Проблемы разжижения грунтов в основаниях гидротехнических сооружений

Представлен анализ вероятности и условий возникновения разжижения грунтов, залегающих в основании и окрестностях гидротехнических сооружений. Как правило, гидротехнические сооружения возводятся в долинах водотоков, структура грунтов в которых способствует возникновению процессов разжижения. Грунты эти мелкофракционные несвязные, состоящие обычно из мелко- и среднезернистых или пылеватых песков, супесей, перемежающихся слоями суглинков. Массивы под напорными гидротехническими сооружениями достаточно водонасыщенные. Разжижение грунтов происходит в результате разрушения структурных связей между частицами в водонасыщенных дисперсных грунтах под действием напряжений разного типа. Внешняя динамическая или статическая нагрузка, приложенная к водонасыщенному массиву, сложенному из слабых мелкодисперсных грунтов, может привести к полной или частичной потере грунтом несущей способности и переходу его в текучее состояние. Величина сопротивления грунта сдвигу определяется степенью его водонасыщенности; при влажности порядка 20 % угол естественного откоса песчаных грунтов существенно уменьшается. Восстановлению прочностных свойств грунтов препятствует поровое давление воды, процесс уплотнения (консолидации) массива грунта происходит после отжатия воды из пор, время протекания которого зависит от фильтрационных свойств массива. Разжижение грунтов приводит к нарушению нормального функционирования гидротехнического сооружения, созданию аварийных ситуаций. В статье представлены примеры возникновения аварий на гидротехнических сооружениях России, вызванных явлениями разжижения. Отмечено, что основные направления защиты конструкций гидротехнических сооружений от опасного разжижения – предотвращение возможности возникновения разжижения и уменьшение его вредных последствий. В этой связи рассмотрено несколько способов – уплотнение и упрочение грунтов в основании сооружений; устройство фильтрующей пригрузки с использованием геотекстиля и георешеток; создание эффективной дренажной (водоотводящей) системы.

1. Иванов, П. Л. Грунты и основания гидротехнических сооружений / П. Л. Иванов. М.: Высш. шк. 1985. 352 с.

2. Крамаренко, В. В. Грунтоведение / В. В. Крамаренко. М.: Изд-во «Юрайт», 2020. 430 с.

3. Болдырев, Г. Г. Оценка потенциала грунтов к разжижению [Электронный ресурс] / Г. Г. Болдырев, И. Х. Идрисов // Геоинфо. – 20 июня 2019. – Режим доступа: https://geoinfo.ru/product/boldyrev-gennadij-grigorevich/ocenka-potenciala-gruntov-k-razzhizheniyu-40984.shtml

4. Вознесенский, Е. А. Землетрясения и динамика грунтов / Е. А. Вознесенский // Соросовский образовательный журнал. 1998. № 2 С. 101–108.

5. An Experimental Method to Verify the Failure of Coastal Structures by Wave Induced Liquefaction of Clayey Soils / Valeria Chávez [et al.] // Coastal Engineering. 2017. Vol. 123. P. 1–10. https://doi.org/10.1016/j.coastaleng.2017.02.002

6. Wen-Jong, Chang. Liquefaction Characteristics of Gap-Graded Gravelly Soils in K0 Condition / Wen-Jong Chang, Chi-Wen Chang, Jhang-Kai Zeng // Soil Dynamics and Earthquake Engineering. 2014. Vol. 56. Р. 74–85. https://doi.org/10.1016/j.soildyn.2013.10.005

7. Колосов, М. А. Лабораторные исследования просадочных свойств крупнообломочных материалов / М. А. Колосов // Сб. науч. тр. молодых спец. Ч. III. Водные пути и изыскания. Л.: ЛИВТ, 1973. С. 178–188.

8. Post-Liquefaction Shearing Behavior of Saturated Gravelly Soils: Experimental Study and Discrete Element Simulation / Yong Wang [et al.] // Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering. 2020. Vol. 12, Iss. 5. P. 1119–1130. https://doi.org/10.1016/j.jrmge.2020.01.007

9. Seed, H. B. Analysis of Soil Liquefaction: Niigata Earthquake / H. B. Seed, I. M. Idriss // Journal of the Soil Mechanics and Foundations Division. 1967. Vol. 93, Iss. 3. P. 83–108. https://doi.org/10.1061/jsfeaq.0000981

10. Surface Faulting Accompanying the Borah Peak Earthquake and Segmentation of the Lost River Fault, Central Idaho / A. J. Crone [et al.] // Bulletin of the Seismological Society of America. 1987. Vol. 77, No 3. P. 739–770. https://doi.org/10.1785/BSSA0770030739

11. The Deadliest Stable Continental Region Earthquake Occurred Near Bhuj on 26 January 2001 / B. K. Rastogi [et al.] // Journal of Seismology. 2001. Vol. 5. P. 609–615. https://doi.org/10.1023/A:1012228507533

12. Soil Liquefaction Effects in the Central Business District During the February 2011 Christchurch Earthquake / M. Cubrinovski [et al.] // Seismological Research Letters. 2011. Vol. 6, No 82. P. 893–904. https://doi.org/10.1785/gssrl.82.6.893

13. Болдырев, Г. Г. Руководство по интерпретации данных испытаний методами статического и динамического зондирования для геотехнического проектирования / Г. Г. Болдырев. М.: Изд-во ООО «Прондо», 2017. 476 с.

14. Shibata, T. Evaluation of Liquefaction Potentials of Soils Using Cone Penetration Tests / Т. Shibata, V. Teparaksa // Soils and Foundations. 1988. Vol. 28, No 2. P. 49–60. https://doi.org/10.3208/sandf1972.28.2_49

15. Seed, H. B. Evaluation of Liquefaction Potential Using Field Performance Data / H. B. Seed, I. M. Idriss, I. Arango // Journal of Geotechnical Engineering. 1983. Vol. 109, Iss. 3. P. 458-482. https://doi.org/10.1061/(asce)0733-9410(1983)109:3(458)

16. Уолтхэм, Т. Катастрофы: неистовая Земля / Т. Уолтхэм. М.: Недра, 1982. 60 с.

17. Схема осадки здания строящейся Загорской ГАЭС-2. Причины осадки и ликвидация последствий [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://ria.ru/20131220/985485936.html.

18. Махинов, А. Н. Оползень и цунами на реке Бурее 11 декабря 2018 года / А. Н. Махинов // Природа. 2019. № 4. С. 12–22.

19. Unutmaz, B. Effects of Basements and Adjacent Structures on Liquefaction-Triggering Potential of Foundation Soils / В. Unutmaz // Bulletin of Earthquake Engineering. 2018. Vol. 16, N 7. P. 2757–2773. https://doi.org/10.1007/s10518-017-0303-7

20. Abdulhakim, Z. Durability of Partial Saturation to Counteract Liquefaction / Z. Abdulhakim, G. S. P. Madabhushi. // Ground Improvement. 2017. Vol. 170, Iss. 2. P. 102–111. https://doi.org/10.1680/jgrim.16.00025

21. Sabbar, A. S. Static Liquefaction of Very Loose Sand–Slag–Bentonite Mixtures / A. S. Sabbar, A. Chegenizadeh, H. Nikraz // Soils and Foundations. 2017. Vol. 57, Iss. 3. P. 341–356. https://doi.org/10.1016/j.sandf.2017.05.003