Способ определения зоны возможной просадки грунта

1 н 767276 Союз Советских Социалистических Республик(23) Приоритет осударственный комитет СССР но делам изобретений и открытий(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЗОНЫ ВОЗМОЖНОЙ ПРОСАДКИ ГРУНТАИзобретение относится к строительству и может быть использовано при инженерно-геологических исследованиях в карстовых районах с целью оценки устойчивости терри торий для промышленного и гражданского строительства.Известен способ исследования естественных и искусственных стационарных и нестационарных полей (влек- О тромагнитных, ядерных, полей упругих колебаний и т. п.). 1 . Возму" щающий объект деформирует поле. Сравнение параметров нормального поля с деформированйым позволяет полу чить определенный объем информации об исследуемом объекте. Трещины различного происхождения и карстовые полости деформируют стационарные и нестационарные поля достаточно су щественно и между ними (т. е, между их размерами и положением в пространстве, с одной стороны; и деформациями поля с другой) существуют тесные корреляционные зависимости. 25Недостатками этого способа являются низкая точность определения эоны предполагаемой просадки эакарстованной территории, трудоемкость и сложность осуществления способа. 30 Наиболее близким к изобретению техническим решением является способ определения зоны возможной просадки грунта, включающий бурение скважин, отбор и исследоэание проб грунта, определение глубины зоны возможной просадки грунта 21Укаэанный способ определения зоны возможной просадки грунта заключается в следующем. На выбранной для исследований площадке сначала бурят глубокие скважины, которыми вскрывают в растворимых породах зону активного развития карста, характеризующуюся проявлениями карота, опасными для устойчивости площадки (пещеры, пустоты, не заполненные минеральными образованиями). Затем описывают трещиноватость растворимых пород, степень выветренности и разрушенности, параметры карстовых полостей и характер их заполнения, состав заполнителя, после чего вычисляют линейные коэффициенты эакарстованности пород и дают оценку степени развития карста по глубине и площади. При этом обязательным условием бурения скважин является необходимость вскрытия скважинами полости или зоны активного развитиякарста независимо от глубины их залегания. Поэтому для выявления этихзон.требуется бурение скважин глубиной 100 - 200 м. Имея результатызамеров параметров полостей (например,высоты), встреченных буровыми сквааинами, можно, используя теорию горного давления, рассчитать возможныеразмеры провала,Однако из-за необходимости буренияглубоких скважин осуществление данного способа очень трудоемко и длительно по времени. Трудоемкость осуществления способа обусловлена также тем, что необходимо бурить сква;жины достаточно большого диаметрадля получения характеристик состояния закарстованности пород и т. п.,что также увеличивает стоимостьпроходки скважин на 30-50 (в зави- .симости от диаметра бурения). Кроме того технология бурения по иэвест ному способу является сложной, таккак должна обеспечивать максималь ный выход кариа карстующихся пород,не допускать растворения пород в процессе проходки, а также должна включать дополнительные наблюдения заскоростью, бурения, провалов инструмента, наблюдения за исчезновениемпромывочной жидкости и другие операции. Из-за малой вероятности 30вскрытия карстовой полости поисковыми скважинамИ, для обеспечениядостаточной точности выявления(вскрытия) эакарстованной зонынеобходимо проводить бурение скважинпЬ частой сетке, что также увеличивает трудоемкость способа и ведетк его удорожанию. Цель изобретения - повышение производительности путем снижения трудоемкости и сокращения времени на его осуществление.Поставленная цель достигаетсятеМ, что при способе определения 45зоны возможной просадки грунта, включающем бурение скважин, отбор и исследование проб грунта, оконтуриваниезоны возможной просадки грунта, вйроцессе исследования проб грунта вкаждой скважине определяют степеньдлительной ползучести глинистогогрунта, оконтуривание зоны возможнойпросадки грунта производят по скважи,намс длительной ползучестью глинистого грунта, а глубину просадки находят по формуле. Н=д (+,.где Н - глубина предполагаемойпросадки грунта, мф . 60с( - угловой коэффициент,зависящий от типа растворимых пород, их трещйноватости и от мощности некарстующихся пород, 65( - эмпирический коэффициент,являющийся постоянной величиной для данного типарастворимых пород;Ь - максимальный поперечныйразмер эоны предполагаемой просадки грунта, м,Сдвижение горных пород над карстовой полостью или трещиной является следствием двух взаимосвязанных и одновременно протекающих процессов деформации ползучести и деформации разрушения пород в зоне концентраций напряжений, образующейся по контуру полости в процессе ее длительного Формирования. В отличие от про-. цессов сдвижения пород над искусственными подземными выработками, по контуру которых глинистые породы начинают разрушаться примерно через 40-100 ч (в зависимостиот способа проведения выработок, например, буровзрывного или комбайнового) после начала движения забоя, изменения характера деформирования глинистого грунта над карстовой полостью, формирующейся в течение тысячелетий, происходит замедленно.В предлагаемом способе осуществляют бурение и отбор проб грунта только покровных некарстующихся глинистых пород которые залегают над карстовыми пустотами. Основываясь на том, что просадке грунта всегда предшествуют макро- и микротекстурные изменения глинистых покровных пород, определяют стадию длительной ползучести глинистого грунта, которая и характеризует зону предполагаемой просадки грунта. Определение стадии длительной ползучести глинистого грунта проводят визуально и с помощью микроскопов при 100 - 10000 - кратном увеличении.Степень и характер длительной ползучести глинистого грунта зависят от его консистенции. В процессе деформирования грунта развиваются три стадии ползучести: неустановившейся ползучести, стационарного течения, прогрессирующего деформирования с разрушением грунта.На Фиг. 1 представлены графики зависимости глубины воронок, наблюдаемых в районе изысканий, от их максимального диаметра для известняков, на Фиг. 2 - то же, для гипсов и ангидридов.П р и м е р. Проводились определения эон предполагаемой просадки грунта по предложенному способу на проектируемом шламохранилище четвертого Березниковского калийного завода в период с сентября 1977 г по апрель 1978 г.Сначала в районе, где предполагалось наличие подземных карстовых пустот, бурились скважины начальным диаНа третьей стадии, прогрессирующего деформирования, протекающей с возрастающей скоростью, разрушение структуры преобладает над ее вос 65lметром более 168 мм с отбором монолитов глинистых грунтов. Глубина развития карста от 100 и до 180 м от поверхности земли, Скважины бурились глубиной 25 - 40 м на полную мощность покровных глинистых грунтов. Затем 5 по отобранным иэ скважин монолитам глинистых грунтов изучались макро- и микротекстурные изменения на обычном поляризационном и сканирующем микроскопах при увеличениях в 100- 10000 раз.В отдельных монолитах обнаружено, что на некоторых участках уже имели место деформации глинистых пород,видимые невооруженным глазом. На других участках микроскопическими исследованиями в глииах обнаружены зоны микротрещин, вид и характер которых зависит от степени агрегированности глин, их минерального состава и от стадии длительной ползучести глин. 20С целью оценки изменений, происходящих в грунтах в процессе ползу- чести, проводились петрографические исследования шлифов монолитов глинистых грунтов при увеличениях в 100 - 25 10000 раз. Сопоставление данных этих исследований позволило проследить за изменениями структуры грунтов в процессе их деформкрования в зависимости от стадий полэучести. На 30 первой стадии неустановившейся ползучести существенных изменений структуры грунтов не отмечалось, однако на контактах отдельных агрегатов при увеличениях в 1000 раз наблюдалисьу 5 отдельные микротрещины. На этой стадии развиваются преимущественно упругие и восстанавливающиеся во времени деформации. В отдельных шлифах отмечено восстановление частично разрушившихся связей, а также частичное залечивание дефектов структуРы грунтов что связано с уменьшением скорости деформирования во времени. На второй стадии ползучести, стационарного течения, происходящей практически 45 с постоянной скоростью, основное значение приобретают необратимые пластические деформации, которые предшествуют разрушению грунтов, как бы подготавливают его. На этой стадии на блюдаются заметные изменения структуры грунтов, выражающиеся в дроблении агрегатов глинистых и пылеватцх частиц, в ориентации глинистых частиц вдоль направления действующего на- ,55 пряжения, что в дальнейшем облегчает деформирование грунтов, В то же время процесс разрушения структуры компенсируется восстановлением связей и закрытием микротрещин " наступает как бы равновесие. становлением, В шлифах прослеживается, как наряду с дальнейшей переориентацией частиц появляются зоны микротрещин, вытянутых вдоль ориенти" рованных агрегатов и частиц. Постепенное увеличение и объединение внутренних микротрещин приводит к формированию поверхностных трещин, что влечет за собой нарушение сплош" ности тела.По скважинам со стадией длительной ползучести глин были оконтурены зоны предполагаемых обвальных сводов, для чего на выявленных участках нарушенных глин сетка скважин сгущена до 50 х 50 м, а глубина скважин уменьшена до 15 - 20 м. Оконтуренные зо" ны в плане имели округлую или близкую к эллипсу форму. Поэтому для дальнейших расчетов величины просадки (глубины провала) принимался максимальный диаметр ( Ь ) ожидаемого провала.Определения глубины провала ( И ) выполнялись по линейному закону, описываемому формулойН=сО, +(Ъ,где 1 - максимальный диаметр обвального свода, м,а( - угловой коэффициент, зависящий от типа растворимых пород, их трещиноватости и от.мощности некарстующихся пород, определяетсяпо эмпирическим графикам,составляемым по даннымнаблюдений за карстовымипровалами и просадками;)Ъ - эмпирический коэФфициент,являющийся постоянной величиной для данного типа растворимых пород.Параметры с(. и (Ъ определяют по эмпирическим графикам зависимости глубины воронок, наблюдаемых в районе изысканий, от их максимального диаметра (фиг. 1 и 2), ГраФики строятся по значениям пар наблюдений (глубина и диаметр) по каждой воронке для определенных типов растворимых пород известняков (фиг. 1), гипсов и ангидридов (фиг. 2). При этом на графиках Фиксируется рассеяние замеров, которое зависит от трещиноватости пород и мощности пород, слагающих сводовую часть над карстовой полостью, Поэтому для уменьщения влияния рассеяния замеров при статистической и графической обработке замеров проводят анализ мощности и трещиноватости пород, после чего строят графики для зон, развития карста с мощностью покровных пород над карстом до 50 м (фиг. 1, график 2 и Фиг. 2, график 4) и более 50 м (фиг, 1, график 1 и Фиг. 2, график 3) Угловой коэффициент сС, определяемый76727 б Формула изобретения 30 где Н - глубина просадки грунта, м;Д. - угловой коэффициентгрунта,эмпирический коэффи 35 циент грунта,Ь - максимальный поперечныйразмер зоны просадкигрунта, м.Источники информации,4 О принятые во внимание при экспертизе1. Методические указания по определению трещиноватых и закарстованныхзон с поверхности н на горных выработках. БеЛгород, "Виоген", 1968, с. 923.45 2. Рекомендации по инженерно-геологическим изысканиям и оценке территорий для промышленного и гражданского строительства в карстовых районах СССР. М., ПНИИИС, 1967, с. 18. по графикам, численно равен тангенсуугла Ф , образуемому графиком и осью-абсцисс для какового тйпа йород "и дан-ных геологических условий.Параметр Ъ также определяется пограФикам (фиг., 1 и 2),является величиной постоянно для данного типапород и конкретных геологических условий,В случаях, когда рассеяние замеров,пар наблюдений на существующих карстовых воронках незначительное ипредставляется воэможность выразитьзамеры в виде уравнения регрессии бея;оценки значимости отклонений замеровот линейного закона, максимальнаяожидаемая глубина просадки поверх ности земли определяется непбсред ственно по графикам в зависимости отзамеренного максимального попереч- ного размера зоны предполагаемойпросадки. 20По полученным в результате выполненных операций результатамстроят карТу закарстованного участка, на которой показывают распространение оси предполагаемой просадки 25на поверхности земли и максимальнуюглубину просадки. На основании анализа картыи в зависимости от типапроектируемого инженерного соору-женйя дают рекомендации по выборунаиболее благоприятного размещениясооружения и типа фундаментов.Эллипс рассеивания точек на эмпирических графиках показывает, чтоодному значению глубины ожидаемогопровала могут соответствовать несколько значений их диаметра,.приэтом крайние значения диаметра могутотличаться на 5 - 15 м. Рассеяние замеров зависит от"типа растворимыхпород и мощности пород, залегающихЙНГйаРб:говыми полостями, Влияниеперечисленных факторов при опре:делении глубины ожидаемого проваламожно уменьшить, приняв для расчетовмаксимальный диаметр () прова ла".:,.:;ИсПОЛьзонаййе "предлагаемого способа определения зон предполагаемойпросадки грунта на закарстованных территориях с поверхности по сравнению с известными способами позволяет сократить в 3 - 4 раза глубину разведочных скважин, сократить.в 3 - 4 раза время на выполнениеизысканий в эакарстованных районах,а также снизить трудоемкость в 5 - 6раэ и получить экономию в сумме300000 руб. в год. Способ определения эоны возможной просадки грунта, включающий бурение скважин, отбор и исследование проб грунта, оконтуривание зоны просадки грунта, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения производительности путем снижения,. трудоемкости и сокращения времени на его осуществление, в процессе исследования проб грунта в каждой скважине определяют степень длительной ползучести глинистого грунта, оконтуривание зоны возможной просадкигрунта производят по скважинам с длительной полэучестью глинистого грунта, а глубину просадки находят по формуле767276 Цн Юо гК ЕО ЕК В Ю гО г О О ЮО Я МОДцонювр Ворсн Составит Техред А ь В. Латушкепанская Шекмарт щщ т т щщ щ 5 е щщ ррек щщ щщ щщ щщ щщ щщ щщ щщ аказ 7155/27 Тираж 713 ВНИИПИ Государственного по делам изобретений 113035, Москва, Ж, Раушщйщ щ щщ щщ щщщщдп о Патент", г. роектная, 4 илиал жгород едактор Т. Кузьмина комитета СССРоткрытийкая наб., д. 4/