Институт геоэкологии им. Е.М. Сергеева РАН

Особенности компьютерного моделирования устойчивости оползневых склонов по программе AKNARK.

Казеев А.И., Лапочкин Б.К., Постоев Г.П. // Сергеевские чтения. Вып. 11. –М.: ГЕОС, 2009. -С. 296-301. Читать…

!!! При КОПИРОВАНИИ материалов статей — НЕОБХОДИМО ИСПОЛЬЗОВАТЬ библиографические ССЫЛКИ на Статьи !!!

Компьютерный продукт AKNARK представляет собой программу, предназначенную для количественной оценки устойчивости природных и искусственных склонов и моделирования влияния различных факторов, оказывающих на них воздействие.

Отметим, что Л.К. Гинзбургом [1] был проведен сравнительный анализ 14 наиболее известных и распространенных методов расчета и анализа степени устойчивости склонов и откосов, среди которых методы расчета Г.М. Шахунянца, К. Терцаги, Ю.И. Соловьева, Р.Р. Чугаева, Н.Н. Маслова и других авторов. В своей книге автор на основе проведенного анализа пришел к выводу, что для проектирования противооползневых удерживающих конструкций глубокого заложения (расчеты оползневого давления и коэффициента устойчивости) наиболее приемлемыми являются методы горизонтальных сил Н.Н. Маслова и аналитический метод Г.М. Шахунянца. Наблюдения Гинзбурга за поведением эксплуатируемых сооружений и косвенных замеров оползневого давления (замеров напряжений в тензосваях, оставленных в грунтовом массиве на длительный срок) подтвердили, что вышеупомянутые два метода дают наиболее близко отвечающие действительным величины оползневого давления.

В программе AKNARK реализованы методы расчета К. Терцаги, горизонтальных сил Маслова-Беррера, прислоненного откоса Г.М. Шахунянца в модификации профессора Дорфмана А.Г., позволяющие рассчитать коэффициенты устойчивости склонов по задаваемым поверхностям скольжения.

Применение программы AKNARK для исследования устойчивости оползнеопасных склонов имеет следующие особенности моделирования, которые базируются на достоверных данных о геологическом строении, оползневой обстановке, механизме возможного развития оползневых деформаций, режиме факторов, определяющих активность оползня и характере техногенных воздействий [2].

  • Разработка расчетных схем

Это одна из важнейших операций моделирования. В первую очередь рассматривается возможность развития наиболее вероятного типа оползня. Для этой цели исследуются проявления оползней на соседних участках, механизм и особенности развития деформаций. Изучается геологических разрез на объекте, выявляются слабые прослои.

В случаях наличия на участке наклоненных, относительно слабых, разуплотненных слоев (техногенных, делювиальных отложений) составляются расчетные схемы на возможность образования оползней сдвига-скольжения (участки газопроводов на берегах рек Сура и Чиганары – Нижегородская область; мостовой переход через р. Москва, ул. Живописная, г. Москва; ЖК «Золотые ключи», ул. Минская, г. Москва; береговой склон р. Раменки, очистные сооружения, ул. Винницкая, г. Москва и др.).

Возможность развития на рассматриваемом участке относительно глубоких блоковых оползней типа сжатия-выдавливания проверяется данными геотехнического анализа, в результате которого для исследуемых слоев определяется структурная прочность σстр грунта и она сопоставляется с действующим бытовым давлением. И если последнее превышает σстр, то в соответствующем слое деформации и формирование глубокой поверхности скольжения возможно. Очертание поверхности скольжения принимается исходя из механизма формирования оползней данного типа: отрезок отвесной линии длиной до 5м – вверху (трещина закола), далее крутая криволинейная поверхность скольжения, близкая к круглоцилиндрической, переходящая в деформируемом слое в слабонаклонную, близкую к горизонтальной. Проверяются варианты с различной длиной оползневого тела и глубиной захвата деформируемых слоев (объекты: очистные сооружения, дюкер, тоннельные переходы, противооползневые мероприятия на береговых участках р. Москвы Хорошево, Коломенское, Сабурово, объекты на берегах рек Раменки, Сетунь – г. Москва, Кама, Волга, Сура, Чиганары и др.) На каждом объекте обычно исследуются 2-5 расчетных схем. Пример расчетной схемы приведен на рис. 1.

моделирование_Казеев Расчеты устойчивости и оценка оползневй опасности в Москве

 

  • Расчетные свойства грунтов

Известно, что прочность грунтов в процессе деформирования снижается от пиковых значений, получаемых из стандартных испытаний, до остаточных (установившихся). Последние, согласно исследованиям М.Н. Гольдштейна и его коллег (Днепропетровск), соответствуют сопротивлению сдвигу по поверхности скольжения оползневого массива.

Выявляются горизонты массива, где оползневое деформирование имело место в прошлом и возможно наличие в разрезе унаследованных поверхностей скольжения. В таких отсеках параметры прочности φ и с принимались по результатам испытаний грунтов по схемам «плашка по плашке» (второй сдвиг) и третий сдвиг по смоченной поверхности. В массиве надоползневого уступа (на активных оползневых участках), где уже имеются признаки допредельного деформирования и оседания прибровочной части поверхности плато, используются наряду с пиковыми значениями φ и с и пониженные их величины, уменьшенные на долю разницы между пиковыми и остаточными значениями. Подобные вариации свойств используются практически на всех оползнеопасных объектах.

  • Изменение уровня подземных вод

Исходное положение уровня подземных вод (УПВ) устанавливается по колонкам буровых скважин или по инженерно-геологическому разрезу из отчета по проведенным инженерно-геологическим изысканиям на объекте. Возможное повышение УПВ может иметь место в периоды выпадения аномальных атмосферных осадков или вследствие утечек из водопроводящих коммуникаций. Для выявления влияния повышения УПВ на устойчивость склона производятся расчеты с повышением УПВ на 4 м и с максимальным обводнением склона (УПВ совпадает с дневной поверхностью).

  • Учет влияния напорных вод, действующих в основании расчетного отсека

Программой AKNARK не предусмотрен учет в расчетах напора подземных вод. Однако известно, что напорные воды могут существенно снизить устойчивость склона главным образом вследствие снижения сил трения по поверхности скольжения.

Эффект снижения нормального давления по поверхности скольжения i-го отсека учитывается путем использования в расчетах приведенного значения угла внутреннего трения φп,i:

Учет уровня подземных водмоделирование_Казеев-2

где γi – среднее значение удельного веса грунтов в отсека, кН/м3; Hi – средняя глубина (мощность) i-го отсека, м; γв и hв – удельный вес воды, кН/м3 и величина напора в отсеке, м; φi – угол внутреннего трения грунта в зоне поверхности скольжения i-го отсека.

На оползнеопасных объектах г. Москвы приходилось использовать данный прием для учета напора в водоносном горизонте в подошве юрских глин волжского яруса (фосфоритовый слой), величина которого на отдельных объектах достигала 29 м.

Разгрузка (снижение) горизонтальных напряжений в массиве склона

Для блоковых оползней, исходя из механизма развития деформаций, разгрузка горизонтальных напряжений в нижних горизонтах массива является одним из основных факторов, вызывающих снижение устойчивости склона.

Проявление этого фактора может быть вызвано:

  • развитием поверхностных оползней разжижения-сдвига в нижней части склона, в зоне выхода на поверхность подземных вод (берег р. Раменки, ул. Винницкая, г. Москва; объекты газопроводов на берегах рек Сура и Чиганары);
  • активным смещением существующих оползневых тел на соседних участках, вызывающих микросдвиги массива и на рассматриваемом объекте (очистные сооружения, Хорошево-2, г. Москва; проектирование защитных мероприятий Хорошево-1, Карамышевский проезд, г. Москва);
  • наличием на склоне протяженных зон концентрации растягивающих напряжений (например, установленных по данным геофизических исследований), объект — проектируемый канализационный коллектор (Сабурово, г. Москва);
  • образованием на склоне глубоких котлованов и подземных выработок в связи с проведением строительных работ (дюкер. Карамышевский проезд, г. Москва; демонтажная шахта щита, ул. Кульнева, г. Москва; котлован канализационного коллектора, берег р. Сетунь, ул. Пудовкина, г. Москва).

Влияние данного фактора на устойчивость склона моделируется путем удаления расчетных отсеков с нижней части склона до требуемого сечения.

Программа AKNARK использовалась для компьютерного моделирования устойчивости оползнеопасных склонов в различных инженерно-геологических условиях и при решении разнообразных хозяйственных задач (Москва, берега реки Москвы и ее притоков – очистные сооружения, мостовые переходы, дюкер, тоннельные коммуникации, ж.д. трассы, комплексы зданий, противооползневые мероприятия; Сарапул, берег р. Камы, н.п. Пильна, берег р. Суры, участок Чиганары – магистральные газопроводы; г. Ульяновск, берег р. Волги – мостовой переход).

Исследования показали достаточную эффективность используемого программного комплекса как для количественной оценки состояния исследуемого склона, возможных изменений устойчивости склона с учетом влияния реальной неблагоприятной совокупности воздействующих факторов, а также поведения склона при аномальных их сочетаниях, так и для оценки эффективности рекомендуемых защитных мероприятий.

 Литература

1. Гинзбург Л.К. Рекомендации по выбору методов расчета коэффициента устойчивости и оползневого давления. Центральное бюро научно-технической информации. М.–1986 г.

2. Постоев Г.П., Лапочкин Б.К., Казеев А.И. Оползневое деформирование инженерных объектов // Журнал «Строительный инжиниринг», №10 (34), 2007 г., с. 62-69.