Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Изменение сейсмических свойств лессовых грунтов при подтоплении

ВАК РФ 04.00.07, Инженерная геология, мерзлотоведение и грунтоведение

Автореферат диссертации по теме "Изменение сейсмических свойств лессовых грунтов при подтоплении"

МИНСТРОЙ РОССИИ

ЭИЗВОДСТВЕННЫЙ И НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ИНЖЕНЕРНЫМ ИЗЫСКАНИЯМ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ (ПНИИИС)

На правах рукописи

ХАМРАЕВ БУРИБОЙ

ИЗМЕНЕНИЕ СЕЙСМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ЛЕССОВЫХ ГРУНТОВ ПРИ ПОДТОПЛЕНИИ

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

Москва, 1992

:жнстрол России

производственный и НАУтаЫЮСВДОМТЗЛЮШ институт по ишзнеркьм ишскашш в строительстве (шшс)

На правах рукописи удк 550.34:552.524:624.131

ШРА23 БУРИЕОИ

изменение сзйсшчзских свойств ЛЕССОВЫХ ГРУНТОЗ при подтоплжш

Специальность 04.00.07 - "Инженерная геология, мерзлотоведение

и грунтоведение"

АВТОРЕФЕРАТ диссертация на соискание ученоИ степени каадщцага геолого-г.шнералоглческю наук

Москва,

1393.

Работа выполнена в Производственном и научно-исследовательс-К01.5 институте по инженерным изысканиям в строительстве (ШШИС) Минстроя России.

Научный консультант - д.г.-м.н.,прой.Н.И.Кригер.

Официальные оппоненты - д.т.н. С.С.Савватеев

к.ГгМ.н. Е. А. Воробьев:

Ведущая организация - институт "Эундаментпроект"

Защита диссертации состоится " /аУ^ 19ЭЬ г. в / Ь ~ часов на заседании специализированного совета К.033.11.0 в производственном и научно-исследовательском институте по инженерным изысканиям в строительстве (ШИИИС) Минстроя России.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ШШИС по адресу: 105058, Москва, Окружной проезд, 18.

Автореферат разослан " ЪС" 1991 г.

Ученый. секретарь специализированного совета, кандидат геолого-шшсралоги-ческих наук

0. II. Павлова

•¡т Р Е Д1 И С Л О В И Е.

Работа выполнялась в период 1982...1992 гг. в институте сейсмологии-РУз и в Производственном и научно-исследовательском институте по инженерным изысканиям в строительстве (ПНИШС) Минстроя России.

В первой половине периода аспирантуры руководителем был д.т.н.,проф. Е.С.Дзекцер, консультантом по общей геологии и сейсмическим свойствам лессовых грунтов - д.г.-м.н., проф. Н.И.Кригер.

Во второй половине периода аспирантуры работа завершена мною без научного руководителя самостоятельно, научный консультант остался прежним.

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. Процессы подтопления в Узбекистане наносят большой ущерб при строительстве и эксплуатации зданий и сооружений на лессовых грунтах в сейсмоопасных районах. В сейсмо-опасных районах Узбекистана многие крупные города и населенные пункты строились и строятся на лессовых грунтах. Подтопление приводит к существенному ухудшению инженерно-сейсмической обстановки застроенных территорий. Поэтому для строительства, расширения территории существующих городов, а также для нормальной эксплуатации зданий и сооружений на застроенных территориях необходимо изучение инженерно-геологических свойств этих пород. Изучение изменения сейсмических свойств лессовых грунтов при подтоплении является одним из актуальных вопросов сейсмического микрорайонирования'.

С целью изучения влияния подтопления на изменение сейсмических свойств лессоЕых грунтов выбраны ранее застроенные подтопленные территории г.Карши, а.также строительные площадки в г.Пскен-те и Ташкенте.

Цель исследования заключается в изучении вменения сейсми- -ческих свойств лессовых грунтов при подтоплении для составления карт сейсмического' микрорайонирования (СМР).

Основные задачи работы: -изучение сейсмических свойсте лессовых грунтов ультразвуковым методом в лабораторных и полевых условиях при различных влажнос-тях грунтов; • "•

- изучение сейсморазведочным методом изменения физико-механических и сейсмических свойств-лессовых грунтов при подтоплении;

- изучение процессов подтопления в сейсмоопасных районах Узбекистана (на примере городов Карши, Пскент и Ташкент);

- прогноз изменения инженерно-геологических и сейсмических свойств лессоЕых грунтов при подтоплении.-

Научная новизна;'

- исследовано влиянйе подтопления на сейсмические свойства лессовых грунтов при'различном напряженном состоянии;

- даны оценки изменения инженерно-геологических условий и сейсмических свойств лессовых грунтов при подтоплении застроенных и застраиваемых территорий в сейсмоопасных районах Узбекистана на территории городов Карши, Пскент. и Ташкент;

- выявлена'.зависимость, водопроницаемости и фильтрационной анизотропии лессовых грунтов от давления;

- уточнены представления о происхождении лесса и лессовидных пород в районе г. Карши.

- 5 -

Основные защищаемые положения.

Подтверждены ранее высказанные представления о влиянии влажности лессового грунта на скорости продольных и поперечных еолн. При увеличении влажности грунта до 0,18.-т.0,20 скорости волн пада иг, а при дальнейшем повышении влажности скорости волн возрастает до 1400-1500 м/с. Проведенные автором экспериментальные исследования показали, что в полевых условиях после осушения грунта скорости волн с течением времени постепенно возрастают.

На основе ультразвуковых исследований установлено, что с возрастанием давления в связи с уплотнением грунта скорости волн возрастают.

Экспериментально установлено уменьшение величины коэффици-циента фильтрации в вертикальном и горизонтальном направлениях при росте давления.

Установлено ультразвуковым методом, что лессовые грунты по скорости волн являются изотропными даже в случае, когда по коэффициенту фильтрации они анизотропны..

Сейсморазведочным методом установлено, что при длительном обводнении лессовых грунтов (10-15 лет) приращение сейсмической балльности уменьшается по сравнению с территорией, срок подтопления которой менее 5 лет.

Практическая полезность работы заключается в следующем:

- составлена карта приращения сейсмической балльности с учетом подтопления для г.Карш и прилегающих территорий в масштабе 1:50000;

- результаты исследований изменения сейсмических свойств лессовых грунтов при подтоплении позволяют составлять прогнозные карты СМР и тем самым сократить затраты на повторное проведение СМР городов; •

- выявлены условия развития процесса подтопления на территории г.Карши, обусловленные естественными и техногенными факторами.

' Результаты исследований внедрены при составлении^енераль-ного плана г.Карши (УзПИИПИградостроительства и отдел архитектуры горисполкома г.Карши). Экономический эффект от комплекса работ 600 тыс.руб. в год (уровень цен 1989 г.).

Апробация работы. '

Основные положения диссертационной работы доложены на конференции молодых ученых АН УзССР (Ташкент,1984), на научно-теоретической конференции молодых ученых-геологов "Абдуллаевские чтения" (Ташкент,1987), на республиканской конференции памяти академика АН УзССР Х.А.Рахматулина (Ташкент,1989), на всесоюзной научной конференции "Техногенные факторы и проблемы прогноза , сейсмического эффекта" (Ташкент, 1990), на научно-практическом семинаре "Проблемы инженерной геологии и инженерной сейсмологии городов и урбанизированных территррий" (Петропавловск-Камчатский, 1990).

Публикации. Основные результаты исследований опубликованы в 12 статьях (плюс три в печати) и в 5 научно-технических отчетах.

Фактический материал. Основу диссертационной работы составляют результаты полевых и лабораторных геолого-геофизических исследований, полученные автором за период 1982...1992 гг. Полевые исследования проводились в основном на территории городов Карши, Пскент и Ташкент. Проведены многочисленные экспериментальные исследования на образцах лессоЕых грунтов при различных их состояниях (исследовано более 2000 монолитов, выполнено 3000 экспериментов). Кроме результатов собственных исследований, для освещения некоторых вопросов автором использованы фондовые и опубликованные материалы.

Объем работы. Диссертации состоит из введения, семи глав, основных выводов и списка использованной литературы. Общий объем диссертации 230 стр. машинописного текста, в том числе 73 рисунка и 24 таблицы. -

Автор выражает глубокую благодарность д.т.н. про®. Е.С.Дзекцеру, который был научным руководителем шей аспирантуры в течение первой половины периода обучения в аспирантуре, научному консультанту д.г.-м.н. проф. Н.Д.Кригеру за постоянное внимание до момента завершения работы.

Автор благодарен также сотрудникам института сейсмологии АН Уз.ССР им.академика Г.А.Мавлянова кандидатам г.-м.н. В.А.Ис-маилову и К.Ш.Нурмухамедову и сотрудникам Гидроингео ПО "Узбек-гидрогеология" д.г.-м.н. А.М.Худайбергенову, инженеру Н.Г1.Сединой, а также сотрудникам ПНЙИИС д.г.-м.н. И.О.Тихвинскому, кандидатам г.-м.н. В.П.Хоменко, З.В.Куликовой и научн.сотруднику М.П.Кропоткину, оказавшим помощь при проведении исследовании.

Содержание работы.

Глава первая. Современное состояние исследований йизико-механических и сейсмических свойств лессовых грунтов на подтопляемых территориях.

Рассмотрены известные работы Ю.Ы.Абелева (1948), Ю.М.Абе-лева и М.Ю.Абелева (1968, 1979), С.К.Абрамова (1949, 1978), Н.Я.Денисова (I94S, 1953), В.И.Замарина и ЫПЛ.Релеткина (1932), А.I.Рубинштейна (1958, I9GI), И.З. Финаева, Г.И.Домрачева и Э.Г.Руденко (1985), И.А.Сафохиной и Е.С.Дзекцера (1987), E.H. Сквалецкого (1988) об изменении физико-механических свойств лессовых грунтов в зависимости от влажности, а также о зависимости сейсмических свойств лесса от его вла'хности 'и наличия гра-

витационной, капиллярной и пленочной вода в грунте (Н.И.Кригер /1974,1984,1985,1988/, Н.И.Кригер, Д.И.Лаврусевич и др, /1974/; Н.И.крягер и А.Д.Кожевников /1975,1976,1977,1980,1981,1983, 1990/; Г.Н.Назаров /1969/; И.Г.Миндель /1970/; З.Ф.Оглоблин /1972/; А.Д.Кожевников /1977/; Г.Л.Владова /1986/; В.М.Бело-слюдцев /1987/; Х.З.Расулов /1977,1984/).

Несмотря на большое количество работ, посвященных изучению влияния изменений влажности на физико-механические и сейсмические свойства лессовых грунтов, для использования при сейсмомикрорайонировании (СМР) городов необходимы дальнейшие углубленные и детальные исследования этих вопросов.

Вторая глава. Процессы подтопления в сейсмоопасных районах Узбекистана.

На застроенных и застраиваемых сейсмоопасных территориях Узбекистана изучение процессов подтопления начато Я.С.Садыковым, Г.Н.СаДцалиходжаевым (1978,1983,1984), Н.Н.Ходжибаевым (1978), И.А.Сорокиной (1978), Б.К.Салиевым (1975). В работах С.К.Абрамова (1949,1978), О.В.Слинко (1985,1987), Н.П.Куранова (1985), А.Ж.Муф тахова, Б.М.Дегтярева и Е.С.Дзекцера (1978-1987), М.Т.Адикова (1978,1984), СЛ.Казеннова (1985) и др. подробно изучены общие закономерности подтопления, его основные факторы, источники и причины.

Основными причинами и источниками подтопления в крупных городах Узбекистана являются техногенные и естественные факторы. В некоторых городах развитие процесса подтопления определяется,' в основном, техногенными факторами, в других - естественными, причем последние могут быть региональными или локальными.

Автором подробно освещены процессы подтопления и их отрица-цательные последствия в городах Карши, Пскент, Ташкент и др.

Показано, что процессы под/топления изучены не повсеместно и нуждаются в дальнейшем изучении.

Третья глава. Методика исследований влияния подтопления на сейсмические свойства лессовых грунтов.

Дается описание комплекса сейсмических и инженерно-геологических методов, которые применялись автором при.полевых и лабораторных исследованиях. В полевых условиях изучены скорости прохождения волн в лессовых грунтах на участках с разной влажностью грунтов и с разным положением уровня грунтовых вод в городе Карши и на опытном участке вблизи г.Лекенга. При наблюдениях использовались сейсмостанции ПОИСК-24.

Для исследования изменений- сейсмических свойств лессовых грунтов в зависимости от влажности, автором были проведены экспериментальные лабораторные исследования. На образцах лессового грунта с помощью ультразвука (прибор УК 10 ГЫ) изучено влияние влажности и статических нагрузок на скорости сейсмических волн. Для получения необходимой влажности испытуемого грунта нами сконструировано и изготовлено специальное устройство для насыщения породы по заданной влажности (УНП).

На первом этапе изучалось влияние влажности (без нагрузки) на изменение скорости сейсмических волн в двух направлениях (вертикальном и горизонтальном), с целью выявления анизотропии сейсмических свойств лессовых грунтов. Образцы испытывались как при естественной влажности, так и после предварительного высушивания (при температуре Ю5°С) и повторного регулируемого увлажнения на устройстве УНП.

С целью изучения скорости прохождения сейсмических волн при различных нагрузках (до 0,6 МПа) и влажностях грунтов проведен второй этап экспериментальных исследований. При этом исполь-

зовано предложенное автором устройство для изучения скорости сейсмических волн при разных давлениях (УИСВ).

В лабораторных условиях изучены изменения водопроницаемости лессовых грунтов в двух направлениях (вертикальном и горизонтальном) с использованием фильтрационного прибора 5>-1м, модернизированного автором с целью испытания образцов при действии внешних нагрузок до 0,6 Ша.

Глава четвертая. Влияние подтопления на сейсмичность территории г.Карши.

Изучены общие природные и инженерно-геологические условия территории.

Территория г. Карши с поверхности, в основном, сложена четвертичными Отложениями различных генетических типов. В северной части исследуемой территории (гора Кунгуртау) имеются выходы коренных пород меловой и палеогеновой систем. Геологическое строение четвертичной толщи района изучено Г.А.Мавляновым и К.П.Пулатовым (1969), И.Ф.Тетюхиным (1978), К.П.Пулатовым, Н.М.Каюмовой и Ы.У.Мирсаидовой (1986) и др. Ими разработана классификация пород лесса Карпинской степи.

Автором составлена геолого-литологическая карта территории г.Карши и окрестностей, выделены основные генетические типы четвертичных отложений и показано, что распространенные здесь лессы и лессовидные породы образованы, в основном, эоловым путем. На исследованнвй территории лессы и лессовидные породы являются однородными, в них отсутствуют прослойки галечников и песков. Общая мощность этих отложений 10-70 м.

г.Карши расположен в дельтовой части р.Кажадарьи на поверхности речных террас. Основная часть города расположена на плоской равнине слегка холмистой. Составлена геоморфологическая

карта г.Карши и прилегающих территорий, причем выделены основные генетические типы грунтов. На рассматриваемой территории развиты следую:цие инженерно-геологические процессы и явления: эрозия в коллекторах и канала::, оврагообразование, заболачивание, подтопление, просадки, засоление почв, выветривание, суффозия на участках выклинозания грунтовых вод, образование техногенных отложений.

Согласно СНиП ÎI-7-8I (Строительство в сейсмических районах, 1982) территория г.Кар:пи относится к 7-батльной зоне сейсмичности. Грунты, слагающие территорию города, rto сейсмическим свойствам и положению УГЗ, согласно СНиД П-7-81, в целом относятся к Ш категории.

Изучены изменения физико-механических свойств лессовых грунтов до и после подтопления. В результате подтопления утлень-шились значения коэффициентов фильтрации как в горизонтальном, так и в вертикальном направлениях, что способствовало дальнейшему повышению УГЗ, Изменения физико-механических свойств лессовых грунтов, обусловленные повышением УГВ, вызывают ухудшение их сейсмических характеристик.

Изучены зависимости CKopocTeii сейсмических волн в лессозых грунтах от их увлажненности. Н.й.Кригерои, З.З.Ду2нщкнм и др. (1978), Н.Й.Кригером, А.С.Алеапнны и др. (1980) предложено выделять в лессовых грунтах следующие парагенеткческие йо.гшлексы видов поровой влаги: малоподвижный Ы0,1), д:й?узлонньй (0,L£*^0,I8), капиллярный (0,18^\л//0,25), гравитационный Ы>0,25).

Экспериментальные исследования автора являются про.долт.енп-ем работ Н.И.Кратера, А.д.Кожевникова и Г.Л.Владовой по лзучению влияния влажности лессовых грунтов и парагенеткческих комплексов видов влаги на скоростл сейсмических золк.

Исследования выполнены з лабораторных условиях ультразвуке-

внм методом.

Исследования показали, что во всех образцах лессов при естественной влажности от 0,14 до 0,23 скорости упругих продольных волн в вертикальном и горизонтальном направлениях с ростом влажности уменьшаются до 150-250 м/с.

Влияние малоподвижного комплекса влаги на изменение скорости волн Vp до настоящего времени было изучено недостаточно. Наш опыты показали, что скорости волн в йертикальном и горизонтальном направлениях после высушивания грунта до гигроскопической влажности (0,02-0,03) наиболее высокие: 800-1200 м/с.

По изменению скорости волн Vp в зависимости от влажности исследованные грунты на основе лабораторных испытаний можно разделить на две группы. Во всех случаях в некотором интервале влажности ("парадоксальный интервал" по Н.И.Кригеру) скорости волн уменьшаются по мере роста влажности (рис. I). Но во второй групп* они возрастают при полном водонасьпдении грунта (рис. 2), тогда как в первой группе грунтов при замачивании практически не достигается полное водонасыщение (в связи с защемлениями пузырьками воздуха) и, следовательно, не достигается влажность, при которой скорости волн резко возрастают.

В грунтах первой группы при увеличении влажности до 0,070,08 скорость волн Vp не меняется или несколько уменьшается и составляет в среднем от 1050 до 850 м/с. При влажности исследуемых грунтов более 0,1 наблюдается более резкое снижение скорости волн . При влажности 0,18-0,20 скорость волн. \/р падает до 300-350 м/с. При дальнейшем повышении влажности до 0,240,26 скорость волн ^ равна 130-200 м/с. имеется тесная корреляционная связь глезвду скоростью волн ^ и влажностью грунта W в интервале 0,04-0,26. Уравнение регрессии: = 1109,6 - 38,3-W коэффициент корреляции Т.- 0,94.

- 13 -

У грунтов второй группы при полном водонасыцении наблюдается скачкообразное возрастание скорости волн до 14001500 м/с.

Изучена зависимость скорости волн ^ в лессовых грунтах от давления. С возрастанием давления на грунт постепенно увеличивается скорость волн ^ . Это обусловлено тем, что в интервале давлений от 0,0 до 0,6 МПа при изменении давления на 0,1 МПа пористость грунта уменьшается на 0,01-0,015 и коэффициент пористости на 0,03-0,04, а скорость волн ^ при этом увеличивается на 25-35 м/с.

Имеется тесная корреляционная связь между скоростью волн ^

и давлением. Аппроксимирующая кривая: = 486 + 42 р0-82, где Р измеряется в КГ^СЦ1.Среднеквадратическое отклонение = 4,0.

Исследована анизотропия скорости волн в лессовых грунтах при различной их влажности. В литературе анизотропия лессовых грунтов по скорости волн ^р в зависимости от влажности грунтов изучена недостаточно.

Автором в лабораторных условиях исследована анизотропия скорости волн в лессовых грунтах. Из нескольких монолитов, отобранных на подтопленных территориях г.Карши были вырезаны образцы в разных (вертикальном и горизонтальном) направлениях. Коэффициент анизотропии грунта / ' по скорости

волн определялся при естественной влажности, а также для предварительно высушенных и повторно заглоченных грунтов. Результаты экспериментальных исследований показывают, что в отношении скорости сейсмических волн ^ исследуемые лессовые грунты являются практически изотропными, независимо от влажности. Величина различия скорости волн ^ в вертикальном и горизонтальном направлениях не превышает 5%.

- 14 -•

Исследовано влияние подтопления на сейсмические свойства лессовых грунтов (по данным сейсморазведки). Приведены результаты сейсморазведочных исследований, проведенных на подтопленных территориях г.Карай и на прилегающих территориях (УГВ в пределах от I до 4,5 м).

Методами сейсморазведки изучены скорости продольных х/р . и поперечных волн вьгае и ниже УГВ. Выше УГВ скорости волн ^ в подавляющем большинстве случаев составляют от 100 до 600 м/с. Нине УГВ по скоростям волн в лессовой тоще монно условно выделить три зоны. В верхней зоне, имеющей мощность 5 м,'скорости волн изменяются преимущественно в пределах 100-600 м/с (т.'е. как в зоне выше уровня УГВ). Ниже располагается зона, в которой скорости ^ постепенно с глубиной возрастает от 600 до 1500 м. Мощность этой зоны 8 м. Ниже указанной зоны скорости 'волн ^ колеблются в пределах от 1500 до 2400 м/с. Полагая, что низкие скорости волн в верхней зоне связаны с наличием пузырьков воз,духа в грунте (как известно, наличие пузырьков воздуха в воде вызывает уменьшение скоростей упругих волн), указанное распределение скоростей ^ по глубине можно связать с постепенным восстановлением термодинамического равновесия в подтапливаемой толще грунтов. В нижней части толщи пузырьки воздуха вытеснены из грунта или растворились, т.е. наступило термо,динамическое равновесие обводненной толщи. Верхняя часть толщи является трехфазной (имеются твердая, жидкая и газообразная фазы) и скорости волн здесь относительно низкие.

Пятая глава. Исследования на опытной площадке в г.Пскенте.

Для проведения полевых экспериментальных исследований

выбран был участок в юго-восточной части г.Пскента на возвышенности, ограниченной с юга - долиной р.Бурджар, с запада -выемкой автодороги Пскент-Алмалык.

Исследуемая территория сложена лессовыми отложениями,' прикрытыми культурным слоем. Модность лессовых грунтов 2ог30 м. УГЗ на глубине 22-23 м. Грунтовые условия по просадочности относятся ко И типу. Лессовые порбды однородны по диалогическому составу, слоистость отсутствует.- На площадке был устроен опытный котлован (размер в плане 35x66 м, глубина I и, по контуру обвалование насыпью), пройдено два опытных шурфа глубиной 10,5 м каждый (один в'дне котлована пройден чеуез 3 суто после окончания замачивания; другой - вне котлована).

Естественная влажность ксследуемого грунта 0,13, после замачивания влажность повысилась до 0,23-0,27. До-и после замачивания на опытном участке с поверхности земли проведены сейсморазведочные исследования. Кроме того, в полевых условиях измерялись скорости волн ^ вдоль стенок шурфов ультразвуковым методом.

Измерения, проведенные с помощью сейсморазведки до замачивания опытного котлована, показали следующие значения скоростей волн в лессовых грунтах: = 320-1000 м/с, V«, = 190-470 м/с. После (через 0,5 мес.) замачивания скорости прохождения сёйсми-

ческих волн: Vp = 150 -.430 м/с, V&.= 100 - 330 м/с. Через 2 месяца после замачивания скорости волн несколько увеличились:

^ = 200 - 500 м/с, Vj = 160.- 370 м/с. Через 12 месяцев скорости волн еще более повысились: Vp = 380 - 750 м/с, Vs = 130 ~ 400 м/с. Следовательно, скорости волн Vp и V& со временем повышаются, постепенно восстанавливается их первоначальное (до замачивания) значение.

Кроме того, на опытном участке были установлены две сейсмические станции с целью записи взрыва. Одна станция была установлена на заглоченном участке, а вторая на сухом грунте. Анализ записей взрывов на сухих (Пскент-I) и обводненных (Пскент-2) грунтах показал, что преобладающие периоды'колебаний соответствуют частоте 5 Гц. В среднем уровень амплитуд- на обводненных грунтах оказался в 1,5-2 раза выше, чем на сухих. По шкале С.В.Медведева^увеличение сейсмической интенсивности на I балл имеет место при возрастании амплитуды в 2 раза, следовательно на замоченном участке станции Пскент-2 приращение макросейсмического эффекта будет до I балла.

Шестая глава. Исследования на опытной площадке в г.Ташкенте.

Выполнены исследования ультразвуковым методом грунтов двух участков. Первый участок - на еще не застроенной и неподтоплен-ной территории, а второй - на застроенной подтопленной территории. Опытный шурф на первом участке вскрыл следующие породы: от 2 до 5 м погребенная почва, от 5 до 7 м - супесь легкая, от 7 до 12 м суглинок тяжелый. С увеличением глубины скорости волн Ч^ увеличиваются. Например, на глубине'4 м скорости волн Vp составляют 895- 235 м/с, на глубине II м - от 1250 до 375 м/с (рис. I). С увеличением глубины существенно изменяются физико-механические свойства лессовых грунтов, что приводит к повышению скорости волн \1р . При увеличении влажности грунта от 0,06 - 0,07 до 0,18 . скорости волн V» уменьшаются независимо от глубины отбора образца-.

В интервалов = 0,18 до полного водонасыщения скорости волн Vp почти не меняются (рис. I). Исследуемые грунты имеют трехфазный состав: минеральный скелет, вода и защемленные газы, поэтому повышения скорости волн ^р не наблюдается. На территории г.Карши, в отличие от площадки в г.Ташкенте, снижение скоростей Vp начинается при njJ = 0,08-,' 0,1. Видимо, исследуемые грунты этих двух участков отличаются по составу, структуре и состоянию.

Выполнены' исследования зависимости скорости волн Vp от давления. Скорости волн ^р 'изучены в двух направлениях (вертикальном и горизонтальном). Испытаны суглинки, супеси, погребенные почвы. Выявлено, что во всех грунтах с повышением нагрузки увеличиваются скорости волн N/p . При каждой ступени увеличения нагрузки (по 0,05 Ша), на 0,01 .-0,02 уменьшается пористость исследуемых грунтов, и на 25-30 м/с возрастают скорости волн Vp (рис.3 ). Имеется тесная корреляционная связь между скоростями волн Vj> и давлением. Изучены зависимости скорости волн от деформации грунта. В некоторых образцах после разгрузки (снятия давления) скорости волн Vp в вертикальном и горизонтальном направлениях сохраняются высокими. Это объясняется тем, что после разгрузки сохраняется низкая пористость грунта.

Исследована анизотропия лессовых грунтов по скоростям волн Vp при изменении давления. В работах А.Г.Трахова (1940), О.И.Силаева и Е.Й.Баюка (1967), М.ф.Скорикова (1965), А.Л.Рабиновича (1946) и Р.Pao (1947) рассмотрена анизотропия скорости волн

^р при различных давлениях в основном в недисперсных породах. Анизотропия по скоростям продольных волн Vp для лессовых грунтов в зависимости от давления изучена недостаточно. Нами проведены такие исследования в лабораторных условиях.

Ур. М/с.

ш. 1100. 1000. 900. 800. 700. 600. 500. "Ю0. 300.

од

г---0.8Б

УрН078.15-<»3.5528ЛУ

I. г^5ина. 1. ■ гл^ина 8 м.

3. п\^5ина Н м.

4. -глу&ина И м.

5. глубина Юм.

I--0.60 466.78-6.15

и О)

Т™пг™?—ГПГ1Г1Г1Г 1в й й й й Зо й Зь 4в Рис. 1.3авмсммостч скорости продольных шн от влажности в превварительно выо^шшых и поолейоеатЕльно замочетт лессовых породах

1400. 1200. 1000. 80Щ 600. 400. 200.

Ш

1. С-5 ГА. 12м

2.С-5 гл.12м 3.111-2 гл.7м

4.С-2 ГА. 5м

5.С-2 гл.11 м

,24 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 4%

Зависимость скорости волн \[р от влажности в процессе замащмжГрунт зашивался

после предварительного высушивания. образцы грунта отобраны на территории г.ташкента.

- уз -

уис

1050

950 850 .

150.

650 -550

I. Ш-2 гл.Зм. вер. I. Ш-2 глЛм. вер.

И.1 № 0.3 вЛ А* 0,6 РМй

Рис.з Зависимости скорости волн Урот давления.

- 21-

Коэффициенты анизотропии грунта по скорости волн в основном обусловлены структурой и текстурой грунтов, их увлажненностью и пористостью. Имеется тесная корреляционная связь между коэффициентом анизотропии грунта по скорости волн И давлени£у^(во всех образцах). Исследуемые грунты являются практически изотропными по скоростям волн при .отсутствии давления. Однако, те же грунты по коэффициенту фильтрации анизотропны, как показали наши лабораторные опчты.

Седьмая глава. Сейсмическое микрорайонирование территорий в зависимости от подтопленности.

Сейсмическим микрорайонированием городов в Узбекистане занимались В.М.Мирзаев, В.И.Уломов, А.И.Захаров, Р.Н.Ибрагимов (1968), С.М.Касымов, С.А.Абдурахманов, Ю.КЛернов и др. (1977). Однако, они недостаточно учитывали влияние подтопления на приращение сейсмической балльности. Как известно, после застройки обычно начинается обводнение толщ лессовых грунтов под влиянием техногенных и природных факторов. В настоящее время в некоторых городах Узбекистана в связи с повышением УГВ за короткое время проводится сейсмомикрорайонирование (СМР) несколько раз, что неэкономично.

На картах необходимо конкретно указывать,зоны подтопления (подъема УГВ) и его влияния на приращение сейсмической балльное-.'Ти. Тогда может быть сокращено число повторных проведений сейсмического микрорайонирования городов в связи с повышением УГВ. С целью оценки влияния подтопления на приращение сейсмической балльности проведены сейсморазведочные исследования различных подтопленных участков в г.Карши. В результате исследований выделены четыре зоны по техногенным воздействия!.! и приращению сейсмической балльности.

-22В северо-восточной части города подтопления нет, глубина УГВ более 10 м, цриращение сейсмической балльности равно нулю.

К первой подтопленной зоне отнесены застроенные более 10 лет назад подтопленные территории (северо-западная, а также центральная часть г.'Карши). Результаты сейсморазведочных исследований показывают, что при, длительном обводнении рассматриваемой территории улучшились инненерно-сейсмогеологические условия, вследствие постепеного уплотнения гРунтрв ~ что привело к уменьшению приращения сейсмической балльности. На

этой территории глубина УГВ в пределах от 0 до 2,5 м, приращение сейсмической балльности равно 0,5-0,8.

Ко второй подтопленной зоне отнесены-южная и центральная части-рассматриваемой территории, застроенные менее 10 лет назад. Здесь глубина УГВ в пределах от 2,5 до 4,5 м при мощности лессовых грунтов от 40 до 100 м. Результаты сейсморазведочных исследований показывают, что приращение сейсмической балльности изменяется от 0,8 -.1,0 балла..

На территории г.Карши имеется также' техногенная зона, к которой отнесены участки насыпных грунтов мощностью от 3 до 8 м, где приращение сейсмической балльности составляет 1—1,6 балла.

Выводы:

I. На основании обобщения и анализа результатов предшествующих исследований, литературных и фондовых материалов показано, что многие города к населенные пункты Узбекистана находятся в сейсмических зонах с лессовыми грунтами в условиях современного или потенциального подтопления под влиянием природных или техногенных факторов. Подтопление (подъем УГВ или повышение влажности) лессовых грунтов ведет к существенному снижению их прочности, повышению деформируемости, ухудшению сейсмических свойств. Изу-

- 23 -

чение этих явлений является актуальной задачей.

2. На основании полевых и лабораторных исследований в городах Карши, Пскенте, Ташкенте показано, что лессовые грунты этих районов исследования образованы преимущественно эоловым путем. Составлена геолого-литологическая карта г.Карши и его окрестностей.

3. Разработано устройство для изучения изменения сейсмических волн ^ при различных давлениях (УйСЗ) и специальное устройство для насыщения породы до заданной влажности (УНП), а также модернизирован фильтрационный прибор <5-1м для изучения изменения . коэффициента фильтрации при различных давлениях. '

4. Ультразвуковыми методами изучено влияние парагенетичес-ких комплексов влаги (малоподвижного ч1*.10%, диффузионного Ю^^^с 18$, капиллярного 182Ъ% и гравитационного

на скорости прохождения сейсмических волн ^ в лессовых грунтах и установлено следующее:

- По изменению скорости волн ^ в зависимости от влажности исследованные грунты на .основании лабораторных испытаний можно разделить на две группы. Во всех случаях в некотором интервале влажности ("Парадоксальный интервал" по Н. И. Кратеру) скорости волн уменьшаются по мере роста влажности. Но во второй группе они возрастают при полном вйдонасыщеяшг грунта, тогда как в. первой группе грунтов при замачивании практически не достигается полное водонасыщение'(в связи с защемленными пузырьками воздуха) и, следовательно не достигается влажность/, при котором скорости волн резко возрастают.

- в лессовых грунтах для каждого из парагенетических комплексов влаги скорости волн ^ в вертикальном и горизонтальном направлениях при определенной нагрузке одинаковы. Однако,скорость волн ^ с увеличением давления: возрастает с темпом

25-35 м/с на 0,1 Ша, что объясняется уменьшением пористости на 0,01-0;015. При последующей разгрузке скорость волн постепенно увеличивается и почти восстанавливается первоначальное значени

5. Сейсморазведочным методом в полевых условиях изучены скорости продольных и поперечных волн Ц^ и до и после замочки лессовых грунтов. Скорости волн ^ и до замочки (при влажности 0,09-0,10) высоки ( У{ = 320-1000 м/с, = 190470 м/с,), а после замочки (при V/ = 0,13-0,23) резко падают

( Ур = 150-430 м/с, = 100-330 м/с). Однако, через 12 месяцев скорости волн У^ и постепенно возрастают: ^ = 380750 м/с, = 130-400 м/с. Это объясняется тем, уто после прекращения замоч^си идет медленное осушение лессового массива, восстановление прежних и образование новых структурных связей.

6. Изучена в лабораторных условиях водопроницаемость лессо-

»

вых грунтов, ее анизотропия и изменения, в том числе под давление! Установлено, что величины коэффициента фильтрации от вертикали в несколько раз больше (0,0018-0,0052 гл/сут)Чей по горизонтали (0,00072-0,0021 гл/сут).

С увеличен^ давления коэффициент фильтрационной анизотропии грунта сначала повышается до 0,3-0,4 затем уменьшается.

7. В результате подтопления на территории г.Карши поднимается УГВ, повышается влажность лессовых грунтов, изменяются их физико-ыеханические свойства, снижается прочность, увеличивается деформируемость. Это приводит к изменению сейсмических свойств лессовых грунтов и влечет приращение сейсмической балльности территории. Выделено 4 зоны техногенных воздействий в г.Карши: без влияния на

сейсмичность и с приращениями сейсмической балльности на 0,8, на 0,8 -,1,0 и на I -.1,5.

Основные результаты опубликованы в следующих работах автора^: "I. Гидрогеологическая карта г.Ташкента масштаба 1:700000. Геогуау фический атлас к 2000-летнему юбилею г.Ташкента.1982.-13 с. (в соавторстве с А.М.Худайбергеновым).

2. О причинах подтопления г.Карши -и мерах по защите территории., Актуальные проблемы общественных, .естественных и технических наук. Тезисы докладов научно-технической конференции молодых ученых и специалистов АН УзССР. "ФАН",Ташкент,1984.-79с.

3. Инженерно-геологические процессы и явления на территории г.Карата и прилегающих площадях. Инженерно-геологические процессы, явления и охрана среды лессовых территорий. Тр.всесоюзн.совещания

по проблемам лессовых пород. 1980. -"ФАН",Ташкент,1985.-с.I97-199 (в соавторстве с Х.Л.Рахматуллаевым).

4. Учет процесса подтопления при СМР городов. Тезисы докл.науч.тео-ретич.конференции молодых ученых-геологов "Абдуллаевские чте-

• ния". Ташкент, 1987. -"ФАН", -с. ПО-Ш.

5. Об изменении напряженно-деформационного состояния лессовых грунтов при высокочастотных воздействиях. Механика сплошных сред.

Тез.докл.республиканской конф. памяти академика Х.А.Рахматули-на. - Ташкент."ФАН",1989 (в соавторстве с В.А.Исмаиловым).

6. Основные факторы и условия развития процесса подтопления на территории г.Карши.Узб.геол.жур. 1990.¡52.с.72-77.

7. О природе просадок лесса на городских территориях при землетрясениях. -Материалы научно-практич.'семинара "Проблемы инженерной геологии и инженерной сейсмологии городов и урбанизированных территорзй"-Петропавловск-Камчатский,1990.Т.1.Москва,1930-

с.31-38 (в соавторстве с Н.К.Кригером и А.Д.Кожевниковым).

8: Изменение физико-механических и сейсмических свойств лессовых грунтов при техногенезе. Тез.докл.всесоюзной научной'конференции, посвященной 80-летию академика Г.А.\!авлянова,Ташкент,1,4А1Г| 1990.-с.43-44 (в Соавторстве с А.А.Ачнловым, З.Ю.Ахмедовым, А.А.Абдуразаковым).

9. -К вопросу развития процессов подтопления. Тез.докл.всесоюзной .

' научной конференции, посвященной 80-летию академика Г.А.;.1авлянс ва,Ташкент, 1990. -с.77-78 (в соавторстве c. Р.Т.Юнусходяаевым).

10. Влияние различных способов инженерной подготовки оснований фундаментов на сейсмические- свойства грунтов. Тез.докл.всесоюзной научной конференции, посвященной 80-летию академика Г.А.Маг лянова, Ташкент, "SAH" Д990.-с. 78-80 (в соавторстве с В.А.Метиловым, и.П.Гольбергом, З.Ю.Ахмедовым и Т.С.Залиевым).

11. Некоторые закономерности изменений сейсмических свойств лессовых грунтов при их химическом закреплении.-Тез.докл.всесоюзной научной конференции,посвященной 80-летию академика Г.А.Мавля-

■ нова.-Ташкент,"SAH",1990.-с.80-81 (в соавторстве'с М.П.Голь-бергом и В.А.Исмаиловым).

12. Китайско-среднеазиатская лессовая провинция.-Узб.геол..•кур. j"s3,4. 1932.-е.87-93 (в соавторстве с Н.И.Кригероы и Г.Х.Умарово

ПНИШС, зак.211-93, тир.100