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:

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.

График изменения интенсивности ЕИЭМПЗ (N) и дисперсии вдоль профиля |-| на гребне плотины.

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"