авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 5 |

«ОТКРЫТОЕ АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО «ВНИИГ им. Б.Е. ВЕДЕНЕЕВА» ИЗВЕСТИЯ ВНИИГ имени Б. Е. ВЕДЕНЕЕВА Издание основано в 1931 году Том 257 ...»

-- [ Страница 2 ] --

Основными элементами аппаратной части АССК являются:

комплекс сейсмометрических наблюдений измерительный (КСНИ ВНИИГ);

велосиметры ВС-3к, ядро которых составляют сейсмоприемники (датчики) АВ-16.

На протяжении первых трех лет система состояла из центрального пункта сбора информации, двух цифровых регистрирующих станций и шести сейсмоприемников, расположенных на бетонной гравитационной плотине в секции 16. Четыре датчика и одна периферийная станция распо лагались на отм. 151 м (в галерее контрольно-измерительной аппаратуры).

На отм. 181 м были установлены цифровая регистрирующая станция и один датчик. Еще один датчик установили на отм. 196 м. Использовалось 18 каналов регистрации.

В 2006 г. была смонтирована и начала работать вторая очередь сис темы. Дополнительно установили еще одну цифровую регистрирующую станцию и шесть сейсмоприемников (из которых три расположены на пло Доктор техн. наук, профессор, гл. научн. сотр.

Тел.: 8 (812) 535-88-73. E-mail: anaskv@concrete.vniig.ru Инженер-программист 1 кат.

Тел.: 8 (812) 535-53-70. E-mail: bnn@concrete.vniig.ru.

ОАО «ВНИИГ им. Б.Е.Веденеева», 195220, Санкт-Петербург, ул. Гжатская Инженер Тел.: 8 (416-345) 26-99. E-mail: ZlobinDN@burges.gidroogk.ru Филиал ОАО «Русгидро»-Бурейская ГЭС, 676731, п.Талакан, Бурейский р-н, Амурскойобл.

Вед. инженер.

Тел.: 8 (812) 535-53-70. E-mail: skv@concrete.vniig.ru Ст. научн. сотр.

Тел.: 8 (812) 535-53-70. E-mail: elesko@concrete.vniig.ru ОАО «ВНИИГ им. Б.Е.Веденеева», 195220, Санкт-Петербург, ул. Гжатская Вед. инженер Тел.: 8 (416-345) 26-99. E-mail: KharitonovME@burges.gidroogk.ru.

Филиал ОАО «Русгидро»-Бурейская ГЭС, 676731, п.Талакан, Бурейский р-н, Амурскойобл.

тине на отм. 211 и 226 м, а три – в здании ГЭС). Число каналов регистра ции увеличилось до 36.

В настоящее время ведется монтаж третьей очереди АССК. Число каналов регистрации предполагается расширить до 57. На рис. 1 показаны все три очереди АССК. Третья очередь предполагает установку двух циф ровых регистрирующих станций - на отм. 241 м в секции 16 и на отм.

226 м в секции 23. Дополнительные датчики будут размещены как на более высоких отметках (241 и 256 м) в секции 16, так и на правобережной (сек ция 5) и станционной (секция 21) глухих частях плотины, в водосбросной части плотины (секции 23 и 29) и в левобережной глухой части плотины (секция 35).

За время работы АССК были зарегистрированы сотни событий при родного и техногенного характера, в том числе дальние землетрясения с очагами, расположенными вблизи островов Индонезии, Японии и Куриль ской гряды, на Камчатском полуострове, а также в КНР. Зарегистрированы несколько землетрясений с очагами, расположенными в нескольких десят ках километров от строительной площадки (наиболее существенное отме чено 4 марта 2007 г.).

По большинству записей выполнен анализ и произведено определе ние частотного состава и уровня вибраций.

На протяжении последних двух лет наблюдений (также как и в пре дыдущий период), фиксировались события, связанные с техногенными яв лениями (колебаниями воды в водоводах - так называемыми биениями или вибрациями при работе гидроагрегатов). В автоматическом режиме регу лярно выполнялись принудительные записи для оценки фоновых значений колебаний точек плотины и с целью проверки работоспособности системы.

При определении уровня вибраций проводился анализ зарегистриро ванных скоростей в направлении вдоль потока (как наиболее значимых) на отм. 226 и 151 м в секции 16 бетонной гравитационной плотины.

Наибольшие зафиксированные значения скоростей указанных точек на блюдений составили: в 2007 г. - 350 мкм/c (в первом полугодии), 800 мкм/c (во втором полугодии);

в 2008 г. - 850 мкм/c (в первом полугодии), 1010 мкм/c (во втором полугодии);

в 2009 г. – 915 мкм/c (в первом полугодии), 1252 мкм/c (во втором полугодии).

Наряду с фиксируемыми на протяжении практически всего времени на блюдения частотами около 2,1 Гц (минимальное значение частоты) – 2,3 Гц, 2,5 – 2,7 Гц и 2,9 – 3,2 Гц, регистрируются частоты 4,2 – 4,5 Гц и 8,3 – 8,8 Гц.

Углубленная обработка результатов сейсмометрических наблюдений позволила установить, что колебания точек наблюдения отражают движе ния по первым собственным формам колебаний сооружения, и первые три выделенные группы частот относятся именно к ним.

На протяжении первого полугодия 2008 г. автоматизированной сис темой сейсмометрического контроля было записано (предположительно) три землетрясения из дальних очагов (первый очаг в Китае – провинция Сычуань, второй – в Японии, восточнее острова Хонсю, третий – вблизи Курильских островов).

Во втором полугодии 2008 г. зафиксировано два сейсмособытия из дальних очагов, расположенных (предположительно) в Японии, восточнее острова Хонсю и в Охотском море.

отм. 151, Д ЦРС - 1 отм. 151, ЦПСИ Д отм. 151, отм. 151, Д КЦЦРС отм. 151, Д отм. 181, Д ЦРС - отм. 196, отм. 181, ЦРС - 7 Д Здание ГЭС отм. 211, Д ЦРС - отм. 211, Д14 Д15 Д16 Д отм. 211, отм. 135,0 отм. 140,7 отм. 140, отм. 226, Д Секция отм. 241, Д ЦРС - ЦРС - отм. 226, Д отм. 241, отм. 226, отм. 256, Д Секция Секция отм. 226, Д отм. 256, Д Секция отм. 256, Д отм. 256, Д Секция Секция Секция Рис. 1. Схема автоматизированной системы сейсмометрического контроля В 2009 г. зарегистрировано одно землетрясение, предположительно из ближнего очага.

Кратко остановимся на анализе произошедшего в провинции Сычу ань (КНР) землетрясения, которое было зарегистрировано АССК Бурей ской ГЭС 12 мая 2008 г. Расстояние от эпицентра землетрясения до пло щадки строительства Бурейской ГЭС составляет около 3000 км.

АССК зафиксировано 4 записи (продолжительностью 52, 40, 8 и 14 с), которые происходили на фоне техногенных явлений (“вибраций”).

Анализ велосиграмм и их спектров Фурье, а также фильтрация в соответ ствующих частотных диапазонах для всех четырех записей позволили вы делить две ведущие частоты – около 0,1 – 0,2 Гц и 2,3 – 2,4 Гц.

На рис. 2. и 3 в качестве примера приведены велосиграммы в на правлении вдоль потока и в вертикальном и их спектры Фурье для секции № 16 бетонной плотины для одной из четырех записей.

Здесь имеют место две ведущие частоты – 0,14 Гц (период колебаний более 7 с) и 2,36 Гц. Как известно из опыта наблюдений предыдущих лет, первая частота является характерной для землетрясения из дальнего очага, а вторая - возбуждается также многократно наблюдаемым явлением, свя занным с колебанием жидкости в водоводах гидроагрегатов. Отметим, что в вертикальном направлении и поперек потока доминирует частота естест венного землетрясения, тогда как для направления вдоль потока пики на спектрах Фурье практически одинаковы. Явление землетрясения из даль него очага на фоне столь явных так называемых вибраций представляет несомненный интерес, поскольку наблюдается впервые за историю инже нерно-сейсмометрических наблюдений на Бурейской ГЭС.

Анализ записей показал, что вклад колебаний непосредственно от землетрясения и от явления колебаний воды в водоводах в направлении вдоль потока приблизительно одинаков, а в вертикальном направлении бльший вклад колебаний дает землетрясение из дальнего очага.

В результате многолетней эксплуатации АССК был накоплен значи тельный объем информации. Опыт, полученный при обработке и анализе записей сейсмособытий, показал, что система нуждается в дополнении но выми решениями и возможностями. В настоящее время ведется разработка и внедрение автоматизированной системы обработки сейсмической ин формации (АСОСИ), которая предназначена для обработки информации с целью выделения сейсмических событий и их документирования, управле ния входными и обработанными данными, для обеспечения взаимодейст вия с другими программами и источниками информации.

Vx, м/с t, c f, Гц Рис. 2. Велосиграммы в направлении вдоль потока и их спектры Фурье (секция 16);

(запись землетрясения от 12 мая 2008 г.) Vz, м/с t, c f, Гц Рис. 3. Велосиграммы в вертикальном направлении и их спектры Фурье (секция 16);

(запись землетрясения от 12 мая 2008 г.) В базовый состав системы входят программы (рис. 4):

Прием сейсмометрической информации от комплекса сейсмометри ческих наблюдений (КСНИ-ВНИИГ);

Управление входными данными и буферирование исходной инфор мации;

Поиск сейсмических событий;

Анализ и визуализация информации;

Управление базой данных сейсмических событий;

Управление и конфигурирование системы обработки.

Дополнительно система может быть расширена программами:

Прием и конвертация данных от сейсмометрических систем сторон них производителей;

Дополнительная обработка информации о сейсмических событиях для повышения помехоустойчивостисистемы;

Экспорт данных, включая обмен данными с АСУ ТП, рассылка по электронной почте и т.д.

При проектировании системы обработки особое внимание уделялось возможности обработки данных не только от всех существующих систем сбора сейсмометрической информации, но и от перспективных, еще только разрабатывающихся систем отечественных и зарубежных производителей.

Поступающую информацию преобразуют к единому формату, буфе рируют на дисковом накопителе в виде файлов данных, индексируют для обеспечения быстрого поиска. В файле дополнительно включаются син хронизирующие записи, в которых указывается аппаратное время, инфор мация о состоянии и режиме работы сейсмоприемника. Эти записи исполь зуются для точной синхронизации измерений от разных источников. Для Рис. 4. Общая структура автоматизированной системы обработки сейсмической информации и пути обмена данными между программами обеспечения оперативности программный комплекс обрабатывает входную информацию по мере ее поступления. Помимо режима приема данных в реальном времени предусмотрена возможность накопления и переноса ин формации на удаленных внешних носителях с автоматическим включени ем ее в обработку в момент поступления. При запуске программного ком плекса осуществляют проверку файлов с входной информацией и их ин дексирование, что гарантирует целостность и актуальность данных.

На рис. 5 показан общий случай обработки сейсмометрической ин формации в системе обработки информации.

Рис. 5. Обработка сейсмометрической информации (общий случай) Программа контроля и управления поступающими входными дан ными позволяет оператору в реальном времени визуально контролировать поступление информации, работоспособность сейсмоприемников и опера тивно выявлять неисправности оборудования управлять процессами ин, дексирования и удаления ненужной информации. Для облегчения визуаль ного контроля поступающей информации программа имеет графический интерфейс. На рис. 6 показан внешний вид окна программы в рабочем ре жиме.

Рис. 6. Графический интерфейс визуального контроля поступающей информации Программа импорта информации из других сейсмометрических сис тем производит автоматический мониторинг имеющейся информации, ее конвертацию и включение в состав входных данных системы обработки.

Это позволяет использовать ранее установленные сейсмометрические сис темы.

Распределенный доступ к входным данным обеспечивается с помо щью функций, собранных в отдельную библиотеку и позволяющих непре рывно контролировать и индексировать поступающую информацию. Для подготовки к дальнейшей обработке входная информация организуется в потоки данных, внутри которых обеспечивается максимально точная вре менная привязка и позиционирование по запросам программ обработки.

Через библиотечные функции можно получить исчерпывающую информа цию о состоянии и режиме работы датчика на произвольный момент вре мени. Открытый доступ к данным позволяет при необходимости расши рять функциональность программного комплекса, привлекая для этого, в том числе, и сторонних разработчиков.

Программа выделения сейсмических событий в реальном времени анализирует входную информацию и при обнаружении возможных сейс мических событий записывает данные об этом событии. Применяемый ал горитм обнаружения автоматически адаптируется к характеру входного сигнала в каждом канале. При необходимости система предусматривает параллельную работу нескольких программ выделения сейсмических со бытий, использующих разные алгоритмы. Это позволяет повысить поме хоустойчивость всего комплекса в целом.

Используя базу данных, программа управления информацией о сейсмических событиях обеспечивает доступ к данным для программ по следующей обработки, визуализации и экспорта данных как из состава системы обработки сейсмической информации, так и сторонних произво дителей.

Программы экспорта обработанной информации могут передавать информацию в согласованном формате потребителям как по локальной сети, так и через Интернет. Например, возможна отправка по электронной почте отчетов о работе системы с заданной периодичностью или при обна ружении сейсмических событий. Отдельная программа предназначена для организации обмена информацией с АСУ ТП. Эта программа обеспечивает совместимость автоматизированной сейсмометрической системы с АСУ различных производителей.

Целостность программного комплекса и его настройка обеспечивает ся программами и таблицами конфигурирования, что обеспечивает воз можность оперативного управления конфигураций. При этом критические параметры защищены от случайного изменения.

Программный комплекс необязательно должен иметь в своем составе все перечисленные программы. Они вводятся в состав комплекса по мере необходимости. Изменение или замена одной из программ не скажется на работе остальных. Программы могут работать в непрерывном режиме, обеспечивая режим реального времени, или включаться эпизодически для обработки накопившейся входной информации.

Программы автоматизированной системы рассчитаны на работу под управлением стандартных операционных систем "Windows" как на 32, так и на 64 разрядных ЭВМ. База данных сейсмических событий построена на базе "Microsoft SQL Server". Программы не требуют размещения на одном компьютере и могут функционировать в локальной сети. Значительные объемы данных, с которыми оперируют программы автоматизированной системы, требуют вычислительных машин достаточной мощности. Однако примененные технологии позволяют распараллеливать вычисления с ис пользованием нескольких ЭВМ или откладывать обработку данных, вы равнивая тем самым загрузку вычислительных машин.

Программное обеспечение КСНИ-ВНИИГ также полностью перера ботано. Оно рассчитано на работу под управлением ОС Windows XP,имеет улучшенный пользовательский интерфейс и дополнительные возможности по мониторингу работы комплекса и управлению измерениями. Программ ное обеспечение поддерживает большее количество аппаратных средств сбора данных и предназначено для совместной работы с АСОСИ.

Выводы 1. С помощью автоматизированной системы контроля состояния для основных сооружений Бурейской ГЭС зарегистрированы и проанализиро ваны сотни записей сейсмособытий техногенного и природного характера, включая промышленные взрывы, землетрясения из ближних и дальних очагов.

2. На основании опыта эксплуатации АССК на Бурейской ГЭС в те чение шести лет установлено, что система нуждается в дополнении новы ми решениями и возможностями.

3. Разработано новое программное обеспечение для комплекса сейс мометрических наблюдений измерительного (КСНИ-ВНИИГ).

4. Ведется разработка и внедрение автоматизированной системы об работки сейсмической информации (АСОСИ), предназначенной для обра ботки информации с целью выделения сейсмических событий и их доку ментирования, управления входными и обработанными данными, обеспе чения взаимодействия с другими программами и источниками информа ции.

СПИСОК ЛИТЕР АТУРЫ 1.Правила технической эксплуатации электрических станций и сетей Российской Федерации. М.: Изд-во «НЦ Энас». 2003.

2.Храпков А.А., Никифоров А.А., Скоморовская Е.Я., Гончаров В.В., Харито нов М.Е. Опыт проектирования и начальной эксплуатации автоматизированной системы сейсмометрического контроля основных сооружений Бурейской ГЭС // Известия ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева. 2005. Т. 244. С. 38-46.

3.Храпков А.А., Никифоров А.А., Скоморовская Е.Я., Харитонов М.Е. Инже нерно-сейсмометрические наблюдения на бетонной гравитационной плотине Бурейской ГЭС // Сейсмостойкое строительство. Безопасность сооружений М. 2005. № 6. С. 9-12.

.

4.Храпков А.А., Никифоров А.А., Скоморовская Е.Я., Гаркин А.С., Харито нов М.Е. Автоматизированная система cейсмометрического контроля на Бурейской ГЭС // Известия ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева. 2007. Т.249. С. 47-53.

УДК 691.32:539. ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ СПОСОБОВ АНАЛИТИЧЕСКОЙ АППРОКСИМАЦИИ МЕР ПОЛЗУЧЕСТИ БЕТОНА И.И. Загрядский Решение задачи корректной аналитической аппроксимации семейств мер ползучести бетона, полученных опытным путем, затруднено вследст вие многих причин:

нелинейность и сложный вид системы разрешающих уравнений;

многочисленные ограничения, налагаемые теорией ползучести бето на на функции, описывающие его меры ползучести и их производные;

существенные отличия мер ползучести различных составов бетона, полученных в результате эксперимента.

При решении обсуждаемой задачи исследователям, как правило, приходится выбирать между точностью описания экспериментальных дан ных и простотой и правильностью аналитических выражений для их мате матического моделирования [1-10]. При этом нередко сознательно допус кают бльшие или меньшие нарушения ограничений, налагаемых теорией ползучести на решение.

Наличие различных предложений по аналитической аппроксимации мер ползучести бетона и других вязкоупругих материалов приводит к не обходимости решать вопрос – какое из предложений является оптималь ным в том или другом случае. Очевидно, что однозначный ответ на такой вопрос дать трудно. Многое зависит от специфики данных, описываемых аналитически, от вида загружения бетона, вследствие которого возникают деформации ползучести (статическая или динамическая задача), а также от области применения полученных аналитических выражений.

В настоящей работе рассмотрены несколько наиболее распростра ненных способов аналитического описания семейств мер ползучести бето на, приведены результаты их применения на практике для описания типо вых мер ползучести бетона из Приложения к СНиП 2.06.08-87 и дана коли чественная оценка эффективности этих способов на примере решения двух статических тестовых задач.

Часто эффективность способов аналитического описания мер ползу чести бетона оценивают на основании экспериментальных данных, опуб ликованных в [11]. На наш взгляд, данные из Приложения к СНиП 2.06.08 87 с учетом замечаний из [12] больше подходят для вышеуказанного тес тирования, поскольку они предъявляют более высокие требования к уни версальности соответствующих аналитических выражений. Меры ползуче сти бетона из Приложения к СНиП 2.06.08-87, охватывающие широкий Канд. техн. наук, зав. лаб.

Тел.: (812) 535-60-68, E-mail: zagr@concrete.vniig.ru ОАО «ВНИИГ им. Б.Е.Веденеева», 195220, Санкт-Петербург, ул. Гжатская, д. спектр возрастов загружения бетона - от 3 ч до 1500 сут от момента его твердения, более значительно отличаются друг от друга как по величине, так и по форме, чем меры ползучести бетона из [11]. Кроме того, аналити ческое описание табличных данных из СНиП 2.06.08-87 может быть полез ным для российских инженеров при определении деформаций ползучести бетона.

Одно из самых простых выражений для описания мер ползучести бе тона было предложено Н.Х. Арутюняном [4]:

A C (t, t) = j (t) f (t - t);

j ( t) = C1 + f (t - t) = (1 - e - g (t - t) ), ;

(1) t где t – возраст загружения бетона, отсчитываемый от момента его тверде ния;

t – время наблюдения, отсчитываемое от момента твердения бетона;

C(t, t) – мера (удельная деформация) ползучести бетона, загруженного в возрасте t и наблюдаемая в момент t;

j(t) – функция старения бетона;

f ( t-t) – функция, характеризующая наследственные свойства бетона;

A1, C1, g – постоянные независимые параметры, определяемые из условия наи лучшего совпадения C(t,t) с опытными данными.

Способ задания мер ползучести бетона в виде (1) не позволяет учесть их некоторые важные свойства, на что указано в [1-3, 5, 9]. В частности, он постулирует аффинное подобие кривых ползучести бетона для двух произ вольных отличных друг от друга моментов загружения, что не вполне со гласуется с опытными данными. Кроме того, скорость возрастания мер ползучести при t = t конечна. Для уточнения описания мер ползучести бе тона было предложено более универсальное выражение [1-3] n C (t, t) = j k (t) f k (t - t), (2) k = где функции jk(t) представляют собой затухающие экспоненциальные или степенные функции аргумента t, а функции f k ( t - t) – экспоненциальные функции аргумента (t - t). Меры ползучести по выражению (2) позволяют значительно точнее описать опытные данные, но обладают следующими особенностями.

Во-первых, для того, чтобы с помощью (2) корректно описать типич ные наборы опытных данных, необходимо ввести много независимых оп ределяемых параметров, на наш взгляд, – не менее одиннадцати, что ус ложняет задачу аппроксимации опытных данных.

Во-вторых, из большого количества возможных вариаций (2) не все гда просто назначить оптимальную для описания конкретного набора дан ных. Для этого нужно осуществить трудоемкий поиск, выходящий за рам ки данной работы, поскольку в ней рассмотрены конкретные предложения различных авторов, в которых, как правило, структура зависимостей задана с точностью до постоянных параметров.

В-третьих, при задании C(t, t) в виде (2) и n 1 ядро ползучести ин тегрального уравнения Вольтерра II рода имеет сложную структуру, не по зволяющую вычислить в аналитическом виде его резольвенту.

В [1, 3] было предложено выражение для аналитического описания ядра ползучести для бетона K(t, t) с помощью разностной функции f ( t - t) из [9], и функции старения j(t), заданной в виде суммы затухающих экс понент:

t 2 -mk t K (t, t) = j(t) + f (t - t) + j( z ) f ( z - t)dz;

j(t)= l k e ;

k = t (3) -r(t - t) n - ce (t - t) f ( t - t) = c 0, r 0, n(0,1),, G (n ) где l1, l2, m1, m2, c, n, r – постоянные действительные независимые пара метры, численные значения которых определяются из условия минимиза ции суммы квадратов отклонений аппроксимации (3) от эксперименталь ных данных;

G(n) – гамма-функция аргумента n.

Выражение (3) дает возможность точного аналитического определе ния резольвенты интегрального уравнения Вольтерра II рода с ядром K(t, t) из (3). Согласно [1, 3] ядро K(t, t) из (3) связано с соответствующей ему мерой ползучести C(t,t) соотношением t K (t, z) dz = E(t ) C (t, t) + E (t ) / E (t) - 1, (4) t где E(t) – переменный модуль упругости бетона.

Для определения обсуждаемой меры ползучести C(t,t) из формул (3) и (4), зная ядро K(t, t), следует аналитически задать модуль упругости бе тона E(t). Это было сделано согласно [1] E (t ) = E (1- xe -bt ) МПа;

E = 47300 МПа;

x = 0,3;

b = 0,06 сут-1. (5) Отметим, что выражение для E(t) из (5), в соответствии с которым модуль упругости бетона в момент его твердения составляет 70% от своего максимального значения, не вполне согласуется с опытными данными для массивного гидротехнического бетона на временном отрезке продолжи тельностью около двух недель от момента его твердения. Но другие вари анты задания E(t) в данном случае следует применять с осторожностью:

они могут приводить к некорректному виду C(t,t).

Далее из (3), (4) и (5) можно получить аналитическое выражение для мер ползучести C(t,t) с точностью до постоянных действительных пара метров l1, l2, m1, m2, c, n, r. Это аналитическое выражение приведено в [3].

При обзоре существующих методов аналитического описания C(t,t) следует рассмотреть предложение из работы [5]:

( ) y (t ) C (t, t) = j(t) - F (t ) e gt - A2 - D (t)e - a (t - t) ;

F (t ) = ;

gt e - A A1 A j( t) = C1 + ;

y (t) = C3 + 3 ;

D( t) = j(t) - y ( t);

A1 A3 ;

C1 C3, (6) t t где А1, А2, А3, С1, С3, g, a - постоянные действительные независимые пара метры.

В [5] содержатся также предложения по заданию функций j(t), y(t) и D(t) другими способами, например:

g = 0,03 [сут-1 ];

A2 = 0,3;

a = 5 [сут-1 ];

80 y (t) = j(t) - D (t);

D( t) = + 2,714 10 -7 [кгс/см 2 ] -1 ;

t j ( t) = (2,971 + 20e -0, 0118t + 1,428e -0,1t ) 10 -7 [кгс/см 2 ]-1 ;

(7) g = 0,02 [сут -1 ];

a = 5 [сут-1 ];

A2 = 0,85;

( ) y (t) = j(t) - D (t) ;

D( t) = 11,2 + 34e -0,125 t 10 -7 [кгс/см 2 ]-1 ;

j (t) = (24,5 + 10e -0, 023t + 43,2e -0,1275 t - 36e -0,35 t ) 10 -7 [кгс/см 2 ]-1. (8) В (7) и (8) даны значения параметров A2, a и g, а также альтернатив ные варианты структуры функций j(t), y(t) и D(t), с учетом которых C(t,t) и F(t) должны вычисляться согласно (6). Выражения (7) и (8), специально приводимые здесь с конкретными значениями параметров в качестве при мера, представляются нам неподходящими для решения поставленной за дачи, поскольку в них не соблюдается условие монотонного убывания функций j(t), y(t), D(t) и F(t). Нарушение этого условия приводит к не корректной форме C(t,t) при малых значениях t (до двух недель): кривые ползучести для различных возрастов загружения t пересекают одна другую или сменяют возрастание на убывание, на них возникают неуместные пи ки.

В [7] предложено задавать слабосингулярную функцию наследствен ных свойств бетона f ( t-t) в виде определенного интеграла от ядра ползу чести из [8, 9]:

C (t, t) = j( t) f (t - t);

G(a +1, r(t - t) ) r (t - t) e-z z a a (-1,0);

r (0,1), (9) f (t - t) = dz = 1 - ;

G(a +1) G(a +1) где G(a+1) – гамма-функция аргумента a+1;

G(a + 1,r(t - t)) – неполная гамма-функция аргументов a+1 и r(t - t);

a и r – постоянные параметры;

j(t) – функция старения бетона, аналогичная таковой из (1).

В [10] предложено задавать f ( t - t) в виде определенного интеграла от дробно-экспоненциальной функции Ю.Н. Работнова Эр(a, b, z) из [8]:

(t - t) Э р (a,b, z ) dz;

C (t, t) = j( t) f (t - t);

f (t - t) = (10) z k (1+a )b k Э р (a, b, z ) = z a ;

a (-1,0);

b (-1,0), ((1+ k )(1+ a)) k =0 G где G((1+k)(a+1)) – гамма-функция аргумента (1+k)(a+1);

a и b – постоянные параметры;

j(t) – функция старения бетона, например, из (1) или из (2).

Интеграл от функции Эр(a,b,z) в (10) вычислялся в соответствии с рекомендациями [8] с помощью отрезка ряда Миттаг-Леффлера - 1 1 (t - t) k (1+a ) b k - 1 1 500 (t - t) k (1+a ) b k (t -t) + + » ;

Э р (a, b, z ) dz = b b k =0 G(1+ k (1+ a) ) b b k =0 G(1+ k (1+ a) ) a (-1,0);

b (-1,0);

(t - t) (0,3000). (11) Следует отметить, что не при всех сочетаниях значений параметров a и b удержание первых 500 членов ряда оказывается достаточным для корректного вычисления интеграла из (11) на интервале (t-t)(0,3000). Но для значений a и b, использованных для аппроксимации типовых мер пол зучести из СНиП 2.06.08-87, этого было достаточно.

Для аналитического описания типовых мер ползучести с помощью (9) и (10) функция j(t) была принята в виде A -mt j( t) = C1 + 1 + l e, (12) t где C1, A1, l, m - постоянные действительные параметры.

После краткого описания обсуждаемых способов аналитического за дания C(t,t) можно перейти к оценке их эффективности для описания ти повых мер ползучести бетона из Приложения к СНиП 2.06.08-87. На рис. значения типовых мер ползучести, заданные в СНиП 2.06.08-87 таблично и откорректированные с учетом рекомендаций [12] (была изменена форма C(t;

0,125)), обозначены маркерами, а сплошные линии между маркерами получены с помощью интерполяции табличных значений.

а) б) 35 35 С( t, t ), 10-5/МПа С( t, t ), 10-5/МПа 30 1 25 20 15 10 5 500 1000 1500 2000 2500 3000 500 1000 1500 2000 2500 t, сут t, сут Рис.1. Типовые меры ползучести (СНиП 2.06.08-87):

а – для всех семи возрастов загружения;

б – для шести старших возрастов загружения:

1 – С(t;

0,125);

2 – С(t;

10);

3 – С(t;

30);

4– С(t;

112);

5 – С(t;

205);

6 – С(t;

512);

7 – С(t;

1500) Первой оценкой качества аналитического описания типовых C(t,t) послужило среднеквадратическое отклонение аналитической аппроксима ции C(t,t) в 63-х временных сечениях, заданных в табл. 4 Приложения 2 к СНиП 2.06.08-87, от 63-х табличных значений C(t,t) (см. там же), которое обозначено s1. Но эта осредненная оценка не может служить единственным критерием качества аналитической аппроксимации C(t,t), поскольку при приблизительно одинаковых значениях s1 различные варианты аппрокси мации C(t,t) иногда отличались весьма существенно.

Второй и третьей оценками качества аналитического описания C(t,t) стали среднеквадратические отклонения деформаций ползучести, вычис ленных с помощью аналитических выражений, от точных значений этих деформаций для двух специальных режимов загружения бетона. Эти от клонения были обозначены s2 и s3, они вычислялись в тех же 63-х времен ных сечениях, заданных в табл. 4 Приложения 2 к СНиП 2.06.08-87.

В двух вышеупомянутых специальных режимах загружения бетона, временные диаграммы которых представлены на рис.2,а,б, напряжения в бетоне s(t) изменялись следующим образом.

Первый режим: s(t) = 0 при 0 t t1;

s(t) = - 0,1 МПа при t1 t t2;

s(t) = - 0,2 МПа при t2 t t3;

s(t) = - 1,2 МПа при t3 t t4;

s(t) = - 2, МПа при t4 t t5;

s(t) = -3,2 МПа при t5 t t6;

s(t) = - 4,2 МПа при t t t7;

s(t) = -5,2 МПа при t7 t 3000;

где tk - k-й элемент множества се ми различных возрастов загружения бетона в сутках {0,125;

10;

30;

112;

205;

512;

1500} из СНиП 2.06.08-87;

t - время в сутках.

Второй режим: s(t) = 0 при 0 t t1;

s(t) = - 0,1 МПа при t1 t t2;

s(t) = 0 при t2 t t3;

s(t) = - 1,0 МПа при t3 t t4;

s(t) = 0 при t4 t t5;

s(t) = - 1,0 МПа при t5 t t6;

s(t)= 0 при t6 t t7;

s(t) = - 1,0 МПа при t7 t 3000. Напряжения сжатия приняты отрицательными.

Оба режима загружения бетона представляются нам достаточно реа листичными и типовыми для бетонных гидротехнических сооружений. В первом случае напряжения сжатия нарастают ступенчато и необратимо, достигая достаточно больших значений, а во втором случае небольшое сжатие чередуется с разгрузкой.

а) б) 0 1, 0, -1, s ( t ), МПа s ( t ), МПа 0, -2,0 -0, -3,0 -1, -1, -4, -2, -5,0 -2, 500 1000 1500 2000 2500 3000 500 1000 1500 2000 2500, сут t, сут t в) г) e П ( t ), 10- e П ( t ), 10- 500 1000 1500 2000 2500 3000 500 1000 1500 2000 2500 t, сут t, сут Рис.2. Специальные режимы загружения бетона и соответствующие им точные деформации ползучести:

а – изменение s(t) в режиме 1;

б – изменение s(t) в режиме 2;

в – изменение eп(t) в режиме 1 согласно СНиП 2.06.08-87;

г – изменение eп(t) в режиме 2 согласно СНиП 2.06.08- Зная точные меры ползучести для tk, k = 1,..,7 из СНиП 2.06.08-87 и меры ползучести для tk, k = 1,..,7, аппроксимированные аналитическим вы ражением, и используя принцип суперпозиции деформаций ползучести, можно построить временные диаграммы деформаций ползучести eп(t) для двух вышеописанных режимов загружения (см. рис.2,в,г), а также вычис лить s2 и s3.

Помимо среднеквадратических отклонений аппроксимаций деформа ций ползучести от их точных значений для тех же самых трех случаев и в тех же временных сечениях были вычислены максимальные по модулю ошибки аппроксимации, которые были обозначены соответственно: d1, d2, d3.

Основные характеристики пяти рассмотренных выше способов ана литического задания C(t,t) сведены в табл.1.

Таблица Основные характеристики способов аналитического описания C(t,t) Вели- Имеется Коли Способ чина ли аффин- чество Время вы зада ния C (t, t ) ное подо- неза- числения Специфика способа аналитического зада бие мер виси- 10000 зна- ния C(t,t) и область его эффективного C(t,t) - t C(t,t) для мых чений применения форму различных пара- C(t,t), с при ла t метров t=t (1) конеч- Да 3 0,2 У довлетворительноописывает бы на стро затухающую ползучесть бето на. Резольвента для ядра ползуче сти K(t,t) точно известна в анали тическом виде [1] (3) Нет 7 3,2 Хорошо описывает ползучесть бе тона в возрастах его загружения от 10 сут и более. Резольвента для яд ра ползучести K(t,t) точно известна в аналитическом виде [3] (6) конеч- Нет 7 0,4 Хорошо описывает быстро зату на хающую ползучесть бетона, вклю чая ранние возрасты загружения.

Резольвента для ядра ползучести K(t,t) приближенно известна в ана литическом виде [5] (9) Да 6 0,5 Хорошо описывает ползучесть бе тона, особенно в возрастах его за гружения от 10 сут и более (10) Да 6 42,5 Большие затраты машинного вре мени. Хорошо описывает длитель но незатухающую ползучесть бето на, особенно при возрастах его за гружения от 10 сут и более Соблюдение условия C(t,t)/t = + при t = t особенно важно при быстром изменении напряжений, например, в динамических задачах. От метим, что специальные режимы загружения бетона и способы тестирова ния, рассматриваемые в настоящей работе, относятся к статическим зада чам. Но при прочих равных оценках следует отдавать предпочтение тем способам задания C(t,t), в которых C(t,t)/t = + при t = t.

Аффинное подобие мер ползучести при различных значениях t, ско рее, является недостатком, поскольку оно свидетельствует о малом изме нении формы мер ползучести для молодого и старого бетона. Данные экс периментов свидетельствуют о том, что эта форма меняется существенно.

У величение количества независимых параметров оправдано в том случае, когда оно приводит к существенному уточнению аналитических выражений. При одинаковой точности следует выбирать выражения с меньшим количеством независимых параметров, так как это облегчает процедуру аппроксимации данных.

Время вычисления 10000 значений C(t,t) характеризует относитель ную трудоемкость процедуры аппроксимации. Естественно, оно зависит от быстродействия компьютера и от программного обеспечения, но в рас сматриваемом случае эти условия были одинаковыми для всех способов.

Так, например, согласно данным, приведенным в табл.1, при переборе ва риантов аппроксимации вычисление каждого значения C(t,t) по формуле (10) займет приблизительно в 200 раз больше времени, чем по формуле (1) или в 85 раз больше, чем по формуле (9).

В табл. 2 сведены наборы значений независимых параметров, обес печивающие наилучшее совпадение аналитических выражений с описы ваемыми данными из СНиП 2.06.08-87 (то есть, минимальное s1), и осталь ные оценки способов аналитического задания C(t,t), соответствующие этим параметрам. Многие параметры в формулах имеют физические раз мерности, которые для экономии места опущены в таблицах. При подстановке в формулы безразмерных параметров из таблиц, а также t и t в сутках, вычис ленные значения C(t,t) будут иметь размерность 10-5/ МПа.

Для удобства сравнения эффективности способов была введена так же обобщенная оценка качества аппроксимации, равная общей сумме среднеквадратических и максимальных по модулю отклонений: S = s1 + s2 + s3 + d1 + d2 + d3.

Как видно из табл. 2, лучшие в смысле оценки S варианты аппрокси мации типовых мер ползучести были получены с помощью формул (6), (9), (10). Несмотря на относительно большое количество независимых пара метров, формула (3) плохо приспособлена для описания семейств C(t,t), в которых меры ползучести при уменьшении t резко возрастают.

Как правило, при аналитическом описании C(t,t) на основе опытных данных сведения о ползучести бетона в его раннем возрасте загружения (обычно - до двух суток) отсутствуют. Это объясняется трудностью испы тания образцов из очень молодого бетона и отсутствием надежной методи ки подобных испытаний. Ниже описаны результаты оценки влияния на ка чество аппроксимации C(t,t) отсутствия измеренной меры ползучести бе тона в его возрасте загружения 0,125 сут.

В табл. 3 приведены оптимальные наборы значений независимых па раметров, определенные из условия минимума s1, и оценки способов ана литического описания C(t,t), отличающиеся от аналогичных параметров и оценок из табл.2 только тем, что из аппроксимируемых типовых мер пол зучести из СНиП 2.06.08-87 была исключена мера ползучести бетона в его возрасте загружения 0,125 сут C(t;

0,125). Таким образом, исходные дан ные были искусственно урезаны до того объема, который обычно имеется в распоряжении исследователя при аппроксимации C(t,t) на основе опыт ных данных. В результате указанного исключения качество аналитическо го описания мер ползучести очень молодого бетона должно было пони зиться, а качество описания мер ползучести зрелого и стареющего бетона – возрасти. Алгоритмы аппроксимации, оценки ее качества, режимы загру жения и точные деформации в обеих тестовых задачах (см. рис.2) остались без изменений.

Таблица Оценки эффективности способов описания C(t,t) с учетом C(t;

0,125) Способ зада- Имеются или отсут ния C(t,t) - d1, d2, d3, s1, s2, s3, Значения ствуют нарушения формула. параметров ограничений теории -5 -5 -5 -5 -5 - 10 10 10 10 10 ползучести* Оценка S (1) {A1,C1,g}= Имеются при 0,86 2,22 2,70 3,78 1,12 1, {3,8;

1,0;

0,259} t 3 сут S =12, tC(t,t) при малых (3) {c,r,n,l1,l2, 5,79 18,7 1,23 2,42 0,95 2, m1,m2}={0,31;

0,41;

t возрастает в на S = 31, 0,91;

0,301;

0,028;

правлении t слиш 0,061;

0,1} ком вяло {A1,A2,A3,C1,C3,a,g} tC(t,t) при малых (6) 0,46 1,06 0,66 2,14 0,79 1, ={3,65;

1,0;

2,85;

(t - t) убывает в Вариант направлении t 2,25;

1,9;

0,1;

S=6, 0,001} слишком вяло (6) 0,70 2,53 0,65 1,09 0,88 1,51 {A1,A2,A3,C1,C3,a,g} То же (см. выше) Вариант 2 ={3,75;

1,0;

3,75;

1,751;

1,501;

4,0;

S = 7, 0,01} (9) 0,51 1,62 1,28 1,94 0,55 1,28 {C1,A1,l,m,a,r} = Имеются при t 10 сут S = 7,18 {1,0;

3,6;

2,0;

0,016;

-0,9;

0,022} (10) 0,51 1,47 1,00 1,50 0,51 1,27 {C1,A1,l,m,a,b} = Имеются при t 10 суток S = 6,26 {1,0;

3,8;

1,8;

0,011;

-0,95;

-0,5} * Имеются в виду следующие ограничения: C(t,t)/t 0 при t t;

C(t,t1)/t C(t,t2)/t при t t2 t1.

Таблица Оценки эффективности способов описания C(t,t) без учета C(t;

0,125) Способ за- Имеются или дания отсутствуют d1, d2, d3, s1, s2, s3, Значения C(t,t) - нарушения параметров -5 -5 -5 -5 -5 - формула. ограничений тео 10 10 10 10 10 Оценка S рии ползучести (1) {A1,C1,g} = Имеются при 0,43 1,40 15,76 17,64 16,59 18, t 21 сут S = 69,90 {27,02;

1,0;

0,027} tC(t,t) при ма (3) 0,40 0,89 4,21 5,08 2,94 3,34 {c,r,n,l1,l2,m1,m2} = лых t возрастает S = 16,86 {0,0079;

0,01;

0,89;

в направлении t 0,065;

0,008;

0,035;

0,54} слишком вяло tC(t,t) при ма (6) 0,45 1,06 0,66 2,14 0,79 1,55 {A1,A2,A3,C1,C3,a,g} = S = 6,65 {3,65;

1,0;

2,85;

2,25;

лых (t-t) убыва 1,9;

0,1;

0,001}ет в направлении t слишком вяло (9) 0,08 0,22 0,65 1,88 0,64 1,89 {C1,A1,l,m,a,r} = Имеются при {1,0;

3,8;

2,5;

0,008;

t 10 сут S = 5, -0,6;

0,004} (10) 0,11 0,26 0,68 1,67 0,61 1,69 {C1,A1,l,m,a,b} = Имеются при {1,0;

4,0;

2,6;

0,008;

t 10 сут S = 5, -0,55;

-0,12} Результаты, приведенные в табл.3, оказались достаточно неожидан ными. В нескольких случаях исключение C(t;

0,125) позволило улучшить не только s1 и d1 (оценки качества аппроксимации оставшихся шести типо вых мер ползучести из СНиП 2.06.08-87, показанных на рис. 1,б), но и оценки качества решения тестовых задач. Так, например, по суммарному отклонению S точнее остальных оказалась формула (10) из табл. (S = 5,0210-5), за ней следовали формула (9) из табл.3 (S = 5,3610-5) и фор мула (10) из табл.2 (S = 6,2610-5). Результаты аппроксимации мер ползуче сти из СНиП и решения обеих тестовых задач с помощью формулы (9) с параметрами из табл.3 приведены на рис.3. Несмотря на не лучшую оценку S, формула (9) была выбрана для демонстрации качества аппроксимации С(t, t) поскольку она точнее, чем формула (10) описывает скорость затуха ния С(t, t), особенно при больших t.

Получение лучших оценок S для (9) и (10) с параметрами из табл. можно объяснить следующим образом. Вследствие исключения C(t;

0,125) оставшиеся меры ползучести при t 10 суток были аппроксимированы бо лее качественно. При решении тестовых задач форма C(t;

0,125), описан ной аналитически, была искажена (она была принята аффинно подобной остальным мерам ползучести), но ее предельная величина была определена довольно точно за счет удачного, по-видимому, случайного подбора пара метров функции j(t). В общем случае плохо контролируемая экстраполя ция функций вида j(t) в сторону уменьшения t может привести к очень большим ошибкам. Уровень напряжений в первые 10 сут после твердения бетона в обеих тестовых задачах был низким (– 0,1 МПа), потому непра вильная форма C(t;

0,125) мало повлияла на общий график деформаций ползучести, полученных на основе аналитической аппроксимации. При увеличении уровня напряжений при t 10 сут качественное описание C(t,t) зрелого бетона обеспечило хорошее совпадение аппроксимирован ных деформаций ползучести с точными.

а) б) С( t, t ), 10-5/МПа С( t, t ), 10-5/МПа 30 25 25 20 5 6 500 1000 1500 2000 2500 3000 500 1000 1500 2000 2500,t сут, сут t в) г) e П ( t ), 10- e П ( t ), 10- 8 6 4 500 1000 1500 2000 2500 3000 500 1000 1500 2000 2500,t сут, сут t Рис.3. Результаты аппроксимации деформаций ползучести бетона eп(t) с помощью формулы (9) с параметрами из табл.3:

а – описание мер ползучести из СНиП 2.06.08-87 с первой по седьмую;

б – то же за исключением первой меры ползучести;

в – изменение eп(t) в режиме загружения 1;

г – изменение eп(t) в режиме загружения - согласно СНиП 2.06.08-87;

- согласно (9):

1 – С(t;

0,125);

2 – С(t;

10);

3 – С(t;

30);

4– С(t;

112);

5 – С(t;

205);

6 – С(t;

512);

7 – С(t;

1500) В самом неудачном варианте (формула (1) с параметрами из табл. 3) при описании мер ползучести при t 10 суток функция j(t) была непра вильно экстраполирована в области малых t и принята чрезмерно интен сивно возрастающей при убывании t. Аппроксимация C(t;

0,125) оказалась завышенной по отношению к заданной в СНиП 2.06.08-87 приблизительно в семь раз, что и привело к самым худшим результатам из всех.

Анализ данных, приведенных в табл.2 и 3, показывает, что при ана литической аппроксимации C(t,t):

минимальные величины s1 и d1 не гарантируют получение оптималь ных оценок при решении тестовых задач, поэтому при поиске оптималь ных вариантов наборов параметров рекомендуется минимизировать более общую оценку качества аппроксимации, например, S;

тестовые задачи должны быть, по возможности, максимально при ближены к реальным задачам, которые предстоит решать с помощью по лученных аналитических выражений;

знание меры ползучести очень молодого бетона помогает избежать грубых ошибок аппроксимации. Произвольное назначение меры ползуче сти очень молодого бетона приводит к плохо прогнозируемым результа там - можно незначительно выиграть в точности аналитических выраже ний, но можно и серьезно проиграть.

В заключение следует отметить, что, на наш взгляд, погрешность ап проксимации типовых мер ползучести из СНиП 2.06.08-87 и погрешность решения обсуждавшихся в работе тестовых задач вполне реально еще не сколько понизить. Наиболее перспективной в этом отношении представля ется формула (2) из [1], позволяющая гибко варьировать форму и величину аппроксимируемых мер ползучести бетона, а также свести к минимуму ко личество нарушений ограничений теории ползучести бетона.

СПИСОК ЛИТЕР АТУРЫ 1. Арутюнян Н.Х., Колмановский В.Б. Теория ползучести неоднородных тел. М.:

Наука. 1983.

2. Арутюнян Н.Х., Дроздов А.Д., Наумов В.Э. Механика растущих вязкоупруго пластических тел. М.: Наука. 1987.

3. Арутюнян Н.Х., Зевин А.А. Расчет строительных конструкций с учетом ползуче сти. М.: Стройиздат. 1988.

4. Арутюнян Н.Х. Некоторые вопросы теории ползучести. М.-Л.: Гостехиздат. 1952.

5. Александровский С.В. Расчет бетонных и железобетонных конструкций на из менения температуры и влажности с учетом ползучести. М.: Стройиздат. 1973.

6. Васильев П.И., Кононов Ю.И. и др. Температурные напряжения в массивных бетонных и железобетонных элементах энергетических сооружений / Учеб. пособие. СПб.

Гос. техн. ун-т. 1995.

7. Зевин А.А. Напряжения и деформации неоднородной наследственной среды.

Прикладная механика 1973. Т.9. Вып.3. С.38-42.

8. Работнов Ю.Н. Элементы наследственной механики твердых тел. М.: Наука.

Физ.-мат. лит. 1977.

9. Ржаницын А.Р. Теория ползучести. М.: Стройиздат. 1968.

10. Цыбин А.М. К вопросу выбора наследственных функций теории ползучести бе тона. В кн.: Сб. докладов по гидротехнике. Вып. 10. Л.: Энергия. 1969. С.119- 11. Ross A.D. Creep of concrete under variable stress. – J. Amer. Concr. Inst. 1958. V. 29.

N 9. Р. 739 – 758.

12. Загрядский И.И. Предложения по пересмотру Приложения СНиП 2.06.08-87, содержащего характеристики ползучести бетона // Известия ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева.

Т. 255. 2009. С.82 – 91.

УДК 624.131.1:626/ ИНЖЕНЕРНО-ГЕОФИЗИЧЕСКИЕ ИЗЫСКАНИЯ ДЛЯ ОБОСНОВАНИЯ ИНВЕСТИЦИЙ В СТРОИТЕЛЬСТВО НИЖНЕ-ТИМПТОНСКОЙ ГЭС О.К. Воронков1, Н.Н. Сигачева2, О.А. Семенов3, Ю.Ю. Пунин Проектируемая Нижне-Тимптонская ГЭС с плотиной высотой до 120 м входит в состав Южно-Якутского гидроэнергетического комплекса. Учас ток инженерно-геологических изысканий на альтернативном створе «40 км»

Нижне-Тимптонской ГЭС находится в 40 - 42 км от устья р. Тимптон. Доли на реки трапециевидная, асимметричная, шириной 210 - 220 м на створе;

склоны крутизной от 10 до 50°. По инженерно-геологическим условиям район относится к III (сложной) категории сложности (СП 11-105-97).

Цель проведенных работ – дать предварительную оценку инженерно геологических условий участка «40 км» в сопоставлении с конкурирующим участком «48 км», на котором Ленгидропроект с соисполнителями в 2007 - 2008 гг. выполнял изыскания. Учитывая сжатые сроки изысканий (менее 1 года), на участке «40 км» был выполнен необходимый минимум работ: инженерно-геологическая съемка с небольшим объемом бурения, комплекс геофизических исследований, а также дешифрирование аэро- и космоснимков.

Основанием гидроузла являются преимущественно метаморфические породы архея (гнейсы, кристаллические сланцы, гнейсо-граниты), реже магматические (граниты архейского возраста). Азимут падения пород из меняется от 80° в южной части участка до 195° в северной. Угол падения пород варьируется от 65° до 40°. Верхняя часть разреза имеет зону поверх ностного выветривания и разгрузки (ЗПВР), а в плане средне- и слаботре щиноватые породы чередуются с зонами повышенной трещиноватости.

Согласно фондовым материалам в 600 - 800 м ниже створа русло реки пе ресекает под углом 50° тектоническое нарушение III порядка по классифи кации СНиП 2-02-02-85*. Скальный массив покрыт четвертичными отло жениями, естественные обнажения скальных пород имеются лишь в лево бережном обрыве высокой поймы реки.

Район гидроузла входит в зону сплошного распространения много летнемерзлых пород, а также в область повышенной сейсмичности. На по Доктор геол.-мин.наук, гл.научн.сотр.

Тел.: (812)535-51-04, E-mail: lori@ground.vniig.ru Ведущий инженер Тел.: (812)535-60-33, E-mail: geoelectr@ground.vniig.ru, ОАО «ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева», 195220, Санкт-Петербург, ул.Гжатская, д. Главный геофизик Тел.: (812)442-84-99, E-mail: data@ngg.ru Геофизик Тел.: (812) 442-84-99, E-mail: data@ngg.ru ООО «Нефтегазгеодезия», 195112, Санкт-Петербург, Уткин пр., д.15, литера А дошве зоны годовых колебаний температуры мерзлые породы характери зуются значениями t°= -2…..-3,5°С (данные по Иджекскому участку в до лине р.Тимптон).

В марте 2008 г. на створе были пройдены две скважины глубиной и 100 м со льда реки. Они вскрыли под слоем аллювия мощностью 6,8 м (скв. 705) – 7,6 м (скв. 706) кристаллические сланцы и гнейсы.

Инженерно-геофизические изыскания на участке створа «40 км»

(площадь исследований 21,2 км) включали комплекс полевых наблюде ний на дневной поверхности: сейсморазведку корреляционным методом преломленных волн КМПВ (длина профилей 6,21 км), электроразведку ме тодом вертикального электрического зондирования - ВЭЗ (18 км) и ди польного электропрофилирования - ДЭП (25,7 км), магниторазведку (30 км), георадиолокацию - ГРЛ (1,5 км), а также лабораторные ультразву ковые исследования образцов керна. Работы в русловой части выполнены в зимнее время (март - апрель 2008 г.), на берегах – летом (июнь - август 2008 г.). Геофизическими методами изучено в разрезе и в плане неодно родное строение основания на двухкилометровом участке долины, в част ности, определена мощность четвертичных отложений (в ряде случаев они дифференцированы по составу);

определена мощность ЗПВР;

выявлены участки повышенной трещиноватости скального массива, в том числе про трассировано тектоническое нарушение северо-западного простирания;

определены динамические и оценены статические характеристики дефор мируемости скального основания (в образцах и в массиве), о чем более подробно сказано ниже.

Геофизические разрезы (рис. 1) включают (сверху вниз): дисперсные грунты, ЗПВР скального массива и относительно невыветрелые, слаботре щиноватые породы.


Абс.отм., м НПУ 340 320 Правый берег р. Тимптон Левый берег 100 300 400 500 700 800 900 1000 1100 200 Расстояния, м Рис.1. Сейсмогеологический разрез по створу плотины Нижне-Тимптонской ГЭС («40 км»):

1 – четвертичные отложения;

2 – зона поверхностного выветривания и разгрузки скальных пород (ЗПВР), Vp= 2,2 – 3,0 км/с;

3 – скальные породы (гнейсы, гранито-гнейсы, граниты), слаботрещиноватые Vp= 4,5 – 7,0 км/с, Vs = 2,5 – 3,9 км/с;

4 – скальные породы, повышенно трещиноватые, Vp 4,3 км/с, Vs 2,4 км/с;

НПУ – нормальный подпорный уровень Мощность склоновых отложений в бортах долины на участке створа чаще всего составляет 1 – 2 м, редко достигая 4 - 5 м. В разрезах русла, поймы и первой надпойменной террасы мощность четвертичных отложе ний не превышает 8 - 10 м и лишь на локальных участках (нижний бьеф, в 400 м ниже створа) – до 20 м.

Мощность ЗПВР по данным сейсморазведки в большинстве случаев не превышает 10 - 12 м, причем для левобережного массива среднее зна чение 3,7 м, а для правобережного и поймы 7,0 - 7,2 м. Поэтому средняя мощность зоны съема при строительстве высокой плотины в соответствии с выводами работы [1] составит 2 - 4 м.

По данным электроразведки мощность ЗПВР варьируется от 3 до 16 м (редко – до 22 м), то есть существенно больше, чем по данным сейсмораз ведки (рис. 2). Сходная картина отмечалась и на других объектах изыска ний, однако объяснений такому различию до настоящего времени не было.

а) % N= N= 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 HЗПВР, м б) % N= N= 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 HЗПВР, м Рис. 2. Полигоны распределения мощности зоны поверхностного выветривания и разгрузки НЗПВР скального основания Нижне-Тимптонской ГЭС («40-км») по данным сейсморазведки (1) и электроразведки (2):

а - береговая часть массива;

б - пойменная часть массива На наш взгляд, по данным сейсмической и электрической разведки геологическая природа подошвы ЗПВР различна. По данным сейсмораз ведки подошва ЗПВР связана с существенным закрытием субгоризонталь ных трещин, а геоэлектрическая подошва ЗПВР – с закрытием субверти кальных трещин. Действительно, в трещиноватой изотропной среде под влиянием литостатического давления z= Н (где – объемный вес породы;

Н – глубина от дневной поверхности) происходит более быстрое закрытие субгоризонтальных (0 - 30°) трещин по сравнению с субвертикальными (60 - 90°), так как горизонтальные напряжения (по А.Диннику и К.Тер цаги) s x = s y = s z (m c 1 - m c ) (где с – статический коэффициент Пуассо на). При с = 0,2 горизонтальные напряжения составляют лишь 0,25 z, по этому субвертикальные трещины будут смыкаться на большей глубине по сравнению с субгоризонтальными. Ионная природа проводимости среды большинства объектов инженерной геофизики обусловливает более низкие значения удельного электрического сопротивления в ЗПВР талого (не мерзлого) массива по сравнению с залегающими глубже неизмененными выветриванием и разгрузкой породами, а в мерзлом (или морозном) масси ве соотношение в ЗПВР и глубже - обратное. Например, в талике изу чаемого массива ЗПВР характеризуется значениями = 1000 - 2500 Омм, а глубже = 3000 - 4000 Омм;

в ЗПВР на мерзлых берегах = 15000 50000 Омм, а глубже 3000 - 9000 Омм. Таким образом, ЗПВР по данным сейсморазведки идентифицируется с зоной сильнодеформируемых пород при очень высокой водопроницаемости. По данным опытно фильтрационных работ на створе «40 км» эта зона имеет мощность от 4,6 м (скв.705, коэффициент фильтрации Кф=109,3 м/сут) до 7,4 м (скв. 706, Кф= 68,4 м/сут). Поэтому при оценке деформируемости скального основания и прогнозе мощности зоны съема пород следует ориентироваться на данные сейсморазведки.

ЗПВР по данным электроразведки включает в себя не только сильно трещиноватую верхнюю часть массива, но и залегающую глубже средне трещиноватую зону с преобладанием субвертикальных трещин. В этой зо не, по классификации СНиП 2.02.02.-85*, массив сильноводопроницае мый: удельное водопоглощение q = 1,19 - 1,68 л/минм2 (скв.705) и q =1,09 1,10 л/минм2 (скв.706). Поэтому при проектировании противофильтрацион ных мероприятий необходимо принимать во внимание подошву ЗПВР по данным электроразведки (геоэлектрическую границу).

Скальный массив глубже ЗПВР представляет слаботрещиноватую среду с наличием в ней ряда зон повышенной трещиноватости, в том числе связанных с тектоническими нарушениями. Средневзвешенные значения скорости продольных Vp и поперечных Vs упругих волн: на берегах Vp= 5,51 км/с, Vs=3,22 км/с;

в пойме Vp=5,54 км/с, Vs=3,12 км/с, что свидетельст вует о слабой льдонасыщенности берегового массива (выше отметок 275 280 м).

По пониженным значениям скорости волн в массиве на разрезах вы делены зоны повышенной трещиноватости. Они могут быть связаны с уча стками сгущения литогенетических трещин (высокий модуль трещинова тости Мт), с наложением двух и более систем литогенетических и тектони ческих трещин, а также могут быть обусловлены тектоническими наруше ниями или располагаться в зонах их влияния.

По данным комплекса сейсморазведочных и ультразвуковых иссле дований оценены средние значения межкристаллической (межзерновой) пористости nмк » 2,5% и объемной трещиноватости nтр » 1,5%.

Карта комплексной интерпретации данных сейсморазведки, электро разведки и магнитной съемки (рис. 3) содержит информацию, полученную “неродственными” методами, о зонах повышенной трещиноватости и воз можном их трассировании в плане. Интерпретируемые нарушения сплош ности пород по простиранию группируются в три системы: северо западную (продолжение У лучинской системы), субмеридиональную (вдоль русла) и субширотную (поперек русла). Наиболее крупное нарушение – тектонический разлом северо-западного простирания – отмечалось в маг нитном поле системой вытянутых линейных аномалий северо-западного простирания, выявленных на левом берегу и в русле на участке распро странения гнейсов. На правом берегу в пределах гранитоидной интрузии линейные аномалии не сопровождают этот разлом, что возможно связано с менее четкой дифференциацией пород в разломе и во вмещающих грани тах по намагниченности. По сейсморазведочным данным этот разлом соот ветствовал зонам пониженной скорости волн на фоне высоких значений во вмещающих разлом породах. Зоны северо-западного простирания выделе ны преимущественно в северной части площади изысканий;

элементы субмеридионального простирания – в юго-западной части;

ряд осей зон субширотного простирания выявлен по данным русловых (и приурезовых) работ, они, вероятно, связаны с учащенной литогенетической трещинова тостью или наложением разных систем трещин. Уточнение генезиса выяв ленных аномалий возможно на следующих стадиях изысканий. Резуль таты выполненных геофизических работ позволяют целенаправленно за проектировать местоположение и объемы буровых и горнопроходческих работ (вместо бурения по “сетке”), сэкономив тем самым затраты на изы скания.

По данным сейсморазведки оценены деформационные характеристи ки скального основания в естественном залегании: средние значения дина мического модуля упругости Ед = 665102 МПа (русло) - 670102 МПа (бе рега выше отметок 275 - 280 м), коэффициент Пуассона mд= 0,23 (берега) – 0,275 (русло). В образцах скальных пород получены (как и ожидалось) бо лее высокие средние значения Ед: (735 - 794)102 МПа в воздушно-сухом состоянии и (807 - 871)102 МПа в водонасыщенном состоянии.

Среднее значение статического модуля деформации в массиве Едеф »

140102 МПа, то есть по классификации СНиП 2.02.02-85* основание слабо деформируемое. В ЗПВР ожидаемое значение Едеф » 35102 МПа, то есть породы ЗПВР сильнодеформируемые Статический коэффициент Пуассона.

в ЗПВР mс= 0,20 (берега) – 0,26 (русло), а для массива глубже ЗПВР mс= 0,23 (как для береговых, так и для подрусловой частей массива).

Береговой массив ниже отметок 275 - 280 м близок к льдонасыщен ному состоянию и для него можно принять значение Ед» 860102 МПа, Едеф » 230102 МПа, mд= 0,19, mс= 0,22.

Сравнительная характеристика инженерно-геологических условий участков створов «40 км» и «48 км» (в том числе с учетом выполненного комплекса инженерной геофизики) позволяет сделать вывод о более благо приятной обстановке на участке «40 км», о чем свидетельствует следую щее:

c Пр. 12с Пр. р.Тим 6с Пр. птон AR ns Пр. AR ul Пр. g -gnAR Пр. Пр. Пр. Пр. Пр. Пр. 12А Рис. 3. План-схема участка «40 км» с элементами геофизической интерпретации строения скального массива:

– ось зоны повышенной электропроводности, отмеченная по данным электропрофилирования;

- интервал сейсморазведочного – линейный элемент в аномальном магнитном поле Та;

- тектоническое нарушение, выявленное профиля с пониженными значениями скоростей Vp и Vs;

- тектонический разлом, отмеченный на гео по результатам комплекса геофизических методов;

логической карте, подтвержденный данными геофизических изысканий а) створ «48 км» находится практически на стыке двух разломов III порядка У лучинской серии северо-западного простирания, установленных еще работами 1963 - 1967 гг.[2];

створ пересекает также пологая тектони ческая зона III порядка северо-восточного простирания, прослеженная в ходе изысканий 2007 г. в русле и на обнажениях правого берега;

при этом следует учитывать сейсмоопасность района;

на участке «40 км» тектониче ское нарушение У лучинской серии пересекает реку в нижнем бьефе, в 600 - 800 м ниже створа;

б) на участке створа «48 км» мощность четвертичных отложений в русле до 15 м, а на участке створа «40 км» - до 8 - 10 м;

в) на участке створа «48 км», по данным Ленгидропроекта, мощность ЗПВР 26 - 30 м;

на участке створа «40 км» средняя мощность ЗПВР 4 -7 м.


По данным дешифрирования космофотопланов, выполненного в ООО «Аэробалт Наука» участок «40 км» по сравнению с участком «48 км»

характеризуется пониженными трещиноватостью и тектонической микро дезинтегрированностью скальных пород. На участке «40 км» незначитель ные площади курумов, развитых на правом берегу долины р. Тимптон, большей частью расположены выше уровня затопления. Левый склон до лины, где развиты делли и солифлюкция, отличаются малой мощностью рыхлых отложений, которые могут быть сняты при подготовке оснований сооружений и ложа водохранилища.

Остальные инженерно-геологические характеристики обоих створов приблизительно одинаковые.

Геокриологические особенности участка методами геофизики специ ально не изучались, однако по имеющимся материалам:

а) борта долины находятся при отрицательной температуре, они сла больдонасыщенные или морозные (как ЗПВР, так и породы глубже ЗПВР);

ниже отметок 275 - 280 м береговой массив мерзлый (содержит лед);

б) под руслом реки расположен сквозной талик, ширина которого в верхней части изменяется в течение года (минимальная – весной);

в) мощность сезонноталого слоя на берегах в период летних работ (июль - август) составляла 1 - 1,5 м.

Участок Нижне-Тимптонского гидроузла входит в область повышен ной сейсмичности (фоновая сейсмичность равна 7,0 - 7,5 баллам по шкале MSK-64, ОСР-97 карта «С»). Это значит, что при строительстве на скаль ном основании (при снятых четвертичных отложениях) расчетная интен сивность землетрясения I = 6,0 - 6,5 баллов.

Выводы Опыт проведенных инженерно-геофизических работ позволяет дать следующие рекомендации, выполнение которых желательно не только на следующих стадиях изысканий для Нижне-Тимптонской ГЭС, но и в дан ном регионе.

1. Топогеодезические работы должны опережать весь комплекс гео физических исследований;

в частности, просеки для предстоящих летних работ должны быть прорублены заранее, чтобы имелась возможность от дельные виды исследований выполнять в первый заезд (зимой).

2. Весь объем дипольного электропрофилирования (в том числе на берегах) желательно выполнить одновременно, без разделения на «зиму» и «лето».

Сейсморазведочные работы желательно проводить в период август сентябрь.

3. Мощности ЗПВР, определенные сейсмо- и электроразведкой, мо гут существенно различаться, что связано с различной природой сейсмо геологической и геоэлектрической границ. При оценке деформируемости массива и мощности зоны съема следует ориентироваться на данные сейс моразведки. При проектировании противофильтрационных мероприятий необходимо принимать во внимание геоэлектрическую подошву ЗПВР.

4. При зимних (русловых) работах со льда реки желательно увели чить объем георадиолокационных исследований, сократив на соответст вующую сумму число точек ВЭЗ.

5. Предварительную обработку полевых материалов следует выпол нять оперативно в полевых условиях, чтобы с учетом выявленных анома лий своевременно провести необходимую детализацию.

6. Необходимо маршрутное (по каждому профилю) описание по верхностных условий (установки сейсмоприемников и точек пунктов уда ров при сейсморазведке, условий заземлений при электроразведке и т.п.).

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1.Воронков О.К., Кунцевич С.К. Изучение зоны выветривания мерзлых скальных оснований методом сейсморазведки // Известия ВНИИГ им. Б.Е.Веденеева. 1986.Т.193.

С.69- 2.Геологическая карта СССР масштаба 1:200000. Серия Алданская. Лист 0-52-ХIV.

Объяснительная записка / Составитель И.М. Фрумкин. М. 1978.

УДК 624.131. ИССЛЕДОВАНИЕ ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ ОСНОВАНИЯ ОБЩЕСТВЕННО-ДЕЛОВОГО ЦЕНТРА «ОХТА»

В САНКТ-ПЕТЕРБУРГЕ О.К. Воронков1, Н.Ф. Кривоногова2, Л.Ф. Ушакова3, В.Н. Афанасьев4, И.В. Лаков Объект исследования находится в Санкт-Петербурге, на правом бе регу Невы, вблизи устья р. Охта. На строительной площадке намечено со оружение 77-этажного здания («Башня») высотой 396 м, шириной в осно вании 58 м, с тремя подземными этажами. Отметка пола нижнего подзем ного уровня соответствует глубине около 12 м от существующих планиро вочных отметок. Фундамент здания предполагается выполнить в виде же лезобетонной плиты, усиленной под высотной частью железобетонными бареттами (в плане 1,53 м, длина 80 - 100 м).

Инженерно-геологические изыскания выполняет ООО «СУ 299» с субподрядными организациями, начиная с 2006 г. по настоящее время. За этот период в печати и в Интернете появилось много статей, подчас с про тиворечивыми и некомпетентными оценками природных условий строи тельства этого уникального объекта. Поэтому авторы настоящей статьи на основе обобщения материалов изысканий считают необходимым привести полученную информацию по данному вопросу.

Общие сведения о геологическом строении Санкт-Петербург и его окрестности расположены на стыке двух структур: Южно-Балтийского кристаллического щита и Северо-Западной Русской плиты. На участке строительства Общественно-делового центра (ОДЦ) «Охта» породы кристаллического щита (архей-протерозой) – сильно смятые метаморфизованные породы гранито-гнейсового состава с про слоями кристаллических сланцев залегают на глубине около 250 м. Выше – осадочные породы Русской плиты – верхнепротерозойские нижнекотлин ские песчаники, гравелиты (мощностью 20 - 30 м), выше – переслаивание верхнекотлинских глин и песчаников (мощностью около 100 - 110 м), а Доктор геол.-мин. наук, гл.научн.сотр.

Тел.: (812) 535-51-04, E-mail: lori@grоund.vniig.ru Канд. геол.-мин. наук, зав. лаб.

Тел.: (812) 535-88-90, E-mail: knf@ ground.vniig.ru Научн. сотр.

Тел.: (812) 535-51-04, E-mail : lori@grоund.vniig.ru ОАО «ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева», 195220, Санкт-Петербург, ул. Гжатская, Главный инженер Тел.: (812)337-51-55;

E-mail: info@su299.ru Канд. геол.-мин. наук, главный геолог Тел.: (812)337-51-55;

E-mail: info@su299.ru ООО «Строительное управление № 299». 199155, Санкт-Петербург, В.О., пер. Декабристов, д.7, корп.Н еще выше – верхнекотлинские ляминаритовые глины (средняя мощность приблизительно 60 м), на которых залегают четвертичные отложения пре имущественно глинистого состава (средняя мощность около 50 м).

Инженерно-геологические изыскания позволили выделить в преде лах изученного буровыми скважинами разреза (до 170 м) 24 инженерно геологических элемента (ИГЭ), краткое описание которых (с учетом их объединения в расчетные грунтовые элементы - РГЭ) дано в условных обозначениях к рис. 1.

Гидрогеологические условия площадки характеризуются присутст вием нескольких водоносных горизонтов. В верхней части разреза распо ложены два основных водонесущих горизонта: безнапорный горизонт с установившимся уровнем на глубине 3 - 5 м от поверхности земли, при уроченный к озерно-морским и техногенным песчаным отложениям, и на порный горизонт, приуроченный к озерно-ледниковым отложениям ИГЭ-5.

Водоупором между ними служит слой ленточных глин и суглинков, объе диненных ИГЭ 3, 3а, 3б, 4 и 4а (см. рис. 1). Ниже встречены отдельные водоносные горизонты, приуроченные к частным водовмещающим разно стям. Согласно данным лабораторных испытаний подземные воды 1-го го ризонта являются неагрессивными.

Сейсмичность площадки для грунтов II категории не превышает баллов.

Тектоническая нарушенность территории Санкт-Петербурга Санкт-Петербург и Ленинградская область (южнее р.Вуокса) относятся [1] к региону, где современные движения обладают небольшой скоростью.

Для этого региона, протянувшегося полосой шириной 100 - 200 км по линии Витебск – Новгород – Санкт-Петербург – западный берег Ладожского озера, современные вертикальные движения земной коры выражаются в медлен ном опускании: 0 - 2 мм/год [2]. В нижнем течении р. Охта (ОДЦ «Охта») среднее значение скорости составляет 0,9 мм/год [3]. Отметим, что для Ка рельского перешейка (севернее р. Вуокса) характерно поднятие до 12 мм/год [2].

В структурно-тектоническом отношении Санкт-Петербург находится в пределах Петербургского структурного блока III порядка (рис. 2). Через Петербургский блок проходит Вуоксинский разлом северо-западного про стирания 4 (см. рис. 2), который находится приблизительно в 22 – 25 км к северо-востоку от ОДЦ «Охта». На юге Петербургский блок граничит с Ижорским блоком также III порядка, а на востоке – с Балтийско Ладожским мегаблоком II порядка.

В настоящее время составлены несколько вариантов карт тектониче ских разломов (установленных и предполагаемых) на территории Санкт Петербурга [3, 4, 5, 6, 7]. Достоверные тектонические нарушения, под твержденные прямыми методами (буровые скважины, проходка метро) от носятся преимущественно к Котлинско-Тихвинской зоне запад-северо западного простирания и пересекают южную часть Санкт-Петербурга (Ки ровский, Московский и Фрунзенский районы), причем в Московском рай оне эту зону пересекают разломы северо-восточного и субмеридионально го простирания [6, 4]. Большинство зон на упомянутых выше вариантах карт носят гипотетический характер. При наложении одной карты на дру гую зоны не совпадают или значительно смещены в плане. Территорию 1+1а Ю 2+2а+2б+3а С 3б+4+4а 0 Дно - - кот лована -20 - 5б+5в 5+5а -30 - 6 - 9а -40 - -50 - 12а 12а 12а 12а 12а 12а - - -70 - -80 - -90 - -100 12 - -110 - -120 - -130 - - - - - - - - - - - - - Н» 25-40 м - - - - - - - - -240 - 15а - - Н» 40 м - - - - - - - - Расстояние(м): 100 100 100 УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ Четвертичные отложения (ИГЭ 1-10): Верхнекотлинская подсвита (ИГЭ-11-13):

Техногенный песчано- Глины твердой консистенции с 1+1а супесчаный грунт, маловлажный прослоями песка, дислоцированные со строительным мусором Глины твердой консистенции Пески и супеси с прослоями 2+2 а+2б+3 а суглинка текучей консистенции с прослоями песка и песчаника Глины твердой консистенции, Суглинок и глина текучей и текуче- 12а 3б+4+4 а уплотненные с прослоями и пластичой консистенции, водонасы линзами песчаников, местами щенные (озерно -ледниковые отложе слабо- дислоцированные ния Балтийского ледниковогоозера) Супесь серого цвета текучей и Переслаивание уплотненных 5+5а пластичной консистенции, глин полутвердой и твердой водонасыщенная консистенции песков, песчаников, Нижнекотлинская подсвита 5б с линзами 5в. Песок пылеватый 5б+5в (”Гдовский горизонт”):

и мелкий, водонасыщенный Супесь и суглинок с включениями Базальный слой гравелитов, 6 - гравия, гальки, линзами песка грубозернистые песчаники (ледниковые и водно-ледниковые Кристаллические породы фундамента отложения ) (архей-протерозой):

гранито -гнейсы, гнейсы, кристал Суглинок с прослоями супесей, 15а 9а лические сланцы мягкопластичной консистенции 15а - зона выветривания и разгрузки (присутствует в периферийной части кристаллического фундамента расчетной области ) Рис.1. Геолого-литологический разрез по линии юг-север К Сортавала Республика Карелия Куркиеки ЛБЗ Л Приозерск Выборг П Б-Л Зеленая Роща Финский за л ив Сосновый Бор С-Петербург асть аяобл а дск нингр Ле Н И 2 БМЗ Нарва П2 Б-Л 1 3 5 7 Рис. 2. Схема тектонического районирования северо-западной части Ленинградской области (по Н.В. Шарову, А.А. Маловичко и др.):

1 – мегаблоки (блоки II порядка): Б-Л – Балтийско-Ладожский, К – Карельский, Н – Новгородский;

2 – блоки III порядка: П – Петербургский, И – Ижорский, Л – Ладожский;

3 – разломы: 1 – Восточно-Чудский, 2 – У стьлужский 3 – Копорская зона, 4 – Вуоксинский;

, 5 – Янисьярвинский, ЛБЗ –Ладожско-Ботническая зона разломов, БМЗ – Балтийско-Мезенская зона разломов);

4 – рифтообразующие разломы;

5 – зоны разломов, разделяющие мегаблоки;

6 – государственная граница;

8 – Сосновоборский геодинамический полигон ОДЦ «Охта» предположительно окаймляют с севера и юга субширотные зоны нарушений [5] (рис. 3). Сама же территория ОДЦ «Охта» (судя по карте), свободна от таких зон. По карте [4] зона северо-восточного прости рания “обрывается” у р. Охта напротив ОДЦ.

Кратко остановимся на материалах обоснования разломов. Ряд авто ров не подразделяют нарушения на достоверные и предполагаемые, хотя обоснование большинства зон очень слабое. Если отбросить “экстрасен сорную” и “геопатогенную” (высокий процент заболеваемости и смертно сти среди населения, аномалии в росте и форме деревьев, повышенное число ДТП, плохая всхожесть семян и т.п.) природу значительного числа таких зон, то оставшиеся признаки следующие: ориентировка и контуры современных, а также погребенных долин: прарек (ископаемые реки чет вертичного периода) и палеорек (реки мезо-кайнозоя);

повышенная кон центрация газового потока (метана, диоксида углерода, водорода и др.);

аномалии естественной радиоактивности;

аномалии естественного им пульсного электромагнитного излучения (ЕИЭМИ). Рассмотрим эти при знаки.

1. Ориентировка современных долин, а также палео- и прарек. Это действительно один из видов линеаментов, используемых в геоморфологии для интерпретации структурно-тектонических форм. Однако, во-первых, 1 Vkt2 Є1 sv 3 Рис. 3. Схематическая карта положения кровли коренных глин с указанием линий тектонических разломов [5]:

1 - верхнекотлинские глины, залегающие на глубине от 15 до 45 м;

2 - нижнекембрийские глины, залегающие на глубине до 20 м;

3 - предполагаемые линии тектонических разломов;

4 - установленные линии тектонических разломов.

- площадка размещения “Охта-центра” этот признак неустойчивый при наличии мощной толщи четвертичных от ложений. Как показано в работе [8], при мощности четвертичных отложе ний более 15 - 20 м простирание трещинно-разрывной сети массива очень слабо отражается в линеаментах, в частности, элементах современной гид росети. Во-вторых, он проявляется, главным образом, в скальных масси вах, где водоток разрабатывает долину по наиболее слабым породам (в ча стности, находящимся в зоне разлома). В-третьих, при мощности грунтов, относящихся к глинистым (реже глинисто-песчаным) на 200 м и более, формирование долины водотока можно объяснять самыми разнообразны ми экзогенными и эндогенными процессами и причинами. В частности, значительна роль ледниковой деятельности (экзарации, эрозионного рас членения и др.) Поэтому для условий территории Санкт-Петербурга дан ный признак, по нашему мнению, не относится к вероятным признакам наличия разломов.

2. Аномальная концентрация метана, углекислого газа и др. Как из вестно, метан, углекислый газ и др. образуются в результате биохимиче ских процессов, которые наиболее интенсивно протекают в толще четвер тичных отложений, содержащих органические осадки. Геологический раз рез на территории Санкт-Петербурга с мощностью четвертичных отложе ний несколько десятков метров и их термовлажностные условия (обвод ненность, температура пород выше 10°С, а также утечки из труб водо- и теплоснабжения, канализации) создают благоприятные условия для гене рирования этих газов. Захороненные болота и торфяные отложения на тер ритории Санкт-Петербурга это практически неиссякаемый генератор мета на и углекислого газа. Например, при изысканиях около станции метро «Проспект Большевиков» скв. № 2909 на глубине 43 м вскрыла крупный песок с бурным выделением газа. Произошел выброс песка и гальки на вы соту 12 м над устьем скважины. Материнской газоносной породой была верхнечетвертичная мгинская глина. Таким образом, однозначно связывать аномалии содержания метана и углекислого газа с разломами и неотекто никой некорректно (тем более в условиях мощной толщи четвертичных отложений, отдельные элементы которых генерируют СН4 и СО2).

3. Аномалии естественной радиоактивности. На территории Санкт Петербурга наибольшей неоднородностью строения характеризуются от ложения лужской и московской морены, в которых пески, супеси, суглин ки и глины мозаично распределены в разрезе и в плане. Практически в лю бом вертикальном сечении геологического разреза четвертичных отложе ний можно насчитать от 15 до 20 ИГЭ, причем для ряда ИГЭ характерна повышенная радиоактивность, вовсе не обусловленная зонами разломов. К грунтам с повышенной радиоактивностью относятся илы, глины, монаци товые и ортитовые пески, морские осадки. А таких грунтов в толще чет вертичных отложений на территории Санкт-Петербурга много. Также из вестно, что в базальных отложениях вендских глин содержится уран и фо новые значения гамма-излучения вендских глин около 30 мкР/ч.

Небходимо также отметить, что различные виды газо-геохимических и эманационных съемок эффективны при картировании разломов в кри сталлических породах лишь при малой мощности перекрывающих их дис персных отложений. А в нашем случае кристаллические породы залегают на глубине 230 - 250 м и их перекрывают очень слабопроницаемые (для жидкости и газов) преимущественно глинистые отложения.

4. Аномалии ЕИЭМИ. Для полей ЕИЭМИ характерна нестабильность во времени и по интенсивности, что исключает возможность повторного контроля. Территория Санкт-Петербурга с его многочисленными комму никациями имеет такой уровень техногенных и естественных помех, что выделить на их фоне составляющую, отвечающую геодинамически актив ным разломам, практически невозможно.

Неотектоника (включая современные тектонические движения) Если исключить гипотетические заявления, то сведения о неотектони ке (неоген-четвертичной тектонике, то есть за последние 25 - 30 млн. лет) на территории Санкт-Петербурга и Ленинградской области очень скудны. В частности, образование Ладожского озера связывают с неотектоническими процессами, выразившимися в значительном опускании Ладожского блока (приблизительно 10 тыс. лет назад). В.К. Гуделис [9] проводит через Санкт-Петербург нулевую изобазу (линию вертикальных новейших текто нических движений) и отмечает, что несмотря на блоковую структуру кри сталлического фундамента, ныне активных блоков немного.

В настоящее время достоверным является лишь факт общего опуска ния территории Санкт-Петербурга со скоростью до 2 мм в год, причем район ОДЦ «Охта» опускается со скоростью около 0,9 мм в год. Другие сведения о неотектонике не выходят за рамки гипотез, а обосновывающий их материал (линеаменты, эманации и др.) в условиях, где кристалличе ский фундамент залегает на глубине свыше 200 м и перекрыт преимущест венно глинистыми слабопроницаемыми породами, не может быть признан убедительным.

Результаты бурения и геофизического просвечивания На территории строительной площадки ОДЦ «Охта» пройдено скважин, контрольное описание которых не содержит информации о вскрытых зонах тектонических нарушений. Исключение составляет скв.

С-1, где в вендских глинах встречаются валунно-галечниковый конгломе рат (в интервале глубин 119 - 131 м) и дислоцированные глины (интервал глубин 131 - 140 м). Таким образом, вероятность вскрытия тектонических зон скважинами оказалась менее 0,5%. Учитывая указанное выше количе ство скважин, распределенных равномерно на относительно небольшой площади изысканий, можно было бы ожидать худшего состояния керна в ИГЭ 11, 12, 12а, 13 (см. рис. 1) в случае значительного влияния тектониче ских и неотектонических процессов на грунты основания.

Наличие тектонических нарушений в вендских глинах на территории Санкт-Петербурга не вызывает сомнений. Это зафиксировано и при про ходке линий метрополитена. Их частота, судя по разрезу Девяткино – Красное село [6], приблизительно равна 1 нарушению на 2,5 км профиля.

“Второстепенные” зоны (выделенные по косвенным признакам) имеют частоту 1 нарушение на 1 км профиля.

Данные сейсмопросвечивания и электротомографии между скважи нами должны были дать достаточно объективную картину о наличии суб вертикальных зон нарушений в основании ОДЦ «Охта». Как будет показа но ниже, в интервале отметок Н = -50… -150 м коэффициент анизотропии по скорости продольной волны Ка(Vp) = Vp макс/Vp мин находится вне преде лов ошибки измерений, однако его значения небольшие: Ка = 1,03…1,06.



Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 5 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.