Геолого-геофизический мониторинг грунтовых оснований горнотехнических сооружений, укрепляемых методом высоконапорной инъекции

Герасимов, Олег Васильевич

Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Геолого-геофизический мониторинг грунтовых оснований горнотехнических сооружений, укрепляемых методом высоконапорной инъекции
ВАК РФ 25.00.16, Горнопромышленная и нефтегазопромысловая геология, геофизика, маркшейдерское дело и геометрия недр

Автореферат диссертации по теме "Геолого-геофизический мониторинг грунтовых оснований горнотехнических сооружений, укрепляемых методом высоконапорной инъекции"

На правах рукописи

003057019

Герасимов Олег Васильевич

ГЕОЛОГО-ГЕОФИЗИЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГ ГРУНТОВЫХ ОСНОВАНИЙ ГОРНОТЕХНИЧЕСКИХ СООРУЖЕНИЙ, УКРЕПЛЯЕМЫХ МЕТОДОМ ВЫСОКОНАПОРНОЙ ИНЪЕКЦИИ

Специальность: 25.00.16 — "Горнопромышленная и нефтегазопромысловая геология, геофизика, маркшейдерское дело и геометрия недр"

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Кемерово 2007

003057019

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования "Кузбасский государственный технический университет"

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Простов Сергей Михайлович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Зыков Виктор Семенович

кандидат технических наук, старший научный сотрудник Понасенко Леонид Павлович

Ведущая организация ОАО "Угольная компания "Кузбассразрезуголь

Защита состоится 17 мая 2007 г. в 12— часов на заседании диссертационного совета Д 212.102.02 в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования "Кузбасский государственный технический университет" по адресу: 650026, г. Кемерово, ул. Весенняя, 28.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования "Кузбасский государственный технический университет".

Автореферат разослан « Ю » апреля 2007 г.

Ученый секретарь диссертационного совета,

докт. техн. наук, проф.

Иванов В.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность работы

Несвязные и частично связные песчано-глшгастые отложения распространены на территории Кузбасса и имеют мощность до 30-50 м. Ведение горностроительных работ и эксплуатация горнотехнических сооружений осложняется низкими прочностными параметрами грунтов, влиянием на них геосейсмической активности, перепадов температуры, влагонасыщения, статической деформации земной поверхности. При проходке устьев стволов имеют место вывалы объемом до 600 м\ при ведении открытых горных работ в массивах глинистых четвертичных отложений зафиксированы обрушения бортов объемом до 700 тыс. м3, при эксплуатации надшахтных сооружений, технических и административных объектов происходят недопустимые осадки оснований. Для устранения технологических нарушений необходимо применение методов контролируемого инъекционного уплотнения массивов неустойчивых грунтов.

Разработанная в ОАО "Институт "УралНИИАС" технология высоко напорной инъекции (ВНИ), включающая стадии частичного гидроразрыва закрепляемого слоя, заполнения полости цементно-песчаным раствором, уплотнения зоны инъекции опрессовкой и формирования несущего инженерно-геологического элемента, является эффективным методом управления физико-механическими свойствами грунтового массива. Применение технологии ВНИ для укрепления оснований горнотехнических сооружений сдерживается отсутствием надежных методов комплексного мониторинга гидродинамических и геомеханических процессов в укрепляемом массиве с учетом неоднородности его свойств. Для решения данной проблемы необходимо традиционные геолого-маркшейдерские методы геоконтроля применять в комплексе с геофизическими, что обеспечит детальный мониторинг состояния и свойств массива в пространстве и во времени. Вместе с тем, до настоящего времени не разработаны методики геолого-геофизического мониторинга, отражающие особенности физических свойств грунтового массива и диапазоны изменения информационных критериев геоконтроля, не установлены зависимости между параметрами геоконтроля, необходимые для прогноза качества укрепительных работ, не разработаны способы непрерывного мониторинга процессов ВНИ при ведении строительных и ремонтных работ.

Актуальным представляется теоретическое, экспериментальное обоснование, разработка способов и методик геолого-геофизического мониторинга процессов ВНИ грунтовых оснований горнотехнических сооружений, увязанных с основными технологическими операциями.

Исследования выполнялись при поддержке хранта Российского фонда фундаментальных исследований по проекту № 05-05-64100.

Цель работы - разработка способов геолого-геофизического мониторинга грунтовых оснований, укрепляемых методом высоконапорной инъекции, обеспечивающих увеличение сроков безаварийной эксплуатации горнотехнических сооружений.

Основная идея работы заключается в использовании взаимосвязей прочностных, деформационных, акустических и электромагнитных свойств массивов песчано-глинистых грунтов, подвергнутых воздействию ВНИ, для непрерывного контроля процессов дезинтеграции, насыщения укрепляющим раствором, консолидации и набора прочности обрабатываемой зоны.

Задачи исследования:

- обоснование схем и информационных критериев комплексного мониторинга процессов ВНИ;

- установление закономерностей изменения контролируемых физических свойств массива на различных стадиях ВНИ;

- разработка и реализация технических решений по геолого-геофизическому мониторингу оснований сооружений, укрепляемых методом ВНИ.

Методы исследований

Выполнен комплекс исследований, включающий: анализ и обобщение научно-технической информации в областях инъекционного укрепления грунтовых массивов, методов контроля состояния, свойств горных пород и качества укрепительных работ; натурные экспериментальные исследования процессов в грунтовых массивах методами геологического, маркшейдерского и геофизического мониторинга на специально оборудованном полигоне и промышленных объектах; обработка результатов экспериментов методами теории информации и статистики.

Объекты исследований — зоны неустойчивых песчано-глинистых грунтов в основаниях горнотехнических сооружений, подвергнутых укреплению методом ВНИ цементосодержащих растворов.

Научные положения, защищаемые в диссертации:

- вероятность устойчивого состояния массива при интегрированном геоконтроле (без внедрения) определяется соотношением средних прогнозных значений текущей и конечной прочностей, а при дифференцированном (с внедрением) - относительной суммарной величиной интервалов с прогнозной прочностью, превышающей минимальный зафиксированный по глубине уровень, при этом на заключительных стадиях укрепления необходимость интегрированного геоконтроля стремится к нулю, а дифференцированного - стабилизируется на уровне

^ = 0,37-0,51;

- мониторинг изменений эффективного удельного электросопротивления обеспечивает контроль радиуса распространения укрепляющего раствора при

ВНИ в диапазоне 0,2-0,6 м и прогнозирование конечного уровня прочности, превышающего начальный в 1,5-^ раза;

- геолого-геофизический мониторинг включает установление расположения первоочередных участков ВНИ с наименьшими осадками оснований, контроль стабилизации дополнительных осадок при селективном нагнетании и обеспечивает устранение деформаций продольной оси сооружений.

Научная новизна работы заключается:

- в определении диапазонов изменения информационных критериев при контроле качества ВНИ;

- в установлении закономерностей изменения физико-механических, электрофизических параметров грунтового массива при ВНИ и взаимосвязей между ними;

- в разработке способа непрерывного мониторинга деформаций и изменения свойств основания сооружения при селективной контролируемой ВНИ для устранения неравномерных осадок сооружения.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается:

- применением стандартных методик инженерно-геологических изысканий, маркшейдерских и геофизических измерений, а также измерительной аппаратуры, прошедшей метрологическую поверку;

- использованием методов статистики и теории информации при обработке экспериментальных данных;

- положительными результатами применения методов геолого-геофизического мониторинга процессов ВНИ на более чем 30 объектах технических сооружений в течение 8 лет.

Личный вклад автора заключается:

- в обосновании информационных критериев контроля качества ВНИ;

- в разработке методик, организации, проведении натурных экспериментальных исследований по комплексному контролю процессов ВНИ, обработке и анализе их результатов;

- в разработке технических решений по контролируемой селективной ВНИ грунтовых оснований горнотехнических сооружений;

- в организации внедрения научно-технических разработок по геолого-геофизическому мониторингу процессов ВНИ на объектах промышленного и гражданского назначения в Кузбассе.

Научное значение работы состоит в установлении информационных критериев, диапазонов изменения и взаимосвязей физических свойств грунтового массива, подвергнутого ВНИ, разработке на этой основе технических решений, обеспечивающих непрерывный геолого-геофизический мониторинг гидродинамических и геомеханических процессов.

Практическая ценность работы заключается:

- в разработке методик комплексного мониторинга процессов ВНИ грунтов, увязанной с технологическими операциями и планограммой работ;

- в разработке методик, обеспечивающих контроль процессов селективной ВНИ грунтовых оснований неравномерно деформированных сооружений.

Реализация работы. Рекомендации по геолого-маркшейдерскому мониторингу состояния и свойств грунтового массива при ВНИ использованы ООО "НООЦЕНТР-Д" и ОАО УК "Кузбассразрезуголь" при строительстве, реконструкции и ремонте технических сооружений. Результаты работы вошли составной частью в "Методические указания по комплексному геологическому, маркшей-дерско-геодезическому и геофизическому контролю процессов укрепления оснований горнотехнических сооружений методом высоконапорной инъекции це-ментно-несчаных растворов / ГУ КузГТУ, ООО "НООЦЕНТР-Д". - Кемерово, 2006. - 40 е.", согласованные с ОАО УК "Кузбассразрезуголь".

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы обсуждались на Казахстанско-Японском геотехническом семинаре (Астана, 2001 г.), научно-техническом семинаре "Вопросы инженерно-геологических, экологических и геодезических изысканий в Уральском регионе (Екатеринбург, 2003 г.), Международном геотехническом симпозиуме "Фундаментостроение в сложных инженерно-геологических условиях" (Санкт-Петербург, 2003 г.), Российской научно-технической конференции "Проблемы проектирования, строительства и эксплуатации фундаментов" (Пермь, 2004 г.), Международной научно-практической конференции "Наукоемкие технологии разработки и использования минеральных ресурсов" (Новокузнецк, 2006), IV Российско-Китайском симпозиуме "Строительство и эксплуатация угольных шахт и городских подземных сооружений" (Кемерово, 2006), Неделе горняка (Москва, 2007), научной конференции студентов, аспирантов и преподавателей ГУ КузГТУ (Кемерово, 2007).

Экспонат "Технология контролируемой высоконапорной инъекции цемент-но-песчаных растворов при укреплении оснований технических сооружений", включающий разработки автора диссертации, удостоен диплома I степени Международной выставки "Экспо-Сибирь" (Кемерово, 2006).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 14 научных работ, в том числе 1 монография, 6 статей в реферируемых журналах, получено 2 патента на изобретения и 1 свидетельство на полезную модель.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, изложена на 156 страницах машинописного текста, содержит 66 рисунков, 22 таблицы, список литературных источников из 164 наименований, приложения.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе приведен анализ изученности проблемы контроля и прогнозирования состояния и свойств грунтовых массивов оснований горнотехнических сооружений, укрепляемых методом высоконапорной инъекции.

Изложены технические данные о результатах ведения горно-строительных работ в массивах песчано-глинистых грунтов при эксплуатации технических сооружений на угольных шахтах и разрезах Кузбасса. Строительство наклонных шахтных стволов в четвертичных отложениях на участках протяженностью 60300 м связано с необходимостью принятия специальных мер по предотвращению оплывания, вывалов пород и просадки поверхности. Нарушения устойчивости бортов карьеров, сложенных глинистыми грунтами, откосов, отвалов, насыпей, грунтовых дамб вызывают серьезные технологические трудности. Вследствие ошибок, допущенных при изысканиях, проектировании, строительстве и эксплуатации, а также в результате неблагоприятных воздействий природного и техногенного характера (влагонасыщения, геосейсмической активности, температурных колебаний, подработки) участились аварии сооружений, находящихся в зоне влияния горных работ (надшахтных технических и административных объектов, конструкций очистных, гидротехнических сооружений, обогатительных фабрик, теплоцентралей, тоннелей, подземных помещений, метро, промышленных и гражданских зданий). Они вызваны нарушениями устойчивости оснований и проявляются в виде осадок фундаментов, нарушения жесткости, крена конструкций, образования трещин. В ряде случаев затраты на ремонтные работы соизмеримы со стоимостью объектов.

Основным методом управления физико-механическими свойствами грунтов является инъектирование цементных и химических растворов. Методы замораживания и электроосмотической обработки не получили широкого распространения вследствие высокой стоимости и технической сложности. Физические и методические основы инъекционного укрепления трещиновато-пористых горных пород заложены в результате фундаментальных исследований в области физико-химического воздействия на массив, изложенных в работах И. Т. Айтматова, Ю. В. Буркова, И. И. Вахрамеева, Л. М. Ерофеева, Ю. 3. Заславского, А. Камбе-фора, Э. Я. Кипко, О. Ю. Лушниковой, А. П. Максимова, Б. Д. Половова, Ю. А. Полозова, Л. П. Понасенко, П. С. Сыркина, Н. Г. Трупака, В. А. Хямяляй-нена и др. Механизм уплотнения пористых грунтов реализуется инъекцией цементного или цементно-песчаного раствора, который, проникая в поры или трещины, вытесняет воду с последующим постепенным твердением и образованием цементного камня. Теоретические и экспериментальные основы цементации грунтов разрабатывались в трудах А. А. Бартоломея, В. Н. Голубкова, М. Н. Гольдштейна, Л. В. Гончаровой, И. М. Горьковой, И. М. Литвинова, Б. Н. Мельникова, В. И. Осипова, Н. А. Цытовича и др. Технологические решения ограничивались только относительно высокопроницаемыми грунтами, при этом давление нагнетания раствора не должно было вызывать разуплотнение грунта. Не исследовалась возможность закрепления связных грунтов.

В работах В. А. Богомолова, В. И. Иваненко, В. В. Лушникова, Л. В. Нуж-дина, Ю. А. Оржаховского, А. А. Петухова, В. П. Писаненко, А. И. Полищука,

А. А. Эппа в ОАО "Урал НИИАС" разработана и доведена до внедрения в производство технология высоконапорной инъекции (ВНИ) неустойчивых песчано-глинистых грунтов в основаниях горнотехнических, промышленных и гражданских объектов, включающая следующие основные операции: частичный гидроразрыв закрепляемого слоя связных грунтов, заполнение образовавшейся полости специальным цементно-песчаным раствором, уплотнение зоны инъекции опрессовкой. После твердения смеси грунта с раствором образуется новый инженерно-геологический элемент массива, существенно повышающий его несущую способность. Технические и технологические решения обеспечили принципиально новый эффект: закрепляющий раствор не растекается в массиве, а удерживается и накапливается в зоне инъекции; процессы обработки грунта оказываются практически независимыми от его проницаемости. В Кузбассе технология ВНИ активно применяется и развивается в ООО "НООЦЕНТР-Д".

Одной из нерешенных проблем технологии ВНИ является обеспечение геолого-геофизического мониторинга протекающих гидродинамических и геомеханических процессов в пространстве и во времени. Неоднородность свойств массива не позволяет точно рассчитать параметры технологии. Необходимо вести контроль исходных свойств грунтов, их изменения в процессе гидроразрыва, заполнения пор раствором, преобразования его агрегатного состояния и набора прочности на заключительных стадиях. Геолого-маркшейдерские методы (бурение контрольных скважин с последующими лабораторными испытаниями образцов, статическое геомеханическое зондирование, маркшейдерско-геодезические измерения смещений грунтов) необходимо применять в комплексе с геофизическими (ультразвуковым, сейсмическим, электрофизическим, индукционным), что обеспечивает детальный мониторинг состояния и свойств массива.

Использование методов акустического зондирования, интроскопии, просвечивания для локации пустот, обводненных зон, мониторинга процессов тампонажа цементными растворами твердых и дисперсных горных пород, а также замораживания влагонасыщенных грунтов при строительстве устьев стволов, подземных сооружений, метро, прогноза состояния и свойств массива, склонного к геодинамическим явлениям, развито в работах В. Т. Глушко, В. В. Ржевского, П. М. Тютюнника, А. М. Чумичева, В. С. Ямщикова и др. Применение электрофизических методов для контроля инъекции растворов в горные породы с целью их тампонажа и укрепления наиболее целенаправленно развивается в ГУ КузГТУ под руководством В. А. Хямяляйнена, С. М. Простова. Данные методы позволяют существенно увеличить детальность геоконтроля, реализовать непрерывный мониторинг технологических процессов. Вместе с тем, технология ВНИ имеет свои специфические особенности, связанные с гидроразрывом грунтового массива при достижении критического давления, слоистостью обрабатываемых грунтов, существенным влиянием на технологические параметры гидрогеологического режима. Весьма важной также является необходимость обоснования эффективных критериев применения комплекса методов геоконтроля. При этом наряду с эмпирическими и статистическими критериями, основанными на обработке результатов параллельных прогнозных оценок, полученных прямыми и косвенными геофизическими методами, целесообразно применять специальные информационные критерии.

Во второй главе приведены результаты обоснования схем и информационных критериев комплексного мониторинга процессов ВНИ.

Анализ ранее проведенных исследований МГТУ, ОАО "Кузниишахтост-рой", ГУ КузГТУ показал, что на начальной стадии ВНИ происходит снижение упругих и прочностных параметров, связанное с увеличением пористости и влажности грунта. Твердение порозаполняющего укрепляющего цементного раствора сопровождается нелинейным увеличением прочности массива в 4-6 раз. Скорость продольной волны на обеих стадиях возрастают на 30-60 %, а коэффициент поглощения уменьшается в том же диапазоне.

Изменение удельного электросопротивления (УЭС) массива при ВНИ определяется нелинейной зависимостью от пористости и влажности с учетом ранее установленных диапазонов структурных параметров, а также линейной - от соотношения УЭС естественного и укрепляющего растворов: на первой стадии происходит уменьшение УЭС в 1,5-10 раз в зависимости от их минерализации, на второй - монотонное увеличение УЭС с течением времени твердения в 2-30 раз, причем меньшие значения диапазона соответствуют меньшему начальному УЭС и большей частоте тока. Приращения прочностных показателей С, асж, и УЭС образцов связаны нелинейно. Указанные изменения УЭС диагностируются применением бесскважинных схем геоэлектрического зондирования и профилирования по аномалиям потенциала и тока.

Разработанный комплекс методов геолого-геофизического мониторинга процессов ВНИ включает: геологические изыскания с отбором проб и лабораторным определением общих, прочностных и деформационных свойств грунтов; по-интервальное статическое геомеханическое зондирование с определением сопротивления погружению конуса q3 и фрикционной муфты_/^; сейсмическое зондирование с определением годографов скоростей продольных и поперечных волн для установления сейсмического, скоростного разрезов и динамического модуля упругости; циклические маркшейдерско-геодезические измерения смещений и деформаций сооружений; электрофизический бесскважинный геоконтроль по схемам ВЭЗ и ЭП; скважинный бесконтактный индукционный геоконтроль через непроводящие обсадные трубы (рис. 1). Погрешности измерений истинных значений физико-технических параметров грунтового массива данными методами составили от 5 до 18 %.

Технологическая схема контролируемой ВНИ включает: определение исходных режимов прямыми измерениями; их корректирование и контроль качества работ комплексом маркшейдерско-геофизических методов.

При контроле процессов и качества ВНИ целесообразно использовать критерии, основанные на понятии информационной энтропии Н: количество информации I, получаемое при геоконтроле; информационную эффективность Э; необходимость контроля N.

/=1 (1)

/ TSt , S г, Я(ю)-Я(а/х) Я(ю)-Яд

/ = Я (со) - Я (со/ х); э= ' v-N =- д,

Я( со) Я(со)

где - вероятность г'-го состояния системы; п - количество состояний системы; а ~ основание логарифма; Я(ш) - априорная безусловная энтропия при состоянии со объекта; Я(со / х) - усредненная энтропия в результате измерения параметра х

объекта в состоянии со; Яд - допустимое значение Н.

ПЭК I >

i * * с^ с^ Ш

ТЗ

*Г7*М

К,

|АЭ-72

3QL

и: 1

J.....

БУП ЬУ;

СС

ос

+ Б _

-СК

и Д

'со

мм

Рис. 1. Схемы и техническое обеспечение геолого-геофизического мониторинга грунтового массива при ВНИ методами статического геомеханического зондирования (а), сейсмозондирования (б), электрофизического (в) и индукционного (г)

геоконтроля:

+ Б "" - аккумуляторы 5-НКН-45; ПЭК - прибор электромеханического каротажа ПТМ; ТЗ - тензометрический зонд типа "Пика"; Ш - штанга; Р - силовая установка; СС - сейсмостанция "Поиск 1-6-12 ACM OB"; А - пункт приема колебаний, приемники СВ-30, СГ-10; V - пункт- возбуждения колебаний; БУП - блок управления питанием; БУ - блок усилителей; ОС - светолучевой осциллограф; СК - соединительный кабель; АЭ-72 - автокомпенсатор (аппаратура "Березка"); Б - источник тока линии АВ; Кд, Кв - катушки заземляющих электродов; СО - скважина, обсаженная трубой из непроводящего материала (полиэтилен, асбест); ИД - индукционный датчик типа ДИ-2; ММ - мультиметр

Вероятность устойчивого состояния массива при интегрированном геоконтроле Ря (бесскважинное геоэлектрическое и сейсмическое зондирование) целесообразно определять как отношение средних прогнозных значений текущей и максимально зафиксированной прочности массива, а при дифференцированном

Рд (геомеханическое зондирование и индукционный каротаж) - как относительную величину суммы интервалов, на которых прогнозная прочность превышает минимальный зафиксированный по глубине уровень:

. 9з(0.

Ч зу

„ ^ „тп % (0 > Чзу

где <5»3(?) — среднее по всей глубине значение измеряемого параметра д3 прочности в момент V, с[3у - среднее значение д3 в момент полного набора прочности; ДА - контролируемый интервал по глубине к массива; ИК [<73(?) > </™ш ] - величина к-го интервала, на котором текущее значение д3 превышает минимальный зафиксированный уровень т - число интервалов, на которых прочность достигла требуемого уровня.

Дана оценка диапазонов изменения информационных критериев по экспериментальным данным опытного полигона при п = 2 (устойчивое и неустойчивое

состояние) и а - 2. При интегрированном контроле вероятность Ри(?3) принималась равной 0,9 с учетом того, что средняя погрешность экспериментальных исследований составляла 10 %, откуда Яд = 0,469 бит. Результаты обработки графиков £/3(/г) по четырем нагнетательным скважинам по критериям (2), (3) представлены в табл. 1 (?о - естественное состояние массива, /], ?2> ¡3 - непосредственно после, через 10 и 46 сут после нагнетания).

Таблица 1

Вероятности устойчивого состояния массива при интегрированном и дифференцированном контроле на различных стадиях укрепления

№ скв. РЖ)

'0 п ¡3 '0 п п ¡3

1 0,466 0,414 0,845 0,9 0,374 0,266 0,667 0,698

2 0,711 0,532 0,882 0,9 0,333 0,318 0,636 0,752

3 0,728 0,591 0,807 0,9 0,339 0,348 0,493 0,781

4 0,710 0,487 0,788 0,9 0,375 0,471 0,708 0,925

В результате расчетов по формулам (1), для средних значений Р по четырем участкам построены графики Н{г), /(/), Э(?), Л'(/), приведенные на рис. 2 (априорная энтропия принималась максимальной, Я(ю) = Ятах = 1 бит).

Анализ зависимостей показал, что на начальных стадиях обработки (/ = ... /2) имеют место локальные увеличения энтропии, связанные с временным снижением прочности массива, затем величина Я уменьшается, приближаясь к Яд. На заключительных стадиях (г = ¿з) уровень параметров I и Э возрастает до

максимальных значений. Необходимость N интегрированного контроля при / = ?з принимает нулевое значение, при дифференцированном контроле величина N остается относительно стабильной, Л?д = 0,37-0,51. Данный результат свидетельствует о том, что окончательный вывод о качестве ВНИ следует принимать по ре-

зультатам дифференцированного контроля с проникновением вглубь массива, а б

бит 0,8

0,6

0,4

0,2 0

3— 1,132 у

✓ V / ^ <

}

ч Г

^Д

-*~7

N 0,8

<0 ?1 '2

0,6 0,4 0,2 0

Рис. 2. Изменение с течением времени ? информационных параметров Ри, Рд, Я, /, Э, N при интегрированном (а) и дифференцированном (б) однопараметровом

геоконтроле

Проведенный анализ позволил обосновать информационный алгоритм геоконтроля процессов ВНИ, включающий определение размеров зоны укрепления и прогноз физико-механических свойств укрепленного массива (рис. 3).

Статическое геомеханическое зондирование

Дифференцированный) геоконтроль I

Качество ВНИ неудовлетворительное

Скважинный индукционный каротаж

Качество ВНИ удовлетвори-

Рис. 3. Информационный алгоритм геоконтроля процессов ВНИ грунтов: рк - эффективное удельное электросопротивление; д3, /3 - усилия вдавливания

зонда и муфты трения; 7р, Уц - скорости продольных и поперечных волн; Е - ЭДС вихревых токов; Я- информационная энтропия; г - радиус-вектор точки контроля; время; Яд - допустимая энтропия

Третья глава посвящена установлению закономерностей изменения контролируемых физических свойств массива на различных стадиях ВНИ.

Комплекс геолого-геофизических исследований был проведен на специальном полигоне, где опытное закрепление грунтов методом ВНИ проведено в 29 инъекторах, установленных на площади более 500 м2. Основными методами мониторинга являлись геологические изыскания, геомеханическое зондирование, электрофизический контроль по схемам зондирования (ВЭЗ) и профилирования

(ЭП). По изменениям эффективного УЭС рк установлено, что распространение укрепляющего раствора в зонах дезинтеграции при ВНИ происходит неравномерно, отражает анизотропию прочности и проницаемости массива. Радиус распространения раствора от инъектора максимален в наиболее слабом слое и составляет 0,2-0,6 м, при этом через 1-2 сут после инъекции имеет место просачивание раствора в более плотные слои (рис. 4).

16 12

,4, -3 Л г /

\/ _ ~4 [Г У V

- /

Я,,Ом-м

Г —ч— ■^НП -1

V 1 1 V н 1 й 1

— "\Л Гу ? / \

\ V. ч — А/ V-/ V

\ 1\ т

0 0,4 0,8 1,2 1,6 2,0 х, м

1,6 х, м

Рис. 4. Результаты поперечного ЭП зон инъектирования скв. № 1 (а), № 6 (б), № 13 (в), АВ-6 м:

1 - /о; 2 - через 10 суток; 3 - ось инъекционной скважины; 4 - зона проникновения раствора

Непосредственно после нагнетания раствора средние значения прочностных параметров д3 и /3 снижаются на 10-20 % вследствие гидрорасчленения и влагонасыщения массива, через 1-10 сут начинается их монотонное увеличение, при этом конечные значения q■i п/3 превышают начальные в 1,5—4 раза, а средний рост модуля деформации образцов грунтов Ед превышает 85 %. Эффективное

УЭС массива рк в первые сутки после закачки уменьшается на 20-30 %, на интервале г = 1-10 сут оно стабилизируется, а затем возрастает, приближаясь к начальному значению. Ограниченный диапазон изменения рк при интегрированном геоконтроле связан с отсутствием дренажа влаги из зоны обработки (рис. 5).

Между приращениями и рк существуют статистические зависимости при диапазонах коэффициента корреляции г = 0,85-0,88 и критерия надежности оценки /и = 3,24-5,19, для прогноза набора прочности целесообразно использо-

вать линейные уравнения:

/з(0 = /зО

РкО. РкО '

1з({) = 1з0

Рк(0 РкО '

где 9з0,/з0. РкО - начальные значения параметров.

(4)

СЗ-5,15,14,26,27 СЗ-7,11,19,186,22,30,31 С3-6,16,17,25,34 /3,

9 10

0,04 0Л8 0.4 0.8

1 1

\ \

}

А- 1 ч

}

ч\

V 1

г, сут

0,04 0.4

)

1 \> /

/н

/1 / I

' 1

] 1

1 ч \

V V

\ \

0,08 0,1 0.04 ' 0,08 0,1мп'а СЗ-5-27

(Ц!_10 0,4 0 8 1,0 & 16 25 34 16 25

- --'МПа

*г &

\ »

г"

С3-6-34 34 16 25 Рк.°м'м

Рис. 5. Характерные результаты вдавливания зонда (д3,/з) (а) и ВЭЗ (рк) (б) на участках опытного нагнетания

При дифференцированном геоконтроле в скважинах индукционным методом диапазон изменения полезного сигнала во времени составляет +100 ... -40 %, что позволяет контролировать размеры ослабленного слоя, зон проникновения раствора (/г = 2,25-4,25 м), локального расслоения массива мощностью 0,2-1,0 м (/г = 1,25-1,75 м) с погрешностью не более 10 % и прогнозировать момент стабилизации физико-механических свойств наименее устойчивого слоя (рис. 6).

На стадии насыщения грунтов укрепляющим раствором происходит увеличение скорости продольной волны Ур в 2,8 раза, в то время как для поперечной волны приращение Кт не превышает 70 %. При наборе прочности массивом происходит увеличение этих скоростей до значений Ур = 1400-2000 м/с и = 7001100 м/с, при этом величина динамического модуля упругости, определенная по результатам сейсмического зондирования, в глубине зоны обработки в 2-4 раза

выше, чем в поверхностном слое и изменяется в диапазоне £я= 0,5-23 МПа (рис. 7).

Между величинами модуля деформации Ед, определенного путем компрес-

сионных испытаний образцов, и £# существуют тесные статистические зависимости (табл. 2).

АВ, м

7е '-взсг Уг

/г, м 1

Г2

* '•¿У

1 \ /

---

0 50 100 Рк, Омм 0 100 200 300 Е, мВ

Рис. 6. Результаты геоконтроля во времени процессов нагнетания и твердения

цементно-песчаного раствора методами ВЭЗ (а) и индукционным (б): 1 - до нагнетания; 2 - после нагнетания; 3 - через 10 сут; 4 — зона локального расслоения; 5 — зона проникновения раствора

500 1000 ^, м/с

15.00

О 5 Ю 20 %,МПа

-I-1-1-1-

0 15 30 45 /, сут

0 15 30 45 Г, сут

Рис. 7. Графики изменения скорости поперечных Ул продольных Ур волн и

модуля деформации Ец по глубине /г массива (а), средних значений ¥р, и £#

во времени (б):

1 - до закачки; 2 - через 2 сут после закачки; 3 - через 34 сут; 4 - через 62 сут

Таблица 2

Результаты статистической обработки данных

Уравнение Коэффициент корреляции (корреляционное отношение) Критерий надежности оценки 1 Остаточное среднеквадратичное отклонение А

Ед= 0,03498 + 0,08042 ЕН г = 0,97216 13,12 0,03623

£//=-0,26583 + 0,447941п£# Я = 0,95693 10,42 0,04488

ЕЛ= 0,18976ехр(0,16069 Ен) Я = 0,96002 10,84 0,04328

Установленные зависимости позволяют прогнозировать изменение прочностных и деформационных параметров грунтов в зоне укрепления. В частности, на рис. 8 приведены результаты подобного прогноза при укреплении методом ВНИ основания административного здания ОАО "Кузбассэнерго", находившегося в аварийном состоянии. Используя специально установленные линейные зависимости (4), дан прогноз изменения прочностных параметров д3,/3 массива с течением времени. К концу наблюдений (через 70 сут после нагнетания) увеличение прогнозных параметров составило 60-70 %, что соответствует уровню, необходимому для устранения осадок грунта.

Рис. 8. Результаты прогноза изменения прочности укрепляемого массива при геофизическом мониторинге

В четвертой главе описаны разработанные технические решения по геолого-геофизическому мониторингу оснований сооружений, укрепляемых методом ВНИ, и приведены результаты их реализации.

Для обоснования способа устранения деформирования оси сооружения были проведены измерения смещений в различных точках объекта с помощью контурных реперов (рис. 9).

Среднее значение скорости осадок в момент закрепления грунтов составило

УСр = 0,132 мм/сут, а по остальным циклам измерений - 0,016 мм/сут, т.е. уменьшилось в 8,25 раза. Неравномерность осадок вдоль продольной оси х сооружения на начальной стадии наблюдений достигала 60 %: наибольшие деформации основания наблюдались на интервале х = 0-25 м, наименьшие - на интервале х = 4370 м.

а б

Рис. 9. Графики изменения во времени вертикальных деформаций Д/г (а) и скоростей деформаций К (б) основания:

1 - репер №2(х = 62 м); 2 - № 5 (43 м); 3 - № 11 (0 м); 4 - № 17 (31 м)

Способ селективного укрепления оснований горнотехнических сооружений основан на установленном увеличении средней скорости осадок в момент закрепления. При неравномерности осадок вдоль оси сооружения первоначально производят нагнетание на участках с наименьшими осадками, а после установленного в результате мониторинга завершения дополнительных осадок и частичного твердения раствора, обеспечивающих выпрямление изогнутой оси объекта, - на всех участках основания в скважинах второй очереди.

Повышение надежности укрепления оснований сооружений обеспечивается непрерывным маркшейдерским мониторингом деформаций, геолого-геофизическим контролем качества ВНИ, а также специальными наконечниками нагнетательного инъектора, снабженными режущими пластинами, способствующими более глубокому проникновению раствора в пределах зоны геоконтроля.

Новизна технических решений защищена патентами.

При строительстве сооружений на незадокументированных свайных полях для обоснования технологических параметров ВНИ важно определить фактическую глубину погружения свай (одинарных и составных). Физические основы бесскважинного экспресс-метода заключаются в том, что ввиду высокой проводимости арматуры железобетонная свая (буроинъекционная, буронабивная) представляет собой заземлитель, весьма близкий по параметрам к стержневому. Как показывает опыт геоэлектрических изысканий, при глубине погружения сваи I < 20 м относительные вариации УЭС составляют 20-30 %, т.е. массив можно считать квазиоднородным по электрическим свойствам. Геоконтроль погружения сваи может быть реализован двухэлектродным методом.

Электросопротивление сваи с глубиной Ь и диаметром О составит

кр , (4£Л Кср

где к - эмпирическая постоянная; Кс - коэффициент, зависящий от формы сваи (при О = 0,3 м и I = 6-8 м Кс = 3,5-4,5).

Аналогично определяют электросопротивление Яэ дополнительного стержневого электрода. По первому способу сначала измеряют методом тока электросопротивление при двух стержневых заземлителях = 2ЛЭ и определяют

р = —пШ}. Затем аналогичные измерения проводят в цепи "свая - заземлитель": кэ

/?2 = + /?э - Величину Ь определяют из уравнения (5) или с помощью

номограммы по соответствующему значению О и отношению

Дс/р = -(Д2-Л1/2).

По второму способу, считая, что Кэ ~КС, из уравнений для К\ и К2 можно получить

¿ = /_А_. (б)

По результатам экспериментов погрешность контроля данным методом составляет 8-12 %.

В случае, когда применяют составные сваи с глубиной до 16 м (при строительстве высотных зданий и сооружений), ни один из известных методов не может быть уверенно применен, поскольку происходит нарушение механической и электрической связи между верхней и нижней частями сваи. В данных условиях единственным методом контроля является бесконтактный индукционный каротаж из скважины, параллельной свае. Экспериментально установлено, что погрешность прогноза этим методом составляет ±0,5 м.

Укрепление оснований горнотехнических сооружений, объектов промышленного и гражданского назначения методом контролируемой ВНИ проведено ООО "НООЦЕНТР-Д" в период с 1998 по 2007 г. на более чем 30 участках угольной, энергетической и строительной промышленности Кузбасса. На всех участках после проведения инъекционных работ наблюдалась стабилизация осадок сооружений, прекращение трещинообразования в стенах и несущих конструкциях. Применение комплексного контроля состояния и свойств массива на всех стадиях ВНИ способствует учету локальных неоднородностей геологического строения грунтов, отклонений от нормативных режимов протекающих в массиве гидродинамических и геомеханических процессов, что в конечном итоге обеспечивает повышение надежности грунтовых оснований сооружений и увеличение сроков их безопасной эксплуатации.

Классификация объектов, при строительстве и эксплуатации которых целесообразно применение данной технологии, приведена на рис. 10.

Проведен расчет затрат на укрепительные работы и геоконтроль по следующим статьям: приобретение и амортизация оборудования, расходы на буро-

вые работы, материалы, оплату труда. Расчеты показали, что затраты на геоконтроль методом геологических изысканий при ведении работ с земной поверхности составляют 11 % от стоимости работ по ВНИ, при закреплении из подземных сооружений - 10,1 %, затраты на статическое зондирование - 2,9 %, а на геофизический мониторинг - 2,1 %. При применении комплексного метода геоконтроля процессов ВНИ, описанного выше, частичная замена инженерно-геологических изысканий на геофизический мониторинг приводит к уменьшению объемов буровых работ и лабораторных испытаний проб на 80 % и обеспечивает экономию затрат 6,7 % от сметной стоимости работ при строительстве сооружений и 6 % -при укреплении оснований эксплуатируемых сооружений.

Объекты реализации технологии контролируемой ВНИ

Сооружения и здания в зонах подтопления

Подземная геотехнология

Устья шахтных стволов

Сооружения и здания в зонах сдвижения

Копры

Надшахтные здания и сооружения

Открытая геотехнология

Борта карьеров

Отвалы

Очистные сооружения

Автомобильные дороги _

Сооружения и здания в зоне сейсмического воздействия

Дамбы, гидротехнические сооружения

Строительная геотехнология

Подземные сооружения . обогатительных фабрик

Подземные сооружения ТЭЦ

Подземные городские _сооружения_

Метростроение

Промышленные и гражданские сооружения

Рис. 10. Объекты реализации технологии контролируемой ВНИ неустойчивых грунтов оснований сооружений

При суммарном объеме укрепительных работ методом ВНИ ООО "НО-ОЦЕНТР-Д" в 1998-2007 гг. 30,0 млн руб. расчетный экономический эффект от применения геофизического контроля при закреплении грунтов составил 1,83 млн руб. Дополнительная экономия обеспечивается за счет достижения оптимальных режимов инъектирования, приводящих к снижению расхода материалов и трудозатрат.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Диссертация является научно-квалификационной работой, в которой изложены научно обоснованные технические решения по геолого-геофизическому мониторингу грунтовых оснований, укрепляемых методом высоконапорной инъекции, обеспечивающие увеличение сроков безаварийной эксплуатации горнотехнических сооружений, что имеет существенное значение для горнодобывающей и горно-строительной отраслей.

Основные научные результаты, выводы и рекомендации сводятся к следующему.

1. Технология высоконапорной инъекции (ВНИ) является эффективным методом управления свойствами неустойчивых глинистых грунтовых массивов в основаниях горнотехнических сооружений. Ее широкое применение сдерживается отсутствием надежных методов контроля сложных гидродинамических и геомеханических процессов гидрорасчленения закрепляемого слоя, заполнения полости цементно-песчаным раствором, опрессовки обрабатываемой зоны и формирования несущего инженерно-геологического элемента массива. Одним из путей решения данной проблемы является дополнение традиционных геолого-маркшейдерских методов, обеспечивающих прямые измерения физических свойств массива, малотрудоемкими и производительными геофизическими методами.

2. Особенности физических свойств грунтового массива, подверженного ВНИ, состоят в нелинейности пространственно-временных изменений механических, акустических и электрических свойств: прочность образцов грунтов в процессе обработки временно снижается, а на стадии твердения - увеличивается в 4-6 раз; скорость продольной волны на обеих стадиях увеличивается на 30-60 %; удельное электросопротивление (УЭС) при насыщении грунта электрически контрастным раствором снижается в 1,5-10 раз, а при консолидации цементно-песчаной смеси — увеличивается в 2-30 раз.

Комплекс методов геолого-геофизического мониторинга включает: геологические изыскания с лабораторным определением механических свойств образцов; статическое геомеханическое зондирование; сейсмическое зондирование; электрофизический бесскважинный геоконтроль по схемам ВЭЗ и ЭП, бесконтактный скважинный индукционный каротаж.

При мониторинге процессов ВНИ целесообразно использовать информационные критерии: энтропию Н, информативность I, эффективность Э, необходимость контроля N. Вероятность устойчивого состояния массива определяют при интегрированном геоконтроле (без внедрения) по соотношению средних прогнозных значений прочности массива, при дифференцированном (с внедрением в массив) - по относительной величине интервалов, на которых прочность превышает минимальный зафиксированный по глубине уровень. В процессе ВНИ величина Н

локально возрастает, а затем снижается до уровня Яд = 0,469 бит при завершении формирования укрепленного массива. Необходимость N интегрированного контроля на конечной стадии убывает до нуля, а при дифференцированном - стабилизируется на уровне Лд = 0,37-0,51.

3. Контролируемый путем электрофизического мониторинга радиус распространения раствора от инъектора при ВНИ изменяется в диапазоне 0,2-0,6 м,

величина сопротивления грунта погружению конуса д3 после нагнетания снижается на 1—20 %, через 1-10 сут начинается монотонное увеличение, конечный уровень <5>3 превышает начальный в 1,5—4 раза, а средний рост модуля деформации составляет 85 %.

Характер изменения эффективного УЭС массива рк совпадает с дъ между

приращениями рк и д3 имеет место линейная зависимость. Дифференцированный скважинный индукционный геоконтроль обеспечивает определение размеров ослабленного слоя, зон проникновения раствора, локальных расслоений мощностью 0,2-1 м с погрешностью не более 10 % и позволяет прогнозировать момент стабилизации свойств наименее устойчивого слоя.

При насыщении грунтов раствором увеличение скорости продольной волны Ур достигает 2,8 раза, поперечной У5 - не превышает 70 %. При наборе прочности диапазоны изменения скоростей составляют Ур - 1400-2000 м/с, У$ = 700-1100 м/с, а величина динамического модуля упругости, определенная по

данным сейсмического зондирования, изменяется в диапазоне = 0,5-23 МПа и линейно связана с модулем деформации образцов.

4. По результатам мониторинга размеров зон инъекции в плане и по глубине, контроля интенсивности набора прочности и стабилизации свойств наиболее слабого слоя обеспечивается корректирование режимов ВНИ. Маркшейдерский мониторинг деформаций грунтов позволяет реализовать селективное укрепление сооружений с деформированной продольной осью путем первоочередного нагнетания на участках с наименьшими осадками, а после частичного твердения раствора и установленной путем мониторинга стабилизации свойств укрепленной зоны - в скважинах второй очереди.

При строительстве сооружений на незадокументированных свайных полях интегрированный геоконтроль глубины погружения свай с металлической арматурой обеспечивается по относительной величине электросопротивления заземли-теля (погрешность 8-12 %), а дифференцированный - индукционным каротажем из параллельной скважины (погрешность ±0,5 м).

5. Технические решения по контролю процессов ВНИ внедрены в производство на 30 участках укрепления оснований горнотехнических сооружений, объектов промышленного и гражданского назначения в Кузбассе, тем самым обеспечена их безаварийная эксплуатация в течение 2-6 лет. Частичная замена инженерно-геологических изысканий на геофизический мониторинг обеспечивает снижение объемов буровых работ и лабораторных испытаний проб на 80 %, экономию затрат 6,7 %. Расчетный экономический эффект от применения геофизического мониторинга в 1998-2007 годах ООО "НООЦЕНТР-Д" составил 1,83 млн руб.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах.

1. Простов, С. М. Комплексный геоконтроль процессов инъекционного закрепления влагонасыщенных грунтов / С. М. Простов, О. В. Герасимов, Е. А. Мальцев // Вестник КузГТУ. - 2003. - № 3. - С. 17-20.

2. Простов, С. М. Комплексный контроль качества укрепления неустойчивых грунтов инъекционными растворами / С. М. Простов, М. В. Гуцал, О. В. Герасимов // Вестник ТГАСУ. - 2003. - № 1. - С. 231-237.

3. Простов, С. М. Электрофизический контроль при нагнетании цементного раствора в неустойчивые грунты / С. М. Простов, М. В. Гуцал, О. В. Герасимов // Труды Международного геотехнического симпозиума "Фундаментостроение в

сложных инженерно-геологических условиях". - С.-П., 2003. - С.208—211.

4. Герасимов, О. В. Применение контролируемой высоконапорной инъекции неустойчивых грунтов в основаниях горнотехнических сооружений в Кузбассе / О. В. Герасимов, С. М. Простов // Наукоемкие технологии разработки и использования минеральных ресурсов: Сб. науч. ст. Межд. науч.-практ. конф. - Новокузнецк, 2006. - С. 52-57.

5. Простов, С. М. Комплексный мониторинг процессов высоконапорной инъекции грунтов / С. М. Простов, В. А. Хямяляйнен, О. В. Герасимов // РАЕН. -Кемерово; М. : Издательское объединение "Российские университеты": Кузбас-свузиздат. - АСТШ, 2006. - 94 с.

6. Герасимов, О. В. Контроль деформаций укрепляемого основания сооружения и разработка способа управления ими / О. В. Герасимов, С. М. Простов // Строительство и эксплуатация угольных шахт и городских подземных сооружений: М-лы IV Российско-Китайского симпозиума. - Кемерово, 2006. - С. 233-237.

7. Простов, С. М. Применение геофизических методов для определения глубины погружения буронабивных, буроинъекционных и железобетонных свай / С. М. Простов, О. В. Герасимов, Е. А. Мальцев. - Вестник КузГТУ. - 2006. - № 5. -С. 17-21.

8. Герасимов, О. В. Изучение процессов укрепления неустойчивых грунтов оснований сооружений сейсмическим методом / О. В. Герасимов, С. М. Простов // Вестник КузГТУ. - 2006. -№ 6. - С. 15-19.

9. Герасимов, О. В. Исследование зависимости между механическими и электрофизическими свойствами грунтов, укрепляемых методом высоконапорной инъекции / О. В. Герасимов, С. М. Простов, Д. Ю. Пахомов // Вестник КузГТУ. -2006.-№6.-С. 20-23.

10. Герасимов, О.В. Контроль свойств и состояния грунтов основания сооружения при инъектировании цементного раствора / О.В. Герасимов, С. М. Простов // Вестник КузГТУ. - 2006. - №6.2. - С. 11-16.

11. Простов, С. М. Информационные критерии геоконтроля качества высоконапорной инъекции грунтов / С. М. Простов, О. В. Герасимов // Вестник РАЕН (ЗСО). - 2007. - Вып. 9. - С. 182-186.

12. Патент № 2162917 С2(Щ), МПК 7 Е02Б 3/12, Е020 37/00. Способ закрепления грунтов в основании деформированных зданий и сооружений / В. В. Лушников, В. А. Богомолов, А. С. Кусморцев, О. В. Герасимов; ОАО "УралНИАСцентр". -№ 99107679/03; Заявл. 04.07.99; Опубл. 02.10.01; Бюл. 16.

13. Патент 2238366 С1(1Ш), МПК 7 Е 02 Э 5/34, 5/44, 7/26. Способ устройства инъекционной сваи / А. И. Полищук, О. В. Герасимов, А. А. Петухов, Ю. Б. Андриенко, С. С. Нуйкин; ЗАО "Геоконструкция". - № 2003106150; Заявл. 03.04.03; Опубл. 20.10.04; Бюл. № 29.

14. Патент № 29735 Ш(1Ш), МПК 7 Е 02 3/12. Устройство для нагнетания в грунт уплотняющей смеси / А. И. Полищук, О. В. Герасимов, Т. А. Трепут-нева. -№ 2002126170/20; Заявл. 02.10.2002; Опубл. 27.05.2003; Бюл. № 5.

Подписано в печать Формат 60x84/16. Бумага офсетная. Отпечатано на ризографе. Печ. л. 1.0. Тираж 100 экз. Заказ ГУ КузГТУ, 650026, Кемерово, ул. Весенняя, 28. Типография ГУ КузГТУ, 650099, Кемерово, ул. Д. Бедного, 4а.

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Герасимов, Олег Васильевич

Введение.

1. Изученность вопроса контроля и прогнозирования состояния и свойств грунтовых массивов оснований горнотехнических сооружений, укрепляемых методом высоконапорной инъекции.

1.1. Проблема укрепления обводненных неустойчивых грунтов оснований горнотехнических сооружений в Кузбассе.

1.2. Технология укрепления грунтового массива методом высоконапорной инъекции (ВНИ).

1.3. Методы контроля состояния и свойств массива при его укреплении инъекционными методами.

1.3.1. Геолого-маркшейдерские методы.

1.3.2. Геофизические методы.

1.4 Выводы, цель и задачи исследования.

2. Обоснование схем и информационных критериев комплексного мониторинга процессов ВНИ.

2.1 Изменение прочностных, деформационных и акустических свойств грунтов.

2.2. Электрофизические свойства укрепляемых грунтов.

2.3. Техническое обеспечение геолого-геофизического мониторинга при ВНИ.

2.3.1. Геологические изыскания.

2.3.2. Статическое геомеханическое зондирование.

2.3.3. Сейсмическое зондирование.

2.3.4. Маркшейдерско-геодезические измерения.

2.3.5. Электрофизический бесскважинный геоконтроль.

2.3.6. Скважинный бесконтактный индукционный геоконтроль.

2.3.7. Совмещение мониторинга с технологическими операциями ВНИ.

2.4. Информационные критерии геоконтроля качества высоконапорной инъекции грунтов.

Выводы.

3. Установление закономерностей изменения контролируемых физических свойств массива на различных стадиях ВНИ.

3.1. Геологический и электрофизический контроль при строительстве сооружений на укрепляемом основании.

3.2. Геологический, электрофизический и индукционный контроль при сооружении свайного фундамента во влагонасыщенных слоистых грунтах.

3.3. Геологический и сейсмический контроль при укреплении основания эксплуатируемого сооружения.

3.4. Геологический и электрофизический контроль при ликвидации аварийного состояния сооружения.

Выводы.

4. Разработка и реализация технических решений по геолого-геофизическому мониторингу оснований сооружений, укрепляемых методом ВНИ.

4.1. Способ и устройства устранения неравномерных осадок конструкции.

4.2. Способы контроля глубины погружения буронабивных, буроинъекционных и железобетонных свай.

4.3. Внедрение разработок по контролю технологии ВНИ в Кузбассе. 129 Выводы.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Геолого-геофизический мониторинг грунтовых оснований горнотехнических сооружений, укрепляемых методом высоконапорной инъекции"

Актуальность работы

Несвязные и частично связные песчано-глинистые отложения распространены на территории Кузбасса и имеют мощность до 30-50 м. Ведение горно-строительных работ и эксплуатация горнотехнических сооружений осложняется низкими прочностными параметрами грунтов, влиянием на них геосейсмической активности, перепадов температуры, влагонасыщения, статической деформации земной поверхности. При проходке устьев стволов имеют место вывалы объемом до 600 м , при ведении открытых горных работ в массивах глинистых четвертичных отложений зафиксированы обрушения бортов объемом до 700 тыс. м3, при эксплуатации надшахтных сооружений, технических и административных объектов происходят недопустимые осадки оснований. Для устранения технологических нарушений необходимо применение методов контролируемого инъекционного уплотнения массивов неустойчивых грунтов.

Разработанная в ОАО "Институт "УралНИИАС" технология высоконапорной инъекции (ВНИ), включающая стадии частичного гидроразрыва закрепляемого слоя, заполнения полости цементно-песчаным раствором, уплотнения зоны инъекции опрессовкой и формирования несущего инженерно-геологического элемента, является эффективным методом управления физико-механическими свойствами грунтового массива. Применение технологии ВНИ для укрепления оснований горнотехнических сооружений сдерживается отсутствием надежных методов комплексного мониторинга гидродинамических и геомеханических процессов в укрепляемом массиве с учетом неоднородности его свойств. Для решения данной проблемы необходимо традиционные геолого-маркшейдерские методы геоконтроля применять в комплексе с геофизическими, что обеспечит детальный мониторинг состояния и свойств массива в пространстве и во времени. Вместе с тем, до настоящего времени не разработаны методики геолого-геофизического мониторинга, отражающие особенности физических свойств грунтового массива и диапазоны изменения информационных критериев геоконтроля, не установлены зависимости между параметрами геоконтроля, необходимые для прогноза качества укрепительных работ, не разработаны способы непрерывного мониторинга процессов ВНИ при ведении строительных и ремонтных работ.

Исследования выполнялись при поддержке гранта Российского фонда фундаментальных исследований по проекту № 05-05-64100.

Задачи исследования:

- обоснование схем и информационных критериев комплексного мониторинга процессов ВНИ;

Методы исследований

Объекты исследований - зоны неустойчивых песчано-глинистых грунтов в основаниях горнотехнических сооружений, подвергнутых укреплению методом ВНИ цементосодержащих растворов.

Научные положения, защищаемые в диссертации:

- мониторинг изменений эффективного удельного электросопротивления обеспечивает контроль радиуса распространения укрепляющего раствора при ВНИ в диапазоне 0,2-0,6 м и прогнозирование конечного уровня прочности, превышающего начальный в 1,5-4 раза;

Научная новизна работы заключается:

- в определении диапазонов изменения информационных критериев при контроле качества ВНИ;

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается:

- использованием методов статистики и теории информации при обработке экспериментальных данных;

Личный вклад автора заключается:

- в обосновании информационных критериев контроля качества ВНИ;

Практическая ценность работы заключается:

Реализация работы. Рекомендации по геолого-маркшейдерскому мониторингу состояния и свойств грунтового массива при ВНИ использованы ООО

НООЦЕНТР-Д" и ОАО УК "Кузбассразрезуголь" при строительстве, реконструкции и ремонте технических сооружений. Результаты работы вошли составной частью в "Методические указания по комплексному геологическому, маркшейдерско-геодезическому и геофизическому контролю процессов укрепления оснований горнотехнических сооружений методом высоконапорной инъекции цементно-песчаных растворов / ГУ КузГТУ, ООО "НООЦЕНТР-Д". -Кемерово, 2006. - 40 е.", согласованные с ОАО УК "Кузбассразрезуголь".

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы обсуждались на Казахстанско-Японском геотехническом семинаре (Астана, 2001 г.), научно-техническом семинаре "Вопросы инженерно-геологических, экологических и геодезических изысканий в Уральском регионе (Екатеринбург, 2003 г.), Международном геотехническом симпозиуме "Фундаментостроение в сложных инженерно-геологических условиях" (Санкт-Петербург, 2003 г.), Российской научно-технической конференции "Проблемы проектирования, строительства и эксплуатации фундаментов" (Пермь, 2004 г.), Международной научно-практической конференции "Наукоемкие технологии разработки и использование минеральных ресурсов" (Новокузнецк, 2006), IV Российско-Китайском симпозиуме "Строительство и эксплуатация угольных шахт и городских подземных сооружений" (Кемерово, 2006), Неделе горняка (Москва, 2007), научной конференции студентов, аспирантов и преподавателей ГУ КузГТУ (Кемерово, 2007).

Экспонат "Технология контролируемой высоконапорной инъекции цементно-песчаных растворов при укреплении оснований технических сооружений", включающий разработки автора диссертации, удостоен диплома I степени Международной выставки "Экспо-Сибирь" (Кемерово, 2006).

Заключение Диссертация по теме "Горнопромышленная и нефтегазопромысловая геология, геофизика, маркшейдерское дело и геометрия недр", Герасимов, Олег Васильевич

Выводы

1. Селективное укрепление оснований горнотехнических сооружений основано на увеличении в 8,25 раза средней скорости осадок в момент закрепления. При неравномерности осадок вдоль оси сооружения, достигающих 60 %, первоначально производят нагнетание на участках с наименьшими осадками, установленных по данным маркшейдерского мониторинга, а после завершения дополнительных осадок и частичного твердения раствора, обеспечивающих выпрямление изогнутой оси объекта, - на всех участках основания в скважинах второй очереди.

Повышение эффективности селективного укрепления оснований сооружений обеспечивается непрерывным маркшейдерским мониторингом деформаций, геолого-геофизическим контролем качества ВНИ, а также специальными наконечниками нагнетательного инъектора, снабженными режущими пластинами, способствующими более глубокому проникновению раствора в пределах зоны геоконтроля.

Новизна технических решений защищена патентами.

2. Интегрированный геоконтроль глубины погружения буроинъекционных свай целесообразно осуществлять по относительной величине электросопротивления заземлителя-инъектора (погрешность контроля 8-12 %), а дифференцированный - методом индукционного каротажа из параллельной скважины (погрешность ±0,5 м).

3. Технические решения по контролю процессов ВНИ использованы при укреплении оснований горнотехнических сооружений, объектов промышленного и гражданского назначения более чем на 30 участках угольной, энергетической и строительной промышленности Кузбасса, тем самым обеспечена их безаварийная эксплуатация в течение 2-6 лет. Затраты на геоконтроль методом геологических изысканий с земной поверхности составляют 11 % от стоимости работ по ВНИ (из подземных помещений -10,1 %), методом статического зондирования - 2,9 %, методом геофизического мониторинга - 2,1 %. Частичная замена инженерно-геологических изысканий на геофизический мониторинг обеспечивает снижение объмов буровых работ и лабораторных испытаний проб на 80 %, экономию затрат 6,7 % от сметной стоимости работ при строительстве и 6 % при ремонте сооружений.

Объекты реализации технологии контролируемой ВНИ включают сооружения подземной технологии (устья стволов шахт, здания в зонах подтопления и сдвижения, копры, надшахтные здания), открытой геотехнологии (борта карьеров, отвалы, здания в зонах сейсмического воздействия, дамбы ГТС, очистные сооружения, автомобильные дороги), строительной геотехнологии (сооружения обогатительных фабрик, ТЭЦ, городских сетей, метро).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Основные научные результаты, выводы и рекомендации сводятся к следующему.

При мониторинге процессов ВНИ целесообразно использовать информационные критерии: энтропию Я, информативность /, эффективность Э, необходимость контроля N. Вероятность устойчивого состояния массива определяют при интегрированном геоконтроле (без внедрения) по соотношению средних прогнозных значений прочности массива, при дифференцированном (с внедрением в массив) - по относительной величине интервалов, на которых прочность превышает минимальный зафиксированный по глубине уровень. В процессе ВНИ величина Я локально возрастает, а затем снижается до уровня Яд = 0,469 бит при завершении формирования укрепленного массива. Необходимость N интегрированного контроля на конечной стадии убывает до нуля, а при дифференцированном - стабилизируется на уровне Na = 0,37-0,51.

3. Контролируемый путем электрофизического мониторинга радиус распространения раствора от инъектора при ВНИ изменяется в диапазоне 0,20,6 м, величина сопротивления грунта погружению конуса q3 после нагнетания снижается на 1-20 %, через 1-10 сут начинается монотонное увеличение, конечный уровень q3 превышает начальный в 1,5-4 раза, а средний рост модуля деформации составляет 85 %.

Характер изменения эффективного УЭС массива рк совпадает с q3, между приращениями рк и q3 имеет место линейная зависимость. Дифференцированный скважинный индукционный геоконтроль обеспечивает определение размеров ослабленного слоя, зон проникновения раствора, локальных расслоений мощностью 0,2-1 м с погрешностью не более 10 % и позволяет прогнозировать момент стабилизации свойств наименее устойчивого слоя.

При насыщении грунтов раствором увеличение скорости продольной волны Vp достигает 2,8 раза, поперечной Vs - не превышает 70 %. При наборе прочности диапазоны изменения скоростей составляют Vp = 1400-2000 м/с, Vs = 700-1100 м/с, а величина динамического модуля упругости, определенная по данным сейсмического зондирования, изменяется в диапазоне Ец - 0,5— 23 МПа и линейно связана с модулем деформации образцов.

При строительстве сооружений на ^задокументированных свайных полях интегрированный геоконтроль глубины погружения свай с металлической арматурой обеспечивается по относительной величине электросопротивления заземлителя (погрешность 8-12 %), а дифференцированный - индукционным каротажем из параллельной скважины (погрешность ±0,5 м).

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Герасимов, Олег Васильевич, Кемерово

1. Физико-механические свойства горных пород и углей Кузнецкого бассейна: Справочник // Г. Г. Штумпф, Ю. А. Рыжков, В. А. Шаламанов и др. -М.: Недра, 1994.-447 с.

2. Баклашов, И. В. Проектирование и строительство горнотехнических зданий / И. В. Баклашов, В. И. Борисов, А. П. Максимов. М.: Недра, 1991. -246 с.

3. Справочник по сооружению шахтных стволов специальными способами / В. В. Давыдов, Е. Г. Дуда, А. И. Кавешников и др.; Под ред. проф. докт. техн. наук Н. Г. Трупака. М.: Недра, 1980. - 391 с.

4. Кипко, Э. Я. Тампонаж обводненных горных пород / Э. Я. Кипко, Ю. А. Полозов, О. Ю. Лушникова, М. М. Вяльцев, Ю. Н. Спичак, Ю. И. Свирский. М.: Недра, 1989. - 341 с.

5. Лушникова, О. Ю. Контроль и управление состоянием массива при защите горных выработок от водопритоков / О. Ю. Лушникова, В. А. Лагунов, Г. Ф. Шилин. М.: Недра, 1995.-237 с.

6. Кипко, Э. Я. Комплексный метод тампонажа при строительстве шахт / Э. Я. Кипко, Ю. А. Полозов, О. Ю. Лушникова. М.: Недра, 1984. - 280 с.

7. Hanson, М. Е. Effects of various parameters on hudraulie fracturing geometry / M. E. Hanson, R. I. Shaffer, G. D. Anderson // Soc/ Petrol. Eng. I. 1981. -№4.-P. 435-443.

8. Хямяляйнен, В. А. Формирование цементационных завес вокруг капитальных горных выработок / В. А. Хямяляйнен, Ю. В. Бурков, П. С. Сыркин. -М.: Недра, 1994.-400 с.

9. Хямяляйнен, В. А. Физико-химическое укрепление пород при сооружении выработок / В. А. Хямяляйнен, В. И. Митраков, П. С. Сыркин. М.: Недра, 1996.-352 с.

10. Демин, А. М. Закономерности проявления деформаций откосов в карьерах. -М.: Недра, 1981.-144 с.

11. Арсентьев, А. И. Устойчивость бортов и осушение карьеров / А. И. Арсентьев, И. Ю. Букин, В. А. Мироненко. М.: Недра, 1982. - 165 с.

12. Фисенко, Г. Л. Укрепление откосов в карьерах / Г. Л. Фисенко, М. А. Рева-зов, Э. Л. Галустьян. М.: Недра, 1977. - 208 с.

13. Бахаева, С. П. Анализ причин деформационных процессов прибортовых массивов в условиях Кузбасса / С. П. Бахаева, М. А. Кузнецов, Е. В. Костюков // Безопасность труда в промышленности. 2004. - №3. - С. 50-53.

14. Бахаева, С. П. Условия и причины оползней изотропных массивов на угольных разрезах Кузбасса / С. П. Бахаева, М. А. Кузнецов, Е. В. Костюков // Маркшейдерский вестник. 2004. - №1. - С. 43-47.

15. Бахаева, С. П. Анализ причин оползня насыпного массива и оценка обеспечения его устойчивости / С. П. Бахаева, Т. В. Михайлова // Маркшейдерский вестник. 2004. - №1. - С. 40-43.

16. Абелев, М. Ю. Аварии фундаментов сооружений. М. : МИСИ им.

17. В. В. Куйбышева, 1975. 56 с.

18. Абелев. М. Ю. Слабые водонасыщенные глинистые грунты как основания сооружений. -М.: Стройиздат, 1973. -228 с.

19. Абелев, М. Ю. Строительство промышленных и гражданских сооружений на слабых водонасыщенных грунтах. М.: Стройиздат, 1983. - 247 с.

20. Быков, В. И. Усиление оснований и фундаментов аварийных зданий инъекционными методами. Астана, 2000, С. 572-574.

21. Габлия, Ю. А. Фундаменты опор линий электропередач в сложных грунтовых условиях. М.: Энергоиздат, 1981. - 192 с.

22. Гоц, М. А. Рациональные приемы укрепления оснований деформированных зданий. JI. : Изд-во лит-ры по стр-ву, 1966. - 87 с.

23. Далматов, Б. И. Проектирование свайных фундаментов в условиях слабых грунтов/ Б. И. Далматов, Ф. К. Лапшин, Ю. В. Россихин. JL : Стройиздат,1975.-240 с.

24. Далматов, Б. И. Обследование оснований и фундаментов реконструируемых зданий: Текст лекций / Б. И. Далматов, В. М. Улицкий. Л. : ЛИСИ, 1985.-36 с.

25. Егоров, А. И. Усиление фундаментов в процессе реконструкции зданий и сооружений. Обзорная информация // Строительство и архитектура. Строительные конструкции. М. : Госстрой СССР. - 1991. - Вып. № 4. -64 с.

26. Зиангиров, Р. С. Опыт строительства зданий на юрских глинах в Москве / Р. С. Зиангиров, И. А. Николаев, Ю. П. Крылов, Е. А. Сорочан // Основания, фундаменты и механика грунтов. 2000. - № 3. - С. 16-22.

27. Зурнаджи, В. А. Усиление оснований и фундаментов при ремонте зданий / В. А. Зурнаджи, М. П. Филатов. М.: Стройиздат, 1970. - 86 с.

28. Мальганов, А. И. Восстановление и усиление строительных конструкций аварийных и реконструируемых зданий / А. И. Мальганов, В. С. Плевков,

29. A. И. Полищук. Томск : Изд-во Томск. Ун-та, 1992. - 456 с.

30. Полищук, А. И. Основы проектирования и устройства фундаментов реконструируемых зданий. Нортхэмптон: STT; Томск: STT, 2004. - 476 с.

31. Полищук, А. И. Систематизация причин усиления фундаментов, упрочнения оснований эксплуатируемых зданий. В кн.: Труды 1-го Центрально-Азиатского симпозиума. - Астана, 2000. - С. 604-607.

32. Пономарев, А. Б. Реконструкция подземного пространства: Учебное пособие по курсу. Пермь: Перм. гос. техн. ун-т, 2005. - 236 с.

33. Швец, В. Б. Усиление и реконструкция фундаментов / В. Б. Швец,

34. B. И. Феклин, Л. К. Гинзбург. М.: Стройиздат, 1985. - 202 с.

35. Шукле, Л. Реологические проблемы механики грунтов. М. : Стройиздат,1976.-485 с.

36. Щвец, В. Б. Элювиальные грунты как основания сооружений. М.: Стройиздат, 1993.-23 с.

37. Ellis, I. W. Piling for underpinning: Symposium on Building Appraisal, Maintenance and Preservation. Bath: University of Bath, 1985. - P. 88-96.

38. Flatte, К., Seines P. Side Friction of in clay. J.Int. Soil Mech. and Found Pros. -Tohyo, 1977. V 2. - P. 517-522.

39. Herbst, T.F. Transverhalten von verpreBanker. Proc. 4 th Conf. SoilMech Budapest, 1971.-P. 601-615.

40. Janby, B. Stating bearing capacity of friction piles. European Conf. on Soil Mech. and Found. Eng. Proc. Vienne, 1976, V. 1, 2. - P. 470-478.

41. Littlejohn G.S. Design estimation of the ultimate load-holding capacity of ground ancors. Ground Eng. 1980. - V. 13. - № 8. - P. 25-39.

42. Luschnikov. V. V. Die Entwicklunq der Pressiometermethode zur Unter-suchunq von Lockerqesteinen. In: Erqebnisse einer 60-Jariqen Entwicklunq in der Bodenmechhanik. Leipziq, 1979.

43. Massarsch K. R., Broms В. B. Fracturing of soil caused by pile driving in clay. Int. Cont. Soil Mech. and Found.- Tokio. 1977. - V. 2. - P. 197-200.

44. Камбефор, А. Инъекция грунтов. Принципы и методы. М. : Энергия,1971.-336 с.

45. Вахрамеев, И. И. Теоретические основы тампонажа горных пород . М. : Недра, 1968.-206 с.

46. Трупак, Н. Г. Цементация трещиноватых пород в горном деле. М. : Ме-таллургиздат, 1956. - 218 с.

47. Айтматов, И. Г. Тампонирование обводненных горных пород в шахтном строительстве / И. Г. Айтматов, Б. И. Кравцов, Б. Д. Половов. М. : Недра,1972.- 144 с.

48. Заславский, Ю. 3. Инъекционное упрочнение горных пород / Ю. 3. Заславский, Е. А. Лопухин, Е. Б. Дружко и др. М.: Недра, 1984. - 175 с.

49. Максимов, А. П. Тампонаж горных пород / А. П. Максимов, В. В. Евтушенко. -М. : Недра, 1978. 180 с.

50. Ерофеев, А. М. Повышение надежности крепи горных выработок / А. М. Ерофеев, JI. А. Мирошникова. М.: Недра, 1988. - 138 с.

51. Хямяляйнен, В. А. Комбинированные инъекционные крепи / В. А. Хямя-ляйнен, Ю. В. Бурков, Г. С. Франкевич. РАЕН. - Кемерово, 1999. - 289 с.

52. Хямяляйнен, В. А. Цементация слоистых пород / В. А. Хямяляйнен, А. В. Угляница // РАЕН, КузГТУ. Кемерово, 2000. - 218 с.

53. Хямяляйнен, В. А. Тампонаж обрушенных пород / В. А. Хямяляйнен, Л. П. Понасенко, Ю. В. Бурков и др. // РАЕН, КузГТУ. Кемерово, 2000. -107 с.

54. Хямяляйнен, В. А. Возведение противофильтрационных завес вокруг водоупорных перемычек / В. А. Хямяляйнен, Г. С. Франкевич, Ю. В. Бурков и др. // РАЕН, КузГТУ. Кемерово, 2000. - 120 с.

55. Хямяляйнен, В. А. Тампонаж неоднородных пород / РАЕН, КузГТУ. Кемерово. -2002. - 129 с.

56. Хямяляйнен В. А. Возведение тампонажно-дренажных завес. Под ред. акад. РАЕН Хямяляйнена В. А. / В. А. Хямяляйнен, JL П. Понасенко, И. А. Поддубный и др. // РАЕН, КузГТУ. Кемерово 2003. - 166 с.

57. Технологические схемы упрочнения массивов горных пород цементацией при проведении капитальных горных выработок в зонах геологических нарушений / Е. Г. Дуда, Ю. В. Бурков, В. А. Хямяляйнен, Г. И. Комаров // Кузниишахтострой. Кемерово, 1980. - 68 с.

58. Рекомендации по физико-химическому упрочнению неустойчивых пород при сооружении тоннелей БАМ / Я. А. Дорман, В. И. Митраков, Г. О. Смирнов, В. М. Горлов, Е. Г. Дуда, В. А. Хямяляйнен; ЦНИИС. М., 1980.-61 с.

59. Руководство по производству инъекционных работ при строительстве тоннелей в сложных инженерно-геологических условиях / В. И. Митраков,

60. B. А. Хямяляйнен, Ю. В. Бурков, Е. Г. Дуда; ЦНИИС. М., 1983. - 103 с.

61. Хямяляйнен, В. А. Методические указания по определению параметров технологии упрочнения цементацией трещиноватых пород вокруг капитальных горных выработок//Кузниишахтострой. Кемерово, 1997. - 51 с.

62. Альбом технологических схем комбинированного тампонажа для предупреждения и ликвидации аварийных ситуаций при проходке и эксплуатации горных выработок/ Ю. В. Бурков, JI. П. Понасенко, В. А. Жеребцов,

63. C. JL Понасенко, В. А. Хямяляйнен и др. // Кузниишахтострой. Кемерово, 2001.-94 с.

64. Литвинов, И. М. Глубинное укрепление просадочных грунтов. Киев: Бу-дивельник, 1969. - 184 с.

65. Голубков, В. Н. Гидробаллонный способ устройства искусственных оснований в слабых и просадочных грунтах // Мат-лы IV Всесоюз. совещ. по закреплению и уплотнению грунтов. Тбилиси, 1964. - С. 143-148.

66. Гольдштейн, М. Н. Механические свойства грунтов. М. : Стройиздат, 1971.-367 с.

67. Гольдштейн, М. Н. Механика грунтов, основания и фундаменты / М. Н. Гольдштейн, А. А. Царьков, И. И. Черкасов. М.: Транспорт, 1981. — 220 с.

68. Гончарова, JI. В. Основы искусственного улучшения грунтов (техническая мелиорация грунтов) / Под ред. проф. В. М. Безрука. М. : Изд-во Моск. унта, 1973.-376 с.

69. Горькова, И. М. Физико-химические исследования дисперсных осадочных пород в строительных целях. М.: Стройиздат, 1975. - 151 с.

70. Бартоломей, А. А. Механика грунтов / Учебное пособие. М. : Стройиздат, 2003.-304 с.

71. Бартоломей, А. А. Основы расчета ленточных свайных фундаментов попредельно допустимым осадкам. М.: Стройиздат, 1982. - 223 с.

72. Бартоломей, А. А. Расчет осадок ленточных фундаментов. М. : Стройиздат, 1972.-127 с.

73. Бартоломей, А. А. Прогноз осадок свайных фундаментов / А. А. Бартоломей, И. М. Омельчак, Б. С. Юшков // Под ред. чл.-корр. РАН, проф. А. А. Бартоломея. М.: Стройиздат, 1994. - 384 с.

74. Осипов, В. И. Природа прочностных и деформационных свойств глинистых пород / МГУ. М., 1979. - 322 с.

75. Осипов, В. И. Уплотнение и армирование слабых грунтов методом "Геокомпозит" / В. И. Осипов, С. Д. Филимонов // Основания, фундаменты и механика грунтов. 2002. - № 5. - С. 15-21.

76. Осипов, В. И. Применение метода "Геокомпозит" при выправлении крена зданий / В. И. Осипов, С. Д. Филимонов, Б. А. Снежкин // Строй клуб. Информационно технический журнал. 2004. - № 4. - С. 9-11.

77. Мельников, Б. Н. Проблемы методологии исследования геотехногенных структур / Б. Н. Мельников, Ю. Б. Мельников // УрО РАН, УГТУ. Екатеринбург, 1998.-304 с.

78. Аббуд, М. Геотехническое обоснование стабилизации осадок фундаментов с помощью инъекционного закрепления грунтов. Автореф. дис. . канд.техн. наук / СПГАСИ. Л., 2000. - 23 с.

79. Нуждин, JI. В. Применение метода высоконапорного инъецирования для усиления грунтового основания при реконструкции зданий и сооружений / JI. В. Нуждин, П. А. Гензе, В. П. Писаненко. Астана. - С. 432-435.

80. Нуждин, М. Л. Применение метода высоконапорного инъецирования при усилении основания аварийного здания // Труды Каспийской международной конференции по геоэкологии и геотехнике. Баку (Азербайджан), 2003.-С. 183-187.

81. Лушников, В. В. Напряженно-деформированное состояние грунтов вокруг погруженных зондов // Основания, фундаменты и механика грунтов: Межвузовский тематический Сб. тр. Л.: ЛИСИ, 1978. - С. 109-118.

82. Лушников, В. В. О соотношении модулей деформации при сжатии и растяжении грунтов / В. В. Лушников, П. Д. Вулис, Б. М. Литвинов // Основания, фундаменты и механика грунтов. 1973. - № 6. - С. 18-19.

83. Лушников, В. В. Модель упрочняющейся разномодульной грунтовой среды/В. В. Лушников, Р. Я. Оржеховская, Ю. Р. Оржеховский // Основания и фундаменты в геологических условиях Урала: Межвузовский сборник. -Пермь, 1987.-С. 72-78.

84. Лушников, В. В. Опыт применения буроинъекционных свай при усилении оснований и фундаментов деформированных зданий / В. В. Лушников,

85. B. А. Богомолов // Труды V Междунар. Конф. по проблемам свайного фун-даментостроения. Под общ. ред. проф. А. А. Бартоломея. В 3 т. М. : Изд-во Перм. гос. техн. ун-та, 1996. - Т. 3. - С. 164-167.

86. Лушников, В. В. Высоконапорная инъекция грунтов как способ создания геотехногенных систем в строительстве / В. В. Лушников, В. А. Богомолов

87. Инженерно-геологические проблемы урбанизированных территорий: Материалы Междунар. Симпозиума, 30 июля 2 августа 2001 г. Екатеринбург, 2001. С. 732-740.

88. Оржеховская, Р. Я. К обобщению модели упрочняющейся разномодульной среды / Р. Я. Оржеховская, В. В. Лушников // Основания и фундаменты в геологических условиях Урала: Межвузовский сборник. Пермь, 1988. -С. 49-51.

89. Оржеховский, Ю. Р. Несущая способность и осадки буронабивных свай с уширениями (на основе нелинейного анализа) // Труды V Международной конференции по проблемам свайного фундаментостроения. Тюмень, 1996, т. 2.-С. 99-105.

90. Пат. 2124091 Способ стабилизации лессовых просадочных грунтов / ОАО "УралНИИАСцентр"; Авт. Лушников В. В., Эпп А. Я., Богомолов В. А. -Заявл. 4.02.97 № 97101720; Опубл.27.12.98; Бюл. № 36.

91. Пат. 1052625. СССР, МПК7 Е 02 D 5/62. Способ возведения буронабивной сваи-инъектора / Гордеев М. Н., Бугров В. Н., Аникин В. А., Кузин Б. Н. и др. Заявлено 01.02.82. Опубл. 07.11.83. Бюл. № 41.

92. Пат. 2103443. Способ устройства буронабивных свай /Уральский промст-ройниипроект; Авт. Лушников В. В., Богомолов В. А. Заявл. 8.11.95 № 95118893; Опубл. 27.01.98; Бюл. № 3.

93. Пат. 2119008. Способ устройства грунтового основания / ОАО "Урал-НИИАсцентр"; Авт. Лушников В. В., Богомолов В. А., Мельников Б. Н. -Заявл. 18.04.96 № 96107744; Опубл. 20.09.98; Бюл. № 26.

94. Пат. 2119009. РФ, МПК6 Е 02 D 3/12. Способ уплотнения грунта / Лубягин А. В., Миронов В. С. Заявл. 27.01.97. Опубл. 20.09.98. Бюл. № 26.

95. Пат. 2124091. РФ, МПК7 Е 02 D 3/12. Способ стабилизации лессовых просадочных грунтов / Лушников В. В., Эпп А. Я., Богомолов В. А. Заявлено 04.02.97. Опубл. 27.12.98. Бюл. № 36.

96. Пат. 2130992 Способ определения несущей способности геотехногенных систем / ОАО "УралНИИАСцентр"; Авт. Лушников В. В., Оржеховский

97. Ю.Р., Богомолов В. А., Эпп А. Я. Заявл. 27.12.97 № 97103063; Опубл. 27.05.99; Бюл.

98. Пат. 2148124. РФ, МПК7 Е 02 D 5/46. Способ устройства буроинъекцион-ных свай по технологии гидроспецстроя / Башмаков В. М., Бахолдин Б. В., Живодеров В. Н., Калинкевич Д. А. и др. Заявлено 09.10.97. Опубл. 27.04.00. Бюл. № 7.

99. Пат. 2256029. РФ, МПК7 Е 02 D 5/42. Способ изготовления набивной сваи / Ющубе С. В., Самарин Д. Е. Заявлено 23.08.04, Опубл. 10.07.05, Бюл. № 19.

100. Пат. 2263745. РФ, МПК7 Е 02 D 5/34. Способ возведения инъекционной сваи (варианты) / Полищук А. П., Петухов А. А., Нуйкин С. С. Заявлено 20.02.04. Опубл. 10.11.05. Бюл. № 31.

101. Пат. 48547. РФ, МПК7 Е 02 D 5/34. Напорнонабивная свая для слабых грунтов / Полищук А. И., Петухов А. А., Нуйкин С. С., Шалгинов Р. В. -Заявлено 06.06.05. Опубл. 27.10.05. Бюл. № 30.

102. Пат. 49029. РФ, МПК7 Е 02 D 5/34. Напорно-набивная свая / Полищук А. П., Петухов А. А., Нуйкин С. С. Заявлено 01.06.05. Опубл. 10.11.05. Бюл. №31.

103. Ямщиков, B.C. Контроль процессов горного производства. -М. : Недра. -1989.-446 с.

104. Ямщиков, В. С. Методы и средства исследования и контроля горных пород и процессов. М. : Недра. - 1982. - 296 с.

105. Ломтадзе, В. Д. Физико-механические свойства горных пород. Методы лабораторных испытаний. Л.: Недра, 1990. - 328 с.

106. Простов, С. М. Методы и средства геоконтроля / ГУ КузГТУ. Кемерово, 2005.- 191 с.

107. Ржевский, В. В. Акустические методы исследования и контроля горных пород в массиве. М.: Наука, 1973. - 286 с.

108. Глушко, В. Т. Геофизические методы контроля в угольных шахтах и тоннелях / В. Т. Глушко, В. С. Ямщиков, А. А. Яланский. М., Недра, 1987. -224 с.

109. Чумичев, А. М. Методы и средства контроля свойств и состояния сред. -М. :МГГУ, 1999.-172 с.

110. Бауков, Ю. Н. Горная геофизика. Геоконтроль неидеальных и неоднородных сред акустическими методами. М.: МГГУ, 1996. - 152 с.

111. Тютюнник, П. М. Проектирование систем геоконтроля: Уч. пособие. -М. :МГИ, 1984.-Ч. 1.-66 с.

112. Рекомендации по применению сейсмической разведки для изучения физико-механических свойств рыхлых грунтов в естественном залегании для строительных целей / ПО "Стройизыскания". М., 1974 - 142 с.

113. Зыков, В. С. Техногенная геодинамика/ ГУ КузГТУ. Кемерово, 2006. -266 с.

114. Зыков, В. С. Прогноз и предотвращение геодинамических явлений в угольных шахтах / В. С. Зыков, П. В. Егоров, В. В. Сидорчук и др. / ГУ КузГТУ. - Кемерово, 1999. - 171 с.

115. Хямяляйнен, В. А. Электрофизический контроль распространения тампо-нажного раствора в процессе нагнетания / В. А. Хямяляйнен, С. М. Простое, П. С. Сыркин // Изв. вузов. Горный журнал. 1995. - № 2. - С. 6366.

116. Хямяляйнен, В. А. Электрическое поле при фильтрации инъекционного раствора / В. А. Хямяляйнен, С. М. Простое // ФТПРПИ. 1995. - № 4. -С.52-56.

117. Хямяляйнен, В. А. Электросопротивление зацементированных трещиноватых пород / В. А. Хямяляйнен, С. М. Простов // ФТРПИ. 1995. - № 5. -С.49-53.

118. Простов, С. М. Определение геометрических параметров обводненных неустойчивых зон методами электрометрии / С. М. Простов, М. В. Гуцал, В. X. Шаймуратов // Изв. вузов. Горный журнал. - 2000. - № 6. - С. 12 -15.

119. Простов, С. М. Геоэлектрический контроль при укреплении неустойчивых обводненных породных массивов / С. М. Простов, М. В. Гуцал // Вестник КузГТУ. 2002. - № 5. - С.96-97.

120. Простов, С. М. Электросопротивление влагонасыщенных грунтов и пород при инъекционном укреплении / С. М. Простов, М. В. Гуцал, Р. Ф. Горди-енко // Вестник КузГТУ. 2002. - № 6. - С. 12-17.

121. Простов, С. М. Электрофизические свойства глинистых горных пород при твердении порозаполняющих жидкостей // Вестник КузГТУ. 2005. -№6.-С. 15-22.

122. Простов, С. М. Взаимосвязи электрофизических свойств глинистых горных пород с их пористостью и влагонасыщенностью / С. М. Простов,

123. B. А. Хямяляйнен, С. П. Бахаева // Физ-техн. пробл. разраб. пол. иск. -2006.-С. 47-58.

124. Простов, С. М. Диагностирование скрытых коллекторов по аномалиям фильтрационного электрического поля // Вестник РАЕН (ЗСО). 2006. -№8.-С. 211-218.

125. Хямяляйнен, В. А. Геоэлектрический контроль разрушения и инъекционного упрочнения горных пород / В. А. Хямяляйнен, С. М. Простов, П. С. Сыркин. М.: Недра, 1996. - 288 с.

126. Простов, С. М. Электромагнитный бесконтактный геоконтроль /

127. C. М. Простов, В. В. Дырдин, В. А. Хямяляйнен // КузГТУ. Кемерово, 2002.- 132 с.

128. Простов, С. М. Геоэлектрический контроль зон укрепления глинистых горных пород / С. М. Простов, В. А. Хямяляйнен, М. В. Гуцал, С. П. Бахаева // РАЕН. Томск: Изд-во Том. ун-та, 2005. - 127 с.

129. Простов, С. М. Прогноз устойчивости грунтовых дамб / С. М. Простов, Е. В. Костюков, С. П. Бахаева: РАЕН. Кемерово; М. : Издательское объединение "Российские университеты": Кузбассвузиздат-АСТШ, 2006. -172 с.

130. Простов, С. М. Геоэлектрический контроль массива горных пород. Кемерово; ГУ КузГТУ, 2007. - 160 с.

131. Ржевский, В. В. Основы физики горных пород / В. В. Ржевский, Г. Я. Новик. М.: Недра, 1984. - 359 с.

132. Дахнов, В. Н. Электрические и магнитные методы исследования скважин. -М.: Недра, 1981.-344 с.

133. Жданов, М. С. Электроразведка. Недра, 1986. - 316 с.

134. Дахнов, В. Н. Интерпретация результатов геофизических исследованийразрезов скважин. М.: Недра, 1982. - 448 с.

135. Ямщиков, В. С. Информационные основы технологического контроля устойчивости горных выработок / В. С. Ямщиков, А. С. Вознесенский // ФТПРПИ. 1980. -№ 6. - С. 99-105.

136. Вознесенский, А. С. Системы контроля геомеханических процессов. М. : Изд-во МГГУ, 2002.- 152 с.

137. Абрамян, Г. О. О соизмерении энтропии горно-геологических множеств // ГИАБ. 2006. - № 9. - С. 144-155.

138. Простов, С. М. Комплексный геоконтроль процессов инъекционного закрепления влагонасыщенных грунтов / С. М. Простов, О. В. Герасимов, Е. А. Мальцев // Вестник КузГТУ. 2003. - № 3. - С. 17-20.

139. Простов, С. М. Комплексный контроль качества укрепления неустойчивых грунтов инъекционными растворами / С. М. Простов, М. В. Гуцал, О. В. Герасимов // Вестник ТГАСУ. 2003. - № 1. - С. 231-237.

140. B. А. Хямяляйнен, М. В. Гуцал, Е. А. Мальцев, О. В. Герасимов, Г. И. Немков, Н. А. Зайцева, В. В. Ермошкин // ГУ КузГТУ; ООО "НО-ЦЕНТР-Д". Кемерово, 2006. -40 с.

141. Простов, С. М. Комплексный мониторинг процессов высоконапорной инъекции грунтов / С. М. Простов, В. А. Хямяляйнен, О. В. Герасимов // РАЕН. Кемерово; М. : Издательское объединение "Российские университеты" : Кузбассвузиздат. - АСТШ, 2006. - 94 с.

142. Герасимов, О. В. Контроль деформаций укрепляемого основания сооружения и разработка способа управления ими / О. В. Герасимов,

143. C. М. Простов // Строительство и эксплуатация угольных шахт и городских подземных сооружений: М-лы IV Российско-Китайского симпозиума, 21-22.09.2006. Кемерово, 2006, С. 233-237.

144. Простов, С. М. Применение геофизических методов для определения глубины погружения буронабивных, буроинъекционных и железобетонных свай / С. М. Простов, О. В. Герасимов, Е. А. Мальцев. Вестник КузГТУ. -2006. -№ 5. - С. 17-21.

145. Герасимов, О. В. Изучение процессов укрепления неустойчивых грунтов оснований сооружений сейсмическим методом / О. В. Герасимов, С. М. Простов // Вестник КузГТУ. 2006. - № 6. - С. 15-19.

146. Герасимов, О. В. Исследование зависимости между механическими и электрофизическими свойствами грунтов, укрепляемых методом высоконапорной инъекции / О. В. Герасимов, С. М. Простов, Д. Ю. Пахомов // Вестник КузГТУ. 2006. - № 6. - С. 20-23.

147. Герасимов, О.В. Контроль свойств и состояния грунтов основания сооружения при инъектировании цементного раствора / О.В. Герасимов, С. М. Простов // Вестник КузГТУ. 2006. - № 6.2. - С. 11-16.

148. Простов, С. М. Информационные критерии геоконтроля качества высоконапорной инъекции грунтов / С. М. Простов, О. В. Герасимов // Вестник РАЕН (ЗСО). 2007. - Вып. 9. - С. 182-186.

149. Патент 2238366 Cl(RU), МПК 7 Е 02 D 5/34, 5/44, 7/26. Способ устройства инъекционной сваи / А. И. Полищук, О. В. Герасимов, А. А. Петухов, Ю. Б. Андриенко, С. С. Нуйкин; ЗАО Теоконструкция". № 2003106150; Заявл. 03.04.03; Опубл. 20.10.04; Бюл. № 29.

150. Патент № 29735 Ul(RU), МПК 7 Е 02 3/12. Устройство для нагнетания в грунт уплотняющей смеси / А. И. Полищук, О. В. Герасимов, Т. А. Тре-путнева. № 2002126170/20; Заявл. 0210.2002; Опубл. 27.05.2003; Бюл. №5.

151. Техническое обслуживание и ремонт зданий и сооружений: Справ, пособие / Под ред. М. Д. Бойко. М.: Стройиздат, 1993. - 356 с.

152. Белобородов, В. Н. Контроль длины бетонных свай в грунте методом акустического зонирования / В. Н. Белобородов, Т. Г. Глотова, А. Л. Исаков, А.К. Ткачу к // ФТПРПИ. 2002. - № 5. - С. 116-120.

Информация о работе

Герасимов, Олег Васильевич
кандидата технических наук
Кемерово, 2007
ВАК 25.00.16

Диссертация

Геолого-геофизический мониторинг грунтовых оснований горнотехнических сооружений, укрепляемых методом высоконапорной инъекции - тема диссертации по наукам о земле, скачайте бесплатно

Автореферат

Геолого-геофизический мониторинг грунтовых оснований горнотехнических сооружений, укрепляемых методом высоконапорной инъекции - тема автореферата по наукам о земле, скачайте бесплатно автореферат диссертации

Похожие работы