книги из ГПНТБ / Минервина, Е. Е. Переформирование берегов горных водохранилищ методы и примеры прогноза

3θ—38° при мощности более 20 м. После затопления ИХ водохранилищем y-положение откосов будет происходить

вплоть до выработки нового профиля равновесия соот­ ветственно величинам угла устойчивого откоса под во­ дой. Частный прогноз уположения осыпей удобно осуще­ ствить с помощью «метода наиболее вероятного угла от­

коса» Е. Е. Минервиной.

Другой вид поверхностных оползневых явлений пред­

ставляет разжижение грунтов оползней Худонского овра­

га и образование оползня-потока в краевой зоне подтоп­

ления их водохранилищем, что приведет к активизации оползней, расположенных выше.

Естественными предпосылками деятельности ополз­ ней па данной территории, расположенной в основном

выше водохранилища, являются обильные атмосферные

осадки (более 1 500 мм/год), овражная эрозия, уклоны местности,' превышающие начальный угол сдвига пла­ стичных глинистых грунтов. C вводом гипсового карье­

ра появится дополнительное увлажнение оползней, при гидромониторном способе разработки карьера произой­

дет усиление балочной эрозии отработанной водой, утя­ желение нижележащего оползневого склона карьерными отвалами, а также образуется к концу эксплуатации

месторождения (через 27 лет) огромная выемка на вы­ соких отметках склона с повышенной вследствие взры­

вов трещиноватостью бортов; выемка может явиться местом скопления атмосферных вод и потенциальным

очагом селевых или оползневых явлений. C устройством

водохранилища возникнут подпор грунтовых вод, водонасыщение краевой зоны оползней, подтапливание и

абразионные размывы в периоды поднятий уровня до

НПУ, эрозия, выветривание и гидродинамические явле­ ния в периоды сработки. Ввиду трудности количествен­

ной оценки столь сложной совокупности явлений и фак­ торов, вступающих разновременно и взаимно обусловли­

вающих один другой, частный прогноз активизации этих оползневых явлений можно выполнить с помощью срав­

нительно-геологического метода.

На данном участке берега, из-за его южной экспози­ ции и незащищенности от северных ветров ожидаются

абразионные размывы, в основном в осыпях и частично

в описанных выше оползнях. При этом абразии должны

подвергнуться склоны по высоте всей призмы сработки

(70—90 м). Длительное пребывание зеркала воды на

124

отметках 1-й очереди (около 5 лет) сыграет, очевидно,

весьма существенную роль в переработке осыпей волна­

ми. В процессе уполижения и абразии осыпей могут

образоваться значительные объемы размыва и переме­

щения материала, что вызовет перераспределение напря­

жений как в толще четвертичных потенциально оползне­ вых грунтов, так и в подстилающих породах. Для прогно­

за объемов абразионных размывов берега удобен метод Е. Г. Калугина [Л. 21]; учет же различий в характере процессов на главных горизонтах абразии и поверхно­

стях смыва и распределение между ними энергии волне­

ния следует выполнять по Е. Е. Минервиной (см. § 3-2).

Неблагоприятные инженерно-геологические условия

склона — приуроченность к зоне надвига, предполагаемое

наличие погребенных древнесмещенных масс и пр. — тре­ буют проверки возможности нарушения глубинной устой­

чивости склона водохранйлищем по древним поверхно­

стям скольжения, приуроченным к контакту четвертич­ ных грунтов с гипсоносными глинами кимериджа на

глубине 80—90 м (см. рис. 4-17). Нарушение устойчи­

вости склона, представляющее угрозу для береговых

сооружений и эксплуатации головного узла, может ока­ заться тем более значительным, если за годы строитель­ ства плотины второй очереди склон подвергнется на­ чальным деформациям. Сам факт наполнения водохра­

нилища в два этапа на столь значительную глубину (на

186 и 256 м) с большим разрывом во времени (5 лет)

может оказаться отрицательным в отношении устойчи­

вости склона в целом. При данном геологическом строе­ нии склона для установления возможности возникнове­ ния глубокого оползня и условий эксплуатации водохра­

нилища, при которых его образование наиболее вероят­ но, удобен «метод горизонтальных сил» Маслова [Л. 24],

позволяющий манипулировать любыми комбинациями

сил и изменений свойств грунтов. Пользуясь этим мето­

дом, влияние гидродинамического фактора при сработке

целесообразно учитывать введением фиктивного угла

трения [Л. 23].

Анализом результатов оползневых расчетов можно

прогнозировать вероятную скорость оползня, а следова­

тельно, и степень катастрофичности последствий для во­

дохранилища и сооружений в зоне его влияния.

Район водохранилища входит в контур 8-балльной

зоны сейсмичности, в которой зафиксированы эпицентры

125

смической устойчивости инженерно-геологические уело

вия склона тоже должны считаться неблагоприятными: крутые высокие склоны, сильное расчленение местности оврагами, тектонические нарушения пород, наличие сла­

бых глин в основании известняков, оползней и мощных осыпей. «Методом горизонтальных сил» можно прогнози­

ровать и сейсмическую устойчивость склона, вводя в расчет значения инерционных сил.

Не исключается возможность .растворения и выщела­

чивания при сработке гипса из пестроцветных глин, что

могло бы привести к явлениям глубинной ползучести

в основании известняков, перераспределению напряже­ ний и нарушению общей устойчивости высоких склонов каньона. Частые прогнозы этих явлений выполнимы на основе специальных экспериментальных или модель­

ных исследований.

На переработку берегов водохранилища может ока­

зать влияние также инженерная и хозяйственная дея­

тельность людей: по осыпям проходит строительная до­

рога, вблизи водохранилища имеется карьер месторож­

дения гипса, разработка которого предусмотрена комбинированным буровзрывным способом и гидроме­

ханизацией; к концу эксплуатации карьера над водо­

хранилищем образуется выемка с высотой нагорного откоса до 150 м, могущая явиться потенциальным оча­

гом образования селя.

В современных условиях эрозия Худонского оврага

является весьма интенсивной благодаря обилию атмос­

ферных осадков и большим скоростям овражных пото­

ков. C размывающей деятельностью овражных вод свя­ заны многочисленные оползни. После создания водохра­

нилища эрозия и оползни усилятся.

Продукты сноса (несколько миллионов кубометров)

отложатся в основном в мертвом объеме водохранили­

ща, где создадут вместе с обильным твердым стоком

р. Ингури мощную толщу донных наносов. Вероятно,

ввиду большой глубины водохранилища наносы не смо­

гут затормозить переработку берега на высоких отмет­

ках, хотя для устойчивости склонов в целом, очевидно,

'будут благоприятны.

Все эти вопросы тоже требуют прогнозной оценки их значения для нормальной работы головного узла с по­

126

мощью расчетных количественных или инженерно-гео­

логических качественных методов. Результаты частных

прогнозов явятся основой для комплексного их анализа.

Своевременное выполнение прогнозов переработки берегов по этому методу (см. § 4-5) позволило количе­ ственно оценить степень значимости того или иного про­

цесса для устойчивости береговых сооружений и работы

головного узла Ингурской ГЭС и предусмотреть в проек­

те соответствующие мероприятия.

ГЛАВА ЧЕТВЕРТАЯ

ПРИМЕРЫ ПРОГНОЗА ПЕРЕРАБОТКИ БЕРЕГОВ ГОРНЫХ ВОДОХРАНИЛИЩ

4-1. ПРОГНОЗ АБРАЗИОННОЙ ПЕРЕРАБОТКИ ЛЕВОГО БОРТА АКСТАФИНСКОГО ВОДОХРАНИЛИЩА

Задача. Требуется определить ширину зоны переработки левого борта проектируемого водохранилища с целью надежного размеще­

ния трассы обходной дороги.

Исходные данные. По проекту водохранилище будет иметь (рис. 4-1) длину при НПУ 5 км, среднюю ширину 1,5 км, площадь зеркала 6,95 км2, н'аибольшую глубину 45,5 м и высоту сливной призмы 29,5 м. Проектный режим эксплуатации водохранилища ха­ рактеризуется графиком годового хода уровня (рис. 4-2). При таком режиме эксплуатации длина водохранилища при сработке сокра­ щается до 2,5 км, а глубина до 16 м. Зимой гидрологический режим на верхнем, освобождаемом от воды участке водохранилища будет соответствовать бытовому режиму реки.

Морфология чаши представлена отрезком горной долины с ши­ роким галечным дном и асимметричными бортами. Левый борт со­ ставляет высокий уступ галечной трассы с покровом лессовидных суглинков, который в направлении плотины сменяется пологим скло­ ном в лессовидных грунтах. Строение берега охарактеризовано 11 геологическими поперечниками и данными физико-механических свойств грунтов. Грунтовые воды в зоне, тяготеющей к береговому уступу, практически отсутствуют. Прокладка дороги намечена па

расстоянии 50—100 м от линии затопления.

Решение. 1. Определение типа водохранилища и главного процесса переработки: по классификации ТПИСГЭИ водо­ хранилище относится к типу горнодолиппых, для которых характер­ но развитие сложных процессов абразионной и оползневой перера­ ботки берегов. Однако при данных морфологии левого берега и характере грунтов оползневой переработки на нем быть не должно и главным процессом из-за подверженности водохранилища ветрам

явится абразия.

2. Прогноз волнения составлен на основе 10-летних дан­ ных о ветрах ближайшей гидрометеостанции (табл. 4-1 и 4-2). Со­ гласно этим данным и розе ветров (рис. 4-1) господствующими

127

IlpH N feqaH H e. В числителе дано число случаев, в знаменателе —продолжительность в сутках.

Теоретические высоты волн Ав 1%-ной обеспеченности для этих

Высоты волн йрасч отсчитываются по оси ординат графика соответ­ ственно расчетным скоростям ветра над водой ІѴш“, получаемым путем умножения скорости ветра W на материковой станции на пере­ ходный коэффициент Браславского. Как видно из табл. 4-4, расчет­ ные высоты волн для левого берега варьируют от 0,06—0,09 для

профиля прогноза согласно § 3-6 слагается из построения профилей абразионных отмелей на главных горизонтах абразии и профиля плоскостного смыва в периоды продолжительного подъема и опу­ скания уровня. Поскольку абразия левого берега будет .происходить под действием небольшого, но частого и меняющегося по направле-

130

5. Положения точек Л и A1 начала построения абрази­ онных отмелей на профиле прогноза переработки (рис. 4-4) опреде­ ляются согласно [Л. 21] по формуле

▼ Я= ТИПУ—0,5ΔW-0,5∕i1>.b,

V Hb= 145,54'—1,0—0,5-1,46=143,77 м и точки A1 на нижнем горизон­ те абразии V∕7h = H6,0—1,0—0,5-1,46=114,27 м. Точки пересечения этих уровней с поверхностью склона являются краями соответствую­ щих абраз’ионнных отмелей, от которых произведены графические построения профилей прогноза на поперечниках.

Нанесение горизонтов абразии на расчетные Лшеречники пока­ зывает, что для наиболее опасных в смысле переработки крутых и высоких участков берега с близким расположением трассы дороги практическое значение из-за выклинивания подпора имеет в основ­

ников. Энергия волнения взята из табл. 4-6 для соответствующего

галечники с мелкими валунами и песчаным заполнителем (рис. 4-4). Величина коэффициента размываемости пород принимается по табли­ це Качугина (Л. 2'1]: для суглинков Kv = O,004 M3Knic-M), для галеч­ ников Kp = O,00075 m3 (iiic ■ м).

Коэффициент берега определяется по формуле Е. Г. Качугина

принят согласно [Л. 21] равным 0,05. Время t, для которого дается прогноз, задано: Go=IO лет и Go = 5O лет. Показатель степени «А», зависящий от условий образования аккумулятивной отмели, согласно [Л. 21], принят: для поп. 4, 9, где отмель образоваться не может, равным 0,9 и для поп. 10 и 11, а также 4 при нижнем горизонте абразии, равным 0,5.

Условия переработки левобережья: на участке поп. 1—3 уклон склона в лессовидных суглинках менее 2°, поэтому процессы абразии развиваться не будут; на поп. 4 и 5 на верхнем горизонте будут размываться лессовидные суглинки, на нижнем — галечники; на ос­ тальных шести поперечниках размыв галечников будет происходить только на верхнем горизонте абразии.

Теоретически возможные объемы размыва берега за 10 и 50 лет, подсчитанные в соответствии с вышеизложенным, приведены в табл. 4-7. Как видно из таблицы, теоретически возможные объемы

но меньше (12,9 и 28,8 ,и3) вследствие малой глубины воды, воз­ можности образования аккумулятивной отмели и быстрого затухания за 7,07 лет процесса переработки.

134