книги из ГПНТБ / Опыт оценки устойчивости склонов сложного геологического строения методом конечных элементов и экспериментами на моделях

П Р Е Д И С Л О В И Е

Инженерно - геологическое

обоснование

выбора

м е с ­

торасположения

ответственных

сооружений

(плотины,

горно - добывающие предприятия, порталы тоннелей,

мосты,

крупные

г о р о д с к ие

з д а н и я и т . п . )

в

пределах

высоких оползневых и обвальных склонов с л о ж н о г о

г е о ­

логического

строения, а т а к ж е

разработка

проектов

и

осуществление

укрепительных

мероприятий

требуют

при ­

ближенно количественной оценки степени как

о б ш е й

у с ­

тойчивости

склонов,

та к

и

отдельных ч а с т е й .

Н а и б о л е е

успешное

решение

поставленной

з а д а ч и ,

как эт о

н е о д ­

нократно

отмечалось нами

ранее,

в о з м о ж н о

путем

о р г а ­

нического сочетания 3 - х

групп м е т о д о в :

сравнительно

геологического

(аналогий),

аналитических

и м о д е л и р о ­

вания.

Применение

указанных

м е т о д о в д л я

оценки

у с ­

тойчивости

конкретного оползневого склона

требует

о б ­

ширных

исходных материалов,

т щ а т е л ь н о г о

изучения

геологического

строения склона ( д е т а л ь н о й

съемкой,

скважинами, ш т о л ь н я м и ) ,

механических свойств

пород,

ских условий

и т . п . ,

что целесообразно и в о з м о ж н о

о с у ­

щ е с т в и т ь

на

стадии

технических проектов

основных

объектов,

укрепительных

и защитных

мероприятий.

М е т о д а м сравнительно

геологическим

и

аналогий

посвящено

много публикаций

( Е . П . Е м е л ь я н о в а ,

1951,

1958, 1971;

И . С . Р а г о з и н ,

1955; Г . С . Золотарев,

1961;

Л . Б . Розовский, 1889

и д р . ) . В з а д а ч у

н а с т о я щ е й

работы

входит,

используя д о с т и ж е н и я инженерной

геологии,

геомеханики,

математики

и вычислительной

техники,

по ­

к а з а т ь

пути

и возможности

аналитических и эксперимен —

тальных

м е т о д о в оценки

устойчивости

склонов

сложного

геологического строения. Авторы отдают

отчет

о

д о ­

стоинствах

и слабых

сторонах расчетных м е т о д о в

и

гих материалов,

вполне согласные с мнениями Г . СЗо —

лотарева (1948),

Н . Н . М а с л о в а (18551), И . В . П о ^

3

ного

объекта

-

оползневых

берегов

р . Д н е с т р . В

первом

р а з д е л е

рассмотрены основы

м е т о д а

конечных

э л е м е н ­

тов в приложении к оценке устойчивости высоких

с к л о ­

нов

неоднородного

строения,

впервые

публккуемые.

Б е з

знания

основ м е т о д а

вряд ли

возможно

при

поле ­

вых

и лабораторных

исследованиях

получение

д о с т о в е р ­

ных

исходных

данных

д л я р а с ч е т а

и

с о с т а в л е н и я

и н ­

женерно - геологических

с х е м . Второй р а з д е л

содержит

краткую

инженерно-геологическую

характеристику

объекта

исследований,

а в

т р е т ь е м

и з л а г а ю т с я

р е з у л ь ­

т а т ы р а с ч е т о в

и модельных

испытаний по

определению

напряженного

состояния

и

устойчивости

склона.

Д л я

более широкого

использования

м е т о д а

конечных

э л е ­

ментов на других объектах в сборник

включены

прило­

жения: элементы метричной

алгебры

и

программа р а с ­

ч е т а

на

я з ы к е

Алгол-ÖO.

Авторы

отдельных

р а з д е л о в

исследований

и

г л а в указаны

в

оглавлении.

Авторы

и

научный

р е д а к т о р

сборника

приносят

большую

благодарность

з а в е д у ю щ е м у

к а ф е д р о й

г р у н ­

товедения

и

инженерной геологии М Г У

член - корреспон ­

д е н т у АН

СССР проф.

Е . М . С е р г е е в у

з а

постоянное

содействие

и

п о д д е р ж к у

при

разработке

проблемы.

Считаем

необходимым отметить

в е с ь м а

любезное

о т н о ­

шение и внимание со стороны

р у к о в о д с т в а

вычисли ­

тельного

центра М Г У

(проф . В . В . Воеводина

и

проф,

В . И . Д м и т р и е в а ) .

В подготовке сборника к печати, кроме

авторов,

принимали

участие

картограф

А. Ф . Бернгоф,

техник

О. К . Авдошкин а .

И м е я

в

виду

сложность

и

новизну

аналитических

и экспериментальных исследований

по

определению н а ­

пряжений

и

устойчивости

склонов сложного

строения

в работе

неизбежны известные н е д о ч е т ы .

Авторы

и

р е д а к т о р

б у д у т

в е с ь м а

признательны

з а

все

з а м е ч а ­

ния и пожелания , которые

с л е д у е т

направлять

по

а д ­

ресу: М о с к в а

1 1 7 2 3 4 , М Г У ,

Геологический

ф а к у л ь т е т ,

Г . С . Золотареву .

1Х ~1655

5

химических (Золотарев

Г . С . , М а к с и м о в

С . Н . и д р . ,

1968). Н а распределение

напряжений

существенное

влияние

оказывают:

крутизна,

форма

и

высота

склона;

х а р а к т е р строения

м а с с и в а

пород, их

с о с т а в ,

з а л е г а ­

ние,

т р е ш и н о в а т о с т ь ,

тектонические

разрывы,

р а с п р е ­

д е л е н и е и напоры

подземных

в о д , мощность

и о с о б е н ­

ности зон экзогенного разрушения пород

( в ы в е т р и в а ­

ния,

выщелачивания,

разуплотнения

и т . п . ) , о п р е д е л я ю ­

щ и е

неоднородность

и анизотропию,

сейсмичность и

д р у г и е факторы .

Наиболее т р у д н о й

з а д а ч е й

является

определение

непрерывно - развивающихся

тектонических

напряжений

в Земной коре и их влияния на напряженное

состояние

пород

вблизи

поверхности земли

Остаточные

т е к т о н и ­

ческие

напряжения

вряд

ли

имеют с у щ е с т в е н н о е

з н а ­

чение. Д л я молодых

г о р н о - с к л а д ч а т ы х областей, о т ­

д е л ь н ы х структур платформ,

щ и т о в (например,

Б а л ­

тийского) и т . п . характерны

энергичные

новейшие и

современные тектонические

д в и ж е н и я

и н е р е д к о

в ы с о ­

кая

сейсмичность .

М . В . Г з о в с к и м

(1971)

впервые б ы ­

ла с д е л а н а попытка оценить

р а с ч е т о м максимальные

величины касательных напряжений в Земной коре на

глубинах 10 - 20 км

по д а н н ы м

тектонических

д в и ж е ­

ний

з а

ЗО лет

и

сейсмичности

з а

50

лет . Д л я

разных

районов СССР

получены

величины от

100

д о

1 0 0 0

к Г / с м

и вероятной точностью

- 50% . Натурные

и з м е ­

рения

естественных

напряжений, образованных

сила ­

ми гравитационными, тектоническими и отчасти

объемно-

температурными,

на значительно

меньших

глубинах п о ­

казали

примерно

аналогичные

величины*

Реальные

распределения

и

величины

напряжений

в породах высоких склонов резко отличаются

от

т е х

схем,

которые д а ю т с я д л я

однородной с р е д ы

и

о т к о ­

сов условной формы и приведены, в частности, Е . П .

Емельяновой (1972,

гл,

I I ) , Эти

с у щ е с т в е н н ы е

р а з л и ­

чия

д о к а з а н ы

многочисленными

экспериментами

а а

м о д е л я х и натурными

измерениями

напряжений,

выпол -

ненными в

М Г У , В Н И М И ,

Кольским

филиалом

АН

СССР и другими организациями в СССР

и з а

р у б е ж о м .

Естественные

напряжения

в

неоднородных

по

с т р о е ­

нию массивах трещиноватых пород высоких

склонов

д о ­

лин рек равнинно-платформенных и

т е м

более

г о р н о -

складчатых

областей

имеют

сложный

характер

р а с ­

пределения t

и

величины

вертикальных напряжений

н е ­

р е д к о превышают

д а в л е н и я

от

веса

вы ш е л еж ащи х

т о л щ ,

а горизонтальные

значительно

превышают

в е р ­

тикальные . Так, например, в магматических

породах

Балтийского

щ и т а горизонтальные

напряжения

д о с т и ­

гают

значений

300 - 68 0

к Г / с м

на

глубинах

Ю О ~ 1 5 0 м

( Н . Х а с т ,

1964;

И.А.Турчанинов

и

др . ,1967,1969

и

д р . ) .

Натурные о п р е д е л е н и я напряжений

о с у щ е с т в л я ­

ются

различными м е т о д а м и :

р

а з

г

р

у

з

к

и

и

б о л е е

совершенным

к

о

м

п

е

н с

а

ц

и

и

в

разных модификациях и с различной измерительной

аппаратурой,

а т а к ж е

с е й с м

о а к у с т и ч е -

с

к

и

м

( В . Н . Н и к и т и н ,

1968;

И . А. Турчанинов,

1970;

А . И . Савич и

д р . ,

1972),

имеющим

р я д

преимуществ,

н е с м о т р я

на

некоторые

условности

и,

пока,

ограничен­

ное

применение,

Все

полевые

м е т о д ы

определения

е с ­

тественных напряжений

в е с ь м а т р у д о е м к и ,

требуют

специальных

подземных

выработок,

сложной

а п п а р а т у ­

ры и отработанной технологии. Постановка

их

о п р а в д а ­

на

в ограниченном

количестве

на выбранных

участках

р а с п о л о ж е н и я ответственных сооружений на стадии,

технического

проекта.

Поэтому,

особый

интерес

приобретают

м е т о д ы

аналитические и моделирования, позволяющие: а)

в ы я ­

вить

о б щ у ю

картину

р а с п р е д е л е н и я

напряжений;

б)

контролировать

и

обосновывать экстраполяцию

н а т у р ­

н ы х

измерений; в)

в

первом

приближении

устанавли ­

вать зоны и контакты концентрации

н а п р я ж е н и й

и

их

величины,

которые

могут

быть очагами

ослабления

и

' д е ф и ц и т а прочности'

в

массиве

пород,

г)

з н а ч и т е л ь ­

но

более

целеустремленно

проводить р а з в е д о ч н ы е и