2. Естественные гидротехнические объекты

Естественные гидротехнические объекты – природные образования в виде плотин-завалов и запруд, перекрывающих русла рек. Естественные преграды (плотины) образуются в результате обвалов больших масс грунта и (или) скальных пород. Причиной обвалов могут быть землетрясения, оползни, сели и т.п.

Естественные (ледовые) плотины на реках могут возникать как вследствие зажоров и заторов в период весеннего паводка.

Внезапное перекрытие русла реки естественной плотиной вызывает подъем уровня воды выше этой преграды и снижение – ниже. Нарастание воды в верхнем бьефе приводит к образованию водоема, создающего напорный фронт естественной плотины (см. рис. 3). Если плотина образовалась из твердых пород неподверженных размыву, то верхний бьеф может достичь предельного уровня плотины, через который установиться переток воды в естественных объемах стока реки. Такие естественные плотины называются долговременными. Так, например, в 1911 г., в результате перекрытия русла реки Мургаб гигантским оползнем образовалось Сарезское озеро. Теоретически возможен прорыв этой естественной преграды, за которой образовался водоем объемом 18 км³, угрожающий жизни и благополучному существованию сотен тысяч людей, проживающих в долинах Мургаба, Пянжа и Амударьи.

Рис.3. Схема естественной плотины в поперечном разрезе.

1– гребень плотины;

2– напорный склон;

3 – переток; H – напор плотины

Если плотина образовалась из непрочных материалов (грунты, лед и т.п.), то она может быть прорвана, и массы воды из водоема устремятся вниз по руслу реки. Такие естественные плотины называются кратковременными. Время их существования может быть ограничено несколькими сутками или даже часами.

Кроме того, разрушения гидродинамических сооружений возможно в результате естественных процессов движения грунтов, залегающих под телом плотины или вблизи её. Такие процессы, называемые оползнями, они характерны для горных пород, слагающих склон. Оползневое явление вызывается постепенными или быстрыми изменениями гидрологического состояния грунтов в результате их перенасыщения влагой. Инициирующим началом оползня может быть землетрясение, взрыв, вибрации и другие процессы техногенного происхождения.

Чаще оползни образуются на склонах природного генезиса, а также на откосах различных техногенных выемок (котлованов, водохранилищ), грунтовых плотин, насыпей. Оползни характерны для сыпучих и подвижных грунтов в горных и предгорных регионах, а также на равнинной местности вдоль берегов морей, рек, водохранилищ.

Оползневые процессы характеризуются изменением формы поверхности (трещины в грунтах, бугры, валы), разжижение грунтовых масс, движение грунтов. Скорость движения грунтов может варьироваться в широком диапазоне, от нескольких сантиметров в год, до десятков метров в секунду. Скорость движения грунтов во многом определяется величиной уклона ската поверхности и составом грунтов. Объем грунта, вовлекаемого в процесс смещения, может быть от нескольких метров кубических до нескольких кубических километров и глубиной до 10-20м., а иногда и более на горных склонах.

Оползни подразделяются: на оползни бокового сдвига (скольжения) и выдавливания, вязкопластические, гидродинамического разрушения и внезапного разжижения.

В районах возможного развития оползней при разработке проектов строительства гидродинамических сооружений предусматривается изыскательская работа по оценке грунтов и возможного появления оползней. В ходе эксплуатации гидротехнического объекта предусматриваются технические мероприятия слежения за факторами оползнеобразования:

Определение прочности грунтов и их увлажненность, контроль устойчивости натурных склонов непосредственно на площадке расположения объекта.

Большой объем работ при проведении инженерных изысканий района строительства сооружения и за тем после его возведения при контроле оползневой обстановки выполняется методами геодезического измерения и анализа.

Надёжным и перспективным методом обнаружения подвижек является наклономерный метод.

Суть метода заключается в закладывании сети наклономерных станций и реперов, с помощью которых определяются вектора смещений и их количественные характеристики.

Наклономерная станция представляет собой бетонную плиту со сторонами 400х400 мм, на которой в специальной камере установлен наклономер, постоянно находящийся в режиме измерений.