Способ определения времени начала активизации оползня

Способ определения времени начала активизации оползня

Реферат

Изобретение относится к способам прогноза опасных геологических процессов и может быть использовано для прогноза оползания грунтов и коренных пород на наклонных склонах во время землетрясений, в том числе до и после землетрясения. Природа этого сползания сейсмогенная, но может иметь и техногенную природу при наличии рядом с наклонными склонами вибрирующих техногенных объектов.

Известен «Способ определения момента наступления катастрофической фазы оползня откоса» [1], заключающийся в определении момента схода оползня по относительным вертикальным и горизонтальным смещениям верхней и нижней площади и откоса уступа, и сравнивают их с критическими значениями смещений.

Однако такой способ не позволяет заблаговременно прогнозировать момент схода оползня.

Известен также способ «Прогноза возникновения или активизации оползня» [2], заключающийся в определении прогнозной вероятности по определенным показателям-признакам. По сути, это вероятностное распознавание образов по эталонным объектам и все недостатки вероятного обучения-распознавания присущи этому способу.

Кроме того, данный способ [2] пригоден, в основном, для долгосрочных прогнозов и не может применяться сразу при выходе на новый оползень до тех пор, пока не будут изучены факторы, влияющие на процессы образования оползней в данном районе.

Задачей изобретения является повышение эффективности прогноза активизации оползней посредством регистрации акустической эмиссии оползня и его составных частей, в том числе основания, на собственных резонансных частотах для оперативного прогноза оползания и/или разрушения (разрывы и т.п.) тела оползня во время сейсмогенного и техногенного воздействия, в том числе до землетрясения - влияние предвестников.

Опыт изучения последствий сильных землетрясений (7-8 баллов) свидетельствует о возникновении сейсмогенных оползней благодаря снижению прочностных свойств грунтов за счет разрушения скелета пород, разжижения обводненных грунтов, разрушения зацепок между блоками пород при накоплении энергии упругой отдачи и др. По разжиженным грунтам может наблюдаться скольжение больших объемов пород, а при наличии горизонтальных сжимающих сил на поверхность выдавливается грязь и образуются грязевые «вулканы», как это, к примеру, было обнаружено авторами на акватории Финского залива в Капорской губе в районе действующих и строящихся стратегически важных и экологически опасных объектов.

Некоторые авторы, например A.M.Лехатинов (ВСЕГИНГЕО), указывают на активизацию оползней в курумах Байкальской рифтовой зоны под влиянием слабых сотрясений силой 3-4 балла.

Точно так же, как по разному реагируют на землетрясения здания и сооружения, не все оползни одинаково реагируют на сейсмические волны. К примеру, если сейсмическая волна приходит на тело оползня снизу от основания оползня, то тело оползня может не отреагировать на некоторые частоты сейсмических колебаний. Рассмотрим, как это может быть использовано для прогнозирования активизации оползней.

Авторами выполнены специальные исследования на оползневом полигоне Украинского Государственного Геологоразведочного института НАНУ в Крыму, которые раскрыли надежность предлагаемого способа прогнозирования активизации оползня и подтвердили возможность его промышленной реализации.

В предложенном способе время начала активизации определяется по моменту прихода на основание оползня аномальной сейсмической волны, несущей аномальную энергию на собственных частотах тела оползня и создающей в теле оползня резонансные эффекты.

Способ оценки собственных частот оползня сводится к определению собственных частот минимальной и максимальной мощностей тела оползня. Приближенная оценка может быть оценена по модели тонкого пласта. При минимальной мощности слоя 0,5-2 м и скорости упругих волн 1÷1,5 км/с она составляет 350-1000 Гц, а при мощности в 10-50 м - 15÷75 Гц. Поэтому для выполнения мониторинга требуется изучать акустическую эмиссию в интервале 1÷700 Гц, а для большей надежности - в интервале 0,1-1000 Гц.

Благодаря тому, что сейсмическая волна практически всегда приходит к телу оползня снизу, характеристики этой волны необходимо изучать на основании оползня, а собственные частоты тела оползня и/или его отдельных блоков необходимо изучать до прогноза или одновременно с последним, т.к., пока наступит первая активизация, можно будет уже оценить собственные частоты тела оползня. Для оперативного прогноза фон (для аномалий) и собственные частоты изучают в течение первого часа, при мониторинге - за сутки и более.

Таким образом, либо вначале изучаются собственные частоты тела оползня, а потом этот датчик устанавливается в основании оползня, либо двумя датчиками изучаются одновременно характеристики основания и тела оползня с переходом на прогноз. Далее процесс с одним датчиком, установленным на основании оползня, или с двумя, установленными на основании и в теле оползня, переходит в мониторинг.

В первой схеме решение об активизации принимается сразу же после прихода волны в частотном интервале резонансных частот тела оползня. Во второй - для большей надежности дополнительно можно отследить рост энергии в теле оползня за счет резонансных эффектов.

В связи с тем, что на повышение активности дополнительно влияют приливные силы, которые могут наложиться на влияние сейсмических волн, и эти силы имеют суточные периоды, то после окончания влияния резонансных волн на тело оползня необходимо выждать еще сутки, чтобы отменить предупреждение об активизации.

В качестве фона выбирают огибающую сигналов или среднее значение энергии сейсмических колебаний. Тогда за аномалию принимается то, что больше среднего (огибающая) + 3σ, где σ - среднее квадратическое отклонение от среднего (от огибающей) амплитуды или энергии. Энергия для прогноза отслеживается по спектрам S(f) в интервале собственных частот, где в качестве интервала собственных частот выбирается максимум спектра S(f₀), ограниченный нижней частотой f₁ и верхней f₂, которые соответствуют ½ максимума S(f₀), т.е. частотный интервал для вычисления энергии по спектру будет равным Δf=(f₂-f₁). При длительном мониторинге аномальные параметры уточняются, а при оперативном прогнозе могут быть даже использованы из опыта на соседнем оползне и/или в сходных условиях.

Источники информации

1. Заявка на изобретение РФ №2004138564, 2004 г.

2. Заявка на изобретение РФ №2007100174, 2007 г.

Способ определения времени начала активизации оползня, заключающийся в непрерывной регистрации акустической эмиссии в полосе частот от 0,1 до 1000 Гц двумя акустическими датчиками, отличающийся тем, что один акустический датчик устанавливается на основании оползня, а второй - на теле оползня, изучаются собственные частоты тела оползня или его отдельных блоков, на которых происходят резонансные колебания, регистрируют механические колебания основания оползня и при совпадении их частот с собственными частотами тела оползня определяют момент начала регистрации аномальных резонансных волн, амплитуда или энергия которых превышает среднее или огибающую шумов на величину ≥3σ, где σ - среднее квадратичное значение амплитуды шумов, а период активизации оползня определяют с момента появления аномальных резонансных волн с продолжением на одни сутки.