2. . Наблюдения за смещениями горных пород

Измерение микросмещений горных пород сводится к наблюдениям за изменением взаимного положения точек земной поверхности во времени. Заглубляя опорные реперы ниже границы колебаний температуры и влажности, можно получить в чистом виде гидротермические движения. Движение точки земной поверхности является в общем случае пространственным, трехмерным. Сложность непосредственного изучения трехмерного движения вынуждает разлагать его на составляющие. Разложение перемещения на составляющие производится уже в процессе измерения. Зная составляющие вектора смещения точки вдоль координатных осей, можно восстановить пол­ную величину вектора перемещения.

Наблюдения за микросмещениями горных пород делят на точечные (наблюдения ведутся на одном пункте), створно-линейные (наблюдения ведутся по отдельным точкам, расположенным по линии) и площадные (точечные наблюдения, проведенные на некоторой площади).

Основным методом наблюдений за вертикальными смещениями пород является нивелирование; за горизонтальными движениями — линейные, угловые и створные измерения. Во многих случаях практики геодезические методы наблюдений допол­няются геофизическими наклономерными измерениями. Такое комплексное решение данной задачи позволяет осветить геодинамику изучаемой территории с необходимой подробностью.

Как показывает опыт, к организации работ по оборудованию наблюдательных пунктов и к отработке методики нужно приступать сразу же после изыскания и утверждения района строительства объекта. Наблюдения за такими факторами, как уровень подземных вод и термический режим горных пород, должны вестись в течение ряда лет, причем первый год должен приходиться на предстроительный период с тем, чтобы результаты изучения микродеформаций земной поверхности и полученные данные режимных наблюдений можно было использовать при проектировании основания и разработки чертежей фундаментов сооружения. Затем они должны продолжаться весь строительный период и первый период (1–2 года) эксплуатации сооружения. В предстроительный период наблюдения за уровнем подземных вод и термическим режимом пород должны проводиться не реже одного раза в неделю. В строительный период наблюдения рекомендуется выполнять один раз в два месяца и в первый период эксплуатации — два раза в месяц. Для всех периодов частота наблюдений должна быть увеличена осенью, когда происходит интенсивное выпадение атмосферных осадков, и в весеннее время, которое характеризуется повыше­нием уровня подземных вод в результате таяния снега, паводка рек и дождей. Частота их устанавливается в зависимости от климатических условий данного района и года.

Создание сети наблюдений за микросмещениями горных пород. Правильное размещение пунктов (знаков) наблюдений на местности является ведущей частью всей работы по измерениям микродвижений пород площадки прецизионного сооружения. От правильности размещения и числа знаков во многом зависят ка­чество, полнота и четкость выявления возможных смещений.

Деформации земной поверхности являются ее физическим свойством, которое меняется как во времени, так и в простран­стве. Поэтому сеть наблюдений должна быть достаточно густой, чтобы выявить эти изменения и определить основные причины, их вызывающие.

Для районов, где характерные участки, с точки зрения возможных деформаций, определяются довольно однозначно, а ос­тальные части площадки достаточно однородны и практически не вызывают опасений в смысле недопустимых деформаций, лучше создавать сеть наблюдений из отдельных, связанных между собой полигонов. При этом полигоны целесообразно создавать в виде правильных шестиугольников. Такая сеть доста­точно экономична и позволяет вследствие малых размеров полигонов добиться высокой точности определения смещения пород сравнительно простыми способами измерений.

На площадках с постепенными, не явно выраженными изме­нениями деформационных свойств пород лучшим вариантом на­блюдаемой сети является сеть, состоя­щая из равноудаленных знаков, рас­положенных как можно ближе к основным технологическим осям будущего сооружения.

На больших территориях (более 1,5 х 1,5 км) при сложной инженерно-технологической обстановке сеть наблюдений должна иметь как отдельные полигоны, так и наблюдательные пункты, расположенные по технологическим осям сооружения. Любая сеть пополняется точечными пунктами наблюдений в деформационно-аномальных местах площадки.

Если по условиям строительства пункты наблюдательной сети, расположенные непосредственно на стройплощадке, должны быть демонтированы, то создаются специальные контрольные полигоны и контрольные кусты реперов за контуром строительства. Сетью наблюдений за естествен­ными деформациями основания в пе­риод эксплуатации сооружения может служить опорная геодезическая сеть, которая служит для мон­тажа и наладки технологического оборудования, и сеть, создаваемая для наблюдений за осадками фундаментов и основных несущих конструкций [4, 26].

Такой способ создания сети наблюдений за микро движениями пород стройплощадки дает возможность определять их методом геометрических оформляющих, что практически экви­валентно исследованию смещений пород каждой точки пло­щадки, так как характеризует площадку как единое целое.

Знаки для наблюдений за микросмешениями. При изучении микродвижений горных пород земной поверхности в зависимости от целей наблюдений, а также геологических и гидрогеологических условий используются различные типы глубинных геодезических знаков: плановые, высотные (реперы), планово-высотные. Для изучения движений верхних (до 4 м) слоев используют марки установленные в буровые скважины, оборудованные обсадными трубами, которые защищают их от осыпания грунта. Передача отметки на марку произво­дится при помощи нивелирной рейки или специального инварного жезла.

Методы наблюдений за микросмещениями пород.

После установки и стабилизации знаков и реперных устройств приступают к проведению регулярных циклов измерений. Частота циклов устанавливается в зависимости от требуемой точности измерений и скорости движений горных пород. Весной и осенью частота наблюдений должна быть максимальной. Все наблюдения необходимо выполнять в сжатые сроки с тем, чтобы при обработке результатов наблюдений можно было считать, что наблюдения выполнены в одно время.

Периодичность циклов наблюдений устанавливают в зависимости от скорости микросмещений. Наблюдения должны начинаться не менее чем за 1,5 года до начала строительства.

Для наблюдений за вертикальными микросмещениями отдельных точек земной поверхности применяют следующие методы нивелирования: геометрическое, гидростатическое, микронивелирование. Нивелирование выполняют при благоприятных внешних условиях и строгом соблюдении во всех циклах одной и той же схемы и программы измерений и одними и теми же приборами.

Основными методами измерений горизонтальных микросмещёний горных пород являются линейные и створные измерения.

Обработка результатов наблюдений включает следующие этапы:

1. уравнивание и оценка точности результатов измерений;

2. приведение результатов наблюдений к определенной дате;

3. вычисление основных деформационных показателей;

4. статистическое исследование деформационных показателей;

5. установление корреляционной связи между деформационными показателями и их возможными причинами;

6. выводы по результатам обработки материалов наблюдений.

Особенностью уравнивания высотных и плановых сетей при наблюдениях микродвижений горных пород является постоянство геометрической формы сетей на весь период исследования. Это позволяет вывести рабочие формулы вычисления поправок в измеренные элементы в виде разложения по свободным членам условных уравнений

,

где — постоянные числовые коэффициенты, соответствующие поправке с номером i; w — свободные члены уравнений.

Из всех деформационных показателей наиболее важными яв­ляются средние квадратические уклонения ( , , ) от геометрических оформляющих, поэтому на их всесторонний анализ необходимо обращать особое внимание. Сравнивая их с допустимыми значениями, можно оценить степень их влияния на работу сооружения. Это сравнение должно выполняться не только отдельно по , , , но и по их совместному влиянию:

– для прямолинейного сооружения ,

– для сооружения кольцевой формы .

Кроме того, зная ход изме­нения этих величин, можно правильно устанавливать сроки профилактики установки, переоборудования ее для подготовки новых экспериментов и т. п.

Охарактеризовав деформации пород с точки зрения их влияния на работу машины, необходимо выяснить основные причины, вызывающие как коробление, так и общие перемещения и наклоны площадки. Для этой цели применяют методы математической статистики, которая предоставляет средства обнаружения и изучения статистических связей между двумя или большим числом параметров, установления формы связи в виде уравнения регрессии [4].