Научная статья на тему 'КОМПЛЕКСНЫЙ ПОДХОД К ОПРЕДЕЛЕНИЮ УСТОЙЧИВОГО РАВНОВЕСНОГО СОСТОЯНИЯ ОПОЛЗНЯ'

КОМПЛЕКСНЫЙ ПОДХОД К ОПРЕДЕЛЕНИЮ УСТОЙЧИВОГО РАВНОВЕСНОГО СОСТОЯНИЯ ОПОЛЗНЯ Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

CC BY
20
2
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Журнал
Вестник МГСУ
ВАК
RSCI
Ключевые слова
ОПОЛЗЕНЬ / ПОВЕРХНОСТЬ СКОЛЬЖЕНИЯ / СИЛА СЦЕПЛЕНИЯ / СИЛА ТРЕНИЯ / ВЕС / РАЗМЕРЫ / ГЕОДЕЗИЧЕСКАЯ СЕТЬ / КООРДИНАТЫ ПУНКТОВ / УРАВНЕНИЯ УСТОЙЧИВОГО РАВНОВЕСИЯ

Аннотация научной статьи по строительству и архитектуре, автор научной работы — Симонян Владимир Викторович, Кочиев Алексей Архипович, Волков Виктор Иванович

Введение. Рассматриваются условия определения устойчивого равновесия оползня для любых поверхностей скольжения, плотности, массы, объема и крутизны склона. Приведены уравнения равновесия оползня в координатах. Для этого создаются опорная и деформационная сети на оползневом склоне. Количество пунктов деформационной сети назначается в соответствии с необходимой и достаточной точностью уравнений равновесия. Предмет исследования - математическая модель оползня, созданная по результатам геодезических наблюдений и инженерно-геологических изысканий. Цель исследования - определить возможное состояние оползня на момент проведения наблюдений. На современном этапе выявление условий устойчивости оползня является важной научно-практической задачей. Материалы и методы. Предлагается применить комплексный подход, в основу которого положено совместное применение метода геодезического мониторинга деформационных процессов с инженерно-геологическими исследованиями. Для проведения геодезического мониторинга создаются оползневая и деформационная геодезические сети, которые закрепляются на местности геодезическими знаками соответственно на оползневом склоне вне зоны влияния оползневых процессов и на самом теле оползня. Одновременно для получения объективной информации о физико-механических характеристиках грунтов выполняются инженерно-геологические исследования. Приведены уравнения равновесия тела оползня в прямоугольных координатах, определяемых в процессе геодезического мониторинга, через уравнение поверхности в общем виде и через вектор силы сцепления. Результаты. На основе результатов геодезического мониторинга и инженерно-геологических исследований получены формулы определения устойчивого равновесия оползня для любых поверхностей скольжения, плотности, массы, объема и крутизны склона для их практического использования и дальнейшего прогнозирования возможных оползневых смещений. Выводы. Комплексный подход дает возможность практически вплотную подойти к вопросам определения устойчивого равновесия оползней, поскольку позволяет установить наиболее реальные значения параметров, входящих в формулы, которые, в свою очередь, будут зависеть от количества пунктов деформационной сети и скважин.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по строительству и архитектуре , автор научной работы — Симонян Владимир Викторович, Кочиев Алексей Архипович, Волков Виктор Иванович

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

INTEGRATED APPROACH TO DETERMINING THE STABLE EQUILIBRIUM STATE OF A LANDSLIDE

Introduction. The conditions for determining the stable equilibrium of a landslide for any sliding surfaces, density, mass, volume and slope steepness are considered. The equilibrium equations for a landslide are given in rectangular coordinates. For this purpose, reference and deformation networks are created on the landslide slope. Depending on the size of the landslide body, the support network is designed in the form of a polygonometric course, the geometric parameters of which satisfy the accuracy characteristics of the course and the conditions of the work area. And based on the accuracy of the equilibrium equations, the required number of points of the deformation network is determined. The subject of the study is a mathematical model of a landslide created on the basis of geodetic observations and engineering-geological studies. The purpose of the study is to determine the possible condition of the landslide at the time of the observation. At the present stage, determining the conditions for the stability of a landslide is an important scientific and practical task, the relevance of which is beyond doubt. Materials and methods. It is proposed to use an integrated approach, which is based on the joint application of the method of geodetic monitoring of deformation processes with engineering and geological studies. For geodetic monitoring, landslide and deformation geodetic networks are created, which are fixed on the terrain by geodetic signs, respectively, outside the zone of influence of landslide processes and directly on the landslide slope. At the same time, engineering and geological studies are carried out to obtain objective information on the physical and mechanical properties of soils. The article presents the equilibrium equations of the landslide body in rectangular coordinates determined in the process of geodetic monitoring, through the equation of the surface in general form and through the vector of the adhesion force. Results. On the basis of the results of geodetic monitoring and engineering-geological studies, formulas were obtained for determining the stable equilibrium of a landslide for any sliding surfaces, density, mass, volume and slope steepness for their practical use and further prediction of possible landslide dislocations. Conclusions. The formulas obtained make it possible to determine the stable equilibrium of a landslide based on geodetic and geological data. How exactly do these formulas allow us to determine the stable equilibrium of a landslide? This question remains open and requires further investigation by methods of error theory. The question is very important, since the definition of the landslide hazard assessment depends on it. If the landslide slope is built up, then the determination of the assessment of landslide vulnerability. Then it is possible to obtain a reasonable assessment of the risk and level of landslide safety of the frozen landslide slopes. These assessments are very important and can be further used in organizing the development of urban planning solutions, as well as in assessing the life cycle of intelligent sustainable cities.

Текст научной работы на тему «КОМПЛЕКСНЫЙ ПОДХОД К ОПРЕДЕЛЕНИЮ УСТОЙЧИВОГО РАВНОВЕСНОГО СОСТОЯНИЯ ОПОЛЗНЯ»

БЕЗОПАСНОСТЬ СТРОИТЕЛЬСТВА И ГОРОДСКОГО ХОЗЯЙСТВА

НАУЧНАЯ СТАТЬЯ / RESEARCH PAPER УДК 625.72:528.481

DOI: 10.22227/1997-0935.2023.6.880-888

Комплексный подход к определению устойчивого равновесного состояния оползня

Владимир Викторович Симонян1, Алексей Архипович Кочиев2, Виктор Иванович Волков3

1 Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет

(НИУ МГСУ); г. Москва, Россия; 2 Государственный университет по землеустройству (ГУЗ); г. Москва, Россия; 3 Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет (СПбГАСУ);

г. Санкт-Петербург, Россия

АННОТАЦИЯ

Введение. Рассматриваются условия определения устойчивого равновесия оползня для любых поверхностей скольжения, плотности, массы, объема и крутизны склона. Приведены уравнения равновесия оползня в координатах. Для этого создаются опорная и деформационная сети на оползневом склоне. Количество пунктов деформационной сети назначается в соответствии с необходимой и достаточной точностью уравнений равновесия. Предмет исследования — математическая модель оползня, созданная по результатам геодезических наблюдений и инже-м п нерно-геологических изысканий. Цель исследования — определить возможное состояние оползня на момент про-

сч сч ведения наблюдений. На современном этапе выявление условий устойчивости оползня является важной научно-

еч сч практической задачей.

^ ^ Материалы и методы. Предлагается применить комплексный подход, в основу которого положено совместное при-

£ ф менение метода геодезического мониторинга деформационных процессов с инженерно-геологическими исследо-

О з ваниями. Для проведения геодезического мониторинга создаются оползневая и деформационная геодезические

с Ю сети, которые закрепляются на местности геодезическими знаками соответственно на оползневом склоне вне зоны

^ ^ влияния оползневых процессов и на самом теле оползня. Одновременно для получения объективной информации

. т- о физико-механических характеристиках грунтов выполняются инженерно-геологические исследования. Приведены

® ® уравнения равновесия тела оползня в прямоугольных координатах, определяемых в процессе геодезического мони-

2 Ц торинга, через уравнение поверхности в общем виде и через вектор силы сцепления.

О Результаты. На основе результатов геодезического мониторинга и инженерно-геологических исследований полу-

5» чены формулы определения устойчивого равновесия оползня для любых поверхностей скольжения, плотности,

<u <и

массы, объема и крутизны склона для их практического использования и дальнейшего прогнозирования возможных оползневых смещений.

ß "ö Выводы. Комплексный подход дает возможность практически вплотную подойти к вопросам определения устой-

чивого равновесия оползней, поскольку позволяет установить наиболее реальные значения параметров, входящих о ££ в формулы, которые, в свою очередь, будут зависеть от количества пунктов деформационной сети и скважин.

со

g £= КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: оползень, поверхность скольжения, сила сцепления, сила трения, вес, размеры, геодезиче-

со ская сеть, координаты пунктов, уравнения устойчивого равновесия

z -В

ся " Благодарности. Авторы выражают благодарность рецензентам.

ся d — '

i? £= ДЛЯ ЦИТИРОВАНИЯ: Симонян В.В., Кочиев А.А., Волков В.И. Комплексный подход к определению устойчивого рав-

£ О новесного состояния оползня // Вестник МГСУ. 2023. Т. 18. Вып. 6. С. 880-888. DOI: 10.22227/1997-0935.2023.6.880-888

^ с

й _ Автор, ответственный за переписку: Владимир Викторович Симонян, simonyan.vladimir55@gmail.com.

сп <5 о Е

СП ^ т- ^

(Л (Л

СО >

Integrated approach to determining the stable equilibrium state

of a landslide

£ w Vladimir V. Simonyan1, Alexey A. Kochiev2, Victor I. Volkov3

EE g 1 Moscow State University of Civil Engineering (National Research University) (MGSU);

| ^ Moscow, Russian Federation;

¡E £ 2 State University of Land Use Planning; Moscow, Russian Federation;

O ¡2 5 Saint Petersburg State University of Architecture and Civil Engineering (SPbGASU);

Saint Petersburg, Russian Federation

880 © В.В. Симонян, А.А. Кочиев, В.И. Волков, 2023

Распространяется на основании Creative Commons Attribution Non-Commercial (CC BY-NC)

ABSTRACT

Introduction. The conditions for determining the stable equilibrium of a landslide for any sliding surfaces, density, mass, volume and slope steepness are considered. The equilibrium equations for a landslide are given in rectangular coordinates. For this purpose, reference and deformation networks are created on the landslide slope. Depending on the size of the landslide body, the support network is designed in the form of a polygonometric course, the geometric parameters of which satisfy the accuracy characteristics of the course and the conditions of the work area. And based on the accuracy of the equilibrium equations, the required number of points of the deformation network is determined. The subject of the study is a mathematical model of a landslide created on the basis of geodetic observations and engineering-geological studies. The purpose of the study is to determine the possible condition of the landslide at the time of the observation. At the present stage, determining the conditions for the stability of a landslide is an important scientific and practical task, the relevance of which is beyond doubt.

Materials and methods. It is proposed to use an integrated approach, which is based on the joint application of the method of geodetic monitoring of deformation processes with engineering and geological studies. For geodetic monitoring, landslide and deformation geodetic networks are created, which are fixed on the terrain by geodetic signs, respectively, outside the zone of influence of landslide processes and directly on the landslide slope. At the same time, engineering and geological studies are carried out to obtain objective information on the physical and mechanical properties of soils. The article presents the equilibrium equations of the landslide body in rectangular coordinates determined in the process of geodetic monitoring, through the equation of the surface in general form and through the vector of the adhesion force. Results. On the basis of the results of geodetic monitoring and engineering-geological studies, formulas were obtained for determining the stable equilibrium of a landslide for any sliding surfaces, density, mass, volume and slope steepness for their practical use and further prediction of possible landslide dislocations.

Conclusions. The formulas obtained make it possible to determine the stable equilibrium of a landslide based on geodetic and geological data. How exactly do these formulas allow us to determine the stable equilibrium of a landslide? This question remains open and requires further investigation by methods of error theory. The question is very important, since the definition of the landslide hazard assessment depends on it. If the landslide slope is built up, then the determination of the assessment of landslide vulnerability. Then it is possible to obtain a reasonable assessment of the risk and level of landslide safety of the frozen landslide slopes. These assessments are very important and can be further used in organizing the development of urban planning solutions, as well as in assessing the life cycle of intelligent sustainable cities.

KEYWORDS: landslide, sliding surface, adhesion force, friction force, weight, dimensions, geodetic network, coordinates of points, stable equilibrium equations ^ ^

S ф

Acknowledgements. The authors express their gratitude to the reviewers. ¡4 2

k и

FOR CITATION: Simonyan V.V., Kochiev A.A., Volkov V.I. Integrated approach to determining the stable equilibrium state к of a landslide. Vestnik MGSU [Monthly Journal on Construction and Architecture]. 2023; 18(6):880-888. DOI: 10.22227/1997- S —

0935.2023.6.880-888 (rus.). S Г

«<

Corresponding author: Vladimir V. Simonyan, simonyan.vladimir55@gmail.com. • .

ВВЕДЕНИЕ оптимального выбора рационального укрепления y ^

склона в оползневых условиях строительства с ис- o

В настоящее время опубликован рад стэтет, пользованием методов численного моделирования | ¡9

в юторьк рассштриваются вопросы ^едететия для расчета устойчивости [3]. Представлены резуль- § 8

равновесного состояния оползней и возможные ме- тать оценки устойчивости склона карьера в про- § r

тоды выявления нарушения их устойчивости. В ра- екте Medapalli opencast project (MOCP) компании о )

боте [1] исследуются условия образования шюга Singareni Collieries Company Ltd. (SCCL) [4]. В этой | S

оползневого бл°ка, его перехода в режим смещения, шахте высокий забой контролировался визуально | «

механизм взаимодействия блока с коренным масси- и с помощью приборов. Тенденция смещения, полу- § з

вом и телом ототжя состоящим из ранее сместив- ченная в результате мониторинга склона, представ- d -

шихся блоков; дается обоснование изменения ^от- ляет собой деформации, происходящие в пределах § 6

ности грунтов в процессе смещения и ее значение склона карьера. Основные входные параметры проч- i §

в завершении оползневого цикла; сопоставлены ности на сдвиг, необходимые для численных моде- c о

результаты теоретических и экспериментальных ис- лей, определены в лаборатории. Склон карьера, рас- e О

следований. Автор выделяет четыре типа механизма смотренный при численном моделировании, имел Ф - •

формирования оползней. Второй тип механизма — высоту 170 м и крутизну 45°. Давление воды снижа- О Т

сдвиг одной части массива относительно другой. ет устойчивость откоса карьера за счет уменьшения с |

Он формируется при нарушении равновесия, когда прочности на сдвиг. В результате мониторинга скло- | £

вдоль наклонной поверхности в массиве происходит на замечено, что трещины развились и расширились ^ ^

концентрация касательных напряжений. Эти по- на 90 см непосредственно перед его разрушением. I ы

верхности совпадают с зонами ослабления в массиве Из численного анализа установлено, что разруше- ¡л у

по контакту с более прочными породами, по плоско- ние склона происходит в ненапряженном состоя- ф *

стям напластования. Развиваются в таких условиях нии на расстоянии около 10 м от гребня котлована Ф Ф

оползни скольжения. Обосновывается положение до глубины 20 м. Затем склон был стабилизирован 0 0

о том, что «движение» оползня подчиняется зако- путем обеспечения надлежащей дренажной систе- 3 3

ну турбулентности [2]. Разрабатывается алгоритм мы, и после стабилизации начаты работы в шахте.

со со

(О (О

сч N

о о

сч сч

«в «в К (V U 3 > (Л С И

U 00 . г

e (U

ц

<D (D

о ё

---' "t^

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

о

о а

2. I

от 13 от IE

Е о

^ с ю °

S ц

о Е с5 °

СП ^ т- ^

от от

■8 Е!

О (Я

В работе [5] кратко рассматривается ход использования качественных и количественных методов оценки риска возникновения оползней. Особое внимание уделяется использованию матричного подхода «опасность - последствия». Однако традиционные детерминированные методы геотехнического анализа должны быть дополнены исследованиями в вероятностной структуре, которая учитывает изменчивость параметров и другие неопределенности. Анализ устойчивости склонов, основанный на моделировании Монте-Карло (MCSM), учитывает пространственную изменчивость входных переменных, статистическую неопределенность из-за ограниченных данных и смещения в используемых эмпирических факторах и корреляциях [6]. Методология проиллюстрирована вероятностным анализом устойчивости склона при проектировании гидроэлектростанции в заливе Джеймс. В статье [7] анализируется устойчивость склона вдоль участка дороги (Национальное шоссе 5 — National Highway (NH)) вблизи района Лухри, штат Химачал-Прадеш, Индия. Район расположен в зоне высокого риска из-за высокой загруженности дорог, и поэтому анализ устойчивости проводился с применением метода конечных элементов (МКЭ) и метода предельного равновесия (МПР) для получения деформационных характеристик в статических условиях и их сравнения. Результаты обоих методов помогают в выявлении зон уязвимости в тематическом исследовании. Кроме того, значения коэффициента безопасности, полученные с помощью обоих методов, находятся в близком приближении. Исследование также показывает, что склон критически стабилен, предложена корректирующая мера посредством изменения геометрии склона, которая нуждается в надлежащей защите от любых внешних факторов, таких как осадки и землетрясения, которые могут вызвать смещение оползня. Результаты, полученные по двум оползневым склонам: один представляет собой однородный склон, другой — неоднородный слоистый склон, сравниваются с использованием четырех признанных методов устойчивости склона: обычный метод срезов, упрощенный метод Бишопа, упрощенный метод Джанбу и метод Спенсера [8]. Исследование продемонстрировало, что индекс надежности в не зависит от генератора случайных чисел, а размер выборки 700 или более является хорошим выбором для MCSM. В случае однородного склона наблюдается хорошее согласие между рассчитанным индексом надежности в при использовании FOSM (First Order Second Moment — метод второго момента первого порядка) и MCSM как для обычного метода срезов, так и для метода Бишопа. Тем не менее небольшая разница в в наблюдается между двумя методами неопределенности независимо от того, применяется ли метод Джанбу или метод Спенсера. В случае слоистого склона достигается хорошее согласие между двумя методами неопре-

деленности для методов обычного метода срезов, Бишопа и Джанбу. Сравнительный анализ устойчивости склона на основе МПР и МКЭ проводят при двух углах наклона 45 и 60° [9]. Выполнено сравнительное исследование параметров устойчивости. Установлено, что МПР дает более высокие значения коэффициента устойчивости по сравнению с МКЭ. Для оценки подверженности склонов к оползневым процессам [10] исследуемый район в центральной Словении был разделен на 78 365 частей, для которых рассчитаны 24 статистические переменные. С помощью многофакторного анализа проверены взаимодействия между факторами и распределением оползней, определена важность отдельных показателей для возникновения оползней. Результаты показывают, что склон, литология, шероховатость местности и тип покрова играют важную роль в восприимчивости к оползням. Для определения оползневого риска на участке трассы Лазаревское - Киров рассмотрен подход на основе методики наименьших потерь [11]. Предлагается осуществить комплекс организационно-технических мер по стабилизации этих опасных процессов и приведению оползней в равновесное состояние [12]. В статье [13] рассматриваются оползневые склоны Гималаев, которые являются одним из самых уязвимых регионов Индии из-за стихийных бедствий. Различные виды оползней часто происходят в тектонически и геоди-намически активной области Гималаев. Проведен анализ устойчивости склонов вдоль дороги — примерно 20 км МН 109 от Рудрапраяга до Агастмуни в штате Уттаракханд. На основе полевых наблюдений и вариаций геологических и геотехнических условий выбраны пять мест для детального изучения, включая лабораторное исследование и численный анализ. Это обеспечило более глубокое понимание данного вопроса. Результаты анализа, выполненного с использованием обоих методов, помогли выявить потенциально уязвимые оползневые склоны и позволили сравнить два метода.

Анализ литературы показал, что определение равновесного состояния оползней и возможные методы выявления нарушения их устойчивости изучены не полностью. На современном этапе установление условий устойчивости оползня является важной научно-практической задачей.

Цель исследования — определить возможное состояние оползня на момент проведения наблюдений. Предмет исследования — математическая модель оползня, созданная на основе комплексного подхода по результатам геодезических наблюдений и инженерно-геологических исследований.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Из теоретической механики известно, что для равновесия твердого тела при < / < необходимо и достаточно, чтобы в момент времени тело

покоилось, а главный вектор Я<е) и главный момент внешних сил М^ относительно произвольно выбранного полюса О при /0 < / < ^ равнялись нулю, т.е. Я® = 0 и МОе) = 0 [14].

В ранее выполненных исследованиях [15-17] дано описание оползня в виде механико-математической модели с одинаковой однородной массой тела оползня. Различие состоит в формах поверхности скольжения: в одном случае она представляет собой параболическую кривую [15], в другом — цилиндрическую поверхность, являющуюся кривой произвольного вида у = Аре) [16, 17], в виде формул, а именно:

• уравнения равновесия тела оползня в самом общем случае имеют вид:

\R = 0, 1м O = 0,

(1)

где R — главный вектор внешних сил, вычисляемый по формуле:

R =

jj((? + F т + N )dS,

(2)

Mo — главный момент внешних сил относительно

начала координат, вычисляемый по формуле:

Mo =

jj^m {Fт +

+ ro ■ G

dS,

(3)

г = ОС (Х0, 70,— радиус-вектор центра тяжести оползня; с — вес тела оползня.

В формулах (2) и (3) интегрирование идет по общей поверхности тела оползня [15].

Также известно, что «если <^1, ..., ¥к) — система внешних сил, приложенных к твердому телу, а х,, у,, 2. — координаты точек приложения силы ¥ = 1, 2, ..., к) в декартовой прямоугольной системе координат с началом в полюсе О, то необходимые и достаточные условия равновесия твердого тела (1) запишутся в виде следующих шести равенств» [14]:

к к к £ ^ = 0, £ ¥у = 0, £ ¥, = 0; (4)

ЦуЛ -ziy) = 0,

i=i

t (zfb - XFzz ) = 0, i=1

it (xFy - yF ) = 0.

(5)

где М — произвольная точка оползня; г = ОМ — радиус-вектор точки М; ¥т(Хп У1, ) — вектор силы сцепления (трения) в расчете на единицу площади поверхности скольжения оползня, направ-ле нный по касательной к поверхности скольжения; N(X,, , 1,) — вектор нормальной силы трения в расчете на единицу площади поверхности скольжения, направленный по нормали к поверхности скольжения. Силы ¥% и N приложены в точке М; С(Х0, 70, 10) — центр тяжести тела оползня;

Тогда применительно к оползням уравнения равновесия (4) и (5) в прямоугольных декартовых координатах будут:

Г к = 0.

(6)

К = 0

к = 0,

Мох = 0, Моу = 0, Мо2 = 0.

Согласно выражению (6) устойшвость оползня определяется значением сил ¥% и N, массой тела

< п

iH *к

G Г

S 3

со со

u 23

^ I

о °

§ 3

о §

zs (

§ i

Рис. 1. Прямоугольная декартова система координат с началом в вершине поверхности оползня Fig. 1. Rectangular Cartesian coordinate system with origin at the vertex of the landslide surface

E M

§ 2

о 0

§ 6

> 6

t s

PT о

§ )

ii

® 00

OS В ■ T

S У

с о

i к ®®

О О 10 10 u w

S

i=l

(О (О

сч N

о о

сч сч

«в «в К (V U 3 > (Л С И

ta «о

« (U

ц

<D 0J

о S —■

о

о У

о со <м

оползня, расположением его центра тяжести, размерами оползня, видом функции ](х, у, ¿), формой поверхности скольжения (рис. 1) [15].

Разработанные формулы при наличии сведений о расположении центра тяжести, горизонтального размера, массы тела оползня и вектора силы сцепления позволяют оценить устойчивость оползня, имеющего наиболее близкую к реальности параболическую форму поверхности скольжения. При этом следует отметить, что на практике полученные формулы использовать затруднительно, так как установить реальные значения горизонтального размера, массы тела оползня и сведений о расположении его центра тяжести, также как и данных о векторе силы сцепления, достаточно сложно. В связи с этим решение задачи по оценке равновесного состояния оползня предлагается осуществлять с позиций комплексного подхода, позволяющего перевести теоретические формулы в эмпирические. Эмпирические формулы устраняют затруднения по установлению сведений о том, находится ли оползень в состоянии равновесия или нет [15].

Для решения задачи выбрана стандартная прямоугольная система координат Гаусса - Крюге-ра О (X, У, Н), применяемая в геодезии, с началом в вершине, расположенной на дневной поверхности оползня (рис. 2).

На рис. 2 показано:

1) начальное положение О оползня;

2) М(Х, У, Н) — один из пунктов деформационной сети на поверхности оползня;

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

3) г = ОМ (X, У Н,) — радиус-вектор пункта М;

4) Рт (X, У, Н) — вектор силы сцепления, который направлен по касательной к поверхности скольжения;

5) N(X, Y, H) — вектор нормальной силы трения, который направлен по нормали к поверхности скольжения;

6) C(X0, Y, H0) — центр тяжести тела оползня;

7) r = OC (X0, Y0, H0) — радиус-вектор центра тяжести оползня;

8) G — вектор силы тяжести оползня, направленный отвесно.

Для численного определения уравнения поверхности оползня, включая поверхность скольжения в выбранной системе координат, определяем координатыX, Y и H пунктов деформационной сети, находящихся на дневной поверхности оползня, используя современные электронные тахеометры.

Соответствующие значения координат пунктов деформационной сети представлены в виде таблицы.

Значения координат пунктов деформационной сети Values of coordinates of points of the deformation network

Номер пунктов Point number X Y H

1 Xi Yi Hi

2 X2 Y2 H2

n X n Y n H n

Заметим:

1. Длина и направление вектора силы сцепления Рт (X, У, Н) в плоскости касательной поверхности скольжения в точке М(Х, У,, Н) не определены и могут быть произвольными. В проекциях на оси координат он будет Р-м(х,, г,, и,)(Р-х,, Рнп Р-и,).

2. Вектор нормальной силы трения N (X, У, Н) в плоскости касательной поверхности скольжения

ОТ "

от Е —

Е §

^ с ю °

S ц

о Е

СП ^ т- ^

от от

£ w ■8

S!

О (Я

Рис. 2. Описание оползня в прямоугольной системе координат Гаусса - Крюгера Fig. 2. Description of the landslide in the rectangular Gauss - Kruger coordinate system

в точке М(Х, 7, Н,) не определен и может быть про-кктвольным. КК проекциях на оси координат он будет

Ым{х,, г,, н,)(Их,, Ит,, Ин, ).

В общем случае система уравнений равновесия тела оползня имеет вид:

Е [г т( X, ,т, н1)+N (X, ,т, н1)] + О = 0,

П Гк -| т _►

-(Гт(X,т,н1) + N(X,,т,н1 ))] + Г0 О = 0.

(7)

Первое уравнение системы (7) выражает тот факт, что главный вектор внешних сил равен нулю. Второе уравнение системы (7) отражает факт, что главный момент внешних сил относительно начала координат равен нулю.

В прямоугольных координатах система уравнений (7) будет следующей:

1. Проекции главного вектора внешних сил на оси координат равны нулю:

Е [г_ (X,-, т, и) + Ит (X, т, и, )] = 0, ,=1

£ (X, т, н)+х(X, т, н)]=0, (8)

,=1

Е [!__ (х¡,т, н) + _йт (X, т, н) ]-о = 0.

£

ЕЕ

н

Г тт, + Ит, Г тн, + Ин,

н X

+ то = 0,

Г тн, + Ин, Г тX, + Nх,

X т

Е

- XoG = 0, (9)

= 0.

Г тх, + Иг. Г т + Ит

верхности оползня и количества скважин, приближенно описывающих форму поверхности скольжения 5 (чем больше пунктов деформационной сети и скважин, тем точнее будут описаны эти поверхности).

Для получения объема оползневого тела необходимо знать поверхность скольжения оползня. Возможные методы определения поверхности скольжения оползня и предъявляемые к ним точностные требования проанализированы в работе [18]. Тогда в соответствии с геометрией, указанной в труде [18] сети, общий объем оползневого тела будет равен сумме частных объемов прямоугольных фигур сети:

V = V + V +...+ V,

оп 1 2 п-

(10)

где V — объем оползневого тела; V — объемы от

оп

дельных фигур оползневой сети, равные:

н1 + н 2 + н3 + н4

V = аЬн =,

I ор

4

(11)

2. Проекции главного момента внешних сил на оси координат равны нулю:

где а и Ь — стороны квадрата (прямоугольника) сети; Н, — высоты поверхности скольжения оползня.

Вес тела оползня О, направленного вертикально вниз (в силу гравитации) и приложенного в центре тяжести оползня, можно получить как сумму произведений объемов отдельных фигур оползневой сети V на соответствующую плотность грунта р,:

О = №,.

(12)

В уравнениях (8) и (9) суммирование осуществляется по всей поверхности 5 тела оползня (по дневной поверхности и по поверхности скольжения).

Системы уравнений (8) и (9) в частном случае включают в себя ранее рассмотренные в работе [16] модели.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Полученные уравнения равновесия в координатах (6) и (7) показывают, что устойчивость оползня зависит от значений:

• сил сцепления Гт и трения N;

• веса тела оползня О;

• расположения его центра тяжести С(Х0, 7 Н0);

• размеров оползня;

• количества пунктов деформационной сети, приближенно описывающих форму дневной по-

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Комплексный подход, объединяющий инженерно-геологическую и геодезическую информацию, дает возможность практически вплотную подойти к вопросам определения устойчивого равновесия оползней, поскольку позволяет установить наиболее реальные значения параметров, входящих в формулы, составляющие сущность описанного в статье подхода, которые, в свою очередь, будут зависеть от количества пунктов деформационной сети и скважин. Как точно эти формулы позволяют определять устойчивое равновесие оползня? Этот вопрос остается открытым и требует дальнейшего исследования методами теории погрешностей и проведения инженерных изысканий на конкретном экспериментальном склоне. Апробация и верификация представленной методики является важнейшим этапом ее внедрения в практику исследований. Реализация экспериментальной части запланирована авторами в этом году. Вопрос очень важный, так как от этого зависит определение оценки оползневой опасности. В случае, если оползневой склон застроен, то требуется и выявление оценки оползневой уязвимости. Тогда представляется возможность получения обоснованной оценки риска и уровня оползневой без-

< п *к

о Г и 3

О С/5

§ с/5

У 1

о СО

и-

^ I § °

О

=! (

2 2 о §

§ 2 § 0

2 £

> 6 * (

ф ) и

® Ю

ю в ■ г

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

(Я □ (Я У С о Ф к

•Р.?

2 2 О О 2 2 Ы Ы

г=1

опасности застроенных оползневых склонов [19]. Эти оценки актуальны и могут быть использованы в дальнейшем при организации разработки градо-

строительных решений [20], а также при оценке жизненного цикла интеллектуальных устойчивых городов [21].

СПИСОК ИСТОЧНИКОВ

1. Постоев Г.П. Особенности механизма формирования предельного состояния оползнеопасного массива и смещения оползневого блока // Геоэкология. Инженерная геология, гидрогеология, геокриология. 2019. № 2. С. 13-20. DOI: 10.31857/S0869-78092019213-20

2. Ефремов А.В. Механизм поведения оползня перед и в момент потери устойчивости равновесного режима // Строительство и техногенная безопасность. 2014. № 49. С. 70-76.

3. Сольский С.В., Быковская С.А. Оптимизация стабилизации оползнеопасных склонов // Вестник МГСУ. 2019. Т. 14. № 10. С. 1258-1271. DOI: 10.22227/1997-0935.2019.10.1258-1271

4. Budi S., Sen P., Sinha A.K. Stability evaluation of highwall slope in an opencast coal mine-a case study //

й Я Modelling, Measurement and Control C. 2017. Vol. 78. 3 ° Issue 3. Pp. 253-273. DOI: 10.18280/mmc_c.780301 «в «в 5. Chowdhurv R., Flentje P. Role of slope reli-

o з ability analysis in landslide risk management // Bulletin с jn of Engineering Geology and the Environment. 2003. u eo Vol. 62. Issue 1. Pp. 41-46. DOI: 10.1007/s10064-002-oo 1 0166-1

^ Ц 6. El-Ramly H., Morgenstern N.R., Cruden D.M.

I® о Probabilistic slope stability analysis for practice //

д Canadian Geotechnical Journal. 2002. Vol. 39. Issue 3.

J § Pp. 665-683. DOI: 10.1139/t02-034

О ф 7. Kundu J., Sarkar K., Singh P.K., Singh T.N. ---- "t^

0 £ Deterministic and probabilistic stability analysis of < soil slope — a case study // Journal of the Geological

§ 1 Society of India. 2018. Vol. 91. Issue 4. Pp. 418-424.

cn I DOI: 10.1007/s12594-018-0874-1

от 8. Malkawi A.I.H., Hassan W.F., Abdulla F.A.

от E

~ "S Uncertainty and reliability analysis applied to slope

1 ,3 stability // Structural Safety. 2000. Vol. 22. Issue 2. ~ § Pp. 161-187. DOI: 10.1016/s0167-4730(00)00006-0

S я 9. Rawat S., Gupta A.K. Analysis of a nailed soil

о

^ ^ slope using limit equilibrium and finite element me>, thods // International Journal of Geosynthetics z £ and Ground Engineering. 2016. Vol. 2. Issue 4. w J DOI: 10.1007/s40891-016-0076-0 ^ ^ 10. Komac M. A landslide susceptibility model

if w using the Analytical Hierarchy Process method and 5 О

e e multivariate statistics in perialpine Slovenia // Geo-

s £ morphology. 2006. Vol. 74. Issue 1-4. Pp. 17-28.

5 | DOI: 10.1016/j.geomorph.2005.07.005

Ijq 11. Богомолов А.Н., Плешаков Д.В., Маций С.И.

Оценка оползневого риска на основе методики наи-

меньших потерь // Вестник Волгоградского государственного архитектурно-строительного университета. Серия: строительство и архитектура. 2007. № 8. С. 22-27.

12. Гудкова Н.К., Оноприенко М.Г. Об активизации опасных геодинамических процессов в результате увеличения техногенной нагрузки при строительстве в Сочинском регионе // Экологический вестник Северного Кавказа. 2011. Т. 7. № 3. С. 37-40.

13. Singh R., Umrao R.K., Singh T.N. Stability evaluation of road-cut slopes in the Lesser Himalaya of Uttarakhand, India: conventional and numerical approaches // Bulletin of Engineering Geology and the Environment. 2014. Vol. 73. Issue 3. Pp. 845-857. DOI: 10.1007/s10064-013-0532-1

14. Маркеев А.П. Теоретическая механика : учебник для университетов. М. : ЧеРо, 1999. 572 с.

15. Симонян В.В., Кочиев А.А. Математическая модель устойчивого равновесия оползня // Вестник МГСУ. 2019. Т. 14. № 10. С. 1292-1298. DOI: 10.22227/1997-0935.2019.10.1292-1298

16. Симонян В.В., Тамразян А.Г., Кочиев А.А. К разработке модели оползневого процесса с целью оценки его последствий для зданий и сооружений // Промышленное и гражданское строительство. 2015. № 4. С. 37-40.

17. Хван А.П. Возможная модель оползня // Строительство и техногенная безопасность. 2006. № 15-16. С. 55-56.

18. Кузнецов А.И. Разработка метода определения поверхности скольжения оползня по данным геодезического мониторинга : дис. ... канд. техн. наук. М., 2012. 184 с.

19. Симонян В.В., Волков В.И. Оценка риска застроенных склоновых систем по данным геодезического мониторинга // Геодезия и картография.

2021. Т. 82. № 10. С. 42-51. DOI: 10.22389/00167126-2021-976-10-42-51

20. Сборщиков С.Б., Журавлев П.А. Организация разработки градостроительных решений // Строительство: наука и образование. 2022. Т. 12. № 2. С. 6-20. DOI: 10.22227/2305-5502.2022.2.1

21. Балалов В.В., Барабанова Т.А. Оценка жизненного цикла интеллектуальных устойчивых городов // Строительство: наука и образование.

2022. Т. 12. № 2. С. 72-101. DOI: 10.22227/23055502.2022.2.6

Поступила в редакцию 28 ноября 2022 г. Принята в доработанном виде 7 апреля 2023 г. Одобрена для публикации 18 мая 2023 г.

Об авторах: Владимир Викторович Симонян — доктор технических наук, доцент, профессор кафедры инженерных изысканий и геоэкологии; Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет (НИУ МГСУ); 129337, г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26; РИНЦ ГО: 646817; simonyan.vladimir55@gmail.com;

Алексей Архипович Кочиев — доктор физико-математических наук, профессор; Государственный университет по землеустройству (ГУЗ); 105064, г Москва, ул. Казакова, д. 15; РИНЦ ГО: 802797; kohciev@ yandex.ru;

Виктор Иванович Волков — доктор технических наук, профессор; Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет (СПбГАСУ); 190005, г. Санкт-Петербург, ул. 2-я Красноармейская, д. 4; РИНЦ ГО: 66153; volkov@energaziz.ru.

Вклад авторов:

Симонян В.В. — идея, сбор и обработка материала, написание исходного текста статьи, научное редактирование текста, итоговые выводы.

Кочиев А.А. — идея, частичное написание исходного текста. Волков В.И. — доработка текста.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

REFERENCES

1. Postoev G.P. Mechanism specifics of the landslide-hazardous massif limit state formation and landslide block displacement. Geoekologiya Inzhenernaya Geologiya. Gidrogeologiya. Geokriologiya. 2019; 2:13-20. DOI: 10.31857/S0869-78092019213-20 (rus.).

2. Efremov A.V. The mechanism of the landslide behavior before and at the moment of loss of stability of the equilibrium regime. Construction and Technogenic Safety. 2014; 49:70-76. (rus.).

3. Solsky S.V., Bykovskaya S.A. Optimizing the landslide-prone slope stabilization. Vestnik MGSU [Monthly Journal on Construction and Architecture]. 2019; 14(10):1258-1271. DOI: 10.22227/19970935.2019.10.1258-1271 (rus.).

4. Budi S., Sen P., Sinha A.K. Stability evaluation of highwall slope in an opencast coal mine-a case study. Modelling, Measurement and Control C. 2017; 78(3):253-273. DOI: 10.18280/mmc_c.780301

5. Chowdhurv R., Flentje P. Role of slope reliability analysis in landslide risk management. Bulletin of Engineering Geology and the Environment. 2003; 62(1):41-46. DOI: 10.1007/s10064-002-0166-1

6. El-Ramly H., Morgenstern N.R., Cruden D.M. Probabilistic slope stability analysis for practice. Canadian Geotechnical Journal. 2002; 39(3):665-683. DOI: 10.1139/t02-034

7. Kundu J., Sarkar K., Singh P.K., Singh T.N. Deterministic and probabilistic stability analysis of soil slope — a case study. Journal of the Geological Society of India. 2018; 91(4):418-424. DOI: 10.1007/s12594-018-0874-1

8. Malkawi A.I.H., Hassan W.F., Abdulla F.A. Uncertainty and reliability analysis applied to slope stability. Structural Safety. 2000; 22(2):161-187. DOI: 10.1016/s0167-4730(00)00006-0

9. Rawat S., Gupta A.K. Analysis of a nailed soil slope using limit equilibrium and finite element methods. International Journal of Geosynthetics and Ground Engineering. 2016; 2(4). DOI: 10.1007/s40891-016-0076-0

10. Komac M. A landslide susceptibility model using the analytical hierarchy process method and multivariate statistics in perial-pine Slovenia. Geomor-phology. 2006; 74(1-4):17-28. DOI: 10.1016/j.geo-morph.2005.07.005

11. Bogomolov A.N., Pleshakov D.V., Matsiy S.I. Evaluation of landslide risk based on the least- losses technique. Bulletin of the Volgograd State University of Architecture and Civil Engineering. Series: Construction and Architecture. 2007; 8:22-27. (rus.).

12. Gudkova N.K., Onoprienko M.G. About acti-vization of dangerous geodynamical processes in the result of the increased anthropogenic load during Sochi region building. The North Caucasus Ecological Herald. 2011; 7(3):37-40. (rus.).

13. Singh R., Umrao R.K., Singh T.N. Stability evaluation of road-cut slopes in the Lesser Himalaya of Uttarakhand, India: con-ventional and numerical approaches. Bulletin of Engineering Geology and the Environment. 2014; 73(3):845-857. DOI: 10.1007/s10064-013-0532-1

14. Markeev A.P. Theoretical mechanics : textbook for universities. Moscow, CheRo, 1999; 572. (rus.).

< П

iH * k

G Г

0 (Л § (Л

1 о

y 1

J CD

u-

^ I

n ° o

з (

о i

о §

E M § 2

n 0

о £

r 6 t ( an

о )

Г!

® ю

Ю В ■ T

(Л У

с о Г к б>б>

2 2

О О

2 2

W W

■8 I

15. Simonyan V.V., Kochiev A.A. Mathematical model of landslide stable equilibrium. Vestnik MGSU [Monthly Journal on Construction and Architecture]. 2019; 14(10):1292-1298. DOI: 10.22227/19970935.2019.10.1292-1298 (rus.).

16. Simonyan V.V., Tamrazyan A.G., Kochiev A.A. About development of a model of landslide process for assess its effects on buildings and structures. Industrial and Civil Engineering. 2015; 4:53-56. (rus.).

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

17. Hwang A.P. Possible model of a landslide. Construction and Technogenic Safety. 2006; 15-16: 55-56. (rus.).

18. Kuznetsov A.I. Development of a method for determining the sliding surface of a landslide according

to geodetic monitoring data : dis.... candidate of technical. Moscow, 2012; 184. (rus.).

19. Simonyan V.V., Volkov V.I. Assessment of risk and safety of structures on slope areas according to geodetic monitoring data. Geodesy and Cartography. 2021; 82(10):42-51. DOI: 10.22389/0016-7126-2021976-10-42-51 (rus.).

20. Sborshchikov S.B., Zhuravlev P.A. Organizing the development of urban planning solutions. Construction: Science and Education. 2022; 12(2):6-20. DOI: 10.22227/2305-5502.2022.2.1 (rus.).

21. Balalov V.V., Barabanova T.A. The life cycle assessment of smart sustainable cities. Construction: Science and Education. 2022; 12(2):72-101. DOI: 10.22227/2305-5502.2022.2.6 (rus.).

W (0 N N

o o

N N

vava

* (V

U 3

> in

E M

to 00

. r

« Q j

<D <u

o S

---' "t^

o

O a

2. ° w « ot E

E o

CL° c

Ln O

S n

o E c5 o

CD ^

Received November 28, 2022. Adopted in revised form on April 7, 2023. Approved for publication on May 18, 2023.

B ionotes : Vladimir V. Simonyan — Doctor of Technical Sciences, Associate Professor, Professor of the Department of Engineering Surveys and Geoecology; Moscow State University of Civil Engineering (National Research University) (MGSU); 26 Yaroslavskoe shosse, Moscow, 129337, Russian Federation; ID RSCI: 646817; simonyan.vladimir55@gmail.com;

Alexey A. Kochiev — Doctor of Physical and Mathematical Sciences, Professor; State University of Land Use Planning; 15 Kazakova st., Moscow, 105064, Russian Federation; ID RSCI: 802797; kohciev@yandex.ru;

Victor I. Volkov — Doctor of Technical Sciences, Professor; Saint Petersburg State University of Architecture and Civil Engineering (SPbGASU); 4 2nd Krasnoarmejskaya st., Saint Petersburg, 190005, Russian Federation; ID RSCI: 66153; volkov@energaziz.ru.

Contribution of the authors:

Vladimir V. Simonyan — idea, collection of material, processing of material, writing the source text of the article,

scientific editing of the text, final conclusions.

Alexey A. Kochiev — idea, partial writing of the source text.

Victor I. Volkov — revision of the text.

The authors declare no conflict of interest.

M W

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.