ДЕТАЛИЗАЦИЯ ОСОБЕННОСТЕЙ ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКОГО СТРОЕНИЯ НА УЧАСТКЕ УСКОРЕННЫХ ОСЕДАНИЙ

  • В.В. НИКИФОРОВ Горный институт УрО РАН

Аннотация

На территории одного из соляных рудников ВКМКС в 2014 г произошел провал грунта. В районе провала выполнен комплекс разнообразных исследований. По резуль- татам геофизических наблюдений в пределах исследуемой территории выделены ряд участков с аномальным строением верхней части разреза [4]. Для заверки и уточнения, пробурены скважины с отбором проб на физико-механические исследования. Во время бурения проведены геофизические исследования скважин и опытно-фильтрационные работы в скважинах. На рисунке 1 представлена схема, на которой можно видеть провал грунта и по- ложение исследуемых скважин. Рис. 1 Схема расположения скважин Всего на исследование поступило 188 образцов грунта, для которых определялись физические свойства, 112 проб обломочного грунта, определены влажность и грануло- метрический состав и 66 проб скального грунта, для которых определены влажность, плотность и сопротивление одноосному сжатию в воздушно-сухом и водонасыщенном состоянии. Скважина 1 пробурена в юго-восточной части исследуемой площади до глубины 100,2 м. Пробы в основном представлены дресвой и щебнем известняка и мергеля, на глубине 52,7 м дресва и щебень аргиллита и алевролита. Скальный грунт встречается относительно редко, имеет мощности слоев до 1 м. В целом можно заключить, что вскрытые скважиной породы подверглись весьма значительному техногенному воздей- ствию, что подтверждается сравнительно небольшими суммарными мощностями скального грунта и наличием глинистого заполнителя в обломочных грунтах. Скважина 2 пробурена до глубины 98,3 м в северной части исследуемой площа- ди и расположена между скважинами 3 и 4 в непосредственной близости к провалу. Разрез скважины представлен в основном обломочным материалом- щебнем и дресвой известняков и мергелей. Обломочный грунт переслаивается скальными и полускаль- ными известняками и мергелями небольшой мощности (2-3 м) Встречены две пачки скального малопрочного и пониженной прочности известняка и мергеля на глубине 52,8-62,0 м. В целом можно заключить, что породы, вскрытые скважиной 2, а, как и по- роды скважины 1, подверглись весьма значительному техногенному воздействию, что 206 ----------------------- Page 207----------------------- подтверждается сравнительно небольшими суммарными мощностями скального грун- та, прочность и плотность которого с глубиной уменьшается и наличием глинистого заполнителя в обломочных грунтах. Скважина 3 находится на северо-востоке площади, пробурена до глубины 135,8 м. Разрез скважины представлен глинистым грунтом с небольшими прослоями песка мелкого и средней крупности до глубины 19,3 м, далее наблюдается разрез, представ- ленный обломочным материалом, чередующийся со скальными слоями известняков. На глубинах с 19,3 в до 135.8 м четко выделяются 4 пачки известняков. Предварительный анализ разреза этой скважины позволяет сделать заключение о наиболее благоприятной ситуации по сравнению со скважинами 1 и 2. Это обусловлено сравнительно большой долей в разрезе скального грунта, который характеризуется более высокими значения- ми сопротивления одноосному сжатию. Скважина 4 расположена на северо-западе площади и пробурена до глубины 121 м. Исследование проб скважины 11, а позволяет охарактеризовать разрез с глубины 15,3 м до 121,0 м как чередование скальных и обломочных грунтов. Глинистые грунты в разрезе практически отсутствуют за исключением глубины 35,4 -37,3 м, где пробы представлены туго и мягкопластичными суглинками и глинами. Скальные грунты представлены известняками м мергелями. Происходит снижении прочности скального грунта с глубиной. Однако частое переслаивание скального грунта с обломочным по всему разрезу в значительно большей степени характеризует прочностные свойства массива в целом, чем прочность отдельных слоев. По степени ослабленности терриген- но-карбонатной толщи разрез этой скважины может быть отнесен к средним показате- лям между скважинами 2 и 3. Методика экспертной оценки подработанной территории, более подробно рас- смотрена в работах [1,2,3]. На рис.2 представлено распределение мощности обломочного грунта по скважи- нам. Как уже отмечалось выше, обломочный грунт, представленный дресвяными и ще- бенистыми разностями, имеет весьма значительные мощности во всех скважинах. По сути общая мощность крупнообломочного грунта в каждой скважине составляет около половины глубины скважины. Рис. 2. Распределение мощностей обломочного грунта по скважинам, м Верхняя часть разреза, представленная глинистыми, иногда песчанистыми разно- стями, изменяется в пределах 14-31м. Как было отмечено ранее физические свойства этой толщи определены не во всех скважинах. Определены мощности скальных грунтов, в которых наблюдается частое пере- слаивание с обломочным грунтом. На рис. 3 представлено распределение мощностей скального грунта по скважинам. 207 ----------------------- Page 208----------------------- Мощность скального грунта по абсолютной величине не позволяет сравнивать скважины разной глубины. Поэтому введен параметр относительной мощности - вы- раженное в процентах отношение суммы мощностей скального грунта к общей глубине скважины. Глубина скважины 3 - 135,8 м. Мощность скальной толщи в разрезе 62,4м, соот- ветствует 45,9% от общей глубины скважины. Мощность скального грунта является самой высокой из четырех исследованных скважин. Наиболее близкие значения 36,9 м соответствуют скважине 4. Естественно ожидать, что массив грунта, вскрытый этими скважинами, более устойчив к возможным деформациям, чем в скважинах 2 и 1, где скальный грунт составляет 22,0 и 11,2% соответственно. Поскольку прочность толщи во многом определяется сопротивлением одноосно- му сжатию в водонасыщенном состоянии, то по результатам лабораторных испытаний были определены его средневзвешенные значения , где Rci - сопротивление одноосному сжатию каждого образца скального грунта мощ- ности h i. Rc mt является более объективным показателем, чем отдельно взятые характе- ристики прочности. Средневзвешенное значение предела прочности Rc(mt) в водонасыщенном со- стоянии составляет 6,64 мПа в скважине 3- является наивысшим показателем. Наибо- лее близкие значения Rc(mt) отмечаются в скважине 4 - 6,42мПа. Мощность нескаль- ного грунта в толще скального составляет в скважине 3 - 34% что, по нашему мнению, ставят разрез этой скважины в ряд наиболее прочных, не измененных подработкой. Рис. 3. Мощности скального грунта: песчаника, известняка, алевролита, м На рисунке 4 приведены изолинии этого параметра, анализ которых позволяет за- ключить, что наиболее проблемным для верхней части разреза является участок скв.1, а в северо-западном направлении в сторону скв.2 - выделяется ослабленная зону в створе этих скважин. В скв. 5 предел прочности определен в сухом состоянии, для всех ос- тальных в водонасыщенном. Нельзя сопоставлять эти параметры, но был интерес полу- чить результат для методики. Поскольку состояние терригенно-карбонатной толщи определяется как качествен- ными параметрами (литологическими особенностями разреза), так и количественными, к которым можно отнести мощности отдельных слоев и характеристику прочности скально- го грунта, введена балльная оценка этих параметров. При мощности скальной толщи 90- 100% - 10 баллов, далее уменьшение мощности на 10% соответствует уменьшение на 1балл. Значению Rc mt - 10 мПа, - 10 баллов, поэтому интервалу 6-7 мПа соответствует 7 баллов, далее уменьшению на 1 МПа соответствует уменьшение на 1 балл. 208 ----------------------- Page 209----------------------- Рис. 4. Rc(mt), предел прочности средневзвешенного значения в водонасыщенном состоянии, мПа Наиболее ослабленные участки характеризуются значениями от-3 до 3 баллов. Как и следовало ожидать из ранее проведенного анализа наиболее устойчивыми явля- ются участки скважин 3 и 5, а наиболее проблемными - участки скважин 1 и 2. Рис. 5. Экспертная оценка в баллах На рисунке 5 приведены изолинии количественной экспертной оценки по четы- рем исследованным скважинам. Выделена зона в створе скважин 1 и 2, проходящая че- рез провал с юго-востока на северо-запад. Следует отметить, что зона на юго-западе территории практически не исследована и положение проведенных изолиний в даль- нейшем может быть скорректировано. Полученные результаты позволяют предположить, преобладающее юго-восточное, се- веро-западное направления техногенных деформационных процессов в верхней части разреза.

Литература

  1. Березнев В.А. Инженерно-геологические критерии выявления потенциально опасных участков подработанной территории / Березнев В.А., Никифоров В.В. // Проблемы и опыт инженерной защиты урбанизированных территорий и сохранения наследия в условиях геоэкологического риска: материалы Междунар. науч.-практ. конф. - Киев, 2013. - С. 205-216.
  2. Никифоров В.В. Инженерно-геологические исследования негативных последствий техногенных процессов // Горн. информ.-аналит. бюл. - 2013. - № 4. - С. 390-396.
  3. Никифоров В.В. Уточнение пространственных закономерностей распределения физико-механических свойств в центральной части г. Березники // Стратегия и процессы освоения георесурсов: сб. науч. тр. Вып. 14 / ГИ УрО РАН. - Пермь, 2016. - С. 212-215.
  4. Санфиров И.А. Рудничные задачи сейсморазведки МОГТ / ГИ УрО РАН; [отв. ред. В.М. Новоселицкий]. - Екатеринбург, 1996. - 168 с.
Опубликован
2018-10-01
Выпуск
Раздел
Статьи