Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Методические основы проектирования пространственно-временной структуры мониторинга плотин из грунтовых материалов (На примере плотины Чисапани, Непал)

ВАК РФ 04.00.07, Инженерная геология, мерзлотоведение и грунтоведение

Автореферат диссертации по теме "Методические основы проектирования пространственно-временной структуры мониторинга плотин из грунтовых материалов (На примере плотины Чисапани, Непал)"

МИНИСТЕРСТВО ВЫСШЕГО И СРЕДНЕГО СПЕЦИАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ РСФСР

МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ГЕОЛОГОРАЗВЕДОЧНЫЙ ИНСТИТУТ ИМЕНИ С. ОРДЖОНИКИДЗЕ

На правах рукописи

УДК 024.131.31 : 624.139.627.8 АРЬЯЛ Сударшан Радж

МЕТОДИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННОЙ СТРУКТУРЫ МОНИТОРИНГА ПЛОТИН ИЗ ГРУНТОВЫХ МАТЕРИАЛОВ (На примере плотины Чисапани, Непал)

Специальность 04.00.07 Инженерная геология, мерзлотоведение и грунтоведение

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

С

Москва 1990

Работа выполнена на кафедре инженерной геологии Московского геологоразведочного института имени Серго Орджоникидзе.

Научный руководитель

заслуженный деятель науки РСФСР, доктор геолого-минералогических наук, профессор Г. К. Бондарик.

Официальные оппоненты

доктор геолого-минералогических наук, профессор С. Н. Чернышев.

кандидат геолого-минералогических наук, старший научный сотрудник В. И. Кузькин.

Ведущая организация — Институт «Гидропроект» имени С. Я. Жука.

Защита диссертации состоится « . ш. » сиу?е^Р\990 г.

в ,^Л~часов на заседании специализированного совета

К.063.55.04 при МГРИ им. Серго Орджоникидзе по адресу: Москва, ул. Миклухо-Маклая, 23, аудитория -

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Автореферат разослан « .({=>. » Т^Т^Т^Т . 1990 г.

Ученый секретарь Специализированного совета, кандидат геолого-минералогических наук,

доцент Д. М. Чумакова

влез«* глеи ?

Г:пгл ОШДЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

-дел ^ _ 1

Е^Ц^ЙАутуальнооть тематики. Непал является одной аз наиболее богатых, в отношении гидроэнергетических ресурсов, страд Азии. Общий потенциал гидроэлектроэнергии оценивается около 83000 мегаватт, Благоприятные топографические условия для строительства крупных гидроузлов с высокими плотинами дают возможность получать дешевую электроэнергию. Однако по сей день страна использует лишь 0,2% от общего запаса. В настоящее время проектируется и строится ряд гидроузлов ' в тон числе с высокими плотинами . Часть ив них находится на стадии проектной доработки и строительства, а другая часть - на стадии планирования и проектирования. К числу последних относится гидроузел Чисапани на реке Карнали, проектная мощность которого составляет Ю600 мегаватт. Гидроузел предусматривает сооружение высокой камвнно-земляной плотины, высотой 265 м. Автор диссертации принимал непосредственное участив в проведении инженерно-геологических исследований на стадии проекта для гидроузла Чисапани. Полученные инженерно-геологические данные послужили материалом для диссертационной работы. Перспективность развития гидротехнического строительства в Непале делает очевидной актуальность тематика, которой посвящена диссертационная работа.

Главная цель работы »включалась в разработка методики реа-

I/

лиаации мониторинга элементарной дриродяо-технической системы (ПТС.) "плотина - сфера взаимодействия". В ходе работы выяснилось, что проектирование системы режима мониторинга гидроузлов в целом и плотин в частности связано с рядом не решенных вопросов. Один из главных вопросов заключается в недостаточной разработке методики, обоснования пространственно-временной структуры мониторинга. Для-достижения намеченной цели автору потребовалось разработать методическую основу, которая могла йть аспользо- -вала в 0роектированли мжитарнг<с& па только гшр-е^аяа Чисапаяи,

но к в других аналогичных проектах гидротехнического строительства как в Напала, так а »а его пределами.

Б ходе разработки методики: автором выполнен анализ обширного материала в использован новый подход к решении задача обоснования структуры системы режимных наблюдений, отличающийся от традиционного зыпернческого метода. Новый подход основан на концепции цриродно-технической системы £Г.К.Боидарик].

Научнвя новизна аашгочавтся в следующем: .

1. Сделан новый шаг в области испольвоведия концепции ПТС и ее подсистем • и сферы взаимодействия для обоснования мониторинга плотин.

2. Разработана логическая последовательность размещения пунктов получения информации, о ело в.шшая на анализе структуры с$вры взаимодействия сооружения с геологической средой.

3. Разработаны методические рекомендации до обоснованию пространственной и временной структуры ^мониторинга плотин ив местных материалов.

Применительно к конкретному объекту изучения новизна работы состоит в следующем:

1. Впервые обобщены и систематизированы данные об инженерно-геологических условиях района и участка работ. Они представлены в систематическом виде с изложением каждого из их компонентов.

2. Впервые предпринята попытка установления истории формирования инженерно-геологических условий района работ.

3. Выполнен анализ результатов инженерно-геологических исследований, проведанных различными зарубежными 4>ирг.:£Ш и составлены рекомендации цо проведению дальнейших изысканий.

4. Методами теории попобая доказано инженерно-геологическое

подобна участков ГЭС Члсапаяи и Нураксой.

5. Впервые плотина Чисапалл н взаимодействующая с мой область литосферы рассмотрены с позиции элементарной ПТС. Выявлена

и обоснована пространственная структура сферы взаимодействия, обосновали грапвды »он и юс отношения, набор инжояерно-геоло-гаческих процессов.

6. На баао методических рекомендаций- ра»работан проект рааьюще-, шя коятродъно-иаывриельной аппаратуры в пределах тала плотины ЧдсЕлаи а в сфера взаимодействия.

Основнш аащздаомнэ положения.

1. Новый подход к мониторингу внсокшс плотин, базирующийся на концепции ПТС;

2. Методика обоснования пространственно-временной структуры мониторинга слогиы, учитывавшая структуру сферы взаимодействия-,

3. пространственно-временная структура плотин Чисалани.

. Практическое 8качение шботи и таялиашия -раптагтатод исследований. значение выполненной работы состоят в том, что она дает новый идаульс в нацравлэни ра»работкн лаучных основ проектирования системы реждаянх наблюдений в гидротехнических сооружениях. Неучпый подход обеспечивает более логичный ж корректный вариант разработки объема и пространственно-временной структуры подсистемы реззша мониторинга.

реализация выводов а рекомендаций работы была осуществлена при. составлении проекта размещения контрольяо-и»ыерятельной аппаратуры (Ш.) в плотине Чисапвни и ее основании.

Результаты настоящей работа будут представлешЛзоотввтствую-щнм организациям н учрйядениям Непала в качестве рекомендаций

3 '

к их реализации. Результаты работы могут использовать также специалисты и организации, ааязшеющиеся аналогичными вопросами. '

кхтообьшя паботы. Основные материалы н теоретические положения диссертационной работа доложены на научной конференции преподавателей я -сотрудников кефедры инженерной геологии МГРИ в апреле' 1989г.

Стиукуура и объем рабртн. Диссертация в объеме 165 страниц машинописного текста состоит иг введения, трех глав, выводов и рекомендаций. Текст сопровожден 16 таблицами, 24 рисунками'и фотографиями. Список использованной литературы включает 111 названий работ советских и зарубежных авторов.

Диссертационная работа выполнена на кафедре инженерной, геологии МГРИ под руководством заслуженного деятеля науки РСФСР, доктора геолого-минералогических наук, профессора Г.К.Бондарика, которому автор выражает свою искреннюю благодарность и признательность. Автор пользуется случаем поблагодарить профессорско-преподавательский состав и сотрудников кафедр инженерной геологии и гидрогеологии, оказавших поддержку, помощь и сделавших ценные замечания при выполнении работ.

СОДЕРШИЕ РАБОТЫ Глава 1. Понятие мониторинг плотины. Не смотря на то, что само понятие мониторинг (окружающей, среды) было введено Р.Мэниом в 1973г., исследования, посвященный вопросу рационального использования геологической среды можно найти в архивных документах; начала нашего столетия. Уже 2и-ЗЬ^ годы изучение влияния техногенеза на литосферу стыло ноъш.: ниправльнием геологической науки, которое раарибатщ.алось учетлы В.И.Лернедсюш, А.Е.Сарсг.,аном,-

A.11.Павловым, Ф.П.Саваренсгаш, Г.Н.Квмеаскнм, И.В.Поповым,

B.А.Прнклонсшш, Н.В.Коломенским,а позднее Е.М.Сергеевым,

A.В.Сидоренко, АЛ.Яншиным. Проблеме изучения изменений геоло-гдчоской среды посвядош труди Г.К.Бондарнка, И.С.Комарова, Л,Г.Балаева, Г.А.Голодаовской, С.НЛеришэва, Л.Д.Еелого, И.П.Зилинского, Ф.В.Котлова, Н.И.Кратера, В.В.Кюнтцэля, В.Д.Леи-тадзо, Г.А.Мавляявва, С.Ш.Мирэаева, О.Б.Осыпова, Г.И.Тер-Степа-няна, В.Т.Трофимова, П.Ф.Швецова, Л.А.Молокова, Е.М.Пшкина,

B.К.Ешашна, М.А.Шубина. Отдельные аспекты проблоыы мониторинга отражены в работах Ю.Ф.Захарова, И.П.Лазаревой, Г.Л.Коффа, А.И.Шабанова,'В.Н.Экзарьяна ж др. Дапной прэблематике посвящены ж работы многочисленных авторов других страд а также труды международных конгрессов, конференций; совещаний а симпозиумов: в частности, Международный конгресс па большим плотинам, Мевду-народная конференция инженер-геологов, Международная конференция по аника скальных пород,Международная конференция по механике грунтов и фундаментестроонию и многие другие.

Глава посвящена азлсекают кенцвшцш природнв-технической системы, рассмотрению гвдроуала в целом и его плотины с повидла ПТС, определению понятая мониторинг плотины.

Любой гидроузел шесте с взаимодействующей с пни областью литосферы образует систему, называемую ГОС. Взаимодействие сооружений гидроузла с геологической средой проявляется в форме инженерно-геологических процессов. Каждое отдельное сооружение гидроузла, совместно с взглмэдействующей с пин областью литосферы образует элементарную ПТС. Элементарные . ПТС всех сооружений гидроузла в совокупности образуют локальную ПТС гидроузла.

ПТС любого уровня должна функционировать в оптимальном

режиме. Оптиш»ация функционирования ПТС означает сптнмизецеэ инжанерно-гоелогнческшс процессов. Идя ©пткмиешдп фуикцаоиар« вания ПТС необходимо выполнять: прогноз движения ПТС и управл« нне ее функционированием. Прогноз движения ПТС сбыта© -пронзво; ся вшо дв реашмадаи. ETC, в ходе ое проектирования. При этом решается задача оптимизации структуры к свойств ПТС, оптимизации ее функциеннр'ования. Решение оптимизационных Ездач трзбуе1 соответствующей оптимальней инфврмацпи о компонентах ПТС, о процессах их в»ашодействкя. Эту информацию при планировании и проектировании нспольауют для принятия оптиыальних проектны решений. В период строительства в эксплуатация информация о т кущюс состояниях ПТС требуется для управления системой.

Управление есть воздействие на систему, выбранное на оси ванин соотвэтствующэй информации жв множества возможных воздс ствий, улучшающее в требуемом отношении функционирование сист мы [Г.К.Бондарик],

Иншжерно-гоолопгческая информация о текущих состояниях ПТС'плотины, необходимая для ее управления производит споциаг ный. блок - подсистема ПТС, навиваемый мониторингом плотины,.

Мониторинг плотины есть система информационного обеспвчг кия процесса управления ПТС - плотины, позволяющего оптимизировать ее функционирование в ааданнкх аспектах: экеномкчоског экологическом, техническом, нравственном. С позиций содержат« ных - мониторинг плотины представляет собой .систему-наблюдем sa рвшшоы функционирования s прогноза функционирования. ПТС - плотины.

■ Подсистема-режима представляет собой совокупность пункт получают информации (ахшинф).'Порядоксяпэнфа определяет чис ло измеряемых- параметров,' „объем: - количество, пунктов получения информации.' Но'отношению к,пространству .раалйЧгвЯ.'иуль-, одно-, r.bjX-, туехмерпые; ^ocfptofrTefc^b^'CiaCH^j.-.:' .ffdp4ti£lp

1рострапотвондогоойпшф4 называют расстояние между пунктами голучення информации. В пространственно-временном сшшпфа к шрс-чотраи прибавляется ■частота наблюдений.

Организация мониторинга цлотаны осуществляется в тало истины (мониторинг подсастоми ПТС - плотины )з в' основании [мониторинг подсистемы - "сфера взаимодействия",).

Глава 2. Пространственно-временная структура мониторинга плотин из грунтовых материалов.

Целью мониторинга плотин является: ебэспечение информацией сб изменении экологических условий в результата формирования а фупкидоЛнрзвайия ПТС; слежение-за состоянием ПТС; получение детальней картины фактического взаимодействуя сьорунэнэд с геологической .средой. СрэвнптальаиЦ анализ фактической информации с прогнозными волжчднзаш, с результаты.« лабораторных модельных испытаний обеспечивает ептшмавд» управления.

Таким образом задача мониторинга - это получение нняенер-но-гоалогической информации режимного характера о состояниях ШГС в некотерцй период эроконж, достаточной для получения рвяпшшх данных с заданной точностью а доверительней вероятностью.

Для решения этой задача организуется сеть КИА в теле плотины и ее основании, обеспечив сшая наблюдения за режимом процессов.

В главе содержатся аденка общего состояния проблемы обоснования пространственно-временной структуры ионнторкнга платины по сей день. Приводится анализ опита мониторинга крупнейших щотнп аз грунтовых материалев,построенных в СССР и в других странах, рассматривается причины аварий некоторых высоких плотил в связи с организаций режимных наблюдений.

7

В качестве примеров, иллюстрирующих необходимость х целесообразность организации мониторинга плотины, приводятся ра-вультаты режимных наблюдений в ряде плотин, содержащие' весьма ценную информацию, которая может быть положена в основу разработки к усовершенствования методики проектирования системы режима менитернпга плетхн. Сформулированы вопросы, которые тра-буют дальнейшего решения. К ним межи» отнести вопрос об обоснованна пространственно-временной структуры мониторинга плотжкы.

Опыт мониторинга крупнейших гидроузлов СССР и других стран позволяет сделать следующие выводы. 1. Реждыяыв инженерно-геологические наблюдения охватывают не только сооружения, но проводятся и в контурах сферы взаимодействия, устанавливаемой при проектировании сооружений ЛРазшаше наблюдения плотам и их оснований выполняются как визуально, так и с помощью КИА. 3. Наблюдения за режимом, функционирования ПТС наряду со специальными методами предусматривают использование геофизических, гидрогеологических, геодезических и других методов, 4. Можно выделить 3 этапа организации пунктов получения информации (спнннф) : 2 - до строительства;^- сначала и в процессе строи: тельства; Л7 - в период эксплуатации. 5. Для плотины из местных материалов требуются данные с режиме пьезометрического наш-' ра и влияние критического градиента в теле плотины, в основании, о его влиянии па противофильтрационннй элемент, о режиме потери воды на фильтрацию, температура води, химическом составе, напряженно-деформированном состоянии в теле плотины, деформации плотины и основания. 6 Для получения этих характеристик КИА размещают в теле плотины и основании. 7 Пространственная структура сиикнфа зависит от характера наблюд^ь.аго процесса и масштаба иго распространения.'В иред&лж сооружений

и внутри зоны сферы взаимодействия взаимное расположение пунктов получения инфор. .ацки, ах объем и параметры пока определяются в основном, на базе накопленного опыта и практического навыка лроектировщшсов с учетом анализа полученных результатов мониторинга по другим аналогичным объектам. Однако в последнее время дая решения вопроса о обосновании пространственной структуры, обьена и параметров сшгинфа, а таюке еа временной структуры в пределах сферы взаимодействия применяют гаолого-математическпе и расчетные методы, основанные на теории изменчивости геологических параметров £'Г.К.БондарикЗ . Предложенные рекомендации по обоснованию пространственной структуры мониторинга кас'оются в основном высоких плотин из грунтовых материалов с центральным ядром.

При проектирования пространственной структуры мониторинга в пределах плотины пункты получения информации (ШШ)размещвют по нескольким створам, параллельннм оси плотины и перпендикулярным ей. Количество створов должно быть па менее трех по обоим направлениям. Один из створов, параллельных, оси долзш бить заложен по оси плотины. Хотя бы один створ, параллельный долине доат-еи пересекать плотину тис, чтобы получаемое сечение явилось поперечным сечением плотины о максимальной высотой.

Для проектирования пространственной, .структуры в основании плотины правде всего необходимо установить примерные границы предполагаемой сферы взаимодействия а плане я на разрезе и разделить еа в соответствии с процессами на зоны. Пункты получения информации о режиме конкретных инженерно-геологических процессов размещают в соответствующей зона по расчетным

9

сечениям. Размещение ППИ в пределах сооружений и основания,-как правило, проводят в соответствии с геолого-ыатематически-1Ш принципами, предусматривающими организацию регулярного

I

сппннфа. К таким принципам относятся: принцип разнопредстави-тельности, принцип учета анизотропности мер рассеяния геологических параметров и принцип размещения пунктов по главным направлениям изменчивости геологических параметров. Между прочим, эти рекомендации не только не отрицают, а наоборот, предполагают необходимость размещения пунктов наблюдений в наиболее интересных инженер-геологу, местах.

Автор предлагает следующие ориентировочные значения расстояния между створами, поперечниками и ярусами. Для наб- . людения за режимом деформирования плотины, на гребне и низовом откосе геодезические наблюдательные пункты располагают створами через 30-50 м по высоте. Поперечники располагают через 50-100 м. Негеодезические приборы,.предназначенный для наблюдения за пространственными перемещениями внутри тела плотины размещают по тем же створам и поперечникам. КИА, закладываемые в основании плотины для наблюдения его деформации обычно размещают на тех же створах и поперечниках, что и в пределах плстины. Для наблюдения за режимом фильтрации под плотиной пьезометры оборудуются перед и за цементационной завесой, с приемниками, располагаемыми в два-три яруса: первый на 1,5-2,0 ниже контакта тела плотины с основанием, два других ниже, с интервалами по глубине 15-30 м в зависимости от глубины цементационной завесы. Пьезометры'располагают по створам вдоль завесы и поперек .ее. Бдсшь'завесы расстояние между ними

составляет 25-50 и, на поперечниках обычно размещают по 3-5 пьезометров в каждом перед завесой и за ней в зависимости от ширины подошвы ядра и характера фильтрационной среды основания. По фронту плотины расстояние между пьезометрами в основании низовой призмы ориентировочно равно 80-100 м. Наблюдения за поровым давлением производятся в ыалопроницае-ыых элементах в ядре плотины. Приборы располагают по горизонтальной плоскости в нескольких ярусах через ¿0-50 м. Количество-приборов на калщом поперечнике яруса может колебаться от 3 до 7 в зависимости от ширины ядра и местоположения яруса. В ластах Дренажных устройств, как.в теле плотины так и ее основании, пьезометры размещают так, чтобы по их показаниям можно было судить об эффективности работы дренажа. Размещение КИА для наблюдения за режимом напряженного состояния и температуры следует проводить па тех же створах и ярусах, которые предназначены для размещения КИА, фиксирующей деформации, йоровое давление и фильтрацию.

В работе приведены рекомендации по периодичности наблюдений. Они основаны на опыте, приобретенном эксплуатационниками, ведущими наблюдения на многочисленных гидроузлах во всем мире. Рекомендации по частоте заморов показаний предло--жены для наблюдений во время строительства плотины, во время заполнения водохранилища и в период эксплуатации гидроузла при различных возможных ситуациях. Указаны меры, которые следует принять с целью устранения нежелательных процессов в случае если в этом возникнет необходимость. Отметим лишь некоторые общие положения. Наблюдение за режимом фушшионир-

11. •

вания ПТС плотины ведется по определенной программе, которая включает визуальное обследование состояния сооружения и наблюдение с помощью КИА, устанавливаемой в теле плотины п эе основании, о определенной регулярностью. Информация, получаемая в результате наблюдений , должна иметь доверительный уровень 0,99 (ОН и П) . В случае если выявляется существенное различие мезду измеренной величиной и предполагаемой, или же процесс развивается нелинейно, требуется более частые нерегулярные наблюдения. Частота'таких наблюдений зависит от степе-пи отклонения полученного значения от его математического олш-дания, а также от величины размаха соседних измерений. Если • такая анамалия наблюдается лишь в показаниях приборов, измеряющих некоторый параметр, то нерегулярность наблюдений. относится к этому параметру. Нерегулярность наблюдений продолжается до тех пор пока показания приборов не снизятся до уровня, свидетельствующего о стабилизации процесса с помощью управляющих мероприятий. Возможно такие поэтапное снижение частоты нерегулярных наблюдений по мере постепенной ликвидации адача-лии. В случае когда такие меры как замедление темпа строительных работ, скорости заполнения водохранилища и аналогичные оказываются мало Эффективными, необходимо принять более'" действенные конструктивные меры, которые зависят от конкретных условий участка и типа повреждения, которое произошло.

Глава 3. Проектирование пространственно-временной структуры мониторинга плотины Чисалани.

В главе рассмотрен гидроузел Чисалани. Для проектирования пространственно-временной: структуры мониторинга плотины Чисалани использованы обише теоретичэскио и-методические положении. Приведен очерк общих инженерно-геологических условий

айона гидроузла Члсапаии. Он содерлага систематическое описа-ие кадцого компонента шшенорно-геологнческих условий. Район асположен на юго-западе Непала на границе Субгималаев с цагялгокой равниной, а водохранилище в основном занимает эрриторкю Субгималайской зоны и лишь небольшая ее часть попа-ют в продели низках Гималаев. Гидроузел проектируется в ни-эвьях роки Карнали, являющейся одной из четырех крупнейших ги-эяайскях рак на территории Непала, рядом с поселком Чисапши. тесь река прорезов Вплалайетшо горше шла трест их простирает, выходит на нпдогангскую равнину. В рассматриваемом районе дзвиты породы группы Мцдлэвд (докембрий; , группы Сурхет (ноо-зц) и серии Сиваллка (неоген - четвертичный.) . По сравнению с золедней, первые двэ группы имеют более ограниченное распрос— ранение, и представлены торрпгонньш и карбонатными образ ова-1ЯТЛЛ различной степени метаморфизма. Кх мощность более 3 км. жьшая часть района сложена.породата серии Сивалик. Серия 1ваяик ~ зто кслассовая толща достаточно большой мощности ? 2000 и), представленная конгломератами, лесчапкксши и аргдл-1таг,ш с небольшим количеством алевролита, мергеля, псецдо- и задочных брекчий. По условие залегания пород, ллтологичссюж! гобенностям, текстурным признакам и степени литофизссцш свита шалика делится на три части: шшгою, среднюю и верхнюю. Одна-■> достоверные четкие критерии установления границ модцу апаш ютями пока еще не разработаны. В рассматриваемом районе в ка-)стве критерия ввделения границы между шшшм и средним Сива-осом принято заметное увеличение содержания карбонатов в поро-IX, а границей ыдуду средним и верхним считают появление конг-шоратов и исчезновение из разреза нороц глинистых разностей

пород. Чэтвзрюшша -отложения в районе работ характеризуют^ ограниченный распространением и представлены аллювием и ксш вием,

Б тектоническом отношении район расположен в южной кра£ вой части горных сооружений Гималаев.. Главнейшие тектонические структуры, имеющие практическое значение для строительст ва а эксплуатации гидроузла являются два регионального разлс ыа: главный пограничный надвиг (ГПН), ограничивающий район с северной стороной и гималайский передовой разлом (ГПР> , ограничивающий его с южной стороны, В целом для района характерно взбросо-надвиговая дислокация. Поскольку указанные раг ломы находятся в активном состоянии, то регион является сейсмически опасным. Характерная величина интенсивности сейс мотолчков для района колеблется от 5 до 7 ыагнитуд.

Гидроузел расположен на породах Нижнего Сивалика, представленных чередованием песчаников и- аргиллитов с подчиненным количеством алевролитов. Залегают они моноклинально, с падением 40-70° в сторону верхнего бьефа к северу.Крупные тектонические разрывные нарушения в пределах участка гидроузла отсутствуют, но имеются многочисленные зоны сдвига и дробления по напластованию по слоям аргиллитов. В верхней части разреза развита интенсивная грещиноватость, образованная тремя системами трещин. На глубине 100-125 м трещинова-тость существенно снижается. Слабая степень литофикации пород Сивалика и сильная трещиноватость делает их слабопрочными и сильнодефорыируеыыш скальными породами.

14

основании анализа геологических данных автором разработана потаза формирования инженерно-теологических условий района, горое, по сути дела, началось с первой фазы горообразователь-

движений.Образовавшаяся структура "Главный центральный цвиг" ^ГЦН^ являлась активной тектонической зоной. Активация тектонических движений в этой зона в среднем миоцене зделила территорию Гималаев на область сноса и область акум-хяцни. В последней и накапливались модные пресноводные молас-Нижнего ж Среднего Сивалика. Повышение скорости общего воз-лания Есех положительных структурных форм отразилось на гра-юмэтрическоц составе пород, слагающих разрез. Новое усиление эообразовательных движений, связанное с активизацией ГПН в «ш-плиоценовое время охватило в бассейн Сиваликских моласс, ) отражено в складчатости и интенсивной дисслоцнрованности эод. Данная стадия воздыманая образовала первоначальный гор-1 рельеф в мслассах. Вместе с формированием рельефа как щсгвие общего поднятия местности происходило прорезание мода возвышенностей реками (в данном района рекой Каркала) а >азование первичных речных долин. В условиях непрерывного об-'о поднятия территории и тропического гумидного климата, гоо-[ствовавшего в период осадконакопления Сиваликских пород про-:одило выветривание пород и различные склоновые процессы. Коы-юация денудационного процесса происходила путем формирования «несиваликских толщ крупнообломочного состава. Очередное [наплейстоценовое уваличение скорости воздымання горных соо-;ений отразилось на верхнесиваликских породах в виде склад-'ости и развития сложных сбросо-взбросовьсс дислокаций.

15 , .

Б связи с этим в продолах Сиваликских отложений широко распространены сбросы и взбросы. Развитию сформировавшегося плиоценового рельефа продолжала способствовать эрозионная деятельность реки Карнали и денудационные процессы, обусловленные взаимодействиями плейстоценовых тзмсшгческих двиаеый ж климатических обстшовок, которые существовали в шшоцоно. Сформировавшийся таким образом эррозиокно-донудациошшй релье продолжает развитие четвертичный период, включая к настоящее время. У еловая и процессы рельефо образования ныне остаются такш ке как в прошлом, так как воздыыанно горно-складчатой страны продолжается. Об этом свидетельствует высокая сейсмичность региона. Климатические условия по-прежнеыу остаются ведущим фактором денудации.

Вшэщшведенныо палеогеографические и тектонические уело вия отразились на ишкеыорно-госшэгнческие свойства пород Си— валккской формации, Под влиянием различиях процессов (тектонические двшения, выветривание, эрозия) в течение всей исто рш геологического развития с момента их формирования до настоящего времени, породы характеризуются недостаточной литофп-кащей. Более того перло,цпче едсиа интенсивные тектонические движения, проявившиеся в разные отрезки времени неогено-четвертичного периода явились причиной возникновения блочиос-ts, трэщиноватости и раздробленности - главный фактор, определяющий шдашерно-гаологачаскив свойства массивов горных пород.

Далее в главе приводится критический анализ результатов ив-жонэрно-гоалогических исследований, проведенных зарубежными фирмами: ЫСрсл fcoei to. Ltd. (ЗЪрол); Snowy Maun

16

tain tijdAOe/aUic Authoiifr<fJ; Nd^ccusuJt WtP/iivay J аис/ £ c-^'-'l-PWQ/ f [ S w* cz/^ч-усУ^У • yVi/с*- — yan Powzr CoHSulf^te CC.a.mc/ci.J, Анализ показал недостаточность имеющейся информации для принятия окончательных: проектных решений. Вопросы, которые остались нерешенными и рекомендации по' методике инженерно-геологических изысканий, обеспечивающие их решение обсуждены в диссертационной работе.

Обоснование структуры сферы взаимодействия плотины о геологической средой является следующим шагом по пути проектирования пространственно-временной структуры литомониторпнга плотины Чнсапани. Недостаточные инженерно-геологические данные по объекту усложнили задачу выделения границ сферы взаимодействия и ее членения на зоны.

Для выхода из сложившегося положения автором использован метод инженерно-геологической аналогии , обеспечивающий в большинстве случаев удовлетворительные результаты в условиях не полной информации. Но и при этом стояла трудная задача нахождения достоверного аналога. Методами теории геологического подобия был найден аналог и корректно доказано подобие шжду аналогом и прототипом. Речь идет о Нурекской ГЭС как об таг-логе. При сравнении участков размещения гидроузлов Чисапаш и Нурекской ГЭС использовались качественные (атрибутивные) признаки и количественные критерии подобия. При качественном сравнении учитывались как регионально-геологические условия так и локальные условия и геометрические характеристики сооружений. Критерии подобия составлены так, чтобы они показали но только подобие двух областей литосферы как геологических обро-

17

зований, но еще к подобие инженерно-геологических процессов, которые будут развиваться в пределах участков аналога п прототипа (таб. 1) . Приведенные в таблице формулы критериев подобия составлены автором для рассматриваемой конкретной ситуации. Они указывают на подобие условий срашшаеыьк гидроузлов. Таким образом, данные об организации, мониторинга Нурекской ГЭС возможно использовать при обосновании структур сферы взаимодействия плотина' Чдсапани с геологической средой На участке размещения плотины Чисапани в периоды строительст ва и эксплуатации формируются три зоны' С Л. Л.Молоков 3 . Одн ко, в связи с конкрэтннш условиями и конструктивными осо$ем возводимого сооружения, существенное значение для успешного , строительства и нормальной эксплуатации сооружений могут иметь не все зоны, а лишь некоторые из них. А именно зона фильтрационной деформации при строительстве и зоны: уплотне-• нияг фмьтрационнго потока .и - неустойчивости склонов в период эксплуатации. Зона уплотнения будет иметь наибольшую глубину . под ядром плотины около 100 ы . в сторону берегов глубина уплотнения постепенно будет уменьшаться. Елубгпа 'роды,фальтрг цврнвово потока под плотиной оценивается равной 100-125 'м. Зс на обходной фильтрации будет, щёть ширину, равнуй 760-800 и от бортовых пршыканий в сторону берегов по линии створа плоз ны. На данной стадии установить контур неустойчивой части сш нов автору не удалось. Это можно будет сделать с помощью моделирования и ыехашпсо-математпчеисЕХ расчетов на следующей стадии, когда будут получаны дополнительные данные об участке гидроузла ( в частности, о разрезо и свойствах пород, слагающих борта дошшн )>

Таблица I

Основные количественные критерии подобия, отрадакщие подобие инженерно-геологических процессов

Ь - длина периметра долины по оси плотины;Ье- длина плотики по гребни; Н - высота плотины; В - сирина плотины по основании; 1- коэффициент Луассрна; Еобщ.- модуль общей деформации пород основания; Нет - мощность сжимаемой толщи; Г - плотность грунтов основания;Д - крутизна склонов долины; Ы - мощность фильтрационного потока;¿лугол и азимут падения систем тоещинХ^л'-напор на плотине. *

Последний раздел главы содержит проект размещения КИА в толе плотины Чисапаш и ее основании в контурах сферы взаимодействия» составленной в соответствии с рекомендациями автора. Согласно проекту КИА в теле плотины будут размещаться по 8 створам (линии параллельно оси рлотинн) с расстояниями ЮОм, 14 лоперочнккбы с расстояниями 50 ы, и 7 ярусам с интервалами 40 и. Приборы, которые будут оборудоваться в пределах сферы взаимодействия в общем случае последуют теже створы и попереч никл что в теле плотины. Общее количество всех единиц приборов составит 1470. Составленный автором проект размещения КИА является предварительным и подлежит доработке и корректировке по мерз поступления новой достоверной инженерно-геологической и технической информации.

■ВШСЩЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ Результаты исследований, представленные в диссертации являются итогом трехлетнего труда автора в области научного обоснования обьеыа и пространственно-временной структуры сист< мы рекиших наблюдений за состоянием гидротехнических сооружений при их строительстве п эксплуатации. Основные выводы, вытекавшие из диссертационной работы возможно представить в следующей виде.

1. Проанализировав теоретические разработки и практические материалы по данной тематике, существующие в СССР и в других ст{ нах, автору удалось выработать новый подход к решению обоснования пространственно-временной структуры мониторинга ПТС -"Елсташа - область взаимодействия" (в частности грунтовых плотин). Главвде отличие нового подхода от традиционного метода проектирования пространственно-временной структуры мониторинге

20'

I плотинах состоит в том, что в основе обоснования структуры ¡ежима мониторинга положена концепция ПТС и представление о ¡фере взаимодействия и ее структура. Используемый в настоящее ¡ремя способ заключается в том, что размещение' пунктов получе-!йя информации базируется, в основном, на эмдерическом подходе [ не представляет обоснованной, в научном отношении, последовательности операции. Предлагаемый автором в качестве рекомендации, новый подход является более обоснованным, имеет логическую ¡труктуру и может стать экономически целесообразным.

К основным.положениям нового подхода относятся следующие: 1) Цель осуществления мониторинга плотины заключается в своевременном получении информации о состоянии сооружений, режиме . хнженерно-геологических и геолого-инженерных процессов и разра-5отке, проварке и корректировке прогноза процессов, сделанного 1ри проектировании ПТС. Эта информация используется для управ-кния функционирования ПТС.

5) Пункты получения информации располагаются только в пределах гех участков, где возможно развитие инженерно-геологических и геолого-инженерных. процессов, т.е. в теле плотины и в основании з контурах сферы взаимодействия. ■ •

з) Для этой цели необходимо установить сферу взаимодействия и знявить ее структуру, т.е. разделить сферу на зоны взаимодействия, в которых проявляется преимущественно один инженерно-гео-хогический процесс, учитываемый при проектировании сооружения. 1ри этом внимание следует уделять тому, чтобы: сфера взаимодей-;твия имела по возможности минимальный обьем и наиболее простую ;тр^ктуру; нaбopi инженерно-геологических процессов, учитываемых фи прооктч'роыани:. и интенсивность их проявления бит ншшнь- . шли. 21

г) Кавдая зона сферы взаимодействия обеспечивается пункта-ш получения информации о рззошв того процесса, который формирует данную зону. Таким образом, число зон сферы взаимодействия (то же самое, чтоисодичество процесссм®, учитываемых при проектировании сооружений ) определяет порядок мониторинга (набор параметров) . Он не может быть меньше числа зон.

д) Установление форм и границ зон является наиболее сложным делом при применении нового подхода. Этот вопрос можно решить г. на основе совместного анализа геологических данных и данных технического характера, а также с помощью геолого-математичес-кмх расчетов",' моделирования ш методов инженерно-геологической аналогии.

е) Пространственная структура 1ШИ включает створы, поперечники и ярусы, которые располагаются: в пределах тела плотины - параллельно оси плотины и перпендикулярно ей; в пределах основания. - по расчетным сеченида кавдой зоны сферы взаимодействия.

ж) Сбьеы и параметры свшнфа зависят от масштабности, интенсивности процесса ж характера его влияния на функционирование ПТС, и определяются методами расчетов сшшнфа, а также в некоторых случаях - интуитивно с учетом навыков к опыта, приобретенных на других аналогичных ПТС. Методы расчета спшнф учитывают естественную неоднородность литосферы внутри сферы взаимодействия, а также требуемые точность е доверительную вероятность информации,

2. Анализ материалов, полученных автором, а также неполных и отрывочных сведений геологического характера позволил, автору впервые составить систематическое описание компонентов инженерно-геологических условий района размещения гидроузла

"2

Чисапани в Субгималаях и сформулировать оригинальное представление об истории их формирования*

3. Сравнение опита инженерно-геологических изысканий инностранных фирм, выполненных па участке Чисапани и тщательный вналип методики шдазнерно-геалогических изысканий показала недостаточность имеющейся информации для принятая окончательных проектных решений. В соответствующей главй перечислены вопросы, которые следует решать при дальнейших изысканиях:

и рекомендации по методике инженерно-геологических исследований, обеспечивающие их решение. ■

4. С помощью теории геологического подобия автору удалось доказать аналогию участков Бурекской ГЭС и ГЭС ■ Чисапани. При этом аналогия установлена не только между участками как геологическими образования!®, но и между инженерно-геологическими процессами, наборы и интенсивность которых также должны быть подобны. На этом основании сделан вывод о том, что пространственно-временная структура мониторинга ПТС указанных сооружений должна быть 'аналогичной. '

5. Сферы взаимодействия плотины Чисапани и геологической среды, обоснованная автором, состоит преимущественно из зон: разуплотнения и фильтрационной'деформации Св период строительства) ;'и уплотнения, фильтрационного потока и ослабления устойчивости склонов (в период эксплуатации) .

6. На основе разработанных автором рекомендаций составлен проект пространственно-временной, структуры мониторинга для каменно-земляяой плотины,

13 качестве рекомендаций автор предлагает проектировщикам и орглнизаъням, занимающимся вопроса/и мониторинга, разработанные ик методические положения,изложенные в главе 2.

23