научная статья по теме АСПЕКТЫ ОЦЕНКИ СЛОЖНОСТИ ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ Геология

Текст научной статьи на тему «АСПЕКТЫ ОЦЕНКИ СЛОЖНОСТИ ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ»

ГЕОЭКОЛОГИЯ. ИНЖЕНЕРНАЯ ГЕОЛОГИЯ. ГИДРОГЕОЛОГИЯ. ГЕОКРИОЛОГИЯ, 2015, № 1, с. 73-80

МЕТОДОЛОГИЯ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ

УДК 624.131

АСПЕКТЫ ОЦЕНКИ СЛОЖНОСТИ ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ

© 2015 г. В. В. Пендин, Д. Д. Шубина

Российский государственный геологоразведочный университет им. С. Орджоникидзе, ул. Миклухо-Маклая д. 23, Москва, 117997 Россия. Е-та11: pendin@yandex.ru, ddshubina@gmail.com

Поступила в редакцию 12.05.2014 г.

Рассмотрена разница в аспектах оценки сложности инженерно-геологических условий, даны методические рекомендации по использованию комплексной количественной оценки и мер теории информации для расчета категорий сложности инженерно-геологических условий.

Ключевые слова: инженерно-геологические условия, сложность инженерно-геологических условий, комплексная количественная оценка, энтропия.

Первый и наиболее важный вопрос, возникающий при назначении видов и объемов работ на всех стадиях инженерно-геологических изысканий, - вопрос о сложности условий изучаемого объема литосферы. Сам термин "сложность инженерно-геологических условий" можно рассматривать в нескольких аспектах. Во-первых, насколько сложны данные условия для предполагаемого вида хозяйственной деятельности, например, сложность инженерно-геологических условий для гидротехнического или гражданского строительства будет различной, более того, сложность одних и тех же инженерно-геологических условий может быть различной для разных типов сооружений. Во-вторых, сложность инженерно-геологических условий одного и того же объема литосферы будет различна для трех стадий существования объекта: его строительства, эксплуатации и ликвидации. В-третьих, сложность условий можно оценить собственно для производства изысканий - она будет зависеть от неоднородности изучаемой среды.

В настоящее время сложность инженерно-геологических условий определяется согласно обязательному приложению СП 47.13330.2012 по совокупности факторов инженерно-геологических условий (ИГУ). Помимо обозначенных выше различий в аспектах, относительно которых оценивается сложность инженерно-геологических условий, существует еще один недостаток такой оценки: факторы ИГУ взаимообуславливают друг друга и их следует рассматривать как систему.

К тому же, действуя согласно нормативной таблице, можно неоправданно завысить категорию сложности ИГУ, если хотя бы один из показателей относится к более высокой категории. М.А. Соло-духиным [5] было предложено оценивать сложность инженерно-геологических условий в баллах. Такой подход позволил бы более детально и точно выделять категории сложности инженерно-геологических условий, но и он имеет ряд недостатков, основные из которых - субъективность, неизбежная при балльной оценке, и недоучет взаимообусловленности всех компонентов инженерно-геологических условий [1].

На рис. 1 представлены идеализированные примеры различия в аспектах оценки сложности инженерно-геологических условий. Толща слабых по несущей способности грунтов (например, торфа, см. рис. 1а) - плохое основание для сооружения, однако такие инженерно-геологические условия нельзя считать сложными для проведения изысканий, так как состав и свойства однородные. Обратный пример - складчатое кристаллическое основание не осложняет функционирование сооружения, но из-за своей неоднородности такие условия нельзя считать простыми для проведения изысканий (рис. 16).

В целом сложность ИГУ - очень важное свойство при расчете всех параметров работ и в конечном итоге стоимости проводимых изысканий, поэтому было бы наиболее целесообразно не назначать категорию сложности, а рассчитывать ее, согласно целевому назначению и стадии работ.

Сооружение

Сфера

взаимодействия

Сооружение

Сфера

взаимодействия

Рис. 1. Сооружение на: а - однородной толще слабых по несущей способности грунтов основания, б - неоднородных складчатых скальных грунтах основания.

К тому же применение для решения этой задачи математического аппарата позволит избежать субъективного отношения к оценке сложности ИГУ. Традиционно для оценки ИГУ пользуются содержательным геологическим анализом и качественным прогнозом взаимодействия проектируемых сооружений с приповерхностной частью литосферы. Авторам представляется наиболее

оптимальным использовать в качестве основы расчета категории сложности инженерно-геологических условий аппарат комплексной количественной оценки, который основан на использовании определенных математических функций для корректного решения инженерно-геологических задач. К математической базе, используемой при осуществлении комплексной количественной оценки инженерно-геокриологических условий, относится аппарат теории случайных функций, анализ цепей Маркова, множественный регрессионный и корреляционный анализы. Рациональное сочетание вербального описания взаимодействия сооружения с приповерхностной частью литосферы и строгих математических методов позволит осуществить комплексную количественную оценку инженерно-геологических условий. Особенности комплексной количественной оценки инженерно-геологических условий состоят, во-первых, в строгом определении цели оценки, не допускающем двоякого ее толкования (в обоснованном выборе так называемого целевого предиката), и, во-вторых, в системном подходе к изучению инженерно-геологических условий, который реализуется в построении содержательной концептуальной модели. Содержательная концептуальная модель - это схематизированное представление системы "сооружение - сфера взаимодействия", в котором необходимо выделить главные взаимосвязи между компонентами системы и наиболее значимые из них, затем анализировать процесс функционирования системы, например см. рис. 2.

Как было сказано выше, сложность одних и тех же условий для разных типов хозяйственной деятельности может быть различной. Если основная задача хозяйственной деятельности -строительство и безаварийное функционирование конкретного сооружения, то комплексная количественная оценка инженерно-геологиче-

Зона развития

Заложение трубы газопровода

Зона развития эрозионных процессов

Зона подтопления за счет барражного эффекта

Зона оттаивания и сжатия оттаивающего грунта

Рис. 2. Схема конструкции литотехнической системы "трубопровод - мерзлый грунт"

ских условий осуществляется относительно тех показателей, которые характеризуют состояние сооружения, т.е. в качестве целевого предиката можно выбрать величины деформаций сооружения, коэффициенты удорожания строительства, меры пораженности территории негативными инженерно-геологическими процессами и т.д. Результатом комплексной количественной оценки является расчет интегрального показателя ИГУ, построение модели его поля и его геологическая интерпретация. Следует уточнить, что для осуществления комплексной количественной оценки ИГУ все показатели этих условий, а также целевые предикаты должны быть выражены в количественной форме. Потенциально существует возможность представить любую геологическую информацию в численном виде [3].

В качестве примера применения метода комплексной количественной оценки ИГУ с помощью интегрального показателя осуществлено функциональное районирование участка трассы железной дороги Обская - Бованенково. Рассматриваемый объект располагается на п-ве Ямал в зоне распространения многолетнемерзлых пород. Строительство линейных сооружений в криолитозоне требует значительных материальных затрат, которые возрастают прямо пропорционально сложности инженерно-геологических условий, а природные условия тундры очень чувствительны к любого рода техногенным взаимодействиям. Наиболее сильно осложняет эксплуатацию системы развитие негативных экзогенных процессов, в частности, термокарста и заболачивания. Поэтому цель оценки - районирование территории на основе прогноза развития негативных экзогенных геологических процессов. В качестве целевого предиката выбрано приращение площади, пораженной негативными ЭГП, поскольку этот показатель напрямую влияет на условия и стоимость эксплуатации железной дороги, а также отражает условия окружающей среды. Любые взаимодействия с окружающей средой неизбежно находят проявления в инженерно-геологических процессах, поэтому для их предотвращения проектом предусмотрены определенные конструктивные особенности: отсыпка полотна твердомерзлым грунтом и сохранение его отрицательной температуры на протяжении периода эксплуатации для предупреждения отепляющего воздействия; сооружение водопропускных труб для устранения барражного эффекта; сооружение специальных дорог для передвижения строительной техники для сохранения целостности почвенного покрова и предотвращения термокарста и прочие. Тем не менее процессы

заболачивания и термокарста получили широкое распространение практически по всей протяженности трассы. На интенсивность развития данных процессов наиболее сильно влияют следующие показатели компонентов инженерно-геологических условий:

• геоморфологические особенности территории: расчлененность рельефа, глубина до базиса эрозии, уклон рельефа;

• литологический состав пород (коэффициент дисперсности отложений первого от поверхности ИГЭ);

• геокриологические условия: глубина до кровли многолетнемерзлых пород, льдистость за счет ледяных включений, устойчивость (температура) многолетнемерзлых пород.

Расчлененность рельефа обратно пропорционально связана с заболачиванием, поскольку дре-нированность территории способствует отводу влаги. Соответственно, чем больше расчлененность рельефа, тем ниже риск образования болота (при прочих равных условиях). Глубина до базиса эрозии взаимосвязана с предыдущим показателем и также связана обратно пропорционально с целевым предикатом: чем больше глубина до базиса эрозии, тем ниже вероятность заболачивания. Это обусловливается тем, что большая глубина до базиса эрозии создает больший градиент потока, и скорость течения жидкости увеличивается.

Коэффициент дисперсности отражает литоло-гический состав пород. Чем выше коэффициент дисперсности, тем более глинистыми являются грунты, соответственно ниже их фильтрационные свойства и выше возможность заболачивания. Таким образом, здесь имеется п

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком

Пoхожие научные работыпо теме «Геология»