• 8 (343) 383-34-35

    praim-ekb@bk.ru

  • г. Екатеринбург, ул. Солнечная, 29, оф. 1

АКТИВНЫЕ ТЕКТОНИЧЕСКИЕ СТРУКТУРЫ И ИХ ВЫЯВЛЕНИЕ НА СТРОИТЕЛЬНЫХ ПЛОЩАДКАХ

АКТИВНЫЕ ТЕКТОНИЧЕСКИЕ СТРУКТУРЫ

И ИХ ВЫЯВЛЕНИЕ НА СТРОИТЕЛЬНЫХ ПЛОЩАДКАХ

Тагильцев С.Н., Осипова А.Ю., Лукьянов А.Е.

ФБГОУ Уральский горный университет, г. Екатеринбург, tagiltsev@k66.ru

ОАО НИИ горной геомеханики и маркшейдерского дела «ВНИМИ»,

г. С. Петербург, luk_alex@inbox.ru

 

Многочисленные случаи деформации инженерных сооружений, связанные с их расположением в пределах локальных активных тектонических структур, требуют внимательного отношения к анализу влияния тектонического фактора. Следует отметить, что деформации объектов по данной причине происходят как в сейсмоопасных, так и в асейсмичных районах. Согласно СП 11-104-97, помимо мгновенных сейсмогенных разрывных тектонических смещений, при строительстве и эксплуатации сооружений необходимо учитывать разнообразные тектонические деформации. Выделяются квазипериодические движения с периодом от одного года и более; кратковременные импульсные подвижки с возвращением во многих случаях в первоначальное (или близкое к нему) положение за период от нескольких часов до одного и более месяцев; криповые движения с постоянным знаком (в одном направлении) и примерно с одинаковой скоростью.

Анализ литературных источников позволил выделить несколько причин деформаций инженерных объектов вследствие расположения их в зонах активных тектонических нарушений:

  •  силовое воздействие при криповых подвижках по разлому;
  •  формирование зон относительного растяжения и относительного сжатия при взаимодействии разломов с разнонаправленными движениями;
  •  накопление усталостных деформаций в результате цикличных движений по разлому;
  •  возникновение резонанса на объектах имеющих свою систему колебаний;
  •  техногенно-природные процессы, наиболее ярко проявленные в зоне разлома.

Влияние криповых движений известно. Объекты, попадающие на активные тектонические структуры с криповыми движениями, нарушаются по достижению в их конструкции предельных деформаций или напряжений. Однако, тектонические структуры с выраженным криповым характером движений встречаются довольно редко. Криповые движения могут быть инициированы техногенной деятельностью.

Опыт исследований показывает, что наибольшие деформации инженерных сооружений происходят в случаях расположения объектов в пределах зон относительного растяжения верхней части земной коры, формируемых при взаимодействии разломов с разнонаправленными движениями. Как правило, для этих зон характерна повышенная трещиноватость, дезинтеграция и водонасыщенность пород. На участках относительного растяжения наблюдается разуплотнение и оседание несущих грунтов.

Цикличные движения более распространенные и воздействие их более многогранно и проявляется как в непосредственном влиянии цикличных деформаций на сам объект, так и через изменение свойств массива горных пород в разломных зонах под влиянием переменных циклических нагружений. Механизм непосредственно воздействия цикличных деформаций на инженерные сооружения достаточно прост и не нуждается в особых пояснениях. Если амплитуда знакопеременных деформаций превысит допустимые деформации конструктивных элементов сооружения, то в нем проявятся нарушения с соответствующими аварийными последствиями.

Если уровень деформаций ниже допустимых значений, то аварийные последствия зависят от проявления усталостных эффектов. Короткопериодные разнонаправленные геодинамические движения приводят к тому, что после определенного числа циклов нагружения происходит разрушение в конструкции объекта, хотя номинальные напряжения в материале не превышали статического предела упругости, т.е. происходит усталостное разрушение. В результате на участках, где развиты локальные разломы земной коры, в железобетонных конструкциях появляются трещины, а в стальных трубопроводах ускоряется процесс коррозии, что в обоих случаях приводит к разрушению таких объектов.

Аварии на трубопроводах могут происходить вследствие резонансных явлений, возникающих при вибрационных колебаниях в системе «труба-грунт». В трубопроводе различного назначения постоянно присутствуют собственные вибрации. Повышенные показатели вибраций в зоне разлома технологического характера усиливают вибрации в самой трубе, приводя к аварийным ситуациям.

Возникновению деформаций сооружений могут способствовать и техногенно-природные процессы, наиболее ярко проявленные в зоне разлома. Региональными и крупномасштабными исследованиями установлено, что геодинамически активные зоны и «узлы» их пересечений являются районами повышенного геологического риска. К ним повсеместно приурочены линейные и площадные аномальные проявления природных и техногенно-природных процессов и изменений геологической среды, обусловленных «подвижностью» её компонентов. К зонам с повышенной проницаемостью привязана, в частности, неуправляемая миграция и локализация компонентов техногенного загрязнения поверхностных и подземных вод. Особенно отчетливо активизация негативных техоногенно-природных процессов и явлений проявляется в пределах промышленно освоенных территорий и крупных городских агломераций. Следует отметить, что в пределах этих зон наблюдается геодинамический механизм аномальных проявлений в геофизических полях, который функционирует под воздействием современных полей напряжений. Поля напряжений создают изменения в магнитных, электромагнитных, атмохимических, физико-механических и многих других свойств геологической среды.

При анализе инженерно-геологических условий г. Екатеринбурга обычно не изучается активность тектонических нарушений в поле современных геодинамических напряжений. Выполненные инициативные исследования на участках расположения аварийных зданий г. Екатеринбурга позволили сделать вывод о необходимости геодинамического обследования площадок намеченного строительства. Для выявления локальных тектонических нарушений на участках в дополнение к традиционным инженерным изысканиям возникает необходимость применять другие методы исследований, способные определять характерные особенности разломных зон. В качестве основных перспективных методов исследований тектонических нарушений следует назвать геофизические, гидрогеологические, геодезические. Повышенная проницаемость современных тектонических нарушений, и связанные с ней геофизические и гидрогеологические аномалии являются важнейшим признаком их современной активизации.

В данной статье приведем результаты исследований, выполненные на площадке аварийного жилого дома по ул. Мусорского, 6 с целью выявления причин деформаций здания. Дом 9-ти этажный на 144 квартиры был построен в 1982 году по типовому проекту, фундамент ленточный, глубина заложения которого 3,0 м. В начале 2000-х годов дом был отселен, вследствие значительных деформаций здания. При визуальном обследовании было отмечено, что здание в центральной и западной частях испытывает просадку, причем в центральной части происходит еще смещение (выклинивание) на юг. Величины деформаций достигают порядка десятков сантиметров.

Инженерно-геологические изыскания на исследуемом участке были выполнены дважды – в 1979 году и в 2000 году. Дополнительные инженерно-геологические изыскания, в основном, подтвердили изыскания, выполненные перед строительством жилого дома. Была проведена лишь некоторая корректировка инженерно-геологического разреза при сгущении сети скважин.

Согласно выполненным инженерно-геологическим изысканиям, исследуемая площадка расположена в зоне развития метаморфических пород кировградской свиты нижнего силура, представленных порфиритами. Основанием фундамента на большей части площадки служат элювиальные суглинистые грунты, подстилаемые щебенистым грунтом, порфиритами пониженной и средней прочности. Кровля коренных пород средней прочности неровная, есть карманы выветривания, глубиной более 10,0 м. В выводах по повторным изысканиям указано, что элювиальные суглинки, щебенистый грунт, порфириты пониженной и средней прочности, залегающие ниже подошвы фундамента, являются надежными и в ненарушенном залегании обладают достаточно высокой несущей способностью, исключающей возможность возникновения деформаций в процессе эксплуатации здания. В качестве наиболее вероятной причины (геологического характера) образования трещин в элементах несущих конструкций здания указаны деформации морозного пучения, но эта версия не была подтверждена, вследствие отсутствия надлежащих исследований (проходки шурфов непосредственно вблизи фундамента здания). При сопоставлении с инженерно-геологическим разрезом деформируемых участков здания видно, что деформации происходят там, где кровля коренных пород средней прочности залегает на глубине порядка 4,5 -5,5 м.

Поскольку процесс деформации дома не нашел объяснения в рамках стандартных инженерно–геологических методов, в процессе исследований было выдвинуто предположение о воздействии современной активной тектоники.

Для обоснования этой версии были проведены полевые экспериментальные исследования площадки комплексом геофизических методов, включающим вертикальное электрическое зондирование, сейсмозондирование и георадарное зондирование. В работах по данному объекту принимали инициативное участие сотрудники ИГД и ИГФ УрО РАН.

Геофизические исследования были выполнены по 3 профильным линиям, ориентированным в субширотном направлении, параллельно к аварийному зданию. Спектральное сейсмозондирование выполнено в большем объеме - дополнительно ещё по 2 профильным линиям, ориентированным в субмеридиональном направлении, перпендикулярно к аварийному зданию. Весь участок был покрыт плотной сетью точек зондирования, при которой исключались пропуски каких-либо существенных структурных особенностей массива. Зондирование по профилям проводилось на глубину 35 м (георадар) – 90 м (ВЭЗ и ССП).

Геофизические исследования, выполненные тремя независимыми методами, позволили в пределах исследуемого участка выявить локальные тектонические нарушения и построить геомеханическую схему площадки аварийного здания (рис. 1).

Пространственное расположение выделенных активных тектонических зон полностью соответствует представлениям о современном напряженном состоянии земной коры в пределах Уральского региона. В поле современных действующих напряжений, при субширотной ориентировке оси главного максимального напряжения, данные разломы активизируются как: левый сдвиг с азимутом простирания 330°, правый сдвиг с азимутом простирания 245°, взброс с азимутом простирания 355° и сброс с азимутом простирания 260°.

Полученные данные позволяют связать максимальные деформации в центральной части дома с подвижками по двум активным тектоническим разломам – взбросу и сбросу. Указанная часть здания попадает в зону относительного растяжения, в которой по взбросу происходит проседание, а по сбросу – смещение на юг. За счет этого здесь наблюдаются непрекращающиеся деформации здания. В западной части дома деформации связаны с выделенной зоной сдвига.

Таким образом, выполненные исследования позволили выявить на данном участке ряд зон, наличие которых, на наш взгляд, оказывает значимое негативное воздействие на здание. Своевременное проведение геофизических, геодезических методов позволило бы на стадии изысканий выделить эти зоны и принять конструктивные решения для безаварийной эксплуатации здания.

 

 

Рис. 1. Геомеханическая схема площадки аварийного дома по ул. Мусоргского, 6 в г. Екатеринбурге, составленная по результатам комплексных инженерно-геофизических исследований

 

Условные обозначения:

Зоны тектонических нарушений: 1 - Сдвиги; 2 - Сброс; 3 - Взброс; 4 - Направление подвижек по тектоническим структурам; 5 - Контур аварийного дома; 6 - Участки деформаций здания.