§ 3. Значение тектоники и трещиноватости при строительстве и эксплуатации гидротехнических сооружений

Наличие складчатых и разрывных нарушений (дислокаций) вызывает: нарушение однородности геологического основания сооружения и сплошности горных пород.

Нарушение однородности геологического основания сооружения: наклон водопроницаемых пластов в основании сооружения в сторону берега может привести к утечке воды из водохранилища. Наклон пластов в берегах в сторону русла реки может вызвать оползание или обрушение берегов.

Вообще, при строительстве гидротехнических сооружений, наиболее благоприятным считается горизонтальное залегание пластов в основании сооружения. Менее благоприятным является падение пластов в основании в сторону верхнего бьефа, поскольку в основании сооружения оказываются пласты с разными физико-механическими свойствами, что может привести к неравномерным осадкам сооружения. Самый неблагоприятный случай – падение пластов в основании в сторону нижнего бьефа. Здесь, помимо опасности неравномерных осадок, появляется опасность сдвига плотины вместе с пластами основания по поверхностям напластования или по слабым прослойкам, а также опасность утечки воды из водохранилища.

Нарушение сплошности горных пород из-за появления в массиве (пластах) основания сооружения тектонических трещин. Впрочем, необходимо учитывать и нетектонические трещины – напластования, выветривания.

В целом, трещиноватость и раздробленность горных пород основания в процессе строительства или эксплуатации гидротехнического сооружения могут вызвать следующие явления:

- сдвиг и неравномерную осадку сооружения;

- утечку воды из водохранилища;

- обводнение (затопление) строительных котлованов и горных выработок;

- вывалы объемов пород в котлованах и горных выработках;

- резкие изменения физико-механических свойств горных пород на коротких расстояниях;

- возможность подтока воды к сооружениям по трещинам и разломам;

- выщелачивание циркулирующими в трещинах водами растворимых пород и минералов или бетона.

Глава 5. Землетрясения. Строительство в сейсмических районах

Наиболее яркой формой проявления современных тектонических движений являются землетрясения.

Землетрясение (сейсмическое явление) – особый вид движений земной коры и астеносферы, выражающийся в волновых упругих колебаниях и вызывающий устойчивые деформации земной коры.

Землетрясения бывают:

• обвальные (денудационные) – возникают в результате толчка из-за обрушения массива горных пород;

• вулканические – при извержении вулкана;

• искусственные (технические, инженерные) – при мощных взрывах, заполнении водохранилищ ГЭС;

• тектонические – вследствие тектонических процессов, происходящих в недрах земной коры, в астеносфере, а иногда даже в верхней мантии.

Первые три вида землетрясений, как правило, носят локальный характер (проявляются на небольших территориях и с относительно небольшой мощностью).

Тектонические землетрясения это сильное и внезапное нарушение сплошности земной коры, связанное с ее разрывами и разломами.

Очаг в недрах Земли, где происходит разрыв, называется гипоцентром землетрясения. Глубина отдельных гипоцентров составляет 700км. Участок на поверхности, по вертикали от гипоцентра, называется эпицентром землетрясения.

Прямая связь землетрясений с тектоническими процессами доказана тем фактом, что все землетрясения возникают в молодых (по геологическому) возрасту складчатых горных системах и связаны с процессом формирования горных систем. Наиболее сильные землетрясения происходят в самых молодых горах (в том числе – и подводных хребтах) – Кавказ, Тянь-Шань, Гималаи, Анды, подводные хребты у берегов Японии. Когда эпицентр землетрясения находится на дне океана, возникает разрушительная волна – цунами, высотой в десятки метров, передвигающаяся со скоростью 1000км/час и более.

Продолжительность землетрясения обычно составляет несколько секунд.

Непосредственно в эпицентре землетрясения толчок (сотрясение) воспринимается как прямой удар снизу-вверх. При удалении от эпицентра толчок (сотрясение) постепенно принимает характер бокового удара, а сотрясательное движение постепенно переходит в колебательное.

Сила землетрясений оценивается по 12-балльной шкале.

Строительство в районах, где имеют место сейсмические явления, производится с учетом следующих факторов:

• максимальной силы возможного землетрясения;

• наличия на участке строительства тектонических разломов;

• состава и физико-механических свойств пород;

• глубины залегания подземных вод;

• наличия физико-геологических явлений (оползней, карста).

На всю территорию страны созданы карты сейсмического районирования, на основании которых установлена нормативная сейсмичность для каждого района. Кроме того, для оценки стройплощадок крупных и особо ответственных сооружений (для уточнения сейсмичности), дополнительно производятся специальные работы – сейсмическое микрорайонирование. Например, г. Абакан относится к 6(5)-балльной зоне, а участок расположения Саяно-Шушенской ГЭС – к 8-балльной. Для 5-балльной зоны никаких особых мероприятий при строительстве не производится. Для сооружений, возводимых в 6-балльной зоне, применяются более высококачественные строительные материалы, чем обычно. В 7-9-балльных зонах на самых ранних стадиях проектирования и изыскательских работ разрабатываются рекомендации по повышению устойчивости и долговечности сооружения. Эти рекомендации касаются и конструкции сооружения, и строительных материалов, и условий эксплуатации сооружения после строительства.

Имеющиеся на участке строительства тектонические разломы, в случае землетрясения, могут воспринять и передать толчок в направлении своего простирания.

С точки зрения состава и физико-механических свойств пород, наиболее благоприятными для строительства в сейсмоопасной зоне являются скальные малопористые породы (магматические, метаморфические), менее благоприятны пористые скальные породы (осадочные), самыми неблагоприятными являются глинистые и зернистые грунты, особенно водонасыщенные.

Вообще водонасыщение пород и грунтов, наличие и глубина залегания подземных вод имеют важное значение. Вода является практически несжимаемым телом, поэтому обводненные породы передают толчок практически без потерь.

Наличие оползневых явлений или карста при толчке вызовет возобновление движения оползневых массивов или появление новых оползней, а также обрушение массивов закарстованных пород.

Гидротехнические сооружения, в свою очередь, также влияют на сейсмичность территорий, на которых они построены: во-первых, собственным весом плотины и водохранилища; во-вторых, могут вызвать в бортах водохранилища при заполнении оползни и обвалы и спровоцировать обвальное землетрясение.