4327

Распределение прочностных показателей техногенных грунтов не всегда соответствует кривой нормального распределения, особенно для угла внутреннего трения, что обусловлено их естественной неоднородностью.

Анализ ситуаций, сложившихся на склонах, показал, что одной из главных причин, способствовавших активизации или развитию оползня, в 100% рассмотренных случаев является вода. При этом, основными проявлениями воздействия поверхностных и подземных вод являются: подмыв склона и размыв языка временно стабилизированного оползня водотоком (боковая эрозия); водонасыщение оползневых грунтов; наличие струйного течения грунтовых вод в зоне их разгрузки, в том числе, на водоразделах.

В третьей главе проведена оценка эффективности применения различных методик (подходов) к определению устойчивости склонов на примере расчетов устойчивости оползнеопасных участков трассы газoпровода «Россия - Турция».

Детерминистическая оценка устойчивости склонов проводится с использованием расчетных значений показателей грунтов: сцепления с, угла внутреннего трения φ и удельного веса у, определенных при a =0.95. Считается, что расчетное значение достаточно представительно и надежно описывает прочностные свойства грунта применительно к анализу устойчивости.

В вероятностном подходе используются все величины физикомеханических показателей фунтов, полученные непосредственно сдвиговыми испытаниями, и рассматриваются возможные сочетания влияний разных факторов. Чаще всего за основу берется метод Монте-Карло, а распределение входных и выходных параметров подчиняется закону нормального распределения случайных величин. Результаты представляются в виде графиков плотности распределения и соответствующих им интегральных функций распределения вероятностей значений коэффициента устойчивости. Зная его среднее значение и стандарт, можно определить «индекс надежности» - параметр, являющийся альтернативой коэффициенту устойчивости, по формуле:

12

где μ - среднее значение коэффициента устойчивости, при этом ( μ - 1 )

показывает, насколько оно отстоит от предельного, при котором наступает разрушение склона, если μ<1, то β является отрицательной величиной;

σ— стандарт частных значений коэффициента устойчивости.

По величине индекса надежности определяется «вероятность обрушения» склона Р (%), представляющая собой функцию параметра Д. Вероятность обрушения означает вероятность получения коэффициента устойчивости меньшего единицы. Чем больше изменчивость свойств грунтов, тем более возрастает величина Р.

Нами выполнены расчеты устойчивости оползнеопасньх участков трассы газопровода «Россия - Турция». Результаты сопоставлены с фактической обстановкой на склонах. Расчеты проведены по программе SLOPE/W (лицензия

№94573) методом общего предельного равновесия (GLE) по трем схемам:

1.Детерминистический подход.

2.Вероятностный расчет.

3.Вероятностный расчет с непосредственным учетом изменений свойств грунтов от участка к участку по всей длине склона.

Оценка эффективности применения различных подходов к определению устойчивости склонов представлена на примере оползнеопасного участка 29, примыкающего к трассе газопровода. Поэтому вопрос инженерной защиты очень важен и напрямую связан с качеством предоставленных инже- нерно-геологических материалов и достоверностью расчетов устойчивости.

Из скважин, расположенных с интервалом около 20 метров вдоль всего участка, отбирались монолиты. На основе лабораторных исследований, в соответствии с ГОСТ 25100-95, выделены инженерно-геологические элементы (ИГЭ):

ИГЭ-4а (dpQIVc); ИГЭ-4b (dpQIV); ИГЭ-4 (edQIV) - суглинки; ИГЭ-18b; ИГЭ-18 аргиллиты.

13

Всоответствии с ГОСТ 20522-96, определены частные, нормативные и расчетные (при а=0.95) значения сопротивления фунтов сдвигу.

Врезультате детерминистического расчета получен коэффициент устойчивости Ку=0.67, т.е. значительно меньший единицы. Это не соответствует реальной инженерно-геологической обстановке, сложившейся на склоне.

Ввероятностных расчетах в пределах ИГЭ задавались средние значения прочностных показателей оползневых грунтов и стандартные девиации SD,

т.е. разброс (отклонение) остальных значений вокруг среднего. Диапазон разброса определялся из рядов данных лабораторных испытаний.

Результаты расчетов по второй схеме (рисунок 2) показали, что среднее значение коэффициента устойчивости Ку =1.150, пределы его возможного из-

меньше единицы, но при этом вероятность падения степени устойчивости склона до этой величины (оползневая опасность), составляет всего 4%.

Третья схема расчета также представляет собой вероятностный подход, только более детальный. Здесь в наибольшей степени использованы материалы инженерно-геологических изысканий. Склон условно разбит на пять расчетных участков (по количеству буровых скважин) длиной 13-28 м так, чтобы в середине каждого оказалась одна из скважин. Значения физикомеханических показателей фунтов, полученные сдвиговыми испытаниями образцов, отобранных из каждой скважины, распространялись на прилегающий к скважине участок. Такая особенность расчета помогла учесть пространственное изменение свойств фунтов: в плане (от головы до языка оползнеопасного склона) и по глубине (ограничение определялось только глубиной пробуренной скважины).

В пределах каждого из пяти участков (рисунок 3) были вычислены средние значения показателей свойсгв фунтов и их стандартные девиации SD (таблица 2). Полученные в результате детального вероятностного расчета близкий к единице средний коэффициент устойчивости Ку=0.940 (диапазон

14

Расстояние(м)

Относительная отметка 0.00 соответствует абсолютной отметке 156.00 м

Рисунок 2. Продольный разрез оползнеопасного участка 29 по трассе газопровода «Россия - Турция»

Расстояние (м)

Относительная отметка 0.00 соответствует абсолютной отметке 155.00 м

Рисунок 3. Продольный разрез оползнеопасного склона 29 по трассе газопровода «Россия ~ Турция» с разбивкой на расчетные участки

15

изменения 0.693—1.141) и высокая вероятность смещения грунтов P=81.634% свидетельствуют о том, что предлагаемый подход в наибольшей мере отвечает реальному состоянию склона. На момент изысканий оползнеопасный склон временно стабилизирован, т.е. находится в состоянии, близком к предельному равновесию, с высокой вероятностью активизации нижней части за счет действия водотока.

Таблица 2

Данные для детального вероятностного расчета устойчивости оползнеопасного участка 29 трассы газопровода «Россия - Турция»

Таким образом, использование различных подходов к оценке устойчивости склонов дает разные, значительно отличающиеся, результаты. Детальный вероятностный расчет позволяет существенно повысить качество и достоверность анализа, оценить оползневую опасность, а, следовательно, выбрать целесообразное инженерное решение, в том числе, за счет определения наиболее вероятных размеров массива, в пределах которого возможна активизация оползня (как видно на рисунках 2 и 3 размеры оползневой зоны отличаются).

Нами исследовалось влияние положения уровня грунтовых вод (УГВ) на устойчивость оползнеопасных склонов трассы газопровода «Россия - Турция». На основе проведенных вероятностных расчетов получены графические зависимости изменения величин коэффициента устойчивости и вероятности обрушения от УГВ с учетом изменчивости значений сцепления и угла внутреннего трения оползневых грунтов. Установлено, что устойчивость де-

16

лювиально-оползневых отложений при их полном водонасыщении в среднем уменьшается на 16%, вероятность обрушения возрастает на 60%.

В четвертой главе выполнена оценка оползневой опасности и риска смещений грунтов оползнеопасных склонов и откосов насыпей, приведены рекомендации по детерминистическо-вероятностным расчетам устойчивости при недостатке инженерно-геологической информации, методика оценки оползневой опасности и риска для выбора типа защитных сооружений.

Нами проведены обратные расчеты устойчивости порядка сорока оползней с целью установления прочности фунтов в момент их смещения. Полученные величины с и φ сопоставлены с нормативными и расчетными значениями, вычисленными согласно ГОСТ 20522-96 (рисунок 4). Это позволило определить уточненные коэффициенты перехода от нормативных значений сцепления и угла внутреннего трения оползневых фунтов к расчетным:

1)для схемы сдвига по подготовленной и смоченной поверхности:

•по сцеплению Ксnn=1.47;

•по углу внутреннего трения К φnn=1.27;

2)для схемы неконсолидированного сдвига при водонасыщении:

•по сцеплению Кснк =4.16;

• по углу внутреннего трения К На основе анализа изменчивости оползневых грунтов получены коэффи-

циенты пересчета расчетных значений прочностных показателей для определения величин их стандартных девиаций. С учетом установленной величины снижения степени устойчивости делювиально-оползневых отложений склонов при водонасыщении разработаны рекомендации по оценке устойчивости, оползневой опасности и риска смещений грунтов.

Наиболее существенным из факторов риска в геотехнике откосных процессов является оползневая опасность, выраженная термином «вероятность обрушения». В ходе проведения серий вероятностных расчетов определяются

17

расчетное согласно ГОСТ 20522-96; полученное обратным расчетом

Рисунок 4. Гистограммы распределения величин сцепления оползневых фунтов на участках 26,28,29,30 трассы газопровода «Россия -

Турция»

18

вероятности обрушения склонов в зависимости от типа защитных мероприятий. В управлении риском необходимо определять обобщенный показатель «исходный риск+стоимость мероприятий», называемый «риск с действиями».

По показателям вероятности обрушения и величины затрат на мероприятия строятся «графики риска». На них можно проследить взаимообратное изменение величин «риск» и «надежность» в зависимости от стоимости варианта инженерной защиты. Экстремум (точка перегиба) на графике означает «оптимальный риск», представляющий собой наименьшую величину суммарного относительного показателя «риск + стоимость». При этом «приемлемый риск» соответствует первому после оптимального риска варианту мероприятий, для которого параметр «риск + стоимость» будет наименьшим.

В составе факторов риска важнейшим, кроме оползневой опасности, является степень ответственности объекта. В соответствии с этим, предлагается, за счет введения соответствующего коэффициента снижать показатель

где РД - риск с действиями, представляющий собой затраты на мероприятия по инженерной защите объекта с учетом вероятности обрушения;

Р - риск,

Сm—стоимость мероприятий;

К — коэффициент, устанавливающийся в зависимости от категории ответственности объекта. Значения коэффициентов можно брать в порядке, обратном к категории ответственности сооружения (таблица 3).

В настоящей работе проведена оценка оползневой опасности и риска смещений грунтов в соответствии с категорией объекта:

а) откоса автодороги г. Горячий Ключ - г. Хадыженск (ПК5+00 - ПК 6+00) в условиях недостатка исходных инженерно-геологических данных (рисунок5);

19

б) откоса насыпной площадки 238 компрессорной станции (КС) «Береговая» газопровода «Россия - Турция» (рисунок 6).

На основе оценки риска выбраны обоснованные проектные решения для укрепления оползнеопасного откоса автодороги и откосов насыпных сооружений компрессорной станции.

Рисунок 5. Оценка риска смещений грунта на оползнеопасном участке автодороги г. Горячий Ключ - г. Хадыженск с учетом мероприятий

20