Тел: 8 (863) 256-24-07

E-mail: geoygservis@mail.ru

Публикации

Назад в раздел
Гидрогеологические особенности и оценка оползневой устойчивости обводненных склонов с помощью программы SLUMP

Оценка условий строительства на склонах осложняется рядом факторов. К ним относятся в первую очередь гидрогеологические условия — наличие потока грунтовых вод, его затрудненная связь с поверхностными водами, затопленный низовой откос, сооружения вблизи водоема или реки, подтопленные фильтрационным потоком, водопонижение от защитного дренажа.

Необходимость количественной оценки устойчивости склона и сооружений с учетом влияния подземных вод и водоема требует внимательного рассмотрения приемов схематизации и формализации в виде развитого, готового к применению алгоритма программного счета.

Программа SLUMP разработана для быстрых, экспертных расчетов в практике научных исследований, проектирования, инженерных изысканий. Для оценки устойчивости используется инженерный метод, основанный на расчете силового баланса в предполагаемом оползневом теле, близком к состоянию предельного равновесия. Определяется коэффициент запаса устойчивости склона и эпюра избыточной силы сдвига — ее превышение над удерживающей силой.

Расчет инженерными методами не сложен, но связан с утомительными вычислениями. Для нахождения положения поверхности скольжения с наименьшим запасом устойчивости оползневого массива необходимо проводить многовариантные расчеты, подготовка которых занимает время. Каждое изменение поверхности скольжения требует нового распределения параметров вдоль нее и полного пересчета сил. Расчет сопряжен и с вероятностью механических ошибок. Программа берет на себя вычислительный труд, предоставляет возможность автоматического и интерактивного поиска наиболее слабой поверхности заложения оползня.

Как показывает практика прикладных компьютерных расчетов, развитые программные системы, предназначенные для решения обширных комплексов задач, имеют и негативную сторону. Для использования многочисленных возможностей, инструментов, изобразительных средств требуется обучение (правильнее, желание обучаться), знание языка. Многое отпугивает пользователя, не говоря о том, что стоимость таких систем высока.

Задача автора программы SLUMP — обеспечить исследователя простым удобным инструментом — «оползневым калькулятором». Программа имеет однооконный интерфейс, каждый управляющий элемент снабжен контекстной подсказкой, ввод данных производится в обычную электронную таблицу, может осуществляться прямая редакция изображения разреза.

Вместе со справочной системой и встроенной инструкцией программа имеет учебно-методический характер и используется для занятий с магистрантами в курсе «Гидрогеомеханика и инженерная гидрогеология». Для расчета необходимо построить профиль, назначить их свойства слоев, произвести разбивку разреза на вертикальные блоки и задать геометрические данные — поверхность земли и подошвы слоев. Разрез сразу выводится на экран, как только заданы координаты нескольких точек на поверхности земли и значения параметров для первого слоя. В качестве инструмента поиска заложения оползня используется цилиндрическая поверхность. Затем, имея перед глазами разрез, можно усложнять строение и получать при каждом изменении характеристику устойчивости.

Известная подошва оползня может быть задана сразу, по геологическим данным. При неизвестном ее положении предоставляется возможность автоматического отыскания слабой поверхности скольжения цилиндрического оползневого сегмента с наименьшим запасом устойчивости. Можно вручную, с помощью клавиатуры или мыши перемещать по экрану поверхность скольжения, наблюдая тенденцию изменения показателя устойчивости в зависимости от степени захвата массива. Вычисление геометрических параметров окружности не требуется, на дисплее поверхность опирается на слой и заколы в низовой и верховой точках на профиле склона.

Первая версия под названием SLOPE была создана для DOS в 1992 г. и не имела функций автоматического поиска и, главное, автоматической выборки разных свойств слоев в ходе подбора слабой поверхности. В современной версии программы учитываются: параметрическая неоднородность массива, вес сооружений, воздействие потока подземных вод на грунты и сооружения, гидростатическое давление на подводный участок склона, динамические нагрузки (сейсмический фактор).

На дисплей выводится разрез, свободная поверхность подземных вод, поверхность водоема, врез фундамента сооружения. Выводятся эпюры параметров вдоль цилиндрической поверхности скольжения, график избыточной сдвигающей силы (для выбора защитных анкерных мероприятий). Имеется справочная система, прилагаются файлы примеров. Дана методика подготовки данных, описание расчетной схемы и возможностей программы.

Большое значение придается удобству задания поверхности скольжения. Используется алгоритм построения цилиндрической поверхности по координатам двух точек на поверхности земли — верхнего и нижнего заколов поверхности скольжения, и высотной отметки самой нижней точки — глубины заложения оползня. В отличие от задания традиционных характеристик окружности — центра и радиуса, используемый прием позволяет передвигать границы цилиндрического сегмента в каждом направлении, оставляя неподвижными другие границы. Например, опускать и поднимать низ заложения оползня с заданным шагом от слоя к слою при фиксированном положении заколов на поверхности земли. Или же — двигать правую (левую) границу оползня, закол от вертикали к вертикали, оставляя неизменным положение противоположного закола и глубины заложения поверхности скольжения.

Поиск поверхности, ручной и автоматический, не допускает ее заложение более 90 градусов в точках заколов, а также подъем над поверхностью земли. Немаловажным является учет обратных врезов и сооружений на склоне, в которые поверхность может упираться или пересекать. Необходимость алгоритмизации перечисленных моментов в программе является очевидной, но для учета многообразия реальных случаев она оказалась довольно трудоемкой задачей.

Следует заметить, методы инженерные, основанные на одномерном поблочном суммировании сил, как показали многие исследователи, не имеют принципиальных различий в получаемом результате. Расчет имеет заведомо приближенный характер, как правило, с запасом. Применяется предпосылка предельного напряженного состояния монолитного массива. Отличие методов состоит в учете взаимодействия между собой блоков, на которые разбивается предполагаемое тело оползня.

В некоторых случаях это может иметь значение при решении спорных вопросов оползневой угрозы. Расчеты применяются к наиболее «оползневому» сечению склона и в силу одномерной схематизации дают характеристику устойчивости воображаемой протяженной призмы, а не реального рельефного массива, что может создавать более пугающее впечатление.

Гораздо большую ответственность несет на себе обоснование расчетных параметров и правомерность использования лабораторных определений для характеристики массива. Для целей разработки программных алгоритмов весьма полезно было бы установление связей, позволяющих автоматически учитывать изменение свойств в зависимости от влажности пород при их осушении-обводнении. При производстве прогнозных расчетов необходим учет изменения состояния пород в ходе динамических нагрузок, изменения свойств в процессе строительства. Но это уже другая тема, связанная с качеством информации, изысканий и, в конечном счете, квалификацией исследователя.

В дальнейших разработках предполагается ввести расчет профильной фильтрации на основе, как одномерной численной схемы, так и интегрирования с программой конечноэлементного моделирования PERFIL. При небольшой доработке интерфейса такая возможность, не отягощая пользователя сложными подготовительными операциями, обеспечит решение задач влияния подпора, подтопления, дренажа, водопонижения, инфильтрации на устойчивость склона и сооружений.



Публикации
все статьи