Способ определения зоны возможной просадки грунта

Способ определения зоны возможной просадки грунта

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

он767276

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТИЗЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (51)М, Кл.З (22) Заявлено 260778 (23) 2649311/29-33

Е 02 0 1/02 с присоединением заявки Н0 (23) Приоритет

1 осударственный комитет

СССР no делам изобретений и открытий

Опубликовано 300980. Бюллетень ¹ 36

Дата опубликования описания 300980 (53) УДК 624.131.

° 379(088.8) (72) Автор изобретения

Е. М. Тимофеев (7! ) Заявитель (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЗОНЫ ВОЗМОЖНОЙ

ПРОСАДКИ ГРУНТА

Изобретение относится к строительству и может быть использовано при инженерно- геологических исследованиях в карстовых районах с целью оценки устойчивости территорий для промышленного и гражданского строительства.

Известен способ исследования естественных и искусственных стационарных и нестационарных полей (влек- 1О тромагнитных, ядерных, полей упругих колебаний и т. п.). (1) . Возмущающий объект деформирует поле. Сравнение параметров нормального поля с деформированйым позволяет полу- 15 чить определенный объем информации об исследуемом объекте. Трещины различного происхождения и карстовые полости деформируют стационарные и нестационарные поля достаточно су- 20 щественно и между ними (т. е. между их размерами и положением в пространстве, с одной стороны; и деформациями поля с другой) существуют тесные корреляционные зависимости. 25

Недостатками этого способа являются низкая точность определения эоны предполагаемой просадки эакарстованной территории, трудоемкость и сложность осуществления способа. 30

Наиболее близким к изобретению техническим решением является способ определения зоны возможной просадки грунта, включающий бурение скважин, отбор и исследоэание проб грунта, определение глубины зоны возможной просадки грунта $2).

Укаэанный способ определения зоны возможной просадки грунта заключается в следующем. На выбранной для исследований площадке сначала бурят глубокие скважины, которыми вскрывают в растворимых породах зону активного развития карста, характеризующуюся проявлениями карота, опасными для устойчивости площадки (пещеры, пустоты, не заполненные минеральными образованиями). 3атем описывают трещиноватость растворимых пород, степень выветренности и разрушенности, параметры карстовых полостей и характер их заполнения, состав заполнителя, после чего вычисляют линейные коэффициенты эакарстованности пород и дают оценку степени развития карста по глубине и площади. При этом обязательным условием бурения скважин является необходимость вскрытия скважинами полости или зоны активного развития

767276 карста независимо от глубины их залегания. Поэтому для выявления этих зон.требуется бурение скважин глубиной 100 - 200 м. Имея результаты замеров параметров полостей (например, высоты), встреченных буровыми сква- 5 жинами, можно, используя теорию горного давления, рассчитать возможные размеры провала.

Однако из-за необходимости бурения глубоких скважин осуществление данного способа очень трудоемко и длительно по времени. Трудоемкость осуществления способа обусловлена также тем, что необходимо бурить сква;жины достаточно большого диаметра для получения характеристик состояния закарстованности пород и т. п., что также увеличивает стоимость проходки скважин на 30-50% (в зависимости от диаметра бурения). Кроме того технология бурения по иэвест-20

> ному способу является сложной, так как должна обеспечивать максималь ный выход кариа карстующихся пород, не допускать растворения пород в процессе проходки, а также должна вклю- 25 чать дополнительные наблюдения за скоростью .бурения, провалов инструмента, наблюдения за исчезновением промывочной жидкости и другие операции. Из-за малой вероятности 30 вскрытия карстовой полости поисковыми скважинами, для обеспечения достаточной точности выявления (вскрытия) эакарстованной зоны необходимо проводить бурение скважин пЬ частой сетке, что также увеличивает трудоемкость способа и ведет к его удорожанию.

Н вЂ” глубина предполагаемой просадки грунта, м, А - угловой коэффициент, зависящий от типа растворимых,дород, их трещиноватости и от мощности некарстующихся пород, 65 где

Цель изобретения — повышение про- 4() изводительности путем снижения трудоемкости и сокращения времени на его осуществление.

Поставленная цель достигается тей, что при способе определения 45 зоны возможной просадки грунта, включающем бурение скважин, отбор и исследование проб грунта, оконтуривание зоны возможной просадки грунта, в йроцессе исследования проб грунта в каждой скважине определяют степень длительной ползучести глинистого грунта, оконтуривание зоны возможной просадки грунта производят по скважи,нам с длительной ползучестью глинистого грунта, а глубину просадки на- 55 ходят по формуле

Н= (+Р> (- эмпирический коэффициент, являющийся постоянной величиной для данного типа растворимых пород, ), — максимальный поперечный размер эоны предполагаемой просадки грунта, м.

Сдвижение горных пород над карстовой полостью или трещиной является следствием двух взаимосвязанных и одновременно протекающих процессов деформации ползучести и деформации разрушения пород в зоне концентраций напряжений, образующейся по контуру полости в процессе ее длительного Формирования. В отличие от про- . цессов сдвижения пород над искусственными подземными выработками, по контуру которых глинистые породы начинают разрушаться примерно через

40-100 ч (в зависимости от способа проведения выработок, например, буровзрывного или комбайнового) после начала движения забоя, изменения характера деформирования глинистого грунта над карстовой полостью, формирующейся в течение тысячелетий, происходит замедленно.

В предлагаемом способе осуществляют бурение и отбор проб грунта только покровных некарстующихся глинистых пород„ которые залегают над карстовыми пустотами. Основываясь на том, что просадке грунта всегда предшествуют макро- и микротекстурные изменения глинистых покровных пород, определяют стадию длительной ползучести глинистого грунта, которая и характеризует зону предполагаемой просадки грунта. Определение стадии длительной ползучести глинистого грунта проводят визуально и с помощью микроскопов при 100 — 10000 — кратном увеличении.

Степень и характер длительной ползучести глинистого грунта зависят от его консистенции. В процессе деформирования грунта развиваются три стадии ползучести: неустановившейся ползучести, стационарного течения, прогрессирующего деформирования с разрушением грунта.

На фиг. 1 представлены графики зависимости глубины воронок, наблюдаемых в районе изысканий, от их максимального диаметра для известняков, на фиг. 2 — то же, для гипсов и ангидридов.

Пример. Проводились определения эон предполагаемой просадки грунта по предложенному способу на проектируемом шламохранилище четвертого Березниковского калийного завода в период с сентября 1977 г по апрель 1978 r.

Сначала в районе, где предполагалось наличие подземных карстовых пустот, бурились скважины начальным диа767276

H=dL+p) 65

l метром более 168 мм с отбором монолитов глинистых грунтов. Глубина развития карста от 100 и до 180 м от поверх ности земли. Скважины бурились глубиной 25 — 40 м на полную мощность покровных глинистых грунтов. Затем по отобранным иэ скважин монолитам глинистых грунтов изучались макрои микротекстурные изменения на обычном поляризационном и сканирующем микроскопах при увеличениях в 10010000 раз.

В отдельных монолитах обнаружено, что на некоторых участках уже имели место деформации глинистых пород,видимые невооруженным глазом. На других участках микроскопическими исследованиями в глииах обнаружены зоны микротрещин, вид и характер которых зависит от степени агрегированности глин, их минерального состава и от стадии длительной ползучести глин. 20

С целью оценки изменений, происходящих в грунтах в процессе ползучести, проводились петрографические исследования шлифов монолитов глинистых грунтов при увеличениях в 100 - 25

10000 раз. Сопоставление данных этих исследований позволило проследить за изменениями структуры грунтов в процессе их деформкрования в зависимости от стадий полэучести. На 30 первой стадии неустановившейся ползучести существенных изменений структуры грунтов не отмечалось, однако на контактах отдельных агрегатов при увеличениях в 1000 раз наблюдалисьу5 отдельные микротрещины. На этой стадии развиваются преимущественно упругие и восстанавливающиеся во времени деформации. В отдельных шлифах отмечено восстановление частично разрушившихся связей, а также частичное залечивание дефектов структуРы грун тов что связано с уменьшением скорос1 ти деформирования во времени. На второй стадии ползучести, стационарного течения, происходящей практически 45 с постоянной скоростью, основное значение приобретают необратимые пластические деформации, которые предшествуют разрушению грунтов, как бы подготавливают его. На этой стадии на- 50 блюдаются заметные изменения структуры грунтов, выражающиеся в дробле нии агрегатов глинистых и пылеватых частиц, в ориентации глинистых частиц вдоль напРавления действующего на- 55 пряжения, что в дальнейшем облегчает деформирование грунтов, В то же время процесс разрушения структуры компенсируется восстановлением связей и закрытием микротрещин " наступает как бы равновесие.

На третьей стадии, прогрессирующего деформирования, протекающей с возрастающей скоростью, разрушение структуры преобладает над ее восстановлением. В шлифах прослеживается, как наряду с дальнейшей переориентацией частиц появляются зоны микротрещин, вытянутых вдоль ориентированных агрегатов и частиц. Постепенное увеличение и объединение внутренних микротрещин приводит к формированию поверхностных трещин, что влечет за собой нарушение сплошности тела.

IIo скважинам со стадией длительной ползучести глин были оконтурены зоны предполагаемых обвальных сводов, для чего на выявленных участках нарушенных глин сетка скважин сгущена до

50 х 50 м, а глубина скважин уменьшена до 15 — 20 м. Оконтуренные зоны в плане имели округлую или близкую к эллипсу форму. Поэтому для дальнейших расчетов величины просадки (глубины провала) принимался максимальный диаметр (Ь ) ожидаемого провала.

Определения глубины провала (Я ) выполнялись по линейному закону, описываемому формулой где l — максимальный диаметр обвального свода, м, а(— угловой коэффициент, зависящий от типа растворимых пород, их трещиноватости и от.мощности некарстующихся пород, определяется по эмпирическим графикам, составляемым по данным наблюдений за карстовыми провалами и просадками, эмпирический коэффициент, являющийся постоянной величиной для данного типа растворимых пород.

Параметры d. и р определяют по эмпирическим графикам зависимости глубины воронок, наблюдаемых в районе изысканий, от их максимального диаметра (фиг. 1 и 2). Графики строятся по значениям пар наблюдений (глубина и диаметр) по каждой воронке для определенных типов растворимых пород известняков (фиг. 1), гипсов и ангидридов (фиг. 2). При этом на графиках фиксируется рассеяние замеров, которое зависит от трещиноватости пород и мощности пород, слагающих сводовую часть над карстовой полостью. Поэтому для уменьщения влияния рассеяния замеров при статистической и графической обработке замеров проводят анализ мощности и трещиноватости пород, после чего строят графики для зон, развития карста с мощностью покровных пород над карстом до 50 м (фиг. 1, график 2 и фиг. 2, график 4) и более 50 м (фиг. 1, график 1 и фиг. 2, график 3)

Угловой коэффициент с<., определяемый

76727б

Формула изобретения

H=cL1.+ Р, 30 где Н вЂ” глубина просадки грунта, м;

gL — угловой коэффициент грунта, эмпирический коэффи35 циент грунта, Ь вЂ” максимальный поперечный размер зоны просадки грунта, м.

Источники информации, 4О принятые во внимание при экспертизе

1. Методические указания по определению трещиноватых и закарстованных зон с поверхности н на горных выработках. БеЛгород, "Виоген", 1968, с. 923.

45 2. Рекомендации по инженерно-геологическим изысканиям и оценке территорий для промышленного и гражданского строительства в карстовых районах СССР. М., ПНИИИС, 1967, с. 18. по графикам, численно равен тангенсу угла Ц1, образуемому графиком и осью

-абсцисс для какового типа йород "и дан- ных геологических условий.

Параметр Ъ также определяется по граФикам (фиг., 1 и 2),является величиной постоянно для данного типа пород и конкретных геологических условий.

В случаях, когда рассеяние замеров, пар наблюдений на существующих карстовых воронках незначительное и представляется воэможность выразить замеры в виде уравнения регрессии бея, - оценки значимости отклонений замеров от линейного закона, максимальная ожидаемая глубина просадки поверх ности земли определяется непбсред-ственно по графикам в зависимости от замеренного максимального поперечного размера зоны предполагаемой просадки. 20

По полученным в результате выполненных операций результатам строят карТу закарстованного участка, на которой показывают распространение оси предполагаемой просадки 25 на поверхности земли и максимальную глубину просадки. На основании анализа карты и в зависимости от типа проектируемого инженерного соору- -женйя дают рекомендации по выбору наиболее благоприятного размещения сооружения и типа фундаментов.

Эллипс рассеивания точек на эмпирических графиках показывает, что одному значению глубины ожидаемого провала могут соответствовать несколько значений их диаметра,.при этом крайние значения диаметра могут отличаться на 5 — 15 м. Рассеяние замеров зависит от"типа растворимых пород и мощности пород, залегающих йаХГ"йаРбгбвыми полостями. Влияние перечисленных факторов при опре:делении глубины ожидаемого провала можно уменьшить, приняв для расчетов

1 максимальный диаметр (L, ) прова"" ла . ::. - .

ИспОЛьзонаййе предлагаемого способа определения зон предполагаемой просадки грунта на закарстованных территориях с поверхности по сравнению с известными способами позволяет сократить 8 3 - 4 раза глубину разведочных скважин, сократить в 3 — 4 раза время на выполнение изысканий в эакарстованных районах, а также снизить трудоемкость в 5 — 6 раэ и получить экономию в сумме

300000 руб. в год.

Способ определения эоны возможной просадки грунта, включающий бурение скважин, отбор и исследование проб грунта, оконтуривание зоны просадки грунта, о т л и ч а ю щ и й- . с я тем, что, с целью повышения производительности путем снижения.-. трудоемкости и сокращения времени на его осуществление, в процессе исследования проб грунта в каждой скважине определяют степень длительной ползучести глинистого грунта, оконтуривание зоны возможной просадки грунта производят по скважинам с длительной полэучестью глинистого грунта, а глубину просадки находят по формуле

767276

Цн г в{

1,н

e SS 20 2S 20 @èâ.1 г ю( а,6

10 5 20 2У N 7Х 440 Х

Дцакетр Воронкц

Ф

Составитель В. Латушкин

Редактор Т. Кузьмина Еехред А.Щепанская Корректор С. Шекмар

Заказ 7155/27 Гираж 713 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород„ ул. Проектная, 4