Анализ схематической геологической карты долины участка плотины

Московский Государственный Университет им. М.В. Ломоносова

 

 

 

 

 

       Пояснительная записка к задаче № 1.1

 

 

 

 

 

 

Задачу выполнили студентки 407 гр:

 

 

 

Москва 2000

 

 

1. Анализ схематической  геологической карты долины участка плотины

При инженерно-геологических исследованиях была изучена трещиноватость моноклинально залегающих мраморизованных известняков раннекаменноугольного возраста в районе проектируемой высоконапорной арочной плотины.  Были проведены маршрутные и геофизические исследования. В штольнях 16 и 38, пройденных в левом борту долины, имеющей глубину более 500 м, были изучены обнажения этих известняков с подсчётом и описанием трещин. На всех 13 площадках были проведены замеры  элементов залегания, ширины, протяженности и частоты трещин. Штольня номер 16 находится вниз по течению реки, простирается с ЮЗ на СВ, расположена в 30 м от тектонического разлома в своей СВ части. Штольня номер 38 имеет СЗ простирание и примыкает к стенкам проектируемой плотины, находится в своей ЮВ части в 50 м от разлома. Также на данных площадках было проведено ультразвуковое профилирование, по которым были выявлены значения скоростей распространения продольных волн. Тектонический разлом прорезает массив, на правом берегу реки раздваивается, имеет СЗ падение и угол падения в 75 градусов.

2. Графические способы  обработки результатов

Для выяснения закономерностей в распределении и ориентировке трещин в горных породах использовались  графические способы обработки результатов картирования трещин.

2.1. Была построена лучевая диаграмма трещиноватости по азимутам простирания с учетом углов падения трещин, а также их генетического типа.

          2.2. Были построены розы-диаграммы для выявления преобладающих направлений простирания трещин. Они дают возможность изучить закономерности ориентировки трещиноватости  в массиве. На розе-диаграмме хорошо видно, что тектонические трещины преимущественно имеют СЗ, С и СВ простирание, что совпадает с простиранием тектонических нарушений и русла реки. Трещины напластования имеют простирание СЗ.

2.3. Были построены круговые диаграммы в изолиниях по Сухоручкину для выявления основных систем трещин и их количественного учета. В результате были выделены 5 систем трещин: тектонические, напластования.

Система тектонических трещин: Аз. Пд. 40-80 угол падения 40-70

                                                       Аз. Пд. 60-110 угол падения 70-90

                                                       Аз. Пд. 120-160 угол падения 20-70

                                                       Аз. Пд. 200-240 угол падения 40-80

         Трещины напластования:             Аз. Пд. 310-350 угол падения 50-80

2.4. Для количественной оценки интенсивности трещиноватости массива горных пород применяется площадной коэффициент трещинной пустотности, предложенный Л.И. Нейштадтом (1969). Под коэффициентом трещинной пустотности понимается отношение площади  трещин к площади той площадки, на которой произведено измерение этих трещин, выраженное в процентах. Коэффициенты трещинной пустотности по 16 штольне показали, что все площадки, кроме 7, относятся к среднетрещиноватым (2,3-4,7%), а на 7 площадке степень трещиноватости относится к сильной (5,6%). А коэффициенты трещиноватости на центральных площадках 38 штольни классифицируются как средне трещиноватые (3-4,7%), а на крайних площадках 8- 6%, 13-5,7%- сильнотрешиноватые

2.5. При исследовании также был применен метод ультразвукового каротажа скважин, который позволил изучить степень трещиноватости пород. Ультразвуковой каротаж скважин – метод, в котором изучаются упругие свойства пород с помощью скважинного зонда, состоящего из высокочастотного источника (10-100кГц) и приемника сейсмичной волны. Определяется скорость упругих волн, их коэффициенты отражения, прохождения и поглощения. Основой метода является четкая зависимость скоростей упругих волн от пористости и трещиноватости исследуемой среды.

Было получено, что известняки в 16 штольне на интервалах наблюдения:

0 - 97 м известняки, светло-серые, толсто- и тонко-слоистые, мраморизованные-среднетрещиноватые

97 - 100 м известняки, светло-серые, толсто- и тонко-слоистые, мраморизованные- сильнотрещиноватые

 В 38 штольне на интервалах наблюдения:

12 - 72 м известняки, темно-серые, среднекристаллические, битуминозные, мраморизованные-среднетрещиноватые

0 - 5 м и 97 – 102 м известняки, светло-серые, среднекристаллические, мраморизованные-сильнотрещиноватые

Коэффициент трещинной пустотности по геофизическим данным получился чуть меньше чем по массовым замерам, это связано с тем,  что внутри природного массива трещины сомкнуты и не изменены процессами выветривания.

    Для оценки  упругих и прочностных свойств трещиноватого массива горных пород использовалась формулы теории упругости и корреляционные уравнения Гидропроекта. Было получено, что исследуемые известняки прочные, Rс изменяется по глубине – от 50 до 110 МПа, и практически не сжимаемые - Eд изменятся по глубине – от 471*10^5 до 784*10^5 КПа.

2.6. По зависимости Rc от Кт и Eд от Кт можно сделать следующий вывод: с увеличением коэффициента трещинной пустотности значения прочности и модуля упругости пород падают.

 

Заключение

Результаты показали, что в целом массив характеризуется различной степенью трещиноватости. Трещины различаются по генетическому типу (тектонические и трещины напластования), по азимутам и углам падения, по ширине, протяженности и типу заполнителя (часть трещин открытые, а часть залечена кальцитом).

На данной территории по данным исследований выделены по генезису трещиноватости две системы трещин – 1) первичные трещины; 2) тектонические трещины. Внутри каждой из систем по степени трещиноватости выделяются подсистемы инженерно-геологических элементов. Они представлены как среднетрещиноватые и сильнотрещиноватые.

 В штольне 16 выделяются две  площадки с сильной трещиноватостью (1,7 площадки). Это можно объяснить размывом берегов рекой и наличием поблизости тектонического нарушения.  В центральной части штольни по мере удаления от реки и тектонического нарушения наблюдается уменьшение коэффициента трещиноватости.

Штольня 38 расположена на левом берегу реки у левобережного основания проектируемой плотины. Здесь увеличение коэффициента трещинной пустотности к борту долины больше чем в штольне 16 за счет трещин бокового отпора.

 . В районе примыкания плотины к берегу высокая проницаемость пород, что связано с повышенной трещиноватостью. Наибольшую опасность представляют трещины зон средней и сильной трещиноватости, которые характеризуются большой открытостью и протяжённостью.

Неоднородность деформационных свойств  рассматриваемых зон обусловлена неравномерным распределением и изменчивостью трещиноватости. В свою очередь неоднородность решётки трещин создаёт опасность сдвиговых деформаций, неравномерной осадки сооружения и избыточных локальных напряжений. Согласно полученным в результате расчетов по геофизическим данным характеристикам прочности и деформируемости, площадного коэффициента, в основании плотины вблизи реки сильная трещиноватость имеет существенное значение.

В связи с изучением данных систем трещин, рекомендуется произвести замеры трещин на неизученной территории (в частности на противоположном берегу реки). Следует детально изучить трещиноватость  в основании плотины и придать  этой зоне  дополнительную прочность во избежание случайных нагрузок (сейсмических, фильтрационных). Программа дальнейших исследований будет включать: дальнейшую документацию трещиноватости  зоны основания и неизученной территории, необходимо также получить данные о распространении субгоризонтальной трещиноватости массива; оценку прочностных, деформационных свойств. Деформационные свойства массива возможно изучать опытным нагружением штампов и прессиометрическим методом. Наиболее простым и мобильным способом является  сейсмопрофилирование. Прочностные свойства пород необходимо исследовались как в массиве в целом (разрушение целиков в штольнях), так и по поверхностям тектонических и экзогенных трещин, ослабляющих этот массив (проведение сдвигов).

 Возможно, что в реальных условиях заполненного водой водохранилища трещины будут сопровождаться заполнением их фильтрующей водой и возникновении внутри трещин давления воды (чем больше величина трещин, тем меньше сопротивление фильтрующей воды и больше степень давления), которое  может привести к возникновению недопустимых растягивающих напряжений, способствующих  разрушению основания плотины в придолинной части. Поэтому также обязательно проведение опытно-фильтрационных работ (нагнетения, откачки в скважинах) для оценки проницаемости пород.