— Все документы — Отраслевые и ведомственные нормативно-методические документы — Проектирование и строительство гидротехнических сооружений — П 55-90 Пособие к СНиП 2.02.02-85 МЕТОДИКА СОСТАВЛЕНИЯ ГЕОСТРУКТУРНЫХ СХЕМ (МОДЕЛЕЙ) СКАЛЬНЫХ МАССИВОВ В ОСНОВАНИЯХ ГИДРОСООРУЖЕНИЙ

П 55-90 Пособие к СНиП 2.02.02-85 МЕТОДИКА СОСТАВЛЕНИЯ ГЕОСТРУКТУРНЫХ СХЕМ (МОДЕЛЕЙ) СКАЛЬНЫХ МАССИВОВ В ОСНОВАНИЯХ ГИДРОСООРУЖЕНИЙ

П 55-90 Пособие к СНиП 2.02.02-85 МЕТОДИКА СОСТАВЛЕНИЯ ГЕОСТРУКТУРНЫХ СХЕМ (МОДЕЛЕЙ) СКАЛЬНЫХ МАССИВОВ В ОСНОВАНИЯХ ГИДРОСООРУЖЕНИЙ

МИНИСТЕРСТВО ЭНЕРГЕТИКИ И ЭЛЕКТРИФИКАЦИИ СССР
ГЛАВТЕХСТРОЙ

ВСЕСОЮЗНЫЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ
НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ГИДРОТЕХНИКИ
имени Б.Е. ВЕДЕНЕЕВА

МЕТОДИКА СОСТАВЛЕНИЯ
ГЕОСТРУКТУРНЫХ СХЕМ (МОДЕЛЕЙ)
СКАЛЬНЫХ МАССИВОВ В ОСНОВАНИЯХ
ГИДРОСООРУЖЕНИЙ

ПОСОБИЕ К СНиП 2.02.02-85

П 55-90
ВНИИГ

ЛЕНИНГРАД. 1991

Работа содержит методику (и ее обоснование) выделения в скальном массиве объемных инженерно-геологических элементов, а также примеры построения геоструктурных схем (моделей) оснований сооружений.

Методика базируется на представлениях о трещиноватых скальных породах в массивах, служащих основаниями или средой размещения крупных инженерных сооружений, в общем случае как о дискретной, неоднородной и анизотропной среде зонально-блочного строения. При этом учитывается, что изменчивость минерального состава, структуры, текстуры, состояния и свойств пород определяется их генезисом, историей и закономерностями формирования, развития и дезинтеграции горных пород во времени.

Методика составлена в лаборатории инженерной геологии и геокриологии ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева и предназначена для инженеров-геологов, геомехаников, гидрогеологов, геофизиков, проектировщиков, занимающихся обоснованием гидротехнического, гражданского и шахтного строительств.

ПРЕДИСЛОВИЕ

Проектирование и строительство крупных инженерных сооружений, в том числе гидротехнических (энергетического, транспортного, водохозяйственного и ирригационного назначения), особенно в горных районах с повышенной сейсмической активностью и сложным геологическим строением, требуют надежного инженерно-геологического обоснования проектных решений, базирующихся на расчетах прочности и устойчивости системы сооружение-основание. Для проведения расчетов или физического моделирования этих систем необходима инженерно-геологическая схема (модель) основания, содержащая информацию о структуре массива (геоструктурная модель) и физико-механических свойствах среды (модели свойств) с соответствующей для расчетов и экспериментов степенью упрощения (схематизации), но без нарушения принципиальных особенностей среды.

Геоструктурная модель основания отражает состав, структуру и состояние массива. По форме она представляет собой систему разрезов и карт, на которых выделены контуры квазиоднородных инженерно-геологических элементов. Геоструктурная модель составляется на основе результатов инженерно-геологических изысканий и исследований скальных массивов комплексом методов: геолого-съемочных, геофизических, горно-буровых, полевых и лабораторных исследований состава и свойств пород. Представляется, что в программе инженерно-геологических изысканий необходимо предусматривать целенаправленные геоструктурные исследования для участков основных сооружений, обеспечивающие составление с требуемой детальностью расчетных схем и моделей систем основание-сооружение.

В настоящее время общепризнано, что любой скальный массив как основание инженерного сооружения (будучи расчлененным нарушениями сплошности разного генезиса, в том числе экзогенными трещинами выветривания и разгрузки) - в общем случае дискретная, неоднородная и анизотропная среда зонально-блочного строения. Концепция о зонально-блочном строении скальных массивов разрабатывалась одним из старейших инженеров-геологов нашей страны А.М. Гуреевым, начиная с шестидесятых годов [18 - 22]. Под его руководством созданы геоструктурные модели оснований: Кассебской (Тунис), Токтогульской, Красноярской, Ингурской, Саяно-Шушенской, Могилев-Подольской, Нурекской ГЭС, Стрыйского гидроузла и др. Подавляющая часть этих разработок в виде фондовых материалов использовалась для расчетов и экспериментального моделирования, в частности, на уникальной большой геомеханической модели скального основания арочной плотины Ингури ГЭС в масштабе 1:150. Эта модель, созданная и исследованная во ВНИИГе канд. техн. наук Антоновым С.С. на геоструктурной основе (А.М. Гуреев, И.С. Брюн), была сложена из прямоугольных и треугольных призматических блоков двенадцати типоразмеров, число которых превышало 300 тысяч. Однако все эти разработки ВНИИГа по методике геоструктурного моделирования до настоящего времени не были обобщены и изданы в виде нормативно-методического документа.

В последние годы во ВНИИГе были разработаны модели оснований и выполнены модельные исследования надежности систем основание-сооружение для важнейших отечественных гидроузлов, в том числе: Рогунского, Колымского, Бурейского, Богучанского, Тельмамского и др. (В.С. Владимирский, Н.М. Карпов, А.А. Никитин и др.). О некоторых из них сказано в Приложении 6настоящей Методики.

Параллельно с работами ВНИИГа инженерно-геологическое моделирование скальных массивов развивалось другими исследователями в нашей стране (А.А. Варга, В.В. Каякин, А.В. Количко, А.Г. Лыкошин, Л.С. Мирошникова, Н.Ф. Новиков, И.А. Пирогов, М.В. Рац, С.Б. Ухов, С.Н. Чернышев и др.) и за рубежом (Л. Мюллер, Ф. Пахер, Дж. Стини, У. Крамбейн и Ф. Грейбилл и др.).

Настоящая Методика подготовлена в лаборатории инженерной геологии и геокриологии А.М. Гуреевым, О.К. Воронковым, И.С. Брюном, В.С. Владимирским.

Научное редактирование выполнено Д.Д. Сапегиным и Н.Ф. Кривоноговой.

При составлении Методики были учтены замечания и предложения ряда организаций: Гидропроекта им. С.Я. Жука, ЛГТУ, Ленгидропроекта, а также специалистов ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева. Авторы благодарят А.А. Варгу, Н.М. Карпова, Н.Ф. Кривоногову, А.П. Митрофанова, И.А. Пирогова, Д.Д. Сапегина, способствовавших своими советами и помощью выполнению данной работы.

Замечания и пожелания просьба направлять в адрес ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева - 195220, Ленинград, Гжатская ул., 21, лаборатория инженерной геологии и геокриологии.

Министерство энергетики и электрификации СССР

Методика составления геоструктурных схем (моделей) скальных массивов в основаниях гидросооружений

П 55-90

ВНИИГ

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1. Настоящей Методикой целесообразно руководствоваться при составлении геоструктурных моделей (ГСМ) скальных массивов как основы для построения частных (специализированных) моделей их физико-механических свойств (деформационных, прочностных, фильтрационных и т.д.). Комплекс ГСМ и специализированных моделей образует инженерно-геологическую модель скального основания (рис. 1) (по [49] с дополнениями). Методику можно использовать также: а) при обработке, интерпретации и обобщении материалов изысканий и исследований скальных и полускальных оснований плотин, туннелей, камер подземных ГЭС и т.д.; б) при составлении расчетных схем работы системы сооружение-основание; в) при разработке проектов физических моделей основания (геомеханических, гидравлических, фильтрационных); г) при разработке проектов специальных видов исследований массива: геофизических, геомеханических, опытно-фильтрационных и др.


Рис. 1. Принципиальная схема инженерно-геологической модели основания гидротехнического сооружения.

Внесена Всесоюзным ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательским институтом гидротехники им. Б.Е. Веденеева

Утверждена ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева решением № 21
от 6 ноября 1990 г.

Срок введения III кв. 1991 г.

Примечания: 1. Основные положения методики составления ГСМ скальных массивов в основаниях гидросооружений применимы для инженерно-геологического обоснования проектов любых крупных инженерных сооружений.

2. При пользовании положениями настоящей Методики следует также соблюдать требования СНиП на проектирование оснований сооружений (2.02.02-85, II-7-81), на инженерные изыскания (1.02.07-87), ГОСТ 20522-75, 25100-82 и других общесоюзных и ведомственных нормативно-методических документов, относящихся к вопросу инженерно-геологического изучения скальных оснований сооружений и массивов.

3. Рис. 1 содержит необходимый перечень инженерно-геологических аспектов изучения скального основания и последовательность анализа материалов изысканий. Приведенный здесь набор частных моделей не является обязательным во всех случаях. Как правило, для решения основных задач проектирования достаточно ограничиться моделями деформационных, прочностных и фильтрационных характеристик свойств.

Основные понятия, принятая терминология, условные обозначения и единицы измерения

1.2.Геоструктурнаямодель(ГСМ) характеризует пространственное распределение (в том числе: условия залегания, структурно-петрологические особенности, структурно-тектонические и стратиграфические взаимоотношения) инженерно-геологических элементов массива - однородных или квазиоднородных по своим физическим свойствам.

Инженерно-геологическийэлемент(ИГЭ) - некоторый объем грунта одного и того же номенклатурного вида при выполнении одного из условий: 1) характеристики грунта изменяются в пределах ИГЭ незакономерно; 2) существующая закономерность в изменении характеристик такова, что ею можно пренебречь (ГОСТ 20522-75).

В качестве инженерно-геологических элементов скального основания (на разных масштабах изучения) могут выступать:

а) структурно-петрологическиезоны(СПЗ) и блоки (СПБ) (каждый из этих элементов квазиоднороден по составу и строению);

б) инженерно-геологическиезоны(ИГЗ) и блоки (ИГБ) (каждый из этих элементов квазиоднороден по составу, строению, состоянию и свойствам пород в массиве);

в) элементарныепородныеблоки(ЭПБ) и разделяющие их элементарные зоны ослабления или трещины (ЭПЗ) (каждый из этих элементов квазиоднороден по составу, строению, состоянию, а их свойства идентичны свойствам образцов ненарушенного сложения, находящихся в одинаковом напряженном состоянии с ЭПБ и ЭПЗ в массиве).

Литолого-структурные элементы массива

Слоек- элементарная единица слоистости горной породы, литологически однороден; мощность Н = (10-4¸ 10-2) м.

Прослой(прослоек) - тонкий слой, заключенный между основными слоями; может подразделяться на слойки; литологически однороден; Н = (10-3¸ 10-2) м.

Слой- тело плоской формы, однородное по литологическим особенностям; подразделяется на прослои; Н = (10-2¸ 1) м.

Пласт- геологическое тело плоской формы, мощность которого во много раз меньше линейных размеров площади его распространения, а в подошве и кровле его развиты трещины напластования. Обычно литологически однороден и может состоять из слоев и прослоев; блокообразующими трещинами пласт расчленен на ЭПБ; Н = (10-1¸ 10) м.

Пакетпластов - совокупность пластов осадочных или метаморфических парапород, однотипных по составу, ограниченных разрывами или прослоями другого состава; Н = (1 ¸ 10) м.

Пачкаслоистых пород - ограниченная прослоями совокупность однородных слоев, характеризующихся общностью фациально-литологических признаков; Н = (1 ¸ 10) м.

Комплексымагматических пород и ортопород - совокупность сменяющих друг друга разновидностей пород, связанных общностью происхождения и различающихся по текстурным и структурным особенностям; разделяются на пакеты пластов; Н = (10 ¸ 103) м.

Свитаслоистых или расслоенных метаморфических пород - совокупность пород, выделяемых по фациально-литологическим признакам; имеет четкие стратиграфическое и географическое наименования; может подразделяться на подсвиты или пачки однотипных пород, ритмы разного масштаба флишоидного или флишевого типа; Н = (10 ¸ 103) м.

Расслоенностьтолщмагматическихпород и метаморфических ортопород - чередование в разрезе различных по минеральному составу, структуре, текстуре пород, вызванное различными процессами дифференциации магмы; Н = (10-1¸ 102) м.

Слоистостьтолщ осадочных пород и метаморфических парапород - чередование в разрезе слоев различной мощности, параллельных друг другу; различают: градационную, ритмичную, флишоидную, флишевую и др.; Н = (10-2¸ 1) м.

Толщапород- совокупность одного или нескольких генетических типов пород, характеризующихся некоторой общностью входящих в нее пород (в частности, фациальным единством) или характером их чередования в разрезе; Н = (102¸ 103) м. С прочими терминами, встречающимися в Методике, при необходимости можно ознакомиться по справочникам и словарям [14, 15, 70].

1.3. В Методике используются следующие физические величины:

Н - мощность (слоя, пласта, пачки и др.),м;

х, у, z- координаты пространства: z - вертикальный компонент; у- горизонтальный (запад-восток); х - горизонтальный (север-юг);

s - напряжение и его составляющие: sz - вертикальная, sг min - горизонтальная (минимальное значение), sг max - горизонтальная (максимальное значение);

апр - азимут простирания, град;

a - азимут падения, град;

b - угол падения, град;

а - расстояние (шаг) между параллельными трещинами одной системы, см, м;

Dа - ширина раскрытия трещины, мм, см;

L- длина трещины, см, м;

DL - длина «мостиков» (целиков) между концами параллельных и кулисных трещин, м;

aв - «угол встречи» (угол между направлением разреза и простиранием системы трещин), град;

V- объем блока, м3;

F- площадь, м2;

Ктп - коэффициент трещинной пористости (пустотности), площадной, %;

n - общая пористость, %;

nмин - пористость минералов, %;

nзакр - пористость закрытая, %;

nоткр - пористость открытая, сообщающаяся, %;

a* - угол наклона выступов неровностей стенок трещины, град;

l- длина волны (расстояние между соседними выступами) неровностей стенок трещины, см, м;

h- высота выступов неровностей, мм, см;

Ф - фракционный состав блоков (ЭПБ), %;

d10- диаметр ЭПБ по кривой обеспеченности при вероятности Р = 10 %, дм, м;

d60 - то же при Р = 60 %, дм, м;

Kн = d60/d10- коэффициент неоднородности фракционного состава ЭПБ;

W - влажность породы (весовая), %;

g - объемный вес породы, Н/м3;

dмин - истинная плотность (минеральная) породы, кг/м3;

d - плотность породы, кг/м3;

dс - плотность сухой породы, кг/м3;

Квыв- степень выветрелости (отношение плотности выветрелой и невыветрелой пород);

Кв - коэффициент водонасыщения породы, %;

Кр - коэффициент размокания (размягчаемости) породы, %;

Кф- коэффициент фильтрации, м/сут;

q- удельное водопоглощение, л/мин;

Rсж, Rск, Rp, Rнаг- временное сопротивление пород соответственно: сжатию, скалыванию, растяжению, изгибу, МПа;

Е - модуль упругости породы: Ес - статический, Ед - динамический, МПа;

Е0 - статический модуль общей деформации, МПа;

Ко- статический коэффициент отпора, МПа/м;

m - коэффициент Пуассона: mс - статический, mд - динамический;

j - угол внутреннего трения пород, град;

С - сцепление пород, МПа;

vp, vs - скорость распространения продольной (Р) и поперечной (S) волн, км/с;

RQD - отношение общей длины сохранных кусков керна длиной более 10 см к длине пробуренного интервала в скважине, %;

Р= rвп/rв - относительное электрическое сопротивление породы, где rвп - удельное электрическое сопротивление водонасыщенной породы, rв - то же воды, Ом×м.

1.4. Геоструктурные схемы (модели) скальных массивов должны составляться на основе анализа и обобщения результатов инженерно-геологических изысканий и исследований, включающих комплекс геолого-съемочных и горно-буровых работ, геофизических, гидрогеологических и геомеханических исследований (полевых и лабораторных).

Термины «схема» и «модель» имеют близкое смысловое значение (как итоговая форма обобщения материалов изысканий и исследований на разных этапах проектирования), но разные оттенки достоверности. На начальной стадии изучения массива (предпроектная документация: схема использования реки и технико-экономическое обоснование ТЭО) предпочтительно употребление термина «схема», а на стадиях «проекта (рабочего проекта)» и «рабочей документации» - термина «модель». При рассмотрении методических вопросов схематизации допустимо употребление терминов «схема» и «модель» как синонимов.

1.5. Геоструктурные модели должны качественно и количественно характеризовать особенности геологического строения и горную геометрию скального массива для обеспечения возможности систематизировать результаты полевых и лабораторных исследований свойств пород и распространить нормативные (расчетные) значения показателей этих свойств на его объемные элементы, квазиоднородные по составу, строению и состоянию. Таким образом, ГСМ должна служить основой для составления специализированных моделей характеристик свойств. Подробность ГСМ должна быть выше, чем специализированных моделей свойств, и не вся информация, содержащаяся в ГСМ, используется в дальнейшем в специализированных моделях (например, стратиграфические и литолого-петрологические особенности). Тем не менее эта «излишняя», более подробная информация необходима и служит обосновывающим материалом для выделения ИГЭ.

В связи с тем, что разные свойства массива контролируются различными наборами геологических параметров с различной шкалой их относительной значимости, схемы (модели) по деформационным, прочностным, фильтрационным и другим свойствам существенно отличаются друг от друга (по конфигурации квазиоднородных элементов), несмотря на то что в своей основе они имеют единую ГСМ.

1.6. Формой представления геоструктурной модели массива является комплект документации: масштабные карты, разрезы и срезы массива, а также вспомогательный, графический и табличный материал. В частности, ГСМ должна включать в себя:

а) сводный литолого-стратиграфический разрез (колонка в масштабе 1:50 - 1:100), на основе которого послойно систематизируются и обобщаются характеристики трещиноватости, блочности и физико-механических свойств;

б) вертикальные геологические разрезы, построенные в неискаженном масштабе, по характерным и нужным для проектных расчетов сечениям массива. На разрезах показывают контуры квазиоднородных структурно-петрологических, структурно-тектонических и инженерно-геологических элементов массива, а также средние значения и диапазон изменения параметров трещиноватости, блочности и характеристик свойств. Минимальное число разноориентированных разрезов 6: три - вдоль реки (левый и правый берега, русло) и три поперечника. Желательно совпадение разрезов с геофизическими линиями разведки;

в) карты-срезы на разных отметках, содержащие контуры структурно-геологических элементов, средние значения параметров трещиноватости, блочности и характеристик свойств;

г) пояснительную записку, включающую таблицы, графический материал и общую оценку структурно-петрологических и структурно-тектонических особенностей основания с выделением тех из них, которые могут вызвать осложнения при строительстве и эксплуатации сооружения и поэтому требуют специального изучения.

1.7. Отображение структурно-геологических элементов на разрезах и картах-срезах позволяет наглядно (качественно, без численных оценок) характеризовать неоднородность, анизотропность и дискретность массива (табл. 1).

Таблица1

Классификация пород и массивов по однородности и изотропности (по П.Н. Панюкову с дополнениями)


Возврат к списку
(Нет голосов)

Комментарии (0)


Чтобы оставить комментарий вам необходимо авторизоваться
Самые популярные документы
Новости
Все новости