На рис. 7.1 дана карта-срез, на которой показано распределение разломов и трещин в зоне проектируемого строительства некоторой арочной плотины. Плотина спроектирована так, что нагрузка от нее воспринимается, преимущественно, боковыми массивами основания. Необходимо, следовательно, подготовить карты-срезы с интервалом в несколько десятков метров, чтобы показать геологические и физические свойства горных пород. Допустим обнаружено, что система разломов и трещин, изображенная на рис. 7.1, а, является преобладающей. На левом берегу, в районе проектируемого устоя, развита система разломов, ориентированных в двух направлениях, соответствующих направлениям плоскостей скольжения, которые с легкостью будут возникать в породе в результате нагрузки от плотины. В общем, сопротивление сдвигу (shear strength) вдоль плоскости разлома заметно меньше, чем в окружающем массиве горных пород. Следовательно, возможно, что в массиве горных пород разовьются трещины, ориентированные вдоль этой пары разломов. Чтобы доказать это, выполняется определение сопротивления сдвигу зон с разломами и окружающего массива горных пород (табл. 7.1). Если расчеты устойчивости (stability calculations) для образования трещин сдвига произвести по этим значениям, то, как и ожидалось, вдоль разлома на левом берегу возникнет плоскость скольжения, расположенная, как показано на рис. 7.1, а. Следовательно, отношение между сопротивлением сдвигу массива горных пород и силой, действующей со стороны тела плотины, т. е. коэффициент безопасности (safety factor), явно будет ниже, чем на правом берегу.
Считается, что коэффициент безопасности должен иметь значение 4 или более. При полученных результатах будет невозможно построить плотину, если упомянутый коэффициент безопасности каким-либо образом не повысить. Затем изучаются другие возможные площадки для строительства плотины и предпринимается их сравнительный анализ, что дает возможность выбрать наиболее безопасный и экономичный участок. Этот способ оценки площади можно продемонстрировать на примере плотины Кавамата (рис. 7.1, б). Было принято, что для этого участка наилучшим решением будет укрепить основание левого берега, построив бетонную стенку, как показано на схеме, и рассредоточить напряжение от плотины в основании. Необходимая степень безопасности была достигнута «сшиванием» трещин канатной проволокой или анкерами. В этом примере работа специалиста-геолога заключалась в следующем.
- 1. Подготовка карт, на которых показаны точное геологическое строение участка плотины и точное расположение разломов и трещин в скальном основании.
- 2. Оценка прочности массивов горных пород с разломами или трещинами.
- 3. Сотрудничество с инженерами для прогноза поведения скального основания при воздействии на него нагрузки от плотины и разработка контрмер, включающих перемену участка.
В этой главе мы рассмотрим, как изучать свойства и распределение неоднородных массивов горных пород, разбитых разломами или трещинами, и так можно предсказать их поведение, когда они подвергаются воздействию природных или искусственных сил, только на основании их механических свойств.