CC BY
82
ПРОЕКТИРОВАНИЕ И КОНСТРУИРОВАНИЕ СТРОИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ.СТРОИТЕЛЬНАЯ МЕХАНИКА. ОСНОВАНИЯ И ФУНДАМЕНТЫ, ПОДЗЕМНЫЕ СООРУЖЕНИЯ
УДК 624.131.54 DOI: 10.22227/1997-0935.2019.10.1258-1271
Оптимизация стабилизации оползнеопасных склонов
С.В. Сольский, С.А. Быковская
Всероссийский научно-исследовательский институт гидротехники имени Б.Е. Веденеева (ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева); г. Санкт-Петербург, Россия
АННОТАЦИЯ
Введение. В настоящее время изучение оползневых процессов является одним из наиболее серьезных аспектов, изучаемых при строительстве и эксплуатации зданий и сооружений. Оползни нарушают устойчивость оснований и целых комплексов сооружений, поэтому оценка устойчивости склонов — важнейшая задача. На данный момент существует большое количество классификаций оползней, которые характеризуют условия их формирования, историю геологического развития, возраст, структуру и т.д. В нормативных документах приводятся три категории способов борьбы с оползанием склонов: предупреждающие, ограничивающие и ликвидационные. Но систематизированной обоснованности инженерных решений в этих источниках нет. В исследовании ставились следующие задачи: разработать алгоритм оптимального выбора рационального укрепления склона в оползневых условиях строительства и опробовать его на конкретном примере.
Материалы и методы. Проанализированы литературные публикации по теоретическому и практическому опыту борьбы с оползнями, нормативные документы. При апробации алгоритма применялись методы численного моделирования для расчета устойчивости.
Результаты. На основании разработанной классификации представлен алгоритм выбора рационального укрепления склона в оползневых условиях строительства. Концепция алгоритма позволяет: с одной стороны — поэтапно приблизить параметры модели оползнеопасного склона к реально существующим, а с другой стороны — подобрать наиболее рациональные противооползневые мероприятия из всего применимого на практике их многообразия. Разработанный алгоритм был опробован на территории крупного промышленного комплекса, расположенного на над> «Я пойменных террасах реки. На основании технико-экономического сопоставления нескольких вариантов стабилизации склона к реализации был принят оптимальный.
Выводы. Разработана авторская классификация и алгоритм по подбору оптимальных проектных решений по стаби-а лизации оползнеопасных склонов или откосов. Апробация алгоритма подтвердила его практическую применимость.
^ £ Алгоритм позволяет подобрать наиболее эффективный комплекс для защиты от оползней.
н I
. 5» КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: гидротехническое строительство, геодинамические процессы, склон, оползень, коэффи-
аГ ф циент устойчивости, мониторинг, инженерная защита территории
£= tj
О ф ДЛЯ ЦИТИРОВАНИЯ: Сольский С.В., Быковская С.А. Оптимизация стабилизации оползнеопасных склонов //
о jÊ Вестник МГСУ. 2019. Т. 14. Вып. 10. С. 1258-1271. DOI: 10.22227/1997-0935.2019.10.1258-1271
о "
№ О
О О
СЧ N
О О
Optimizing the landslide-prone slope stabilization
Stanislav V. Solsky, Sofya A. Bykovskaya
co EE -
O The B.E. Vedeneev All Russia Institute of Hydraulic Engineering (Vedeneev VNIIG);
JT § St. Petersburg, Russian Federation
8« -
N- 3 ABSTRACT
CD °
Introduction. Nowadays, the study of landslide processes is one of the most intensive aspects of construction and maintenance of industrial and civil buildings and installations. The landslides violate the stability of foundations and entire complexes of installations, so the assessment of the stability of the slopes is the most important task before starting the T construction. Currently, there is a large number of landslide classifications, which characterize the conditions of their
3 formation, the history of geological development, their age, and structure. Normative documentation gives three ways of
I- W slope slump control: preventive, restricting, and liquidation ones. However, this source does not give systematic validity of
® g the engineering solutions. The study sets the following tasks: to develop an algorithm for the optimal choice of rational slope
¡5 jé strengthening in landslide construction conditions and to test it with a specific example.
¡E £ Materials and methods. The study analyzed the publications on theoretical and practical experience in dealing with
jjj ¡J landslides as well as normative documents. Numerical simulation methods were used to calculate the slope stability when
(0 !> testing the algorithm.
со
CO
© С.В. Сольский, С.А. Быковская, 2019 Распространяется на основании Creative Commons Attribution Non-Commercial (CC BY-NC)
Results. Using the introduced classification, the study presented an algorithm that makes it possible to choose a rational way of slope strengthening under landslide construction conditions. The concept of the algorithm allows step-by-step approximating parameters of a landslide-prone slope model to the real conditions, on the one hand, and selecting the most reasonable anti-landslide measures, on the other hand. The developed algorithm was tested on the territory of a large industrial complex situated on river overflood plain fringes. By applying the value engineering comparison of several slope stabilization variants, the research has taken the most optimal one of them for realization.
Conclusions. The study developed the author's classification and algorithm for the selection of optimal design solutions to stabilize landslide-prone slopes or slants. Successful approbation of the algorithm confirmed its practical applicability. The algorithm allows choosing the most effective complex for protection against landslides.
KEYWORDS: hydraulic engineering construction, geodynamic processes, slope, landslide, stability coefficient, monitoring, territory engineering protection
FOR CITATION: 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: 10.22227/1997-0935.2019.10.1258-1271 (rus.).
ВВЕДЕНИЕ
Изучение оползневых процессов является одним из наиболее серьезных аспектов строительства и эксплуатации, так как оползни нарушают устойчивость оснований и целых комплексов сооружений, имеют внезапный и быстрый характер проявления. Поэтому оценка устойчивости склонов — важнейшая задача, которую необходимо решить перед началом строительства во избежание опасных ситуаций [1].
Оползень — это масса горных пород, сползающая вниз по склону под влиянием силы тяжести, гидродинамического давления, сейсмических и некоторых других причин. Образование оползня — результат геологического оползневого процесса, происходящего из-за нарушения равновесия горных пород [2].
Оползни весьма разнообразны по своим морфологическим и генетическим особенностям. Поэтому существует большое количество классификаций, одни из которых более детальные, учитывающие несколько признаков; другие же построены на учете одного признака. Во многих случаях использование определенной классификации объясняется областью применения. В данном случае мы рассматриваем область гидротехнического и промышленного строительства.
На основании анализа имеющейся литературы было установлено, что на сегодняшний день существует более 100 классификаций оползней, которые обычно делятся на три группы: общие, региональные и частные.
Наиболее известные классификации разработаны В.Д. Ломтадзе [2], Ю.Б. Тржцинским и И.П. Ивановым [3], Ф.П. Саваренским [4], И.В. Поповым [5], Г. С. Золотаревым [6], Г. Л. Фисенко [7], Е.П. Еме-
льяновой [8], А.М. Дранниковым [9], Н.Н. Масло-вым [10] и др.
Анализ нормативной базы1 показал, что существующие мероприятия по инженерной защите территорий рассматривают в трех основных направлениях:
1) мероприятия, предупреждающие нарушение устойчивого равновесия естественных склонов или откосов;
2) мероприятия, ограничивающие развитие гравитационных процессов и обеспечивающие безопасность жизнедеятельности, в том числе экологическую;
3) мероприятия по ликвидации последствий гравитационных явлений.
В нормативной литературе2 также перечислены основные методы и способы инженерной защиты. Виды противооползневых мероприятий в зависимости от их категории даются И.П. Ивановым и Ю.Б. Тржцинским [3], А.М. Дранниковым [9] и другими авторами.
Нами установлено, что самые известные и применимые классификации разработаны, в основном, геологами и мало связаны со способами инженерной защиты по стабилизации, локализации или минимизации процессов оползания территорий. Таким образом, эти классификации малоприменимы при проектных работах по укреплению склонов и откосов.
< п
ф е t с
i
G Г сУ
0 w
n СО
1 S
У -Ь
J со
El
^ I
n °
S 3
0 s
01
О n
i N
П 2 S 0
s 6
r 6 c Я
h о
1 СП 116.13330.2012. Инженерная защита территорий, зданий и сооружений от опасных геологических процессов. Основные положения. Актуализированная редакция СНиП 22-02-2003. М. : Минрегион России, 2012.
2 СТО 70238424.27.140.042-2009. Гидроэлектростанции. Долговременные наблюдения за развитием техноприрод-ных процессов в зоне взаимодействия оснований и сооружений. Нормы и требования. М., 2009.
С о
• )
if
® 4
«> 00
■ т
s У
с о
ф ф
-А. -А.
о о
О О
л -А
(О (О
№ ®
г г
О О
N N
О о"
*- г
¡г <»
и 3
> (Л
с и
но *
И
<и ф
о ё —■ ^
о
СЭ О
о со ГМ
(Л (Л
.Е о
£ ° • с Ю сэ
8 « сэ ЕЕ
Е5 -II
О) ^
т-2: £ £
Ю °
С <я
О (О
ф ф
и >
Анализ нормативов и научных публикаций выявил, что многообразие условий возникновения оползней и возможных технических решений по их стабилизации делают малопродуктивным всеобъемлющий подход к их систематизации. В связи с чем мы ограничили область рассмотрения потенциально оползнеопасных процессов, из всего многообразия выделив те из них, которые отнесены к береговым склонам водных объектов.
Ранее нами предложена классификация противооползневых мероприятий с учетом их типизации по характерным природно-антропогенным факторам [11-13]. На основании этой классификации был разработан алгоритм выбора рационального крепления склона в оползневых условиях строительства и проведена его апробация на примере подбора проектных решений по стабилизации грунтового массива в районе водовыпуска ТЭЦ крупного промышленного комплекса.
Проанализированные литературные публикации по теоретическому [14, 15] и практическому опыту борьбы с оползнями [16, 17] и нормативные документы позволили наиболее полно и подробно осветить такие важные аспекты исследования, как факторы влияния на оползневые процессы и методы управляющего воздействия.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
В исследовании применялся аналитический и расчетный методы. При апробации алгоритма применялись методы численного моделирования для расчета устойчивости в программе Plaxis 2Б [18-20].
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Разработан алгоритм выбора рационального крепления склона в оползневых условиях строительства, который представлен на рис. 1.
Концепция алгоритма заключается в системном решении ряда задач. С одной стороны, это позволит поэтапно приблизить параметры модели оползнео-пасного склона к реально существующим, а с другой стороны, даст возможность подобрать наиболее рациональные противооползневые мероприятия из всего применимого на практике их многообразия.
Реализация предложенного алгоритма основывается на сведениях о геологическом строении, гидрогеологических, топографических, гидрометеорологических условиях, физико-механических характеристиках грунтов, нагрузках и воздействиях и др.
Алгоритм включает в себя семь этапов выбора рационального варианта укрепления склона.
Этап 1. При решении практической задачи по стабилизации склонов выявить факторы, способ-
ствующие проявлению оползней именно в рассматриваемом проекте. Факторы можно разделить на следующие категории: рельеф местности, геологическое строение склонов, гидрологический режим рек береговых склонов, гидрогеологические условия, климатические особенности региона, тектонические движения и сейсмические явления, антропогенные факторы влияния.
Этап 2. Разработать модель рассматриваемого объекта: учесть его геометрические параметры, физико-механические характеристики грунтов, а также нагрузки, действующие на геотехнический массив.
Этап 3. Подобрать предполагаемый комплекс противооползневых мероприятий применительно к уточненным на предыдущем этапе природно-антропогенным воздействиям на грунтовый массив. Таких вариантов стабилизации склона может быть подобрано несколько с целью дальнейшего подбора наиболее эффективного.
Этап 4. Выполнить адаптацию принятых технических решений по стабилизации в модели оползневого склона (или несколько их вариантов).
Этап 5. Проанализировать эффективность противооползневых мероприятий, а именно оценить устойчивость склона при применении подобранных мероприятий инженерной защиты. Если склон характеризуется как «неустойчивый», необходимо подобрать другие технические решения или откорректировать характеристики ранее подобранных (далее, следуя по алгоритму от этапа 3). Если склон характеризуется как «устойчивый», то нужно перейти к следующему этапу алгоритма.
Этап 6. Представить экономическое обоснование комплекса противооползневых технических решений (или нескольких их вариантов). Из нескольких вариантов стабилизации оползневого склона выбирают наиболее рациональный по материальным ресурсам и возможности реализации, и кроме того, учитывающий необходимость последующего мониторинга за состоянием склона.
Этап 7. Приступить к реализации проекта.
Для апробации алгоритма был выбран объект на территории крупного промышленного комплекса. Цель работ — разработка проектных решений по стабилизации грунтового массива в районе водовыпуска теплоэлектростанции. Гидротехническое сооружение является объектом III класса (по СП 58.13330.2012).
Апробация проведена поэтапно, в соответствии с предложенным в алгоритме порядком.
Этап 1 алгоритма
На протяжении всего периода эксплуатации на указанном участке наблюдаются проявления оползневых явлений, ведущие к нарушениям объектов
По коэффициенту устойчивости склон/откос можно считать устойчивым?* / _Can the slope/slant be considered stable by its stability_ coefficient?*
Да / Yes
Нет /No
Этап 6. Технико-экономическое обоснование 1,2, 3,..., и проекта, удовлетворяющего условию устойчивости / Phase 6. Project value engineering 1, 2, 3,..., w satisfying stability condition
Выбранный 1-й вариант проекта целесообразен? / Is the 1st project variant expedient?
Нет /No
Да / Yes
Этап 7. Реализация проекта стабилизации оползневого склона / Phase 7. Realization of landslide-prone slope stabilization project
Рис. 1. Алгоритм выбора рационального берегоукрепления в оползнеопасных условиях строительства Fig. 1. The algorithm of rational bank strengthening selection under landslide-prone construction conditions
№ ®
г г
О О
N N
О о"
*- г
¡г <»
и 3
> (Л
с и
но *
И
<и ф
о ё —■ ^
о
СЭ О
о со ГМ
(Л (Л
.Е о
£ ° • с Ю сэ
8 « сэ ЕЕ
Ё5 °
О) ^
т-2: £ £
Ю °
И «я
5 I
О (О
ф ф
и >
инфраструктуры. Установлено, что природные условия исследуемого участка характеризуются как удовлетворительные. Большая часть геологического разреза сложена ледниковыми суглинками твердой консистенции. Данные грунты обладают высокими прочностными свойствами и могут служить надежным основанием для сооружений. Однако в толще грунтов есть слои супесей и песков, это может отрицательно повлиять на их несущую способность. Специфическими являются также техногенные отложения на территории строительства. К числу инженерно-геологических процессов, отрицательно влияющих на условия строительства и эксплуатации сооружений, следует отнести оползневые смещения.
Рассматривая гидрологический фактор влияния на оползневой массив, основными причинами, вызывающими смещение грунта, служат действия паводковых вод, размывающих русло и подмывающих берег. Наиболее опасный период для устойчивости склона — период спада воды в реке после весеннего паводка.
Также осложняющим фактором служит наличие в геологическом строении территории техногенных отложений. Данные отложения обладают низкими прочностными характеристиками, являются сильнодеформируемыми. Переформирование грунтовых масс большой мощности не могло не отразиться на ухудшении устойчивости склона, формировании оползневых смещений.
В период сезонного промерзания техногенные отложения и суглинок ледниковый проявляют специфические пучинистые свойства, что снижает устойчивость этих грунтов.
Уровень зеркала грунтовых вод не постоянный, тесно связан с сезонной инфильтрацией атмосферных осадков за пределами строительной территории и аварийными сбросами технических вод, что может отрицательно влиять на несущую способность грунтов основания сооружений.
Большое влияние на развитие оползневых явлений оказывают динамические нагрузки от движения тяжелого транспорта на участке дороги. И наоборот, процесс смещения грунтов спровоцировал разрушение участка дороги, поэтому необходимо выполнить реконструкцию дороги.
При рассмотрении действующих факторов влияния на оползневой массив в пределах проектирования, немаловажно учесть нагрузку от веса снегового покрова. Рассмотренные факторы влияния на безопасность эксплуатации водовыпуска, в совокупности с недостаточной удерживающей способностью противооползневых сооружений, в дальнейшем могут усилить интенсивность процесса смещения грунта. В связи с этим склон в пределах исследуе-
мой территории можно охарактеризовать как оползневой с необходимостью противооползневых и про-тивоэрозионных мероприятий по защите склона.
Этап 2 алгоритма
Материалы лабораторных исследований грунтов инженерно-геологических элементов использованы для создания модели оползневого откоса. Геометрические параметры, а также физические и прочностные характеристики горных пород склона были заданы в программе Plaxis 2D.
В модели оползневого откоса учитывались нагрузки:
• Нагрузка от тяжелой техники на участке дорожного покрытия
Величина кратковременной нагрузки от тяжелой техники принималась по нормативным указаниям на всю ширину дорожного полотна с учетом распределения на площадь его поверхности. С учетом коэффициента надежности величина расчетной нагрузки на дорожное полотно составила 54 кПа.
• Снеговая нагрузка
Нормативное значение снеговой нагрузки для пятого снегового района 3,2 кПа. С учетом коэффициента надежности величина расчетной снеговой нагрузки составила 4,5 кПа.
• Нагрузка от давления воды
Нагрузка от гидростатического давления грунтовых вод на сооружение учитывается непосредственно в процессе моделирования заданием уровней грунтовых вод.
Расчет устойчивости склона в программе Plaxis 2D проводится в плоской постановке. Программа Plaxis содержит специальные средства, позволяющие моделировать нелинейное поведение грунтов. В данном расчете не производится моделирование процессов повторного нагружения грунтов, поэтому в качестве расчетной модели использовалась наиболее простая упругопластическая модель грунта Кулона - Мора.
Модель содержит пять основных параметров: Е и V — параметры упругости грунта; с и ф — параметры прочности грунта; у — угол дилатансии. Модель Кулона - Мора представляет собой аппроксимацию первого порядка поведения грунта.
Оценка запаса прочности сооружения в программе Plaxis реализуется путем поэтапного понижения прочностных характеристик грунта. Этот процесс называется Phi/c-reduction и присутствует как отдельный тип расчета. При использовании алгоритма Phi/c-reduction (снижение ф и с) параметры прочности грунта tanф и с последовательно уменьшаются до тех пор, пока не произойдет разрушение, таким образом, коэффициент надежности Мsf представляет собой отношение имеющегося сопротивле-
ния грунта сдвигу к минимальному сопротивлению сдвигу, необходимому для обеспечения равновесия.
Для рассматриваемого сооружения (III класс) коэффициенты устойчивости должны быть не ниже нормативных: ks > ks,n = 1,150 — для основного сочетания нагрузок; ks > ks,n = 1,050 — для особого сочетания нагрузок.
По окончании расчета в программе Plaxis 2D определяются максимальные усилия в подпорных
сооружениях — изгибающего момента Мтах (кНм/м); продольной силы в сечении с максимальным моментом N (кН/м) и поперечной силы ^тах (кН/м).
Этап 3 алгоритма
Для предотвращения дальнейшего разрушения береговой линии необходимо выполнить укрепление берега со стороны реки.
Рис. 2. План-схема расположения трех расчетных разрезов и всех технических решений Fig. 2. Schematic arrangement plan of three design sections and all engineering solutions
< DO
<d е t с
Î.Ï
G Г сУ
О œ
n СО
z л
y -b J CD
^ I
n °
Л 3
о сл О n
П 2 л 0
л 6
r œ t ( S?
• ) ¡r
® 4
«> n ■ £
W У
с о <D X 1 1 oo
M 2
О О
л -А
(О (О
№ О
г г
О О
N N
О о"
*- г
¡г (V
U 3 > (Л
С И
m *
si
<U ф
О % —■
о
СЭ О
На данном этапе выбора рационального укрепления осуществлялся подбор метода управляющего воздействия на оползневой массив.
Для предотвращения разрушения грунтов поверхностными водами и развития склоновой эрозии овражного типа необходимо предусмотреть регулирование поверхностного стока. Для отвода поверхностных вод вдоль технологической дороги в границах проектирования предусматривается укладка железобетонных лотков. Дождевой сток отводится и сбрасывается в действующий колодец ливневой канализации.
Для предотвращения негативных последствий в результате обрушения грунтового массива и обеспечения устойчивости в створе водовыпуска техническими решениями предусматривается устройство комбинированного крепления из подпорных стен (рис. 2):
1. Удерживающей стенки из буронабивных свай — СТ1.
2. Подпорной стенки из габионных конструкций — СТ2.
3. Удерживающей стенки из металлического шпунта — СТ3.
4. Подпорной стенки из габионных конструкций в основании откоса — СТ4.
Для защиты берега от паводковых вод выполняется его укрепление:
5. Низовой откос от СТ3 до СТ2 укрепляется железобетонными плитами, что также защищает берег от разрушения во время ледохода.
6. По верховому откосу от СТ2 до СТ1 укладывается противоэрозионный геомат с посевом многолетних трав.
Этап 4 алгоритма
На четвертом этапе алгоритма выполнялась адаптация технических решений в модели оползневого склона (рис. 3-5).
Этап 5 алгоритма
Расчет устойчивости и прочности проводился для двух расчетных случаев по трем выбранным поперечным разрезам укрепления берега. 1) Основной расчетный случай. Произведено устройство подпорных стенок, выполнена отсыпка и планировка насыпи до проектных отметок. На участке дорожного полотна приложена кратковременная нагрузка от тяжелой техники величиной 54 кПа. К поверхности берегоу-крепления приложена снеговая нагрузка величиной 4,5 кПа. Уровень грунтовых вод для основного случая принимался по данным инженерно-геологических изысканий. Коэффициент сочетания нагрузок Ус = 1,0
о со гм
(Л (Л
.Е о
£ ° • с Ю О
8 « сэ ЕЕ
Ё5 °
а> ^
т-
Z £ £
Ю °
С W s1
il
О (П ф ф
со >
Рис. 3. Разрез 1-1. Расчетная схема проектируемого берегоукрепления в Plaxis 2D Fig. 3. Section 1-1. Design diagram of bank strengthening project in Plaxis 2D
Connectivity plot
Рис. 4. Разрез 2-2. Расчетная схема проектируемого берегоукрепления в Plaxis 2D Fig. 4. Section 2-2. Design diagram of bank strengthening project in Plaxis 2D
< DO
<d е t с
i G Г
сУУ
У
0 сл
n CO
1 s
У
J to
^ I
n °
S 3
о s
о
О n
о ss " 2 CO
0 J^
1
cn
CO о о
о. A
С о
• ) ¡Г
® 4
«> DO
■ T
s □
W у с о <D X 1 1 po
M 2
О О
л -A
Connectivity plot
Рис. 5. Разрез 3-3. Расчетная схема проектируемого берегоукрепления в Plaxis 2D Fig. 5. Section 3-3. Design diagram of bank strengthening project in Plaxis 2D
2) Особый расчетный случай.
В качестве особой нагрузки дополнительно приложено гидростатическое давление от временного подъема уровня грунтовых вод на период снеготаяния и продолжительных осадков. Перед
шпунтовой стенкой уровень подпора грунтовых вод принимался на отметке верха ограждения. Коэффициент сочетания нагрузок принимался как для особого расчетного случая у = 0,9.
№ О
г г
О О
N N
О о"
*- г
¡г (V
U 3 > (Л
С И
m *
si
CD ф
О % —■
о
СЭ О
104
96J 88J 80j 72J 64J 56J 48 :
16 24 32 40 48 56 64 72 80 88 96 104
Разрез 1-1. Основной расчетный случай. Коэффициент устойчивости Msf = 1,43
Section 1-1. Main design case. Stability factor Msf = 1.43
Инкрементные смещения |Д«| Максимальная величина = 5,175 • 106 м (Элемент 304 в Узле 9671) / Incremental displacements |Аи| Maximum value = 5.175 • 106 m (Element 304 at Node 9671)
16 24 32
40
48 56 64 72 80 88 96 104
104
96! 88^
8CL 12_ 64 56_ 48"
о
CO CM
CO CO
.E о
DL О
• с Ю СЭ
8 * сэ ЕЕ
fe ° О) ^
т-
2: £ £
со °
С W i
iE 3S
О tn ф ф
со >
104J 96J 88J 80J 72J 64J 56J 481
Разрез 1-1. Особый расчетный случай. Коэффициент устойчивости Msf = 1,11
Section 1-1. Special design case. Stability factor Msf = 1.11
—► * Инкрементные смещения \\u\
Максимальная величина = 260,4 • 10б м (Элемент 368 в Узле 1584) / Incremental displacements |Аи| Maximum value = 260.4 • 106 m (Element 368 at Node 1584)
-8 0
■ I.......I ■ ■
16 24 32 40 48 56 64 72 80 88 96 104 112
■ .........I...............I.......I....... I.......I.......I.......I.......I.......I...............I..
Разрез 2-2. Основной расчетный случай. Коэффициент устойчивости Msf = 1,42
Section 2-2. Main design case. Stability factor Msf = 1.42
Инкрементные смещения \\и\ Максимальная величина = 16,09 ■ 106 м (Элемент 59 в Узле 1601) / Incremental displacements |Аи| Maximum value = 16.09 • 10б m (Element 59 at Node 1601)
16 24 32 40 48 56 64 72 80
96 104 112
104 96 88 80 72 64 56 48
Разрез 2-2. Особый расчетный случай. Коэффициент устойчивости Msf = 1,11
Section 2-2. Special design case. Stability factor Msf = 1.11
Инкрементные смещения |Ди| Максимальная величина = 66,73 • 10б м (Элемент 350 в Узле 2749) / Incremental displacements |Ди Maximum value = 66.73 • 106 m (Element 350 at Node 2749)
96 100 104 108 112 116 120 124 128 132 136 140 144 148 152 156 160
Разрез 3-3. Основной расчетный случай. Коэффициент устойчивости Msf = 1,42 Section 3-3. Main design case. Stability factor Msf = 1.42
92 _ 8884 80 76 72 j 68; 64; 60-
Инкрементные смещения \Au\. Максимальная величина = 3,662 • 106 м (Элемент 2324 в Узле 2880) / Incremental displacements |Ди|. Maximum value = 3.662 • 106 m (Element 2324 at Node 2880)
96 100 104 108 112 116 120 124 128 132 136 140 144 148 152 156 160 164
Qfo ...........I.......I.......I.......I.......I.......I.......I.......I.......I.......I.......I.......I.......I.......I.......I.......I.......Im
92J 88] 84] 80] 7672] 68] 64] 60]
Инкрементные смещения |Дг<|. Максимальная величина = 465,2 • 106 м (Элемент 2324 в Узле 2878) / Incremental displacements |Ди|. Maximum value = 465.2 • 106 m (Element 2324 at Node 2878)
Рис. 6. Результаты расчета коэффициента устойчивости по разрезам 1-1, 2-2, 3-3 для главного и особого расчетного случая Plaxis 2D
Fig. 6. Results of calculation of stability coefficient for sections 1-1, 2-2, 3-3 for main and special design case in Plaxis 2D
Разрез 3-3. Особый расчетный случай. Коэффициент устойчивости Msf = 1,19 Section 3-3. Special design case. Stability factor Msf = 1.19
< DO
<d е
t с
i H
G Г сУ
0 сл
n CO
1 s
У -b
J to
El
^ I
n °
S> 3
о SS
OÜ О n
& N
П 2 S 0
s 6
r 6 t ( SO
• ) ¡r
® 4
«> DO
■ T
s □
(Л У
с о
<D *
1 1
О О
2 2
О О
л -А
Результаты расчета устойчивости берегоукрепительного сооружения для основного и особого расчетного случая (наихудшего сочетания нагрузок) представлены на рис. 6 и в табл. 1.
По результатам расчетов общей устойчивости укрепленные сооружения удовлетворяют нормативным требованиям. Условие устойчивости выполняется по трем расчетным разрезам в основном и особом расчетном случае — значение расчетного коэффициента запаса устойчивости во всех случаях выше нормативного.
Этап 6 алгоритма
На этапе технико-экономического обоснования было рассмотрено несколько вариантов стабилизации исследуемого оползневого массива, наибо-
лее оптимальным оказался комплекс мероприятий, представленный выше (на этапах 3-5).
Общая стоимость реализации проекта стабилизации оползневого склона в районе водоспуска с учетом необходимого демонтажа по сметному расчету составила около 4 млн евро.
Основные технико-экономические показатели данного проекта стабилизации склона приведены в табл. 2.
Этап 7 алгоритма
К настоящему времени (весна 2019 г.) проект принят в работу и в данный момент реализуется.
Подобранные по разработанному нами алгоритму мероприятия по стабилизации оползневого откоса можно считать эффективными, потому что
Табл. 1. Результаты расчета коэффициента запаса устойчивости сооружения Table 1. Analysis results for installation stability margin coefficient
Расчетный разрез/ Design section Расчетный случай / Design case Коэффициент запаса устойчивости / Stability margin coefficient Условие устойчивости сооружения / Installation stability condition
Расчетный / Design Нормативный / Normative
1-1 Основной / Main 1,43 1,15 Выполняется / Fulfilled
Особый / Special 1,11 1,05 Выполняется / Fulfilled
2-2 Основной / Main 1,421 1,15 Выполняется / Fulfilled
Особый / Special 1,10 1,05 Выполняется / Fulfilled
3-3 Основной / Main 1,42 1,15 Выполняется / Fulfilled
Особый / Special 1,19 1,05 Выполняется / Fulfilled
№ О
г г
О О
tv N
о еэ
*- г
К (V U 3
> (Л
с и 03 *
ÎÎ
ou ф
О %
---' "t^
о
о У со >
S Я =
z-i от 13 от Е
— -ь^
^ ел .Е § cl"
• с ю о
S *
о ЕЕ
fe ° СП ^ т-
£
от °
Е «Я Si
О (0 ф ф
со >
Табл. 2. Основные технико-экономические показатели Table 2. Main technical and economic indices
№ п/п / Item No. Наименование показателей / Index description Ед. изм. / Measurement unit Количество / Quantity
1 Спланированная площадь откосов экскаватором-планировщиком / Slope area levelled by excavator м2 27445,0
2 Устройство шпунтовой стенки металлическим шпунтом СТ3 / CT3 metal sheet piling wall п. м. 141,53
3 Устройство удерживающей подпорной стенки из свай СТ1 / CT1 holding breast wall п. м. 127,25
4 Устройство габионной подпорной стенки СТ2 / CT2 gabion breast wall п. м. 138,00
5 Устройство габионной подпорной стенки СТ4 / CT4 gabion breast wall п. м. 64,00
6 Благоустройство территории (крепление береговых откосов тип 1 — из плодородного грунта с посевом почвопокровных задерняющих многолетних трав) / Land improvement (bank slope strengthening Type 1 from rich soil with sowing soil-forming permanent grasses) м2 7290,63
7 Крепление откоса железобетонными плитами тип 3 / Slope strengthening Type 3 with reinforced concrete slabs м2 2116,88
8 Крепление береговых откосов противоэрозионными матами (матрацы Рено) тип 2 / Slope strengthening Type 2 with erosion-preventive mats м2 3576,0
9 Длина участка проектирования / Design site length м 206,0
10 Площадь участка проектирования / Design site area м2 15548,61
условие устойчивости сооружения выполняется даже при критическом сочетании нагрузок, и технико-экономическое обоснование проекта подтверждает его оптимальность с точки зрения материальных затрат и возможности реализации на площадке строительства.
Таким образом, алгоритм выбора рационального укрепления берега в условии оползня можно считать практически применимым.
ВЫВОДЫ
1. На основании разработанной нами классификации представлен алгоритм выбора рационального укрепления склона в оползневых условиях строительства. Концепция алгоритма позволяет: с одной
стороны — поэтапно приблизить параметры модели оползнеопасного склона к реально существующим, а с другой стороны — подобрать наиболее рациональные противооползневые мероприятия из всего применимого на практике их многообразия.
2. Апробация представленного алгоритма проводилась на примере подбора проектных решений по стабилизации грунтового массива в районе водо-выпуска ТЭЦ крупного промышленного комплекса.
3. Подобранные мероприятия по стабилизации откоса являются эффективными. На основании технико-экономического сопоставления нескольких вариантов стабилизации склона к реализации был принят наиболее оптимальный из них. Апробация разработанного алгоритма доказывает его практическую применимость.
ЛИТЕРАТУРА
1. Михайлов Л.А., Соломин В.П. Чрезвычайные ситуации природного, техногенного и социального характера и защита от них. М. : Питер, 2008. 234 с.
2. Ломтадзе В.Д. Инженерная геология. Инженерная геодинамика. Л. : Недра, 1977. 479 с.
3. Иванов И.П., Тржцинский Ю.Б. Инженерная геодинамика. СПб. : Наука, 2001. 414 с.
4. Саваренский Ф.П. Инженерная геология. М.; Л. : ГОНТИ, 1939. 488 с.
5. Попов И.В. Инженерная геология. М. : Гос-геолиздат, 1951. 444 с.
6. ЗолотаревГ.С. Геологические закономерности развития оползней и обвалов — основа теории их изучения и прогноза // Вестник Московского университета. 1974. № 4.
7. Фисенко Г.Л. Устойчивость бортов карьеров и отвалов. М. : Недра, 1965. 378 с.
8. Емельянова Е.П. Основные закономерности оползневых процессов. М. : Недра, 1972. 310 с.
9. Дранников А.М. Оползни. Типы, причины образования, меры борьбы. Киев : Изд-во отделения Укргипросельстроя, 1956. 102 с.
10. Маслов Н.Н. Механизация грунтов в практике строительства: Оползни и борьба с ними : уч. пос. для дор.-строит. специальностей вузов. М. : Стройиздат, 1977. 320 с.
11. Сольский С.В., Быковская С.А., Собка-лов Ф.П. Анализ способов стабилизации оползнеопасных участков с учетом их типизации // Гидроэнергетика. Гидротехника. Новые разработки и технологии : тр. XII науч.-техн. конф., Санкт-Петербург, 15-16 ноября. 2018. 210 с.
12. Сольский С.В., Быковская С.А. Анализ выбора способов стабилизации склонов и откосов в оползнеопасных условиях строительства // Известия ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева. 2018. Т. 290. С. 69-87.
13. Емельянова Е.П. Роль климатических факторов в оползневых процессах // Советская геология. 1958. № 9.
14. Сольский С.В., Ладенко С.Ю., Моргунов К.П. Инженерная мелиорация : уч. пос. СПб. : Лань, 2018. 248 с.
15. Шустер Р., Кризек Р. Оползни. Исследование и укрепление. М. : Мир, 1981. 368 с.
16. Каган А.А., Кривоногова Н.Ф., Сапе-гин Д.Д., Свительская Л.И., Созинова Т.А. Обеспечение устойчивости оползневого склона на участке перехода магистральных газопроводов через р. Каму // Известия ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева. 2001. Т. 239. С. 195-206.
17. Сольский С.В. Вторичное освоение техно-генно-нагруженных территорий. Проблемы и решения. СПб. : ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева, 2011. 324 с.
18. Терцаги К. Теория механики грунтов : пер. с нем. М. : Гостройиздат, 1961. 507 с.
19. Моженитинов А.Л., Шинтемиров М. Общий метод расчета устойчивости откосов земляных сооружений // Известия ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева. 1970. Т. 92. С. 11-22.
20. Бухарцев В.Н. Общий метод расчета устойчивости грунтовых откосов в рамках плоской задачи // Гидротехническое строительство. 1983. № 11. С. 28-32.
< п
ф е t с
i H
G Г сУ
0 œ
n СО
1 s
y -Ь
J со
^ I
n °
S 3
0 s
01
О n
& N
П 2 S 0
s 6
r œ c Я
h о
С о
• )
if
® 4
«> n
■ £
s У
с о
f f
-А. -А.
о о
M 2
О О
л -А
(О (О
Поступила в редакцию 3 июня 2019 г. Принята в доработанном виде 17 июля 2019 г. Одобрена для публикации 27 сентября 2019 г.
Об авторах: Станислав Викторович Сольский — доктор технических наук, главный научный сотрудник, инженер лаборатории «Фильтрационные исследования им. Н.Н. Павловского»; Всероссийский научно-исследовательский институт гидротехники имени Б.Е. Веденеева (ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева); 195220, г. Санкт-Петербург, ул. Гжатская, д. 21; РИНЦ SPIN-код: 5805-6652; [email protected];
Софья Александровна Быковская — инженер 2-й категории лаборатории «Фильтрационные исследования им. Н.Н. Павловского»; Всероссийский научно-исследовательский институт гидротехники имени Б.Е. Веденеева (ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева); 195220, г. Санкт-Петербург, ул. Гжатская, д. 21; РИНЦ ГО: 440918; [email protected].
REFERENCES
№ О
г г
О О
N N
О О
*- г
¡г (V
U 3
> (Л
с и
03 *
¡1
ф ф
о ё
---' "t^
о
о о
о со ГМ
(Л (Л
.Е О
£ ° а
ю о
8 * о ЕЕ
Ё5 °
а> ^
т-
2: £ £
ю °
a «я s i
О (0 ф ф
со >
1. Mikhailov L.A., Solomin V.P. Emergencies of natural, man-made and social nature and protection from them. Moscow, Peter Publ., 2008; 234. (rus.).
2. Lomtadze V.D. Engineering geology. Engineering geodynamics. Leningrad, Nedra Publ., 1977; 479. (rus.).
3. Ivanov I.P., Trzhtsinsky Yu.B. Engineering geodynamics. St. Petersburg, Science Publ., 2001; 416. (rus.).
4. Savarensky F.P. Engineering geology. Moscow, Leningrad, GONTI Publ., 1939; 488. (rus.).
5. Popov I.V. Engineering geology. Moscow, Gos-geolizdat Publ., 1951; 444. (rus.).
6. Zolotarev G.S. Geological patterns of landslide and landslide development are the basis of the theory of study and forecast. Bulletin of Moscow University. 1974; 4. (rus.).
7. Fisenko G.L. Stability of pit walls and dumps. Moscow, Nedra Publ., 1965; 378. (rus.).
8. Yemelyanova E.P. Basic laws of landslide processes. Moscow, Nedra Publ., 1972; 310. (rus.).
9. Drannikov A.M. Landslides. Types, causes of education, control measures. Kiev, Publishing House Ukrgiproselstroy, 1956; 102. (rus.).
10. Maslov N.N. Mechanics of soil in the practice of construction: Landslides and the fight against them: Proc. manual for road-building specialist. Universities. Moscow, Stroiizdat Publ., 1977; 320. (rus.).
11. Solsky S.V., Bykovskaya S.A., Sobkalov F.P. Analysis of ways to stabilize landslide-prone areas with regard to their typification. Hydropower. Hydrotechni-cal. New developments and technologies : Proceedings of the 12th Scientific and Technical Conference. St. Petersburg, November 15-16. 2018; 210. (rus.).
Received June 3, 2019.
Adopted in an amended form on July 17, 2019. Approved for publication September 27, 2019.
12. Solsky S.V., Bykovskaya S.A. Analysis of the choice of methods for stabilizing slopes and slopes in landslide-hazardous conditions of construction. News of VNIIG named after B.E. Vedeneeva. 2018; 290:6987. (rus.).
13. Yemelyanova E.P. The role of climatic factors in landslide processes. Soviet geology. 1958; 9. (rus.).
14. Solsky S.V., Ladenko S.Yu., Morgunov K.P. Engineering Melioration: Study Guide. St. Petersburg, Lan Publ., 2018; 248. (rus.).
15. Schuster R., Krizek R., Landslides. Research and strengthening. Moscow, Mir Publ., 1981; 368. (rus.).
16. Kagan A.A., Krivonogova N.F., Sapegin D.D., Svitelskaya L.I., Sozinova T.A. Sliding slope stability arrangement at a passage of trunk line across the Kama river. News of VNIIG named after B.E. Vedeneeva. 2001; 239:195-206. (rus.).
17. Solsky S.V. Secondary development of techno-genically loaded territories. Problems and solutions. St. Petersburg, VNIIG B.E. Vedeneeva Publ., 2011; 324. (rus.).
18. Terzaghi K. Theoretische Bodenmechanik. Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 1954; 506. DOI: 10.1007/978-3-642-53244-3 (ger.).
19. Mozhenitinov A.L., Shintemirov M. A general method for calculating the stability of slopes of earthworks. News of VNIIG named after B.E. Vedeneeva. 1970; 92:11-22. (rus.).
20. Bukhartsev V.N. General method of analysis of stability of earth slopes within the framework of a plane problem. Hydraulic Engineering Construction. 1983; 11:28-32 (rus.).
B I o N o t e s : Stanislav V. Solsky — Doctor of Technical Sciences, Chief Researcher, engineer of the laboratory the N.N. Pavlovsky Filtrational research; The B.E. Vedeneev All Russia Institute of Hydraulic Engineering (Vedeneev VNIIG); 21 Gzhatskaya st., St. Petersburg, 195220, Russian Federation; RISC ID: 5805-6652; [email protected];
Sofya A. Bykovskaya — category 2 engineer of the laboratory the N.N. Pavlovsky Filtrational research; The B.E. Vedeneev All Russia Institute of Hydraulic Engineering (Vedeneev VNIIG); 21 Gzhatskaya st., St. Petersburg, 195220, Russian Federation; ID RISC: 440918; [email protected].
< DO
<d е
t с
i H
G Г сУ
0 w
n CO
1 S
У J
us -
n °
S> 3
о s oÜ
О n
u
О s
" 2
CO
О ■
cn со о о
о. A
С о
• )
if
® 4
«> DO ■ T
(Л У
с о <D *
О О
10 10 о о
