Тема. Инженерно-геологические процессы

разуплотнение пород в дне и откосах выемок и котлованов;
2. активизация

процессов выветривания;
3. развитие суффозионных явлений;
4. нарушение устойчивости естественных и искусственных откосов.
5. развитие геокриологических процессов в районах распространения ММП при промерзании и оттаивании пород.

выемок способствует их раз-уплотнению. Одновременно возникают благоприят-ные условия для активизации

процессов выветри-вания.
Активизации процессов выветривания способст-вуют также некоторые взрывные работы. Они вы-зывают растрескивание пород на некоторую глубину. Это приводит к образованию техногенных кор выветривания различной мощности и строения.
Степень развития кор выветривания зависит от длительности существования сооружений, климати-ческих условий, рельефа местности и других факто-ров.

и климатических условий. Скорость выветривания изменяется * от 0,35 м/год

(верхнепермские аргиллиты на участке Боткинской ГЭС) до 1,5 м/год (юрские слабые алевролиты на участке Иркутской ГЭС на р. Ангаре).
При небольшом сроке службы строительных котлова-нов и выемок гидроузла (три-четыре года), коры вывет-ривания значительной мощности могут образоваться толь-ко на очень слабых полускальных породах: аргиллитах, слабосцементированных песчаниках и алевролитах с глинистым или растворимым цементом.
В пределах откосов и выемок, рассчитанных на дли-тельный срок службы выветривание может затронуть и более прочные скальные породы.
* По данным наблюдений [Молоков, Калмыкова, Разумов, 1971].

вод в обоих бортах водохранилища и насыщение водой части зоны

аэрации
Периодические колебания уровня воды в водохра-нилище при его заполнении и сработках приводят к многократной смене водонасыщения пород их осу-шением, уплотняющих напряжений – взвешиваю-щими.
В результате активизируются процессы разуплот-нения и выветривания, снижается прочность по-род и происходит формирование зоне оползневых и обвальных явлений различного масштаба.

водохрани-лища за счет передачи давления от веса воды на его

скальное основание. Этот прогиб часто распространяется и на участок расположения основных сооружений.
В сейсмически активных районах заполне-ние водохранилища нередко сопровождается возникновением «наведенных» землетрясе-ний.

позднее - давления воды со стороны заполняемого водохранилища в массиве

возникают значительные по величине сжимающие, тангенциальные и растяги-вающие напряжения.
Сжимающие напряжения приводят к осадке естест-венного основания и выстроенных на нем сооружений.
Растягивающие - могут повлечь за собой образова-ние трещин и нарушить целостность не только есте-ственного основания, но и заложенных в него противо-фильтрационных сооружений.
Тангенциальные - вызвать сдвиг плотины по кон-такту бетон-скала или имеющимся в основании плоти-ны разрывам сплошности.

развиваются в основании плотин при заполнении водохранилищ.
Главную опасность для

устойчивости сооружений представляет сдвиг по ослабленным поверхностям.
Такими ослабленными поверхностями являются зоны сопряжения плотины с естественным основани-ем (контакт бетон-скала) и субгоризонтальные трещи-нам, рассекающие естественное основание.
В действующих нормативных документах рекомен-дуется проводить расчет устойчивости бетонных плотин на скальных основаниях по схеме плоского сдвига.

контакту бетон-скала.
Оценивается также возможность сдвига плотины по горизонтальным или

слабонаклонным трещи-нам, вскрытым в основании сооружении.
Конструктивно плотина всегда врезана на ту или иную глубину в скальные породы.
При расчете на сдвиг учитываются:
- вес сооружения;
- взвешивающее воздействие гидростатического давления;
- гидродинамическое давление;
- сейсмические инерционные силы, действующие в наиболее опасном направлении.

детальных инженерно-геологических исследований.
В широких долинах с горизонтальным или слабонаклон-ным положением

пластов - это контакты между пластами или трещины напластования. Они определяются достаточно надежно.
Сложнее их выявить в ущельях при сложной складчатой или разрывной тектонике. Поверхность смещения обычно принимается многогранной. Она включает контакт сооруже-ние-основание и ряд разломов, трещин, ослабленных поверх-ностей, ориентированных вдоль долины и падающих в сто-рону реки.

сочетаниям таких поверхностей. Это позволяет оценить устойчивость плотины для всех

выявленных случаев и уста-новить наиболее опасный.
Например, при расчете основания Токтогульской ГЭС оценивались 11 потенциально опасных комбинаций повер-хностей. Значения коэффициента устойчивости изменялось от 1,09 до 1,20.
При ИГ исследованиях сложно выявить все крупные тре-щины. В основании сооружения они выявляются в основном по данными бурения.
Поэтому никогда нет полной уверенности в том, что выбранная комбинация поверхностей смещения является наиболее неблагоприятной

качестве расчетных значений показате-лей прочности используются данные лабораторных исследований обработанные

с использованием метода доверительных пределов с высокий доверительной вероятностью.
Часто выбор расчетных значений характеристик прочности осуществляется с учетом опыта строите-льства бетонных плотин в сходных ИГУ.
Для оценки прочности контакта бетон-скала в современной практике применяются крупномасштаб-ные полевые опыты - сдвиги штампов, прибетониро-ванных к подстилающей скале.
Штамповые испытания дополняются сдвигом целиков по некоторому числу типичных трещин.

затрат времени, число их обычно сравнительно небольшое.
Камеры для испытаний

размещаются с таким расчетом, чтобы были охарактеризованы различные разности пород (при неоднородном основании), участки сохранной породы, зоны тектонических нарушений разного типа и пр.
Все опытные работы сопровождаются
детальным описанием пород;
определением количественных характеристик трешиноватости (модуль трещиноватости, коэффициент трещинной пустотности)
определением простейших показателей ФМС пород (плотность грунта, временное сопротивление сжатию);
- сейсмоакустическими исследованиями.
Результаты испытаний обрабатываются статистическими методами .

как в вертикальном (осадка), так и в горизонтальном направлениях.
Наибольшее

практическое значение имеет осадка, включающая две составляющие:
а) условно-мгновенную упругую деформацию монолитной скальной породы
б) развивающуюся по времени деформацию, связанную с ползучестью монолитной породы, обжатием слабых прослоев и закрытием трещин.

операции:

а) схематизацию скального основания с выделе-нием структурных элементов, характеризующихся

однородностью по деформационным характерис-тикам;
б) установление для каждого выделенного эле-мента надежных расчетных значений деформа-ционных характеристик;
в) расчет величины конечных осадок.

зани-мает донную часть долины и располагается ниже уровня грунтовых вод,

где применение горных работ практически невозможно.
Для изучения особенностей строения массива используются в основном геофизические методы и буровые работы. Однако они не дают достаточно надежной информации о многих важных характерис-тиках естественного основания (длине и степени раскрытости трещин, составе и свойствах заполни-теля и др.).

на штампы выполняют в камерах, пройденных из разведочных штолен или

шахт на значительно более высо-ких отметках, чем расположено естественное основание, что снижает надежность экстраполяции.
Возможности применения этого метода ограничены нали-чием, числом и положением шахт и штолен, вскрывающих сохранную часть массива.
Полевые испытания сложны и требуют больших затрат времени. Обычно выполняются в сравнительно небольшом числе (20- 40 испытаний). При значительной неоднороднос-ти оснований не всегда можно обеспечить получение доста-точно надежной статистической обработки.

испытания в скважинах малого или большого диаметра.
Эти опыты проще,

дешевле и требуют меньших за-трат времени. Дают менее надежные результаты при использовании скважин малого диаметра.
Расчет оснований по деформациям выполняется с использованием нормативного значения модуля общей деформации.
Статистическая обработка опытных данных сво-дится к вычислению средних значений этого показа-теля (иногда по нижнему одностороннему довери-тельному пределу при а = 0,95).

продольных и поперечных волн и строить регрессионные зависимости Е0 =

f (VpVs). Если проверка покажет высо-кую тесноту связи (коэффициент корреляции не ниже 0,8), эту зависимость можно исполь-зовать для определения нормативных значе-ний Е0 по средним значениям скоростей упругих волн.

зависит от:
- механических свойств скальных пород;
- структурных особенностей

скального массива;
наличия в основании зон тектонических нарушений, круп-ных трещин, плотности мелкой трещиноватости, степени раскрытости трещин;
прочности скальных выступов;
состава и механических свойств заполнителя и пр.
Общая величина осадки скальных оснований даже под высокими гравитационными плотинами редко превышает 10-15 см.

не представляет опасности для сооружения. Поэтому повышенная деформируемость основания не

может явиться противопоказанием для строительства гравитаци-онной или контрфорсной плотины.
Исследованиями установлено, что относительно низкие значения модуля деформации основания приводят к более благоприятному распределению напряжений в теле плотины и в основании.
Это вызывает также уменьшение величины глав-ных растягивающих напряжений у напорной грани плотины с переходом их в сжимающие. [«Ме­тодические....» 1978].

низкомодульных основаниях
Гравитационная плотину Раппбоде высотой 105 м. Среднее значение

модуля общей деформации основания - 800 МПа.
Контрфорсная плотина Байна Башта (Югославия) высотой 90 м, с модулем деформации основания 300 МПа и др.
Осадка основания плотин сопровождается закрытием тре-щин, обжатием содержащегося в них заполнителя и резким уменьшением водопроницаемости пород, по некоторым данным в 100 и даже 1000 раз.
В связи с неравномерным распределением напряжений в основании плотины уменьшение водопроницаемости особенно велико у низовой грани. Это может иметь неблагоприятные последствия для устойчивости сооружения [«Методические рекомендации...», 1978].

основания или влиянием нагрузки от заполняемого водохранилища.
В период строительства

плотины Братской ГЭС, возведенной на весьма прочных и слабосжимаемых диабазах, наблюдались весьма незначительные деформации основания. Однако, при заполнении водохранилища они значительно возросли.
Выявилась прямая зависимость между величи-ной осадок и отметкой уровня воды в водохра-нилище.

72 мм. В сторону левого примыкания осадка уменьшалась до 45

мм, в сторону правого - до 52 мм. Максимальная осадка наблюдалась у напорной грани плотины, минимальная - у низовой.
В направлении нижнего бьефа осадка быстро уменьшалась и составила в 350 м от плотины 9,5 мм, на расстоянии 2 км -2,3 мм. Прогиб основания привел к разуплотнению и увеличению водопро-ницаемости верхней части толщи диабазов, особенно у напорной грани плотины.
Осмотр стенок скважин показал, что в контактной зоне плоти-на-основание образовались трещины, распространяющиеся и на прилегающие части скалы и тела плотины.
Разуплотнение было подтверждено результатами ультразвуко-вых исследований. Разуплотнение диабазов практически не повли-яло на общую водопроницаемость основания плотины в связи с несквозным характером образовавшихся трещин. Под некоторыми секциями плотины отмечен рост противодавления, что потребо-вало дополнительной цементации основания.

и тангенциаль-ных напряжений.
Они объединяют различные по природе физи-ческие процессы.

Наиболее существенными из них являются закрытие субвертикальных тре-щин и смещения по субгоризонтальным.
И в том, и в другом случаях наблюдается раз-рушение скальных уступов на поверхности трещин, растягивающиееся на длительный пе-риод времени (псевдоползучесть).

10 МПа). передается на береговые упоры. Из-за наличия крупных трещин,

мелкой трещиноватостью или дру-гих поверхностей ослабления, создается опасность сдвига пло-тины с частью береговых упоров в сторону нижнего бьефа.
 Их Устойчивость арочных плотин оценивается путем расчета на сдвиг блоков пород, слагающих береговые примыкания, по некоторой системе неблагоприятно ориентированных поверх-ностей (в том числе мелких трещин, разделенных «мостиками» монолитной породы).
При проектировании арочных плотин требуется:
тщательный и полный анализ трещинной тектоники;.
оценка сил воздействия фильтрационного потока в условиях неоднородности и анизотропии скального массива по водопроницаемости
учет влияния дренажных и противофильтрационных устройств и обжимающего воздействия дополнительных напряжений.
Сохраняет значение задача установления надежных значений tgφ и с.