Авторефераты по всем темам  >>  Авторефераты по геологии-минералогии

Инженерно-геологические проблемы мегаполисов юга России и их влияние на строительство

Автореферат докторской диссертации по геологии-минералогии

  СКАЧАТЬ ОРИГИНАЛ ДОКУМЕНТА  
Страницы: | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
 

Аномалиимагнитногополя. Сходство магнитного и гравитационного полей ПКВ известно давно, существуют схемы районирования с выделением аномалий I -IV порядков (Кунин Н.Я., 1977). Магнитная восприимчивость как способность пород намагничиваться, для кунгурской соли ниже, чем в надсолевом комплексе (табл. 3), хотя в целом большинство пород осадочного чехла ПКВ имеет слабую магнитную восприимчивость и не создает аномалий.

Таблица 3

Магнитная восприимчивость пород Прикаспийской впадины

Возраст

Общее число образцов

Доля образцов (%) для 10-6 ед. СГСМ

10

10-100

100-200

200-500

500

Центральная часть впадины

Кайнозой

403

85

10

3

2

-

Мезозой

482

92

7

1

-

-

Пермо-триас

275

90

9

1

-

-

Кунгур

49

96

4

-

-

-

Актюбинское Приуралье и Западное Приугоджарье

Мезозой

70

86

14

-

-

-

Пермо-триас

182

43

33

16

16

2

Кунгур

198

90

9

1

1

-

Нижняя пермь

141

96

3

1

1

-

Южно-Эмбенский район

Кайнозой

96

94

6

-

-

-

Мезозой

717

89

11

-

-

-

Пермо-триас

54

96

4

-

-

-

Кунгур

107

99

1

-

-

-

Аномалииволновыхполей. В пределах ПКВ применяются различные методы сейсморазведки: методы отраженных волн (MOB), корреляционный метод преломленных волн (КМПВ); их волновые поля четко различаются для соляных куполов и мульд.

Волновое поле MOB отображает строение разреза и отличается спецификой в ПКВ. Число отраженных волн в мульдах варьирует от 5 до 15 и обычно составляет 8-12. С приближением к соляному куполу волновое поле осложняется. В сводовых частях куполов волны прослеживаются хуже или не регистрируются.

В поле преломленных волн ПКВ выделяются аномальные волны, обусловленные куполами: дифрагированные и отраженные от куполов волны с низкой интенсивностью, большим диапазоном кажущихся скоростей, специфической формой годографа. Аномальные волны с большими скоростями существуют также в зонах крупных разломов.

Существуют и другие геофизические аномалии с резкими различиями напряженно-деформированного состояния разреза над куполами. Обзор исследований аномалий опубликован В.Ф.Котловым (1997).

Геохимическиеаномалии. над соляными куполами установлены в левобережье Волгоградской области и на территории АГКМ. По данным анализа разреза и результатов газовой съемки на территории АГКМ установлена связь между распределением метана на глубине 0-100 м и расположением куполов Ахтубинский и др. (Акимова А.А.). Площадная газонасыщенность разреза метаном определена на основе данных 208 геохимических скважин глубиной 100 м, равномерно распределенных на площади 1500 м2. Газонасыщенность пород колеблется в пределах от 0,1 до 20,3 %. Сравнительный анализ площадного распределения газонасыщенности с поверхностью кровли соли указывает на взаимосвязь между ними. Аномально высокая концентрация метана (АВКМ) совпадает с крутыми, как правило, западными и северо-западными стенками куполов. В мульдах распределение концентрации метана не зависит от местоположения точки опробования. АГКМ рассматривается как показатель повышенной флюидопроницаемости разреза на данной площади. Последнее подтверждается данными геофизических исследований, по которым участки с повышенной трещиноватостью надсолевого комплекса совпадают.

Геохимические аномалии над соляными куполами с ураганным содержанием гелия в подземных водах закартированы также А.В. Постновым над Ахтубинским куполом.

По данным геохимических исследований в ПКВ и на территории АГКМ выявлены закономерности изменений в составе атмосферы и выявленных зон проницаемости разреза. Установлено, что локализация диоксида азота техногенного происхождения в приземной атмосфере, превышающая ПДК, связана с выявленными геодинамически активными зонами.Проявление газогеохимических аномалий над участками повышенной трещиноватости и флюидопроницаемости на площадях с развитой солянокупольной тектоникой ПКВ, предопределяет формирование так называемых зон притяжения техногенных потоков газов и приводит к локализации загрязнителей, выбрасываемых в атмосферный воздух.

В левобережье Волгоградской области (Лугово-Пролейская, Демидовская и другие структуры) при анализе данных газометрических исследований с данными дешифрирования аэрофотоснимков также наблюдается взаимосвязь.

Зоныа трещиноватостиа иа аномалийаа концентрацийаа метана приурочены к зонам развития максимальных тектонических напряжений и четко отражают проявление соляной тектоники. Максимальная густот трещин наблюдается в пределах присводовых частях структур, где напряжения наиболее значительны. К этим зонам приурочены геохимические аномалии: например, содержание метана в поверхностных образцах в 3 раза больше, чем вне этой зоны, а тяжелых углеводородов в 4,5 раза. Непосредственно над разрывными нарушениями содержание метана выше в 15 раз, а тяжелых углеводородов - в 20 раза (В.Г. Прохоров).

Выявление зон повышенной проницаемости среды представляет актуальную научную и практическую задачу. Горные породы в этих зонах имеют пониженную прочность,повышенную трещиноватость, что может отражаться в нарушениях герметичности водоупоров; они относительно неблагоприятны в инженерно-геологическом отношении.

Эти зоны отличаются фильтрационной анизотропностью, повышенным динамизмом подземного стока, связью режима ПВ с режимом инфильтрации поверхностных вод, пониженной минерализацией подземных вод в зоне активного водообмена. Эксплуатационные скважины в пределах газовых месторождений являются источниками повышенного экологического риска и требуют особого внимания в процессе эксплуатации. К подобным зонам, по мнению большинства исследователей, относятся так называемые геопатогенные зоны, или зоны биологического дискомфорта, негативно влияющие на здоровье человека (М.В. Комарова, 1988).

Зоны повышенной проницаемости изучены и закартированы крайне слабо. В Волгоградской области подобныезоны выявлены и изучаются с помощью режимных наблюдений на ряде полигонов (Суворовском, Демидовском) и Лободинско-Катричевском профиле.

8.4. Пространственные закономерности линеаментов в Волгоградском Прикаспии

В Волгоградском Прикаспии отсутствие резко выраженной связи рельефа со структурными и ИГ условиями на локальных площадях не позволяет отметить многие важные морфологические особенности территории.

Для выявления структурных форм и их связи с геохимическими аномалиями требуется более тщательный анализ рельефа, поэтому был применен морфоструктурный анализ разрывных дислокаций, отражающихся в ландшафтах в виде прямолинейных элементов. Опыт использования этого метода есть как у нас в стране, так и за рубежом.

Прямолинейные элементы ландшафта в работах различных авторов имеют разные названия; большинство исследователей называет их линеаментами. Исследуя закономерности распределения их по площади, а также общий геометрический рисунок, можно решать многие вопросы структурного анализа. Например, в пределах отдельных локальных участков, приуроченных к соляным куполам, разломам и т. д., порядок скоростей современных движений сохраняется таким же (1 - 1,5 мм/год), как и для наиболее активного Жирновско-Линевского блока (до 4,5 мм/год). Ранее установленная тесная связь геохимических аномалий с зонами активных новейших поднятий в Правобережье, дала основание утверждать, что подобный порядок скоростей восходящих подвижек обеспечивает образование трещин - путей миграции углеводородов. Поэтому выявление наиболее активных инженерно-геологических зон по линеаментам представляет большой интерес.

Специфические условия рельефа Левобережья определяют особенности их выделения и интерпретации. Для этой цели В.А. Прохоровым проводилось дешифрирование аэрофотоматериалов крупного масштаба.

В качестве поисковых критериев использовались прямолинейные границы почв, линейно вытянутые участки лиманов, другие прямые границы фототона. Дешифрирование проводилось на участке Лугово-Пролейской площади, который частично расположен в зоне Приволжской моноклинали и Прикаспийской синеклизы. В результате обработки была составлена карта густоты линеаментов, построены розы-диаграммы, проанализированы их плановые распределения.

Методика составления карт детально описана в работе И.Г. Гольбрайха.Применялся метод скользящего окна с помощью круговой палетки. Радиус палетки Ч 2 км, как 1/3 - 1/4часть от размера локальных структур. Шаг палетки - 1 км, для получение непрерывной информации по всей площади. Дополнительно были составлены карты избранных простираний характерных линеаментов 300Ч320 и 30Ч60.

Установлено, что повышенная густота трещиноватости приурочена к зонам максимальных тектонических напряжений и наиболее сложных ИГУ. Полученные аномалии густоты линеаментов сравнивались со структурной картой по кровле соли. Общее повышение густоты линеаментов приурочено к соляным структурам.

Характерно, что мульда, четко проявляющаяся на структурных картах, вверх по разрезу становится все менее выраженной и на поверхности представлена куполовидным повышением, высотой до 3 м, с концентрическим рисунком линеаментов. Увеличение густоты линеаментов происходит и в пределах моноклинали помере приближения к бортовому уступу, но и периклинальная часть Лугово-Пролейской брахиантиклинали с амплитудой 0,01 км по подошве турона выделяется повышенной густотой линеаментов.

Изучение ориентировки линеаментов позволяет получить определенную информацию о тектонической и инженерно-геологической структуре региона.

Линеаменты, как трансформация тектонической трещиноватости на поверхность, отражают не разломы, а распределение трещиноватости в пределах тектонической и инженерно-геологической структуры района, а, следовательно, и саму структуру. Таким образом, подтвердилось мнение,что в условиях длительного компенсированного прогибания молодые разрывы преобладают над разрывами древних пoгребенных этажей.

Распределение линеаментов по площади, связь их с трещинно-разрывной сеткой коренных пород и с морфологией структуры определяет инженерно-геологические особенности строения вертикального разреза.

Е.М. Смехов указывает, что обнаруженные на поверхности аномалии густоты трещиноватости можно трансформировать на глубину и предсказывать вероятные зоны трещинных коллекторов. Исследования показали, что густота линеаментов на поверхности наиболее четко отражает неравномерное распределение трещиноватости верхнего структурного этажа, в данном случае надсолевого комплекса. Это может служить надежным критерием при поиске ослабленных инженерно-геологических зон в земной коре.

Данные по структурному развитию новейшей тектонической активности, ведущих к раскрытию или закрытию трещин, позволяют прогнозировать участки повышенной проницаемости, что во многом может облегчить интерпретацию инженерно-геологических исследований.

В пределах исследуемого участка для Приволжской моноклинали геохимические аномалии вытянуты по простиранию структуры; в Прикаспийской синеклизе они имеют более причудливые очертания, повторяющие контуры структур, и располагаются на крупных крыльях, периклиналях, в межкупольных впадинах и других местах развития наибольших тектонических напряжений.

Адекватно отражая соляные структуры, аномалии густоты линеаментов могут служить средством для отбраковки геохимических аномалий, приуроченным к соляным куполам, которые являются малоперспективными. И наоборот, повышенная густота линеаментов, развитая над другими структурными формами и отражающая активные поднятия, указывает на повышенную проницаемость разреза в данном месте и благоприятные условия для миграции флюидов к поверхности. На наличие таких условий указывает крупная газобактериальная аномалия, отмечается и повышенная газонасыщенность пород на глубине.

Радиометрические аномалии также отличаются повышенной густотой линеаментов или в их пределах; рисунок линеаментов концентрический, отражающий куполовидные поднятия на дневной поверхности.

При использовании результатов дешифрирования аэрофотоматериалов и выделенных на них линеаментов, отражающих неоднородность трещиноватости пород, при интерпретацииа геохимических исследований необходимо учитывать данные геофизических и инженерно-геологических исследований, которые, в частности, могут дополнить данные о трещиноватости и проницаемости пород на глубине, что позволит более точно выделять перспективные аномалии (В.А. Прохоров).

Глава 9. Инженерно-геологическое обоснование проектирования и строительства оснований и фундаментов на территории мегаполиса.

В соответствии с действующими нормативными документами (СНиП), основания и фундаменты зданий и сооружений служат для восприятия нагрузок от строительных конструкций, технологического оборудования и нагрузок на полы.

Выбор основания (несущего слоя) производитсяа в зависимости от инженерно-геологических условий площадки строительства, конструктивных особенностей проектируемого здания и сооружения; грунты основания должны обеспечивать надежную работу конструкций зданий и сооружений при минимальных объемах строительных работ по устройству фундаментов.

В качестве основания могут приниматься разнообразные грунты; не рекомендуется использование в качестве основания илов, торфов, рыхлых песчаных и текучепластичных глинистых грунтов.

При свайных фундаментах грунты основания должны максимально использовать прочность материалов свай при минимальном их сечении, длине и заглублении подошвы ростверка.

9.1. Сравнительная характеристика инженерно-геологических условий Прикаспийской синеклизы и Приволжской моноклинали в границах Волгоградского мегаполиса

В целях выявления пространственных закономерностей инженерно-геологических условий на территории мегаполиса был выполнен сравнительный анализ этих условий для инженерно-геологических районов города, относящихся к Прикаспийской синеклизе и Приволжской моноклинали.

К ним относятся тектоническая позиция и господствующий тип тектонических движений, преобладающие типы четвертичных отложений, геоморфологические условия, состав и физико-механические свойства грунтов (в том числе специфических), геологические и инженерно-геологические процессы. Итоги анализа приведены в таблице 4.

В целом по большинству признаков инженерно-геологические районы Прикаспия и Воронежской антеклизы резко отличаются. Некоторым исключением является сходство инженерно-геологических процессов в подземной гидросфере, однако и здесь скорости подъема УГВ на хвалынских глинах в Прикаспии существенно выше, чем в лессовых породах Приволжской возвышенности.

Таблица 4

Сравнительная характеристика инженерно-геологических районов Прикаспийской синеклизы и Приволжской моноклинали

Номера районов

ИГР I, ИГР II, ИГР III, ИГР VII

ИГР IV, ИГР V, ИГР VI, частично ИГР VIII

Тектоническая позиция

Прикаспийская синеклиза (впадина)

Приволжская моноклиналь Воронежской антеклизы

Господствующий тип тектонических движений

Погружение

Поднятие

Преобладающие типы четвертичных отложений

Морские, аллювиально-морские, аллювиальные, озерные, эоловые, лессовые

ессовые, элювиальные

Геоморфологические условия

Прикаспийская низменность - плоская аккумулятивная равнина, сложенная морскими и континентальными четвертичными отложениями

Приволжская возвышенность - денудационная равнина, сложенная дочетвертичными отложениями, преимущественно перекрытыми лессовыми породами

Гидрогеологические условия

Неглубокое залегание УГВ (до 1-5 м) в морских, аллювиальных, озерных отложениях

УГВ на неосвоенных территориях располагался в дочетвертичных отложениях. Освоение территории привело к резкому подъему УГВ

Состав и физико-механические свойства грунтов

Преобладают рыхлые четвертичные глинистые, лессовые и песчаные породы морского, аллювиального и озерного происхождения. Голоценовые глины слабо литифицированы, верхнеплейстоценовые от слабой до средней литификации, средне- и нижнеплейстоценовые среднелитифицированы

Преобладают скальные и полускальные породы мечеткинской и царицынской свит терригенной и кремнистой формации палеогена.

Песчаные грунты ергенинской свиты неогена обладают высокой плотностью и малой сжимаемостью

Специфические грунты

Повсеместно распространенные хвалынские глины относятся к сильнонабухающим, особенно на участках соляных куполов. В межкупольных депрессиях хвалынские глины относятся к слабым грунтам, как и аллювиальные старичные грунты. Верхнехвалынско-современные и верхнечетвертичные ательские лессовые породы являются просадочными.

Покровные лессовые породы являются просадочными. Олигоценовые глины майкопской серии палеогена и оливково-зеленые глины эоцена относятся к сильнонабухающим.

Слабые грунты связаны с долинами притоков Волги: Мечеткой, Царицей, Ельшанкой и др.

Геологические и инженерно-геологические процессы

Современные тектонические движения на соляных структурах со скоростью до 18 мм/год, часто сопровождаемые разломами.

Характерно преобладание аккумуляции над денудацией.

Оползни и оврагообразование, связанные преимущественно с долиной р. Волги, входят в группу наиболее опасных процессов.

На освоенных территориях типичны процессы изменения гидрогеологических условий: резкий подъем уровня грунтовых вод, подтопление, заболачивание, засоление, просадочные явления в лессах, набухание глин, уменьшение прочности пород и их размокание, оползни, коррозия и пр.

На освоенных территориях развиваются эоловые процессы и опустынивание

Современные тектонические процессы, связанные с соляной тектоникой, отсутствуют.

Характерно преобладание денудации над аккумуляцией.

Оползни и оврагообразование, связанные как с долиной р. Волги, так и с многочисленными оврагами, также входят в группу наиболее опасных процессов. Переработка правого берега Волгоградского водохранилища происходит со скоростью от 0,4 до 1,8 м/год в палеогеновых отложениях.

На освоенных территориях происходит изменение ГГУ, которое вызывает повышение уровня грунтовых вод, образование верховодки, увеличение влажности пород и их размокание, коррозию, оползни и т.д. При подъеме уровня грунтовых вод возникает подтопление, заболачивание и вторичное засоление.

Некоторым особняком выглядят районы VIII типа - преимущественного распространения искусственных насыпных и намывных пород мощностью до 28 м, подстилаемых аллювиальными современными отложениями притоков р. Волги, которые распространены как в Прикаспии, так и на Приволжской антиклинали мегаполиса, с некоторым преобладанием в северной части. Они возникли в результате ликвидации мелких речек, оврагов и балок.

9.2. Исследование закономерностей несущей способности

оснований и фундаментов

Количество высотных зданий в Волгограде и их высота непрерывно возрастает (более 100 м). Как правило, многоэтажные здания возводят на свайных или плитных фундаментах.

Вместе с тем инженерно-геологические условия территории Волгоградского мегаполиса достаточно сложные, что связано с распространением так называемых специфических грунтов (раздел 7.2).

Первым от поверхности горизонтом являются техногенные грунты, по преимуществу насыпные и намывные. Вследствие высокой неоднородности в качестве естественного основания для плитных фундаментов они не используются, хотя сроки их самоуплотнения давно исчерпаны. При свайном варианте фундаментов эти грунты полностью прорезаются сваями и опираются на слабосжимаемые грунты.

К просадочным грунтам относятся в первую очередь покровные лессовые породы LQIII, широко распространенные на водораздельных пространствах и склонах Приволжской возвышенности. Кроме того, просадочными являются погребенные лессовые породыа ательского горизонта LQIIIat. Оба типа грунтов проявляют просадочность при замачивании.

Набухающие грунты представлены древними глинами майкопской свиты палеогена P3mk; при замачивании они увеличиваются в объеме, а давление набухания составляет 0,15-0,3 МПа. Другим распространенным типом набухающих при замачивании пород являются глины хвалынского горизонта QIIIhv; их давление набухания достигает 0,5 МПа.

К слабым грунтам относятся озерно-аллювиальные глины и суглинки бекетовского горизонта, образовавшиеся около 10 тысяч лет назад и вследствие этого обладающие высокой пористостью, влажностью, сжимаемостью и крайне низкой прочностью.

Вполне понятно, что все перечисленные выше специфические грунты не могут использоваться в качестве оснований плитных фундаментов без искусственного укрепления грунтов.

Ниже рассматриваются результаты 245 натурных испытаний свай (см. таблицу 5) статическими нагрузками в различных инженерно-геологических условиях*.

Таблица 5

Результаты полевых исследований несущей способности свай в различных инженерно-геологических условиях мегаполиса

Несущий слой грунта

Глубина погружения,

м

Частные значения несущей способности свай, тс

Количество опытов

Примечания

1

2

3

4

5

Сваи - стойки сечением 0,3х0,3 м

Песчано-алевритовые породы мечеткинской свиты палеогена Р2m

3,0

80

2

4,0

96

2

4,6-4,8

75

4

5,1-5,6

90

4

5,5

85

3

6,5

80

1

7,5

65-70

2

*лидер 6,0 м

7-9

85

12

11-13

100

3

12

90

3

15

90

2

Эталонные сваи

Песчано-алевритовые породы мечеткинской свиты палеогена Р2m

4,4

81

1

5,3-5,5

75-78

4

5,9-6,0

79-86

4

7,3

86

2

8,0

87

2

8,5

88-97

3

9,5

92

2

Сваи-стойки сечением 0,3х0,3 м

Песчано-алевритовые породы царицынской свиты палеогена Р2tz

11.3

100

1

11.5

95

1

13.0

100

1

Глины киевской свиты палеогена Р2kw

4,0

90

2

5,6

90

1

Пески ергенинской свиты неогена N2e

4,5

75

2

*лидер 2,8 м

3,0-4,0

85-90

2

Пески хазарской свиты QIIhz

1,6-5,1

80

2

13,0

125

2

Висячие сваи сечением 0,3х0,3 м

Верхнечетвертичные глины хвалынского горизонта mQIIIhv

5,0

70-85

2

7,0

36-60

9

6,5-7,5

35-50

2

7,5

39-60

4

8,0

55-61

2

8,3-9,3

112

2

11,0-13,5

90-106

4

Озерно-аллювиальные глины, суглинки бекетовского горизонта l-aQIII-IVbk, подстилаемые хвалынскими глинами mQIIIhv

16-21

40-45

2

13,5

45

2

Озерно-аллювиальные глины, суглинки бекетовского горизонта l-aQIII-IVbk, подстилаемые песками хазарского горизонта

21,6-23

67

2

ессовые породы LQIII

12

44

2

*уровень грунтовых вод (УГВ) на глубине 6,5 м

1

2

3

4

5

15

37,5

2

*УГВ на глубине 10,5 м, лидер на глубине 10 м

2,8-7,5

75-105

2

2,8-7,5

32-50*

2

*опыты с замачиванием

4,5-6,5

60

2

4,5-6,5

30-40*

2

*опыты с замачиванием

Глины майкопской свиты палеогена Р3mk

7,0

95

1

10,8-12,0

90-100

3

ессовые породы LQIII, подстилаемые глинами майкопской свиты Р3mk

8,5

80

2

ессовые породы ательского горизонта с прослоями песков LQIII,at

7-9

87-105

4

10,5

51-55*

3

*опыты с замачиванием

7,5-8,0

52-80*

3

*опыты с замачиванием

Пески ательского горизонта QIII,at

4-7

60-80

100

Буронабивные сваи диаметром 0,6-0,8 м

Алевролиты царицынской свиты палеогена Р2tz

21-22

350

1

*свая 304 диаметр 0,6 м, осадка 8,32 мм

500

1

свая 244 диаметр 0,8 м, осадка 8,55 мм

500

1

свая 417 диаметр 0,8 м, осадка 11,70 мм

22

500

1

свая 238 диаметр 0,8 м, осадка 12,97 мм

22

500

1

свая 484 диаметр 0,8 м, осадка 8,42 мм

Буронабивные сваи диаметром 1 м

Песчано-алевритовые породы царицынской свиты палеогена Р2tz

29,5

976,9

1

свая 1/109, диаметр 1 м, осадка 13 мм

30,0

935,4

1

свая 1/78, диаметр 1 м, осадка 14,5 мм

Песчано-алевритовые породы мечеткинской свиты палеогена P2m

18,2

678,0

1

свая 1, осадка 4,2 мм

18,2

615,0

1

свая 7, осадка 5,5 мм

18,2

705,0

1

свая 53, осадка 6,5 мм

16,2

575,0

1

свая 78, осадка 2,9 мм

18,2

692,0

1

свая 161, осадка 5,9 мм

18,0

660,0

1

свая 179, осадка 2,5 мм

Буронабивные сваи диаметром 1 м с уширением до 1,5 м

Песчано-алевритовые породы царицынской свиты палеогена Р2tz

29,5

1340,1

1

свая 1/7 осадка 12 мм

29,5

1364,0

1

свая 1/8, осадка 11 мм

29,5

1164,3

1

свая 1/61, осадка 14,5 мм

29,5

1261,8

1

свая 2/1, осадка 13 мм

отчет 3170

a

245

*Анализ и обобщение данных выполнены автором совместно с к.г.-м.н. А.П. Долгановым по данным изыскательских организаций НВТИСИЗ, Радиан и др.

Подводя итоги данным о несущей способности свай различных типов и размеров, мы вправе прийти к следующим выводам.

  СКАЧАТЬ ОРИГИНАЛ ДОКУМЕНТА  
Страницы: | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
     Авторефераты по всем темам  >>  Авторефераты по геологии-минералогии