Научная статья на тему 'Комплексный геолого-геофизический мониторинг состояния и свойств грунтового основания горнотехнического соружения'

Комплексный геолого-геофизический мониторинг состояния и свойств грунтового основания горнотехнического соружения Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»

CC BY
319
81
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ГРУНТОВОЕ ОСНОВАНИЕ / ОТКОС / УДЕЛЬНОЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ / АНОМАЛЬНАЯ ЗОНА / ЭЛЕК-ТРОМАГНИТНОЕ СКАНИРОВАНИЕ / SUBGRADE / SLOPE / ELECTRICAL RESISTIVITY / ANOMALOUS ZONE / THE ELECTROMAGNETIC SCANNING

Аннотация научной статьи по наукам о Земле и смежным экологическим наукам, автор научной работы — Никулин Н. Ю., Простов С. М., Герасимов О. В.

Комплексный геолого-геофизический мониторинг состояния и свойств грунтового основания горнотехническо-го сооружения / Никулин Н. Ю., Простов С. М., Герасимов О. В. // Вестник КузГТУ, 2012, № 3. С. 3-8 Предложен комплексный метод изучения грунтового основания горнотехнического сооружения, включающий: визуальное обследование площадки строительства, инженерно-геологические изыскания, геофизические изыскания, методами электрометрии и электромагнитного сканирования, рассмотрены результаты его апробации. I

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по наукам о Земле и смежным экологическим наукам , автор научной работы — Никулин Н. Ю., Простов С. М., Герасимов О. В.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

ntegrated geological and geophysical monitoring and mine technical properties of subgrade construction / Nikulin N. Y., Prostov S. M. Gerasimov, O. V. // The bulletin of KuzSTU, 2012, No 3. Р. 3-8. Comprehensive method of studying the subgrade mine technical facilities, including: visual inspection of the site con-struction, engineering and geological surveys, geophysical surveys, conducted by electromagnetic scanner and electrometry, followed by his approbation.

Текст научной работы на тему «Комплексный геолого-геофизический мониторинг состояния и свойств грунтового основания горнотехнического соружения»

ФИЗИКА ГОРНЫХ ПОРОД

УДК 624.131.5:622.02

Н. Ю. Никулин, С. М. Простов, О. В. Г ерасимов

КОМПЛЕКСНЫЙ ГЕОЛОГО-ГЕОФИЗИЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГ СОСТОЯНИЯ И СВОЙСТВ ГРУНТОВОГО ОСНОВАНИЯ ГОРНОТЕХНИЧЕСКОГО СОРУЖЕНИЯ

Георадиолокационное зондирование (ГЗ) является уникальным методом изучения контрастных по электромагнитным свойствам слоистых сред. Наличие в геологическом разрезе локальных неоднородностей, воздушных и подземных коммуникаций осложняет интерпретацию георадио-локационных данных (радарограм) .

Опыт ранее проведенных работ по изучению состояния и свойств грунтового массива [1, 2] по-

казал целесообразность использования метода ГЗ в комплексе с другими геофизическими и прямыми геологическими методами. В качестве вспомогательного геофизического метода хорошо зарекомендовал себя метод вертикального электрического зондирования (ВЭЗ), который позволяет оценить электрофизические свойства грунтов, в то время как метод ГЗ дает возможность установить границы распространения геоло-

Рис. 1. Схема участка работ:ВЭЗ-1-12 - точки вертикального электрического зондирования; С-1-3 -инженерно-геологическая скважина; 1 - профиль геоэлектрического разреза; 2 - профиль инженерногеологического разреза; 3 - обогатительный корпус; 4 - контур обогатительной установки; Пр. 1-2 -

профили георадиолокационного зондирования

Работа выполнена в рамках реализации ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы

гических элементов в плане и по глубине, что взаимодополняет эти методы. Физикомеханические свойства грунтов определяют путем инженерно-геологических изысканий и лабора-

торных исследований. Методика комплексного геолого-геофизического мониторинга приведена на блок-схеме (рис. 2).

Ниже рассмотрена реализация комплекса геофизических и инженерно-геологических методов при мониторинге на проблемном участке строительства обогатительной установки «Красноброд-ского угольного разреза» (поле «Вахрушевское»). Схема участка работ приведена на рис. 1.

Исследуемый участок располагался на территории Прокопьевского района Кемеровской области, на юго-западной окраине г. Киселевска. Площадка находится на действующем предприя-

тии, территория которого характеризуется наличием множества коммуникаций и сооружений (логические автодороги, линии ВЛ-6 кВ, ж/д пути). Район работ имеет сложный рельеф, образовавшийся в результате ведения горных работ и имеет полностью техногенное происхождение.

Изучение свойств грунтов включало инженерно-геологические изыскания и геофизические работы. Точки и профили измерений представлены на рис. 1.

По данным бурения построен инженерногеологический разрез по профилю С1-С2-С3 вдоль галерей, который до глубины 20,0 м представлен

Проект строительства горнотехнического >________сооружения

I

Инженерно-геологические изыскания

Бурение скважин с отбором керна

Лабораторные исследования образцов грунтов

1 Определение границ аномальных Обоснование профилей

1 зон в плане и по глубине ВЭЗ

ВЭЗ [р (х; у; z)]

Построение геоэлектрических Уточнение границ аномальных

разрезов зон в плане и по глубине

Уточнение границ аномальных

зон в плане и по глубине

X “

Проект укрепительных работ

Расположение зон укрепления Технологические параметры

т.

Контролируемое укрепление грунтов

Контроль процессов инъектирования в пространстве

____________Рк (х; у; ^___________

Контроль набора прочности грунтов во времени р (?)

^ Строительство горнотехнического сооружения

Рис. 2. Алгоритм геолого-геофизического мониторинга при укреплении грунтовых оснований и соору-жений^ - влажность; С - сцепление; ф - угол внутреннего трения; 1р - число пластичности; I- показатель текучести; р - плотность; А - амплитуда отраженного сигнала; рк - эффективное УЭС; х,

у, г - координаты; ? - время

* Таблица 1. Физико-механические свойства грунтов

№ скв. Глубина отбора, м Природная влажность Ш Число пластичности 1р Показатель текучести I Плотность р,г/см3

1 2,0 0,09 0,12 0,75 -

3,0 0,24 0,13 0,15 2,02

6,0 0,11 0,12 0,50 2,07

2 3,0 0,09 0,10 0,80 2,08

8,0 0,14 0,13 0,54 2,05

3 2,0 0,07 0,07 1,30 -

5,0 0,12 0,08 0,75 -

8,0 0,16 0,07 0,43 -

Проектируемый обогатительный корпус

2 м-46810121416-

Рис 3. Схема процесса оползнеобразования:

1 - зона интенсивного разуплотнения; 2 - трещины отрыва

отложениями современного возраста ООу) в виде смеси дресвы, щебня, глыб, супесчаного и песчаного материала, с глубины 0,5—1,0 м представлен насыпным суглинком серым, темно-серым до черно-серого, твердым с дресвой и щебнем. Обломки представлены осадочными породами, преимущественно песчаниками, выветрелыми, малой прочности. Грунт имеет повсеместное распространение, залегает с поверхности однородным слоем.

По результатам лабораторного изучения грунтов получены основные физико-механические характеристики, которые приведены в табл. 1.

Параллельно инженерно-геологическим изысканиям было проведено маршрутное обследование, в ходе которого на поверхности площадки в северо-восточной части выявлены трещины отрыва оползневого характера, свидетельствующие о частичном смещении грунтовых масс в сторону незакрепленного откоса. Образование трещин объясняется тем, что с северо-восточной стороны площадки насыпные грунты не имеют подпора, откос насыпи при высоте 15-17 м не укреплен, поэтому в северо-восточном направлении происходит разуплотнение грунтового массива и смещение грунтовых масс. Схема оползнеобразования на участке приведена на рис. 3.

Для разработки мероприятий по ликвидации опасных процессов, было принято решение о проведении геофизических работ по выявлению и оконтуриванию аномальных разуплотненных зон.

Геофизические изыскания были разделены на следующие этапы:

- предварительная оценка расположения ано-

мальных зон методом ГЗ;

- дополнение и подтверждение георадиолока-ционных данных, изучение электрофизических свойств массива методом ВЭЗ.

ГЗ производилось аппаратурой ОКО-2 с антенным блоком АБ-150, что позволило изучать массив на глубину до 10 м. Зондирование было проведено по профилям (см. рис. 2) в северовосточной части площадки в местах интенсивного проявления процессов трещинообразования.

Для интерпретации данных георадиолокаци-онной съемки использовалась измерительная программа Geoscan 32 (ООО «ЛОГИС») и результаты электроразведки.

Результаты георадиолокационного зондирования представлены в виде радарограмм, совмещенных с данными электрических зондирований (рис. 4), что позволило выявить аномальные зоны (зоны интенсивного разуплотнения грунта и скрытые трещины отрыва). Скрытые трещины отрыва выявлены в северной части площадки на расстоянии 20-90 м от бровки откоса.

В южной части площадки в районе проектируемого строительства обогатительного корпуса на глубине 3-10 м обнаружена аномальная зона, представленная разуплотненным увлажненным грунтом.

Для уточнения границ распространения аномальных зон и расчленения полученных радаро-грамм на слои по электрофизическим свойствам было проведено ВЭЗ.

Зондирования выполнялись низкочастотной электроразведочной аппаратурой типа «Березка»

а

Рис. 4. Радарограммы по профилям 1 (а) и 2 (б):1 - диапазон УЭС; 2 - трещины отрыва; 3 - зона интенсивного разуплотнения; 4 - граница геоэлектрических слоев

на частоте f= 4,88 Гц симметричной установкой ЛЫ.N3 с максимальными разносами питающей линии Л3 = 110 м.

Точки ВЭЗ располагались так, чтобы перекрыть площадь с наиболее интенсивным проявлением оползневых процессов в северо-восточной части участка.

Для построения геоэлектрического разреза между профилями ГЗ проведены ВЭЗ с максимальным сгущением вдоль линии профиля центрального участка (ВЭЗ-1-6) с интервалом до 30 м.

Результаты интерактивной интерпретации профиля ВЭЗ-2-6 в компьютерной программе IPI2WIN приведены на рис. 5.

Построенный вдоль этой линии геоэлектриче-ский разрез расчленен на следующие зоны по электрофизическим свойствам:

Номер зоны 1 2 3 4

Диапазон УЭС,Ом-м 0-30 30-60 60-90 90-120

Часть разреза, приближенная к откосу насыпи, преимущественно представлена высокоомными грунтами, эффективное УЭС составило (рк = 70110 Ом-м), что интерпретируется как насыпной крупнообломочный грунт.

В районе, примыкающему к обогатительному корпусу, на глубине 3-13 м залегают низкоомные грунты (рк = 22 Ом-м), что свидетельствует о разуплотнении и водонасыщенности грунтов.

Результаты ВЭЗ-2 и ВЭЗ-З также выявили поверхностное влагонысыщение грунтов на глубину до 1,5 м.

Таким образом, исследуемый техногенный массив слагают насыпные грунты, обладающие высокой водопроницаемостью, поэтому их разуплотнение приводит к резкому водонасыще-нию, что отображается аномально низкими значениями УЭС.

Также по результатам ВЭЗ были построены карты изоом (рис. 6) для разносов АВ = 6; 22 и 44 м, что согласно рекомендациям, изложенным в [3], соответствует глубине зондирования И = 1; 3,6 и 7,3 м.

Анализ построенных карт подтвердил расположение аномальных низкоомных разуплотненных грунтов в районе обогатительного корпуса, и высокоомных грунтов, представленных трещиноватыми и крупнообломочными насыпными грунтами, в северо-восточной части площадки. Полученные результаты позволили выявить и установить границы распространения аномальных

Рис. 5. Результаты интерпретации ВЭЗ, разрез эффективных (а) и истинных УЭС (б), полученные в результате компьютерной инверсии ВЭЗ, геоэлектрический разрез, полученный путем интерактивной интерпретации ВЭЗ (в):

42 - величина УЭС; 1-4 - зоны геоэлектрического разреза

зон в плане и по глубине, оконтурить зону развития оползневых процессов. Данные зоны возникают в результате разуплотнения грунтов в процессе частичного смещения грунтовых масс в сторону незакрепленного откоса грунтовой насыпи.

Для обеспечения устойчивости грунтового массива и предотвращения дальнейшего развития опасных процессов локального разуплотнения

рекомендовано выполнить следующие мероприятия:

- укрепить откос насыпи в северо-восточной части площадки с помощью поярусной отсыпки с целью предотвращения процессов оползания и разуплотнения;

- провести упрочнение грунтов под фундаментами методом высоконапорной инъекции цементно-песчаных растворов с целью снижения

влияния оползневых процессов и разуплотнения грунтов в основании сооружения.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Никулин, Н. Ю. Диагностирование состояния и свойств грунтового основания участка железнодорожного пути на угольном разрезе «Краснобродский» / Н. Ю. Никулин, С. М. Простов, Р. Ю. Зима, Е. О. Тихонов // Вестник КузГТУ. - 2010. - №5 (81). - С. 51-56.

2. Никулин, Н. Ю. Диагностирование состояния и свойств грунтов основания надшахтного сооружения / Н. Ю. Никулин, С. М. Простов // ГИАБ. - 2011. - №12. -С. 125-128.

3. Якубовский Ю.В. Электроразведка. М. : Недра, 1973. - 304 с.

□ Авторы статьи

Простов Сергей Михайлович , докт.техн.наук, проф. теоретической и геотехнической механики КузГТУ, е - mail psm.kem@mail.ru.

Никулин Николай Юрьевич, аспирант каф. теоретической и геотехнической механики КузГТУ), e - mail n.y.nikulin@mail.ru.

Герасимов Олег Васильевич, канд.техн.наук, ген. директор ООО «НООЦЕНТР-Д», е - mail administrator@noocentr.ru.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.