Комплексное решение инженерно-геологических задач с помощью метода ЕИЭМПЗ на водохранилище Бенинар (Испания)

Наибольшее применение метод ЕИЭМПЗ получил при решении инженерно-геологических задач и, в частности, на гидротехнических объектах. Емкость современных водохранилищ достигает десятков и сотен миллионов кубических метров. На территории СНГ эксплуатируется в настоящее время более 1000 крупных водохранилищ общей емкостью около 830 млрд.м³. Высота многих плотин достигает 300 и более метров. Возведение таких плотин - сложная инженерная задача, требующая получения полных и надежных сведений об инженерно-геологических условиях участка строительства с прогнозированием опасных геологических процессов, которые могут возникнуть при эксплуатации плотин.

По свидетельству президента испанской фирмы TIHGSA Carlos M. Ordones Peres в Испании насчитывается 1000 крупных плотин из железобетона и естественных материалов. Располагаясь в сложных инженерно-геологических условиях многие из них требуют постоянного контроля за состоянием тел плотин, склонов водохранилищ, конструктивных элементов.

В 2009г по договору с фирмой были проведены исследования на плотине и склонах водохранилища Бенинар в провинции Альмерии. Водохранилище и плотина находятся на южном склоне горного массива Сьерра Невада Иберийской Кордильеры. В геологическом строении принимают участие пермь-триасовые мраморовидные известняки, конгломераты и филлиты. Филлиты листоватые, чешуйчатые с обилием мусковита и серицита использовались при сооружении плотины как противофильтрационный материал, напорное укрепление сложено известняками и намывными четвертичными отложениями. В обнажениях отчетливо видна тектоническая раздробленность отложений, ожелезненность и обохрренность по трещинам известняков и мраморов

Плотина работает с 1988г, его объем составляет 70 кубических гектометров. Необходимо было решить следующие задачи:

• оценка напряженно-деформированного состояния (НДС) тела плотины и зон примыканий;
• оценка НДС оползневого правого склона;
• оценка напряженного состояния подземных галерей;
• зондирование скважин;
• обнаружение возможных утечек в теле плотины и на дне водохранилища.

Благодаря оперативности метода все задачи были решены в сравнительно короткий, месячный срок.

Первоначально было проведено рекогносцировочное обследование участка, выбраны нуль-пункты и произведена разбивка и привязка профилей. При измерении ЕИЭМПЗ применялся хорошо известный в геофизике способ многоотсчетного профилирования. Профили располагались по гребню и бермам, а также вдоль склона. Точки измерений ЕИЭМПЗ размещались на профилях на расстоянии 5 м друг от друга. Для измерений импульсов ЕИЭМПЗ использовался прибор типа «Адонис-32М», опытная серия которого выпущена в 2001 г. в НАПКС^*. На каждой точке наблюдений производилась серия отсчетов из 7 значений. Параметры регистрации (время дискретизации, диапазон чувствительности, направленность антенны) во время всей работы на конкретном участке оставались одинаковыми. Направленность антенны определялась на нуль-пункте путем круговой развертки вне активных помех. После обработки материалов были построены графики интенсивности ЕИЭМПЗ по профилям. Всего на плотине исследования проводились по 9 профилям. При более высокой чувствительности прибора позднее были проведены повторные исследования вдоль гребня и в областях примыканий. Точки регистрации ЕИЭМПЗ размещались, при этом, через 10м.

Аномалии выделялись по превышению значений интенсивности поля относительно фоновых, а по разработанной в 1987г. классификации оценивалось напряженно-деформированное состояние пород в массиве. Подобная оценка является косвенной, но достаточно информативной. Исходя из особенностей механизмов генерирования электромагнитных импульсов, проводится интерпретация полученных результатов.

На плотине наблюдается дифференцированный характер электромагнитного импульсного излучения (Рис1). Глубина залегания центра вертикально намагниченной сферы определяется по формуле - . Она соответствует глубине залегания основного возмущающего очага электромагнитного импульсного поля.

Бермы в верхнем бьефе имеют сходный дифференцированный характер, но более контрастный при приближении к воде. Чередование положительных и отрицательных аномалий связано с наличием напряженных и с релаксированными напряжениями участков. Последние приурочены к трещиноватым, высокопроницаемым зонам, по которым происходит фильтрация воды. Плотина выполнена филлитами, способными к быстрому выветриванию и образованию тонкочешуйчатого материала. При взаимодействии с водой они образуют суглиноподобный или супесчаный материал, чередующийся с крупными глыбами. Все это создает большую неоднородность в строении плотины, формирование сложных полей напряжений. На напряженное состояние плотины оказыают влияние и набросные глыбы известняков разных размеров, тектоническое и гидродинамическое поля напряжений.

На нижнем бьефе плотины напряженность увеличивается снизу вверх. Характерно, что на самой высокой берме увеличивается разброс значений ЕИЭМПЗ. В средней части плотины напряженность заметно увеличивается.

При повторном исследовании в зонах примыканий и на гребне подтвердилась ранее установленная закономерность в распределении напряжений. Наиболее напряженной является правосторонняя зона. Вероятно, это связано с наличием здесь сбросных сооружений. Склон вдоль сбросного лотка находится в устойчивом и нормальном поле напряжений, соответствующим фоновым значениям. Менее напряженной является левосторонняя зона и примыкающий ступенчатый склон. Гребень характеризуется изменчивым полем напряжений, сменой аномально напряженных зон и зон с релаксированными напряжениями.

Анализируя наиболее напряженные участки, приходим к выводу, что тело плотины находится на момент исследований в ненапряженном состоянии. В основном напряжения носят релаксированный характер, изобилуют трещиноватыми зонами, способными при полном заполнении водохранилища к фильтрации воды.

В зонах примыканий породный массив и конструкции плотины находятся в слабонапряженном или умеренно напряженном состоянии.

На оползневом склоне наблюдается сложная очаговая структура поля напряжений. Оползневыми очагами поражены дороги, подпорные стены, здания и сооружения. Ниже существующей автодороги на склоне развиты открытые зияющие трещины до 0,5м шириной и достаточно большой глубины. В оползневое смещение вовлечены блоки известняков, щебенисто-суглинистых отложений, конгломератов. Стенки срыва достигают высоты 7-10м. По деформациям можно предположить о регрессивном характере оползневого процесса. Его активность увеличивается при заполнении и сработке водохранилища. В это время происходит подъем уровня грунтовых вод, увеличивается гидродинамическое поле напряжений, ослабевают прочностные связи пород.

В акватории водохранилища были выявлены зоны повышенной фильтрации, очевидно, связанные с трещиноватыми мраморовидными известняками.Зондирование осуществлялось с помощью герметичного специального электромагнитного зонда Результаты коррелировались с инклинометрическими наблюдениями.

Ряд высоконапряженных зон были выявлены при исследовании галерей. В таких зонах возможны деформации, связанные с проявлениями горного давления.

^* В настоящее время Академия строительства и архитектуры (стректурное подразделение) ФГАОУ ВО "КФУ им. В.И. Вернадского"