CC BY
257
_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «СИМВОЛ НАУКИ» №4/2016 ISSN 2410-700Х_
ГЕОЛОГО-МИНЕРАЛОГИЧЕСКИЕ НАУКИ
УДК 699.842
Абрамова Тамара Тарасовна
канд. геол.-мин. наук, ст. н. сотр.
МГУ им. М.В. Ломоносова, г. Москва, РФ e-mail: attoma@mail.ru
ЗАЩИТА ГРУНТОВЫХ МАССИВОВ ОТ ДИНАМИЧЕСКИХ И СЕЙСМИЧЕСКИХ ВОЗДЕЙСТВИЙ
Аннотация
В статье рассматриваются возможности использования экранов, снижающих динамическое воздействие вибрационного поля, распространяющегося от различных источников на грунтовый массив. Анализ большого количества отечественного и зарубежного материала показал перспективность виброизоляции грунтов, основанной на явлении дифракции поверхностных волн при наличии преграды на пути их распространения. Конструктивно такая преграда представляет открытую или заполненную низкомодульным материалом траншею. Волногасящие свойства таких экранов зависят от формы, размеров, а также от природы и характеристики падающих на них волн. Отражение распространяющихся волн определяется разницей в сопротивлениях грунта и материала, из которого сделан изоляционный барьер.
Ключевые слова
Слабые грунты, динамическое воздействие, траншеи, изоляционный барьер.
ВВЕДЕНИЕ
Сегодня все большее значение для существующих и проектируемых сооружений приобретают проблемы, связанные с динамическими воздействиями на массивы грунтов. Этому способствует, прежде всего, резкое увеличение на них техногенных нагрузок. Строительство новых зданий и сооружений в условиях тесной застройки в крупных городах диктует один путь - одновременно вниз (активное использование подземного пространства) и вверх (увеличение этажности застройки). Интенсифицировались движение и скорость транспортных потоков, возрос объем и изменился характер строительных и горнопроходческих работ - забивка свай, проходка коммуникаций, взрывное воздействие и др. Вибрационное поле оказывает влияние на грунтовый массив и конструкции зданий и сооружений, в связи с чем актуальной и практически важной геотехнической задачей становится целенаправленное управление реакцией грунтов, прежде всего дисперсных, на динамические воздействия.
Дисперсные грунты под действием динамических нагрузок могут проявлять следующие типы реакции [12, с. 529-530]:
-увеличение сжимаемости по сравнению со статическим режимом нагружения (виброкомпрессия);
-накопление сдвиговых и объемных деформаций при длительных вибрационных нагрузках (виброползучесть);
-динамическое разжижение водонасыщенных грунтов.
Эти явления представляют серьезную опасность для различных зданий и сооружений из-за снижения несущей способности грунтового основания и возникновения сверхнормативных осадок. Например, значительную опасность эти процессы могут представлять для таких сооружений, как дорожные и железнодорожные насыпи, которые подвергаются длительным, а в ряде случаев и постоянным динамическим нагрузкам. Жигалин А.Д., Локшин Г.П. [13, с. 112] отмечали, что значения амплитуд виброскоростей, измеряемые на железнодорожных насыпях во время прохождения подвижных составов, могут находиться в пределах от 2 до 50 мм/с, что соответствует уровню 4-6-бального землетрясения.
_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «СИМВОЛ НАУКИ» №4/2016 ISSN 2410-700Х_
Меньшее влияние, в силу локальности распространения, оказывают строительные и промышленные машины, и совсем малое вибрационное воздействие, влияющее на технологические условия точных производств, оказывается большим количеством вентиляционных установок и кондиционеров.
При районировании территории строительства по степени ее устойчивости к вибрационным воздействиям должны учитываться два основных фактора: - уровень вибраций;
-динамические свойства слагающих ее грунтов [8, с. 77] .
Вибрация, как колебательный процесс, определяется амплитудой и спектральным составом колебаний. Уровень вибрации можно оценивать по величине амплитуды любого кинематического параметра. Наиболее удобно в качестве исходного параметра использовать скорости колебаний или, точнее, скорости смещений частиц среды при вибрации. В этом случае путем однократного численного интегрирования и дифференцирования легко перейти к смещениям и ускорениям [10, с. 151].
При колебаниях в грунтовой среде возможно появление продольных, поперечных и поверхностных волн напряжений. В однородной упругой среде продольные и поперечные волны распространяются независимо друг от друга. Причем могут возникать сразу оба типа волн или какой-либо один. Скорость распространения продольных волн сжатия (Vp) для разных грунтов колеблется от 300 м/с (песок мелкий) -800 м/с (лесс естественной влажности) до 1500 м/с (глина). Скорость распространения поперечных волн сдвига (Vs) для этих же грунтов составляет порядка 110, 260 и 150 м/с соответственно [17, с. 428-429].
Основная часть энергии динамического воздействия от наземного транспорта, взрывов, работы строительных механизмов и промышленных установок переносится поверхностными волнами (волны Рэлея), распространяющимися в грунтовой толще на глубине порядка 10-15 м от поверхности, где расположена основная часть заглубленных фундаментов различных сооружений и городских коммуникаций, быстро затухающими с глубиной.
При действии пульсирующей или ударной нагрузки скорости распространения поверхностных волн составляют примерно Vp=(0,92^0,95)Vs. Для фундаментов машин периодического действия с установившимся движением периоды колебаний грунта, вызываемые поверхностными волнами, равны периодам возмущающих сил, которые возникают при работе установок.
Для определения амплитуд колебаний грунта на некотором расстоянии от источника колебаний можно пользоваться формулой:
Ar = Aofi е-«™ (1),
где Ar - амплитуда колебаний грунта на расстоянии г от центра источника;
Ao - амплитуда колебаний грунта в окружности радиуса ro (равного наибольшему размеру подошвы фундамента), которую можно в практических расчетах приравнивать амплитуде колебаний фундамента;
а' - коэффициент затухания, величина которого ориентировочно может быть принята по таблице 1 [17, с. 428-429].
Таблица 1
Коэффициенты затухания для дисперсных грунтов [17, с. 428-429]
Вид грунта а', м-1
Водонасыщенные мелкозернистые и пылеватые пески, супеси и суглинки мягкопластичные и текучепластичные 0,03-0,04
Пески средние и крупнозернистые, суглинки и глины тугопластичные и полутвердые 0,04-0,06
Супеси, суглинки и глины твердые 0,06-0,10
Формула (1) достаточно точно определяет вертикальную составляющую амплитуды колебаний грунта, когда фундамент совершает вертикальные колебания, и радиальную составляющую, когда фундамент колеблется в горизонтальном направлении.
В механизме динамического воздействия подземных источников вибраций (метрополитен, забивка свай и т.п.) заметную роль играют объемные и сдвиговые волны.
_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «СИМВОЛ НАУКИ» №4/2016 ISSN 2410-700Х_
По частотному составу источники подразделяются на излучающие гармонические вибрации (имеющие одну или несколько преобладающих частот колебаний) и вибрации с непрерывным спектром.
В отличие от природных, техногенные вибрации, как правило, имеют более низкую амплитуду, поэтому их энергия определяется длительностью (повторяемостью) вибрационного процесса.
По длительности воздействия источники техногенных вибраций делятся на кратковременные и долговременные. По пространственному расположению они могут быть рассредоточенными и групповыми. В большинстве случаев вибрационное поле имеет довольно сложную структуру, образованную интерференцией проходящих, отраженных, обменных и других типов волн [15, с. 34].
Уровень вибрации характеризуют либо в абсолютных единицах - мкм/с, либо в относительных единицах - дБ, когда в качестве пороговой величины принимается виброскорость 5 10-8 м/с.
Задача определения уровня вибрационных нагрузок в настоящее время обычно решается путем регистрации скоростей виброколебаний с помощью мобильного комплекса сейсмической аппаратуры.
ДИНАМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ГРУНТОВ
Под динамическими свойствами грунтов принято понимать группу физико-механических свойств, определяющих их реакцию на действие динамических нагрузок. При этом динамические свойства грунтов характеризуют их как среду распространения колебаний (обладающую упругими, демпфирующими и фильтрующими свойствами) и определяют их динамическую неустойчивость, проявляющуюся как увеличение деформируемости и снижение прочности при динамическом нагружении по сравнению со статическим. Е.А. Вознесенский отмечает, что природа и механизм этой неустойчивости отличны для разных грунтов. Основные задачи экспериментальной оценки динамических свойств грунтов этот автор разделяет на два блока [6, с. 20-21].
1.Основные задачи экспериментальной оценки динамической неустойчивости грунтов заключаются в:
-определении возможности разрушения и накопления критических для данного сооружения деформаций грунтов основания при известных параметрах динамического воздействия;
-определении возможности динамического (обычно сейсмического) разжижения грунтов и оценке его последствий;
-оценке дополнительных деформаций грунтов и земляных сооружений в условиях динамических нагрузок.
2.Основные задачи определения упругих и диссипативных характеристик грунтов основания заключаются в:
-определении динамических модулей (Юнга и сдвига) и коэффициента Пуассона;
-определении коэффициента поглощения грунтов;
-исследовании изменений жесткости и поглощения в диапазоне малых сдвиговых деформаций 10-6 -10-4 д.е.
Энергия динамических воздействий переносится от их источников волнами напряжений различного типа [11, с. 22-23]. Передача энергии волны от точки к точке происходит за счет упругих свойств среды, характеризуемых динамическими модулями, но по мере распространения волны часть ее энергии теряется, что приводит к снижению интенсивности динамической нагрузки с удалением от ее источника и называется затуханием (демпфированием). Причины его существования различны и связаны главным образом с неидеальной упругостью, дискретностью и неоднородностью строения любого массива грунтов, представляющего собой многокомпонентную систему и не являющегося однородной упругой средой.
В соответствии с различными механизмами потерь энергии волны различаются следующие виды затухания:
-расхождение (или геометрическое затухание), обусловленное уменьшением удельной энергии на единицу площади фронта волны в связи с ее увеличением по мере удаления от источника;
-рассеяние на неоднородностях среды, имеющих другую сжимаемость или плотность по сравнению с остальной средой;
_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «СИМВОЛ НАУКИ» №4/2016 ISSN 2410-700Х_
-поглощение (или гистерезисное затухание), обусловленное затратами энергии на пластические и нелинейно-упругие деформации.
В реальном массиве грунтов все три вида затухания проявляются одновременно, но в зависимости от состава и свойств самого грунта, а также вида и частоты бегущей волны соотношение между ними может существенно варьировать. Различна их роль и на разном удалении от источника. Однако лишь поглощение является собственно динамическим свойством грунта как материала среды, в которой распространяются волны напряжений. Остальные компоненты затухания определяются строением грунтовых толщ и удаленностью источника колебания.
С позиций энергетики процесса динамического нагружения грунта мерой его динамической устойчивости является суммарная величина энергии, рассеянная (т.е. необратимо потерянная) единицей объема грунта во всех циклах воздействия к моменту заданного уровня деформирования или моменту разрушения. И чем выше эта величина, тем более динамически устойчив грунт [14, с. 43]. Эта суммарная энергия на единицу объема грунта (удельная рассеянная энергия), следовательно, зависит от диссипативных свойств грунта и может быть рассчитана по площади петель гистерезиса на кривой зависимости между напряжением и деформацией в эксперименте.
При расчете колебаний сооружений на деформируемых грунтовых основаниях в рамках моделей вязкоупругой среды основными характеристиками жесткости и затухания грунта выступают модуль Юнга, динамический модуль сдвига (G, МПа) и коэффициент поглощения (D,%), имеющий физический смысл доли критического затухания. Эти показатели существенным образом зависят от уровня сдвиговых деформаций, возникающих при распространении волны [7, с. 40].
Из вышесказанного следует, что упругие волны, распространяясь в грунте, могут вызвать недопустимые вибрации расположенных вблизи объектов, чувствительных к сотрясениям, в частности исторической застройки городов. Для предупреждения последствий такого воздействия при проектировании сооружений необходимо предусматривать специальные меры защиты. Одним из возможных направлений такой защиты может быть искусственное изменение жесткости грунтов и характеристик затухания в них волн напряжений.
Одно из перспективных направлений виброизоляции основывается на явлении дифракции поверхностных волн (R - волн Рэлея) при наличии преграды на пути их распространения. Конструктивно такая преграда представляет: 1) открытую траншею (щель, трещину в горной породе); 2) траншею, заполненную энергопоглощающими материалами; 3) монолит - бетонную «стену в грунте».
ВИБРОИЗОЛЯЦИЯ ГРУНТОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ОТКРЫТЫХ ТРАНШЕЙ.
Колебания зданий можно уменьшить путем создания барьеров в виде открытых траншей, щелей, трещин в грунте и других пустот между сооружением, подвергающимся вибрации, и ее источником. Применение этих экранов широко освещено в иностранной литературе Д. Барканом, Т. Вудсом, Х. Доллингом, К. Массаршем, В. Хотом и др. В своих опытах они изменяли длину, глубину, ширину траншей и расстояния от источника вибрации. Изоляционный эффект возрастал при увеличении глубины и длины траншеи. С увеличением частоты колебаний повышалась эффективность экранирования (уменьшалась длина волны). Самый низкий уровень вибрации наблюдался непосредственно за экраном и увеличивался по мере удаления от него. В результате исследований определено, что отношение глубины траншеи к длине волны (H/Lr) является важнейшим параметром. Изоляционный эффект достигает максимума непосредственно за траншеей, вдоль центральной линии. В этом месте он составляет 75% (амплитудный коэффициент - 0,25). Значение амплитуд колебаний перед экраном выше в связи с тем, что он отражает энергию волн.
Идея о возможности ослабления сейсмовзрывного эффекта при разрушении горной породы, подземного ядерного взрыва и др. с помощью экранирования была предложена в России А.С. Волохом. В результате исследований определено, что форма экрана должна быть близка к форме экранируемых взрывных волн. В этом случае разрушение через экран не проникает. Энергия проходящей волны монотонно уменьшается с увеличением ширины экрана. Результаты, полученные А.С. Волохом [9, с. 175], свидетельствуют о том, что, меняя отношение ширины экрана 5, к длине волны у от 0,05 до 0,8 и отношение
_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «СИМВОЛ НАУКИ» №4/2016 ISSN 2410-700Х_
глубины зарядов к глубине экрана можно управлять амплитудой суммарного смещения горной породы, потоками массовых скоростей, уменьшив их на 80-90%. Это объясняется отражением и дифракцией падающих, отраженных и дифрагированных волн и их интерференцией.
Сведения о доле энергии в проходящих и отраженных от экранов волнах для наиболее характерного случая приведены ниже:
Отношение ширины экрана к длине волны 5э/у 0,05 0,1 0,3 0,5 0,7 0,8.
Отношение энергий:
преломленной к падающей Епр/Епад 0,65 0,5 0,7 0,55 0,35 0,33; отраженной к падающей Еотр/Епад 1,25 1,3 1,4 1,5 1,6 1,71.
Из приведенных данных видно, что при увеличении ширины экрана доля преломленной энергии уменьшается, а отраженной - возрастает. Для практических целей наиболее рациональными являются отношения 5э/у=0,7^0,8, так как дальнейшее увеличение ширины экрана не приводит к заметному снижению сейсмической энергии.
Определением ослабления интенсивности взрывного движения при переходе через экран, установлением дифракционной картины волнового поля на краю экрана занимались В.В. Адушкин, Д.М. Бронников, А.А. Спивак, В.М. Цветков. В результате исследований ими было определено, что экранирование взрывного источника существенно видоизменяет взрывной сигнал. Кроме непосредственного ослабления амплитуды волны сжатия, щель является эффективным фильтром высоких частот.
Д. Вейнер, А.И. Цейтлин [5, с. 322] также считают, что такие экраны - открытые траншеи - могут применяться лишь при достаточно высоких частотах возмущения, когда распространяющиеся в грунте упругие волны имеют относительно небольшую длину. Наиболее ярким примером может служить опыт экранирования волн, возбуждаемых движением поездов метрополитена неглубокого заложения, имеющих достаточно высокий спектр (30-50 Гц).
Для повышения эффективности гашения колебаний исследователи усложнили форму экранов. Например, защищаемый объект окружали по контуру траншеями либо с наклонными стенками, либо в виде сплошной или прерывистой кольцевой щели и т.п. За счет криволинейного очертания препятствия перед таким экраном образуется усиленная зона рассеивания колебаний. Прошедшие через экран колебания будут фокусироваться при соответствующе подобранном радиусе кривизны стенки траншеи в некоторой точке, отстоящей от экрана.
Открытые траншеи для виброизоляции очень эффективны и дешевы. Именно поэтому их эксплуатация более оправдана при использовании в больших масштабах.
ВИБРОИЗОЛЯЦИЯ ГРУНТОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЗАПОЛНЕННЫХ ТРАНШЕЙ.
Эффект экранирования с помощью траншей усиливается, если пространство между её стенками заполнено энергопоглощающими материалами (грунты и их композиты) и упругими элементами (полимеры, вспененный полистирол, отходы пластмассовых и резиновых производств или их смеси с песком и др.). В настоящее время используют и антисептированные древесные опилки.
Торонтовской комиссией городского транспорта была построена траншея, имевшая в плане форму U. Длина участка траншеи, параллельного пути, составила 24 м, а каждого из боковых ответвлений, перпендикулярных пути, — 10 м. Глубина траншеи равнялась 4,3 м. Траншея была заполнена слоями материала «Styrofoam» толщиной 0,1 м. Участок траншеи, параллельный пути, располагался на расстоянии 8 м от оси пути. Уменьшение уровня виброускорений поверхности грунта на расстоянии 9,8 м составило 5 дБ при снижении уровней в некоторых местах до 10 дБ [20, с. 120].
Метод газонаполненных подушек успешно используется в течение 20 лет за рубежом [18, с. 182-183]. Цель создания таких барьеров — резкое уменьшение изменения сопротивления в грунте. В глубокие траншеи помещают вертикальные панели в виде упругих подушек, наполненных газом. В них создается давление, уравновешивающее внешнее давление грунта. Релеевские и сдвиговые волны распространяются в подушках с очень низкой скоростью. При этом плотность газа незначительна по сравнению с плотностью грунта. Перед размещением в траншеях подушки накачивают газом, чтобы сбалансировать внутреннее давление и давление
_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «СИМВОЛ НАУКИ» №4/2016 ISSN 2410-700Х_
грунта. Это позволяет создать долговременные глубокие траншеи с газовыми подушками даже в очень мягких грунтах. Газовая непроницаемость подушек - важнейший аспект создания изоляционных барьеров. Подушки изготавливают из тонкой упругой пленки пластичного слоистого алюминия. В последнее время (третье поколение данного метода) процесс установки таких экранов изменился. Основными составными частями экранов являются: 1) бентонитовый раствор, защищающий газовые подушки от химических и механических воздействий; 2) два слоя газовых подушек (поддерживают баланс внутреннего давления газа и внешнего давления грунта), которые состоят из пятислойного пластика (алюминиево-пластиковой фольги); 3) бетонные панели.
В отечественной практике снизить вертикальные и горизонтальные перемещения фундаментов до предельно допустимых значений также позволяют экраны с использованием принудительного нагнетания воздуха или газа. При возникновении колебаний основания сооружения волны от источника гасятся экраном за счет упругого сжатия воздуха, находящегося в пустотелых замкнутых упругих элементах щели. Устройство воздушных и воздушно-пузырьковых завес впервые в мире предложено для изоляции колеблющихся при землетрясении плотин, водохранилищ (Криворожская, Миатлинская ГЭС) [4, с. 45]. В его основе лежит свойство аэрированной воды уменьшать значение своего модуля объемной деформации в 10 раз на каждый процент количества воздуха, содержащегося в воде.
Для повышения сейсмической устойчивости оснований сооружений, снижения стоимости и трудоемкости работ В.И. Лебедевым, Т.Т. Абрамовой и др. [2, с.5] было предложено перед введением газообразного агента (или газовыделяющих веществ) производить его соединение с пенообразующей добавкой, создающей устойчивую пленку. Для большей надежности экрана лучше осуществлять газоизоляцию геотехническими тканями.
Оригинальная вакуумная стена в траншее вокруг эпицентра возможных землетрясений для гашения упругих колебаний и звуковых волн была предложена Криворотовым А.С. [19]. Такая траншея отличается тем, что она состоит из полых полиэтиленовых блоков, внутри которых создан вакуум. Перед вакуумированием блока внутри устраивается распорка в виде «ежа», которая предохраняет его плоскости от прогибания внутрь. Такой экран может быть размещен вокруг населенного пункта в виде скобы или локально для отдельных зданий, непосредственно у наружной стороны фундамента здания.
С целью повышения эффективности защиты территории от сейсмического воздействия в грунте по контуру защищаемого объекта вместе с горизонтальными используют вертикальные полости-щели, заполненные материалом, поглощающим колебания, объединенные между собой в единую систему [1].
Лаптева Н.Н. и Чернышев Ю.Г. [3] считают, что часть поверхностных волн сейсмического толчка, встречая на пути распространения преграду, поглощается материалом заполнения экрана, часть отражается преимущественно в направлении фокуса линзы экрана, создавая перед экраном зону рассеивания. Прошедшая через экран часть энергии колебаний рассеивается криволинейной поверхностью (выпуклая кривая второго порядка, окружность) траншеи и, сталкиваясь с огибающими экран колебаниями, частично рассеивает их, увеличивая размеры так называемой геометрической тени, зоны с малой интенсивностью колебаний, образующейся за экраном. Следовательно, перед экраном образуется усиленная зона рассеивания колебаний за счет криволинейного очертания препятствия, а прошедшие через экран колебания будут фокусироваться при соответствующе подобранном радиусе кривизны стенки траншеи в некоторой точке, отстоящей от объекта.
СТЕНА В ГРУНТЕ
Траншея, заполненная таким материалом, как бетон, обладающим большей акустической жесткостью, чем грунт, существенно снижает динамическое и вибрационное воздействия и поэтому наиболее широко используется в различных областях строительства: 1) промышленно-гражданском (для устройства подземных этажей и фундаментов многоэтажных зданий и сооружений, тоннелей и др.); 2) транспортном и коммунальном (для сооружения опор мостов, путепроводов, эстакад, станций и тоннелей метрополитенов мелкого заложения; реконструкции существующих объектов, архитектурных и исторических памятников и др.); 3) гидротехническом (при строительстве водозаборов и насосных станций, оснований плотин и др.).
_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «СИМВОЛ НАУКИ» №4/2016 ISSN 2410-700Х_
Траншейный способ «стена в грунте» достаточно широко освещен в современной литературе, в связи с тем, что он наиболее перспективен в условиях плотной городской застройки. Однако С.А. Костарев [16, с. 81], изучая использование таких экранов для снижения вибраций, генерируемых линиями метрополитена, пришел к выводу, что необходим тонкий анализ дифракционной картины, так как в противном случае вместо уменьшения уровня можно получить обратный результат - его увеличение (экран в этом случае играет роль собирающей линзы). Такой анализ позволяет оптимизировать местоположение экрана и его характеристики.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Для оценки изоляционного эффекта барьеров обычно стандартные показатели сравнивают со значениями вибрации, измеренной через определенный промежуток времени. В большинстве случаев данных об измерениях уровня вибрации до использования изоляционных барьеров нет, поэтому используют примерные значения. Этот подход субъективен и не учитывает такого важного фактора виброизоляции, как частота колебаний (длина волны). Более целесообразным представляется анализ вибрационных записей в области частоты.
Определив коэффициент уменьшения амплитуды для разных частотных интервалов, представляют его как функцию нормализованной глубины барьера. Частотный спектр нередко имеет неправильные очертания, поэтому в значении изоляционного эффекта могут отражаться главным образом те изменения спектра, которые происходят на его границе. Однако эти изменения представляют собой только числовое выражение.
При разработке изоляционных барьеров на первое место выходит определение «проблемных» частот. Отметим, что в большинстве случаев резонанс влияет на элементы построек или полы зданий вследствие увеличения колебаний. Следовательно, первостепенной задачей является определение критических частот колебаний. Затем необходимо определить спектральный состав колебаний, которые распространяются в грунте и воздействуют на фундамент. Это можно сделать, измерив вибрацию на участке между виброисточником и сооружениями, подвергающимися ее воздействию. Оптимальными методами определения скорости распространения волн, вызывающих вибрацию (как правило, это релеевские или поверхностные волны) являются измерения на поле сейсмических воздействий. После получения данных о частоте колебаний и скорости распространения волн установление критической длины волны не составит труда.
При анализе виброизоляционной эффективности барьеров различных видов большое внимание уделяется соотношению сопротивлений барьера и грунта. Сопротивление Z определяется по формуле [18, с. 180]:
Z = cp ,
где c - скорость распространения волн; p - плотность материала.
Отражение распространяющихся волн зависит от разницы в сопротивлениях грунта и материала, из которого сделан изоляционный барьер. Предположим, что материал состоит из идеально ровных слоев с постоянным сопротивлением. На поверхности каждого слоя волны будут отражаться или преломляться при изменении сопротивления. Распространяющаяся энергия колебаний может быть представлена как коэффициент прохождения энергии Еп [18, с. 181]:
4ZZ
E =■
^12
(2 + 2 2)2
где 21 и 22 - сопротивления грунта и барьера соответственно.
Таким образом, можно отметить, что волногасящие свойства вышеописанных экранов зависят от форм и размеров, а также от природы и характеристики падающих на него волн. Важнейшим фактором виброизоляции траншей является их глубина, которая приблизительно соответствует длине релеевской волны, а внутреннее пространство между стенками траншей должно быть пустым или заполненным низкомодульным материалом. Основание траншеи не должно иметь жесткого передаточного звена, так называемого «акустического мостика».
_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «СИМВОЛ НАУКИ» №4/2016 ISSN 2410-700Х_
В связи с тем, что глубина траншеи является функцией частоты вибраций, такие экраны могут применяться лишь при достаточно высоких частотах возмущения, когда распространяющиеся в грунте упругие волны имеют относительно небольшую длину. Поэтому наиболее эффективно экранирование волн, возбуждаемых, например, движением поездов метрополитена неглубокого заложения, имеющих достаточно высокочастотный спектр (30-50 Гц). Что же касается вибраций, вызванных работой виброактивного оборудования, то в этом случае такие экраны малоэффективны, ибо наибольший интерес здесь представляют низкочастотные вибрации, распространяющиеся со слабым затуханием на большие расстояния.
Форма экрана приобретает особую значимость, если проходящий транспорт вызывает сильные колебания грунта.
Перед траншеей часть энергии волны отражается, что может привести к увеличению уровня вибрации. Список использованной литературы:
1. Авторское свидетельство №1222764, СССР, Е 02D 27/34, Способ защиты территории от сейсмических воздействий / Матвеенко Л.Н., Сотник В.И.; заявитель и патентообладатель Азербайджанский государственный н-и и проектный институт нефтяной промышленности. № 3773245/29-33; заявл. 17.07.84; опубл. 17.04.86. Бюл. № 13, - 10 с.
2. Авторское свидетельство №1345692 СССР, Е02 D 3/12, Способ укрепления грунтового основания. /Лебедев В.И., Абрамова Т.Т., Воронкевич С.Д., Дудлер И.В., Иванов П.Л., Потапов А.Д., Шевцов К.П.; заявитель и патентообладатель Всесоюзный государственный проектно-изыскательский и научно-исследовательский институт «Энергосетьпроект», Московский инженерно-строительный институт им. В.В. Куйбышева и Ленинградский политехнический институт им. М.И.Калинина. - №3626636/29-33; заявл. 15.05.19821983; опубл. 25.07.1983. Бюл. №36, - 5 с.
3. Авторское свидетельство №727764, СССР E02D 27/34, Экран для защиты фундаментов зданий, сооружений от воздействия колебания грунта /Лаптева Н.Н., Чернышев Ю.Г.; заявитель и патентообладатель Новосибирский филиал Всесоюзного НИИ транспортного строительства. № 2657909/29-33; заявл. 29.08.78; опубл. 15.04.80. Бюл. № 14, - 7 с.
4. Безопасность энергетических сооружений // Научно-технический и производственный сборник. АО НИИЭС. - М., - 2001. - Вып. 8. - 72 с.
5. Вейнер, Д. Цейтлин А.И. Вибрационные повреждения в промышленности и строительстве / Д. Вейнер, А.И. Цейтлин - Москва - Стокгольм, 1994. - 336 с.
6. Вознесенский, Е.А. Динамические испытания грунтов. Состояние вопроса и стандартизация / Е.А. Вознесенский // Инженерные изыскания. - 2013. - № 5. - С.20-26
7. Вознесенский, Е.А. Природа и закономерности поглощения волн напряжений в грунтах / Е.А. Вознесенский, Е.С. Кушнарева, В.В. Фуникова // Вестник Московского университета. - Сер.4, Геология. -№4. - 2011. - С.39-47.
8. Вознесенский, Е.А. Энергетический подход к динамике грунтов / Е.А. Вознесенский // Вестник Московского университета. Сер 4, Геология. - 2001. - №2. - С. 76-78.
9. Волох, А.С. Основы управления действием взрыва с помощью экранирования / А.С. Волох - М.: Наука, 1989. - 218 с.
10. Гончаров, А.И., Техногенные вибронагрузки на соборы и колокольни / А.И. Гончаров, В.И. Куликов, Е.Ю. Кутюкина // Природные условия строительства и сохранения храмов православной Руси: труды 1 Международного научно-практического симпозиума. - Сергиев Посад, 2002. - С. 150-156.
11. Горбунова, А.С. Влияние типа структуры глинистых грунтов на изменения их динамических свойств в диапазоне малых деформаций / А.С. Горбунова, Е.А. Вознесенский // Инженерная геология. - 2013. - №5. -С.22-33.
12. Грунтоведение / В.Т. Трофимов, В.А. Королев, Е.А. Вознесенский и др.; под ред. В.Т. Трофимова. - М.: Изд-во МГУ, Наука, 2005. - С. 459-571.
13. Жигалин, А.Д., Формирование вибрационного поля в геологической среде / А.Д. Жигалин, Г.П. Локшин // Инженерная геология. - 1991. - №6. - С.110-119.
_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «СИМВОЛ НАУКИ» №4/2016 ISSN 2410-700Х_
14. Использование данных сейсмоакустических исследований для оценки динамической неустойчивости грунтов в массиве / Е.А. Вознесенский, М.Л. Владов, Е.С. Кушнарева, В.Г. Коваленко // Разведка и охрана недр. - 2005. - №12. - С.41-46.
15. Капустин, В.В. К вопросу об экспериментальной оценке воздействия вибрационных нагрузок на грунтовые массивы / В.В. Капустин // Геотехника. - 2012. - №2. - С. 30-40.
16. Костарев, С.А. Анализ вибраций, генерируемых линиями метрополитена, и разработка комплекса мероприятий по их снижению: дисс. ... док. техн. наук. - М., 2004. - 270 с.
17. Костерин, Э.В. Основания и фундаменты / Э.В. Костерин - М.: Высшая школа, 1966. - С.428-429.
18. Массарш, К.Р. Виброизоляция с использованием газонаполненных подушек / К.Р. Массарш // Развитие городов и геотехническое строительство. - 2006. - №10. - С. 176-191.
19. Патент №2112835 Российская Федерация, E02 D 31/08, Устройство для гашения упругих волн при землетрясении./ Криворотов А.С.; заявитель и патентообладатель Криворотов А.С. - № 96111767/03; заявл. 11.06.96; опубл. 10.06.98.
20. Richard, F.E. Vibration of Soils and Foundations/ F.E. Richard, I.R. Hall and R.D. Woods. - NY: Prentice -Hall, Inc. Englewood Cliffs, 1970. - 412 pp.
© Абрамова Т.Т. , 2016
УДК 550.822
Матросов Виталий Юрьевич
Магистр 1 г.о.
Уфимского государственного нефтяного технического университета
г. Уфа, РФ Е-шай: vtrosov@gmail.com Майский Равиль Анварович К.т.н., доцент
Уфимского государственного нефтяного технического университета,
г.Уфа, РФ Е-шай: ravanmay@yandex.ru Сысолятин Анатолий Александрович Магистр 1 г.о.
Башкирского государственного университета,
г.Уфа, РФ
ПРИЧИНЫ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ПРИЗАБОЙНОЙ ЗОНЫ ПЛАСТА И ВОЗМОЖНЫЕ ПУТИ ЕЕ
УСТРАНЕНИЯ
Аннотация
В статье рассмотрены наиболее распространенные причины загрязнения призабойной зоны пласта(ПЗП). Приведены примеры методов устранения загрязнения(кольматации).
Ключевые слова
Призабойная зона пласта, кольматация, горное давление, буровые растворы.
Загрязнение призабойоной зоны (кольматации) происходит уже во время первичного вскрытия продуктивного пласта. Это связано с уплотнением породы от воздействия бурового инструмента и горного давления, а также воздействием различных реагентов, которые содержатся в буровых растворах.
