CC BY
16РАСЧЕТ ОСАДОК ГРУНТОВЫХ ТОЛЩ ПРИ ГЛУБОКОМ ВОДОПОНИЖЕНИИ В ЛАГЕРНОМ САДУ ГОРОДА ТОМСКА
Н.А. Чернышова
При освоении урбанизированных территорий исключительно актуальное значение приобретает проблема оценки геоэкологических условий и прогноза осадок грунтовых толщ при водопонижении. Рассматриваемая проблема имеет исключительно важное значение для г. Томска в связи с внедрением комплекса противооползневых мероприятий на правом берегу р. Томи в районе Лагерного Сада. Среди мероприятий инженерной защиты рекомендуемых комплексным проектом предусмотрено строительство дренажной горизонтальной выработки (штольни) для осушения склона и снижения уровня риска развития оползневых процессов. Реализация данного мероприятия может иметь, наряду с положительным эффектом негативные последствия, связанные с развитием осадок при водопонижении.
В геологическом строении территории принимают участие отложения палеозойской, меловой, палеогеновой, неогеновой и четвертичной систем.
Решающую роль в обводнении грунтового массива в Лагерном Саду г. Томска играют подземные воды неоген-палеогеновых отложений (М2ко + Рз1д), которые залегают на глубине 19-33 м и оказывают большое влияние на развитие оползневых процессов. Для предотвращения такого развития реализуется проект осушения грунтового массива с помощью горизонтальной дренажной выработки (ДГВ), что приведет к улучшению физико-механических свойств грунтов и повышению устойчивости склона. Вместе с тем при глубоком водопонижении будут наблюдаться осадки грунтовых толщ, что может привести к деформации зданий и сооружений в пределах развития депрессионных воронок. Поэтому в настоящей работе на основании выполненных исследований дается прогнозная оценка осадок грунтовых толщ при водопонижении.
Решению данной проблемы посвящены работы Н.М. Герсеванова [1], В.А. Мироненко, В.М. Шестакова [2], З.Г. Тер-Мартиросяна [3, 4], Ю.И. Ярового [5] и многих других.
Общее решение дифференциальных уравнений одномерного уплотнения водона-сыщенных дисперсных грунтов при равномерном водопонижении на большой площади и с переменными граничными условиями, а
также методика расчета оседаний земной поверхности при образовании депрессионной воронки предложены профессором З.Г. Тер-Мартиросяном [3]. Осадка слоя грунта в предположении, что коэффициент фильтрации его велик, а скелет не обладает ползучестью и эпюра напряжений треугольная, определяется по формуле
8^ш-АН2т2, где 1 - время от начала водонасыщения;
т - коэффициент относительной сжимаемости;
АН - величина понижения; Yш - удельный вес воды.
Для прогнозирования напряженно-деформированного состояния грунта З.Г. Тер-Мартиросяном [3] использовано решение задачи о силе, приложенной внутри полупространства. Вначале определяются осадки в точке на поверхности земли, расположенной под центром водопонижающей скважины по формуле
®. £*€,.€,-Л, ,
Е
¿=1
где С, - расстояние от поверхности до де-прессионной кривой в [-ой точке воронки;
ДС( - мощность элементарного слоя внутри депрессионной воронки;
V - коэффициент Пуассона (коэффициент бокового расширения грунта);
л,=2.(1 -у^^+а-тг+в)+
+1/дД-1/^1+а2,
г г
а =_1 • в =— - вспомогательные ве-
1 С/ ' С
личины;
Г - расстояние от центра скважины до поверхности депрессионной кривой в слое; г0 - радиус скважины или колодца. Предполагая, что форма прогиба поверхности подобна кривой депрессии, описываемой уравнением
72 = ^ + (Н2 -¿2)[1п(г/г0)/1в(Я/г0)],
вычисляются осадки в любой точке по площади мульды депрессии
^ + (^ - ^2)1п(г / Го)/1в Я / Го ,
Н.А. ЧЕРНЫШОВА
где Р - радиус влияния скважины (радиус депрессии);
И0 и Н - пониженные уровни воды в скважине и на расстоянии г от нее;
г0 - радиус скважины или колодца; Эр - осадка поверхности на границе де-прессионной воронки Р.
Ю.И. Яровой [5] на основании сравнения аналитического и численного решений, с допущением «структурной прочности» грунтов, предлагает в формулу З.Г. Тер-Мартиросяна ввести поправочный коэффициент N
Кт = 1 + ^ .
т
Тогда формула З.Г. Тер-Мартиросяна принимает вид
К(1 + )-
где Р - радиус депрессионной воронки;
г - расстояние от точки до центра водо-понизительной скважины.
Для территории Лагерного Сада расчет осадок при условии полного осушения проводился по формуле
5 = в
"И •а
^Г^ I щ.
1=1
5 =-
Ет • К
-ЕАСг • сг • А,
т т 1 =1
где Ет, vm - приведенные значения (средневзвешенные) модуля деформации и коэффициента Пуассона грунта;
Ыт - коэффициент, принимаемый из таблицы в зависимости от мощности сжимаемой толщи (т).
Осадка в любой точке по площади де-прессионной воронки рассчитывается по формуле
где Э - полная осадка грунтовой толщи, м; в - безразмерный коэффициент, равный
0,8;
И - мощность слоя грунта, м; а2Ч - среднее значение дополнительного вертикального напряжения, вызванного снижением уровня подземных вод, МПа; Е1 - модуль деформации с учетом тк.
Расчеты по вышепредложенной формуле с использованием результатов изучения физико-механических свойств грунтов выполнены для территории Технопарка (скв. ГФ -3). По результатам расчётов суммарная осадка грунтовой толщи на участке Технопарка составит 61,61 мм. Осадки, вызванные понижением уровня подземных вод, будут зависеть от литологического состава осушаемых грунтов и от величины понижения.
Исходные данные и результаты расчетов приведены в таблице.
=д/502 -502 • 1п(г/г0)/1п(Я/г0),
Расчет осадки грунтовой толщи при глубоком водопонижении (Технопарк, скв. ГФ-3)
Таблица
№ игэ Тип грунта И, м Р0, г/см3 Рз, г/см3 рвзв, г/см3 Е*тк, МПа кПа кПа а2д.доп, кПа кПа Э, мм
Гравий 1,0 1,97 2,75 - 50,0 19,7 19,7 0 0 0
1 Суглинок п/тв 1,1 2,01 2,76 - 27,8 41,81 41,81 0 0 0
2 Суглинок т/пл 0,9 1,93 2,74 - 13,5 59,18 59,18 0 0 0
9 Песок м/вл 1,1 1,95 2,65 - 24,5 80,63 80,63 0 0 0
2 Суглинок м/пл 2,1 1,93 2,74 - 13,5 121,16 121,16 0 0 0
1 Суглинок п/тв 1,6 2,01 2,76 - 27,8 153,32 153,32 0 0 0
3 Суглинок т/пл 4,0 1,95 2,75 - 21,8 289,82 289,82 0 0 0
3 Суглинок т/пл 3,0 1,95 2,75 - 21,8 289,82 289,82 0 0 0
4 Суглинок п/тв 0,8 2,01 2,76 - 23,5 305,9 305,9 0 0 0
3 Суглинок т/пл 2,0 1,95 2,75 - 21,8 344,9 344,9 0 0 0
4 Суглинок п/тв 2,8 2,01 2,76 - 23,5 401,18 401,18 0 0 0
3 Суглинок т/пл 1,4 1,95 2,75 0,97 21,8 414,76 425,26 10,5 5,25 0,27
РАСЧЕТ ОСАДОК ГРУНТОВЫХ ТОЛЩ ПРИ ГЛУБОКОМ ВОДОПОНИЖЕНИИ В ЛАГЕРНОМ
САДУ ГОРОДА ТОМСКА
Прод.табл.
№ игэ Тип грунта И, м ро, 3 г/см Рэ, 3 г/см3 рвзв, г/см3 Е*тк, МПа (гя, кПа „ / (^, кПа ^я.до^ кПа (гя, кПа в, мм
5 Суглинок твердый 3,6 2,04 2,71 1,08 33,8 453,64 493,3 39,66 25,08 2,14
6 Песок гравели-стый, в/н 3,8 1,97 2,75 0,97 50,0 490,5 552,2 61,7 50,68 3,08
9 Песок пылева-тый, в/н 8,8 1,95 2,65 1,97 24,5 575,86 705,32 129,46 95,58 27,46
11 Глина т/пл 1,3 1,84 2,59 0,85 49,5 586,91 729,24 142,33 135,9 2,855
9 Песок м/вл 4,5 1,95 2,65 0,97 24,5 630,56 807,54 176,98 159,66 23,46
14 Супесь пластичная 1,1 2,04 2,68 0,95 68,8 641,01 829,15 188,14 182,56 2,34
Примечание. И - мощность слоя грунта; ро - плотность грунта; рэ - плотность частиц грунта; рвзв -плотность грунта с учетом взвешивающего действия воды; Е - модуль деформации; - напряжения
в подошве слоя до и после осушения; <^.д0п - дополнительные напряжения; - дополнительные напряжения в середине слоя.
ЛИТЕРАТУРА
Следует отметить, что расчет осадок при водопонижении проводился без учета суф-фозионного выноса частиц грунта из массива при осушении, поэтому реальные осадки земной поверхности могут существенно превышать расчетные.
Таким образом, при полном водопони-жении с помощью горизонтальной дренажной выработки будут наблюдаться значительные осадки, что необходимо учитывать при эксплуатации природно-технических систем.
1. Герсеванов Н.М. Собрание сочинений. Том 2. - М.: Стройвоенмориздат, 1948. - 375 с.
2. Мироненко В.А., Шестаков В.М. Основы гидрогеомеханики. - М.: Изд-во Недра, 1974.-296с.
3. Тер-Мартиросян З.Г. Прогноз механических процессов в массивах многофазных грунтов. - М.: Недра, 1986. - 292 с.
4. Тер-Мартиросян З.Г., Нурджанян С.М. Прогноз оседания поверхности земли вследствие понижения уровня грунтовых вод скважинами / Межвуз. сборник ЕрПИ, 1980, сер. 12, вып. 6. - С. 178-183.
5. Яровой Ю.И. Прогноз деформаций земной поверхности и защита городской застройки при строительстве метрополитенов на Урале. - Екатеринбург: Изд-во УрГАПС, 1999. - 258 с.
