных фильтров и уменьшение водоотбора. 65 Оплывины описаны в п. 6.2, оползни - в п. 6.4. Плывуны - насыщенные водой пески (реже супеси и пылеватые суглинки, которые при вскрытии выработками разжижаются и движутся подобно тяжёлой вязкой жидкости. Основными причинами проявления плывунных свойств являются в песках высокое гидродинамическое давление поровой воды (ложные плывуны» или «псевдоплывуны»), а в глинистых песках, супесях и суглинках - наличие гидрофильных глинистых частиц и/или деятельность анаэробных бактерий, выделяющих такие продукты жизнедеятельности, как газы и слизь (истинные плывуны»). При проходке выработок плывуны стремятся полностью или частично заполнить выработанное пространство. Попытки переупрямить грунт и вычерпать плывун не только бесполезны (мартышкин трудно и крайне вредны, так как могут привести к провалам поверхности в отдалении от места черпания и к обрушению строений, грунт из под которых перетёк к нашей выработке. Способы борьбы с плывунами: - ограждение выработки шпунтовыми стенами- закрепление плывуна (нагнетание в скважины цементного молочка или схватывающихся растворов, силикатизация, замораживание и т. д- искусственное снятие избыточного давления или полное осушение пласта (откачки из скважин, иглофильтры, осмотическое осушение и т. п) - только для ложных плывунов; - нагнетание в пласт поверхностноактивных веществ (например, синтетических моющих средств) — только для истинных плывунов. Наледи с грунтовым питанием (синоним - грунтовые наледи) образуются аналогично наледям с поверхностным питанием (см. раздел 6.2), нов этом случае полностью перемерзает неживое сечение реки, а приповерхностный водоносный горизонт. Такие наледи могут быть однолетними и многолетними (летом лёд не успевает растаять, объём многолетних нале дей может достигать миллионов кубометров, а толщина льда - 10-15 м. Ежегодно наледи появляются почти на одних и тех же местах, что обеспечивает возможность прогнозирования их локализации в будущем на основании рекогносцировки или по аэрофотоснимкам. После снеготаяния великолепно видны сами наледные тела, а летом кустарниковая растительность на этих местах угнетённая, стволы на высоту льда отбеленные, травостой же среди лета, наоборот, более буйный. После хозяйственно-строительного освоения территории наледный процесс резко активизируется. Например, при строительстве железнодорожной линии Известковая - Ургал стоимость противоналедных сооружений составила около 9 % стоимости всех мостов и водопропускных труба через 30 лет эксплуатации дороги на дорожное полотно выходило враз больше наледей, чем их было в полосе километровой ширины вовремя предпостроечных изысканий. При открытых горных работах новые грунтовые наледи появляются- на откосах карьеров и выемок и с нагорной стороны от их бровок- с верховой стороны дорожных насыпей, площадных подсыпок и отвалов непосредственно у их подошвы- в долинах ручьёв и суходолов под мостами и близ входных оголовков водопропускных труб- иногда - в подвалах зданий. Для борьбы с грунтовыми наледями применяются мероприятия по отводу поверхностных води перехвату или дренажу грунтовых вод, иногда - утепление поверхности. Эффективно устройство мерзлотных поясов с нагорной стороны на расстоянии 20—50 мот защищаемого объекта поперёк потока грунтовых вод выкапывается широкая (от 3 дом- для удобства прохода бульдозера) и неглубокая (1-2 м) траншея. Грунт под ней быстро промерзает и образует вертикальную перемычку, преграждающую путь потоку грунтовых вод, что вызывает выход наледи на поверхность выше по уклону рельефа. Для более эффективной работы мерзлотного пояса желательно зимой расчищать его от снега, а летом, наоборот, утеплять мхом, торфом, синтетическими плёнками или пенопластовыми плитами. Негативные последствия подтопления и затопления выработок и подвалов очевидны Меры борьбы- понижение уровня подземных вод (откачки из скважин, иглофиль тры, осмотическое осушение, дренаж и т. п- устройство противофильтрационных завес вокруг выработок (нагнетание цементного молочка или схватывающихся растворов, силикатиза ция, замораживание, экраны из трамбованной глины и т. п.). При строительстве подземных частей зданий и сооружений- тщательная гидроизоляция фундаментов, стен и дна подвалов- выполнение обратной засыпки пазух перемятой глиной с тщательным послойным уплотнением. Гравитационные (склоновые) процессы Под гравитационными процессами понимается смещение грунтовых масс по склонам под действием силы тяжести и некоторых второстепенных факторов, способствующих нарушению равновесия. К последним относятся- деятельность поверхностных вод, в особенности, подмыв подошвы склонов- деятельность подземных вод- неразумная хозяйственная деятельность человека - вырубка лесов, избыточная пригрузка верхних частей и подрезка нижних частей склонов слишком крутые откосы насыпей, отвалов и выемок, сброс сточных вод на поверхность земли или в неглубокие подземные горизонты и т. п- ударные, динамические и вибрационные нагрузки природного и техногенного происхождения - землетрясения, цунами, удары штормовых волн, буровзрывные работы, движение автотранспорта по неровным дорогам, работа горных и строительных машин, забивка свай и т. п. Обвалы характеризуются катастрофическим обрушением крупных масс скальной породы или отдельных её блоков, оторвавшихся от уступов и бортов карьеров, откосов дорожных выемок или природных обрывов. Обрушения происходят по трещинам или по ослабленным зонам, падающим (наклонённым) в сторону карьера. При геологическом изучении обвальных участков необходимо- выяснить их пространственную локализацию- выполнить массовые измерения элементов залегания трещин с построением роз или роз-диаграмм трещиноватости (см. п. 1.7); - определить коэффициент трения заполнителя трещин при максимальной его влажности- выбрать оптимальное направление разработки карьера, рассчитать безопасную крутизну откосов и максимальную высоту уступов- наметить необходимые мероприятия по защите искусственных об нажений. Основные методы борьбы с обвалами- правильный выбор направления разработки- уменьшение крутизны откосов и высоты уступов- на нерабочих откосах - устройство берм и/или нагнетание цементного молочка в трещины массива, укрепление откосов заанкеренными металлическими сетками, периодическое сбрасывание нависающих глыб Осыпи происходят в виде медленного смещения слоя дресвяно щебенистого, реже гравийно-галечникового и песчаного материала, отделившегося от основного, чаще всего скального, массива в результате выветривания или растрескивания пород. Осыпи происходят как на природных склонах крутизной более 25°, таки в особенности, на откосах карьеров и выемок. Мощность (толщина) осыпей редко превышает 0,5-2,5 м, скорость движения, как правило, до 1 м/год. При геологическом изучении процессов выветривания необходимо- выявить пространственную локализацию природных осыпей (как активных, таки стабильных) и определить критические уклоны, при которых происходит движение осыпей в зависимости от экспозиции склонов, наименования и элементов залегания пород- установить площади распространения, мощность и скорость движения осыпей- назначить мероприятия, необходимые для защиты природных склонов и откосов от образования и движения осыпей. Основные методы борьбы с осыпями- на рабочих откосах - уменьшение их крутизны (см. п. 2.4); - на нерабочих откосах и дорожных выемках - периодическое удаление осыпавшегося материала закрепление осыпи набрызг-бетоном, полимерными компаундами или металлическими сетками пригрузка нижней части осыпи крупноглыбовой наброской; устройство берм, контрфорсов, улавливающих, отклоняющих и подпорных стенок. Оползни происходят на сложенных глинистыми грунтами склонах или откосах крутизной более 15°. Сползание происходит чаще всего по круг лоцилиндрической поверхности скольжения, формирующейся внутри грунтового массива при нарушении его равновесия, либо по ослабленной поверхности, существовавшей до возникновения оползня. При разработке карьеров оползни могут возникать- на природных склонах- на бортах и откосах выработок или земляных сооружений, в т. ч. на внешних и внутренних отвалах. Особое место занимают оползни, в которых поверхность скольжения существует независимо от оползневого процесса. Такие оползни в горном деле называются оскользнями, а в строительстве - оползнями по фиксированной поверхности скольжения. Осколъзни могут возникать- на бортах и откосах выработок по ослабленным зонам или слоям, наклонённым в сторону выработки- на отвалах ив дорожных насыпях - по поверхности природного ре льефа. При геологическом изучении оползней необходимо- выявить пространственную локализацию природных оползней (активных и стабилизированных, их площадные размеры и глубину- установить причины возникновения или инициации оползневого процесса- определить физические и прочностные свойства грунтов, слагающих и подстилающих оползневые тела- выполнить прогноз изменения и развития оползневых процессов при горном и строительном освоении территории- наметить и обосновать инженерные мероприятия по противодействию и профилактике оползневых явлений. В целях профилактики оползней запрещается- подрезка (устройство котлованов и выемок) в нижней части склонов - разработка забоев, начиная с низовой части уступа- пригрузка верхней части склонов (возведение строительных объектов и земляных сооружений, складирование техники и материалов и т. и- вырубка леса и кустарника- сброс воды на склон- выполнение работ, создающих динамические нагрузки на грунт. Активные, пассивные и профилактические противооползневые мероприятия- одерновка, озеленение и залесение склонов- перехват поверхностных вод нагорными канавами или оградительными валами и дамбами- дренаж или перехвати отвод подземных вод- уполаживание склонов и откосов, при необходимости - с устройством берм; - ограничение высоты уступов- пригрузка нижней части склона - устройство контрбанкетов, насыпей или площадных подсыпок; - укрепление склона с помощью деревянных, бетонных или металлических свай, шпилек или шпонок, пронизывающих оползневое тело на всю его мощность и заглублённых в подстилающие породы- полное или частичное удаление оползневых масс со склона- устройство подпорных стенок. Дополнительные противооползневые мероприятия при формировании отвалов- нарезка штрабов (ступеней) на площадке будущих отвалов- дренаж верховодки- послойное уплотнение отсыпаемого материала- ограничение высоты и крутизны откосов отвала, устройство берм. 72 |