автореферат диссертации по строительству, 05.23.02, диссертация на тему:Экспериментальные основы геомехамики скальных оснований гидротехнических сооружений

всесоюзный ордена трудового красного знамени

НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ГИДРОТЕХНИКИ имени Б. Е. ВЕДЕНЕЕВА

На правах рукописи

С А П Е Г И Н

Дмитрий Данилович

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ОСНОВЫ ГЕОМЕХЯНИКИ СКДЛЬНЫХ ОСНОВАНИЙ ГИДРОТЕХНИЧЕСКИХ СООРУЖЕНИЙ

Специальности 05.23.02 —Основания и фундаменты 05.23.07 —Гидротехническое и

мелиоративное строительство

Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук в виде научного доклада

с.-петербург. 1991

Работ Знамени (ВНИИГ) ни

а выполнена во Всесоюзном научно-исследовательском .Б.Е.Веденеева.

ордена Трудового Красного институте гидротехники

Официальные оппоненты: докт. техн. наук. проф. Мостков В.Н. докт. техн. наук Мгалобелов Ю.Б. докт. техн. наук, проф. Бугров А.К.

Ведуцая организация - Институт "Гидроспецпроект"

ВНИИГ ии. Б.Е.Веденеева по адресу:

195220, Санкт-Петербург, Гжатская ул., 21, конференц-зал.

С диссертацией мохно ознакомиться в научно-технической библиотеке института.

Зацита состоите

1991г. в совета Д.144.03.01 при

на заседании

специализированного

Доклад разослан

1991г.

специализированного совета

Ученый секретарь

Т. В.Иванова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

В последние десятилетия в СССР в связи с расширением промышленного.освоения Сибири. Дальнего Востока. Средней Азии. Кавказа в этих регионах получило развитие строительство

ГЭС на скальных основаниях в сложных природных условиях. Возведение гидротехнических сооружений приводит к изменению напряженно-деформированного состояния, фильтрационного и термического режимов значительных участков земной коры, что может вызвать наруиение . природного равновесия в массивах даже таких, казалось бы, прочных грунтов, как скальные породы. Как показывает опыт крупных аварий на гидроузлах Вайонт (Италия), Мальпассе (Франция), Титон (США), это приводит к серьезным последствиям для населения, окружающей среды и хозяйства целых регионов. Большая ответственность крупных гидротехнических сооружений предопределяет необходимость детальной оценки инженерно-геологических условий строительных площадок, определения реальных показателей физико-механических свойств грунтов оснований и объективного прогноза характера взаимодействия сооружения с основанием, то есть решения важнейших проблем формирующейся в настоящее время - научной дисциплины прикладной геомеханики в строительстве.

В настоящем докладе представлены результаты экспериментальных геомеханических исследований автором скальных оснований крупных гидротехнических сооружений с оценкой влияния различных инженерно-геологических факторов на физико-механические характеристики скальных грунтов (деформационные, прочностные и фильтрационные) и на характер взаимодействия сооружения с основанием. Эти исследования имеют своей целью как научное обоснование проектирования и строительства конкретных гидротехнических объектов, так и разработку н развитие общих

экспериментальных основ геомеханики скальных оснований сооружений .

Исследования выполнялись в период с 1958 по 1990 гг. в лабораториях ВНИИГа и его Сибирского филиала и на строительных площадках ряда объектов по планам НИР института. которые определялись координационными планами важнейших государственных научно-технических программ ГКНТ при Совете Министров СССР и плановыми заданиями Минэнерго СССР.

Актуальность темы. Несмотря на известные достижения в части научного обоснования строительства гидротехнических сооружений на скальных основаниях, полученные- в ряде научно-исследовательских и проектно-изыскательных организаций как у нас в стране (ВНИИГ, Гидропроект и его отделения. МИСИ, КФ и ИГД АН СССР. ВН1^И. ДИИТ. МГМИ, МГУ. ИФЗ АН'СССР, ДГТУ, МА-ДИ, НИИОСП, ПНИИС и др.). так и за рубежом, вопросы прикладной геомеханики скальных пород требует дальнейшей разработки. В связи с недостаточной разработанность в ряда проблем геомеханики планированию их научной разработки применительно к строительству гидроузлов отводится большое место в государственных научно-технических программах (НТП) важнейших НИР ГКНТ СМ СССР. Настояцая диссертационная работа связана с выполнением исследований по ряду заданий по следуюцим проблемам государственных НТП: 0.01.251 (1966-1970); 0.01.275. задание 280 (1971-1975); 0.01.05. задание 09.Н9 (1976-1980); 0.55.08. задания 07.Н1 (1981-1985); 0.55.08 задания 01.02; 06 (1986-1990 гг). Эти задания включают вопросы развития научного направления "Скальные основания гидротехнических сооружений". по которому автор, диссертации'был одним из научных руководителей и ответственным исполнителем ряда работ.

Цель ю работы яв ляется: разработка методов и рекомендаций. направленных на повышение уровня и эффективности научного экспериментального обоснования изысканий, проектирования и строительства гидротехнических сооружений на скальных основаниях и обеспечиваюцих надлежащую надежность объектов, умень-

шенне стоимости и сроков их строительства.

В соответствии с указанной целью решались задачи:

- усовершенствования и разработки рациональных методов, установок и приборов для изучения механических свойств скальных грунтов и. массивов :

- проведения испытаний и накопления данных о закономерностях деформирования треииноватых скальных грунтов, их прочности и сопротивляемости сдвигу при статическом и динамическом приложении нагрузки и различных масштабах испытаний:

- разработки методики и определения естественных напряжений в скальном массиве:

- исследования влияния напряженного состояния массива на деформационные, прочностные и фильтрационные характеристики трещиноватой скалы;

- модельных исследований характера взаимодействия сооружений с трещиноватым скальным основанием:

- разработки конкретных рекомендаций и требований, направленных на повышение уровня изысканий, проектирования и строительства гидротехнических сооружений на скальных основаниях, для включения в нормативно-методические документы.

Состав и^ методы исследований.

Выполненный комплекс исследований включает: изучение свойств деформируемости, прочности, сопротивляемости сдвигу и водопроницаемости трещнноватых скальных грунтов , характера взаимодействия гидротехнического сооружения со скальным основанием, разработку методики определения естественных напряжений. а также разработку рекомендаций и требований по обеспечению надежности системы сооружение-основание для включения в нормативно-методические документы. При проведении исследований использовались как известные, так и оригинальные полевые методы испытаний скальных грунтов в том числе: крупномасштабные опыты, теоретические, расчетные и геомеханические модельные исследования с применением разработанных автором на уровне изобретений способов и установок; выполнялись научное обобщение и анализ полученных результатов.

Научная новизна исследований представлена:

- рядом закономерностей деформирования, сопротивляемости сдвигу и водопроницаемости скальных пород. выявленных на основе лабораторных и крупномасштабных испытаний в натурных условиях при статических и динамических воздействиях;

- разработанными на уровне изобретений способами изучения физико-механических свойств скальных массивов и соответствующими устройствами для их испытаний;

- результатами определения деформационных характеристик и естественных напряжений в скальных трещиноватых массивах на основе крупномасштабных полевых испытаний пород в подземных выработках:

- данными о влиянии техногенных воздействий на механические характеристики скальных массивов;

- результатами испытаний скальных пород, полученными при исследовании оснований .конкретных объектов:

-■ данными о характере статической работы системы соору-жение-основаниё по результатам модельных исследований.

Практический выход работы заключается в_ следующем:

- разработан на уровне изобретения ряд новых и усовершенствованы некоторые известные методы испытаний скальных пород, внедрение которых позволило более полно исследовать геомеханические свойства скальных пород;

- накоплены многочисленные фактические данные о прочностных и деформационных характеристиках ряда скальных пород, позволившие выполнить их обобщение и составить рекомендации по численным значениям характеристик для проектирования конкретных сооружений;.

- выявлены некоторые особенности взаимодействия плотин с трещиноватыми скальными основаниями. позволяющие совершенствовать методы расчетов системы сооружение-основание и рекомендовать мероприятия по ее рационализации:

- сформулированы требования и усовершенствован ряд Общесоюзных и ведомственных нормативно-методических документов

(СНиП. ВСН. РД), касавянхся исследований и проектирования оснований гидротехнических сооружений.

Внедрение результатов исследований осуществлялось:

- при проведении изысканий и научном обосновании проектирования и строительства более чем двадцати энергетических и гидротехнических объектов (Богучанской, Братской, БурейскоП, Днепровской-11, плотины на р.Кассеб в Тунисе, Красноярской, Курпсайской, Кырдхали в НРБ, Нурекской,4 Рогунской , Спандарь-•лнекой, Токтогульской, Туполангской плотины. Усть-Илимской, Усть-Хантайской. Чиркейской и др. ГЭС, а также Усть-Илимского ЛПК):

- путем включения прогрессивных норм и требований во . Всесоюзные, ведомственные и другие нормативно-методичёские документы, в частности, в СНиП 11-16-76 и СНиП 2.02.02-85. СНиП 2.06.01-86. в пособие П 13-83 к главе СНиП 11-16-76, ВСН-30-83 (Минэнерго СССР), по которым автор был одним из ответственных исполнителей и редакторов. Результаты использованы также при разработке ряда других СНиП (11-50-74; II 54-77, 2.06.09-84), в составлении которых также принимал участие диссертант. За разработку СНиП 11-16-76 автор награжден медалью ВДНХ:

- при разработке на уровне изобретений различных устройств и конструкций, их изготовлении и использовании при проведении испытаний скальных пород и массивов. В практику внедрено 9 изобретений автора.

Фактический экономический эффект от внедрения результатов исследований, по которым автор был руководителем или ответственным исполнителем. по неполным данным составляет порядка 6,4 млн.руб . , ожидаемый и потенциальный эффект превышает 7.0 млн.руб.

/

Апробация работы. Результаты исследований докладывались на 15 Всесоюзных совещаниях. а также на 13 Международных конгрессах и симпозиумах. В частности, они апробировались:

в СССР: на 1-м Всесоюзном съезде по механнке (Москва.

1960). на совеианиях по проектирование и исследовании скальных оснований гидротехнических сооружений (Ленинград. Нарва -1967. 1972. 1980. 1982 гг.). по работе бетонных плотин совместно со скальный основанием (Нарва. 1979 г.). по повышении надежности гидротехнических сооружений при динамических воздействиях (Москва, 1976 г.), по оценке надежности гидротехнических сооружений (Тбилиси. 1982 г.), по дискретным средам (Ленинград, 1972 г.), по совершенствованию проектирования и строительства подземных гидротехнических сооружений (Ереван, 1977 г.), по закреплении и уплотнению грунтов (Ленинград, 1971 г.), по гидротехнике Крайнего Севера (Красноярск, 1977, 1981, 1986 гг.), на семинаре по техногенным воздействиям на свойства скалы (Москва, 1988 г.);

- на конгрессах Международного обмества по механике скальных пород: Лиссабон (1966 г.). Белград (1970 г.). Денвер (1974 г.) Монтре (1979 г.), XIV конгрессе по большим плотинам (Рио де Ханейро. 1982 г.):

- на Международных конференциях и симпозиумах: по фильтрации воды в пористых средах (Киев. 1976 г.). по слабой скале (Токио 1981 г.). по анкеровке скалы (Абиско. 1983 г.). по численным методам в геомеханике СНагойя. 1985 г.), по скальным основаниям (Мексика. 1985 г.), по механике (Прага, 1987 г.), по механике скалы н энергетическим установкам (Мадрид, 1988 г.), по трецинам в скале (Норвегия, 1990 г.).

Результаты исследований рассматривались на Ученом Совете ВНИИГ им.Б.Е.Веденеева и его' секциях, на Технических Советах Гидропроекта им.С.Я.Жука и его отделений, Узгнпроводхлопка и других проектных организаций

Публикации. Представленные к заците результаты исследований опубликованы персонально и в соавторстве в 147 печатных работах в отечественных и зарубежных изданиях, в том числе: в 6 монографиях и брошюрах (одна монография переведена за рубежом на английский язык), в 18 докладах в трудах международных конгрессов и симпозиумов, а также включены в 11 Всесоюзных и ведомственных нормативно-методических документов. Автором

лично и в соавторстве разработано 19 изобретений. В прилагаемом к докладу списке опубликованных работ приведены только основные публикации и внедренные изобретения автора. а также нормативные документы. в которых использованы результаты его исследований.

Личный вклад автора в разработку экспериментальных основ геомеханики скальных оснований сооружений определяется тем. что им одним из первых в нашей стране научно обоснован и проведен ряд важных. в том числе крупномасштабных полевых и лабораторных, оригинальных исследований, результаты которых внедрены при научном обосновании проектирования ряда крупных гидроузлов.

Во всех опубликованных в соавторстве работах автору принадлежат основные идеи обеспечения необходимой информативности и обоснования экспериментальных исследований; методологические части - разработка новых методов. способов и устройств; научное руководство и непосредственное участие в экспериментальных, расчетных и теоретических исследованиях; обобщение полученных результатов, формулирование выводов и разработка рекомендаций. Экспериментальные исследования, расчеты, конструирование испытательного оборудования, а также некоторые теоретические и расчетные разработки совместно -с автором выполняли сотрудники ВНИИГа и его Сибирского филиала, а также Гидропроекта им.С.Я.Жука и его отделений.

Основные положения и - выводы по докладу получены лично автором и при его непосредственном участии.

В проведении лабораторных и полевых исследований, расчетов, а также во внедрении их результатов участвовали С.Г.Аксенов. А.Л.Гольдин, А.М.Гуреев, П.Д.Евдокимов. В.Н.Жи-ленков, Н.М.Карпов. Т.Ф.Липовецкая. А.А.Никитин, В.А.Ногин, С.И. Панов. И.В.Придорогина, А.А.Уваров, А.И.ФеДоренко,

Ю.А.Фишман, Л.П.Фрадкин, А.А.Храпков, Р.А.Ширяев и ряд других сотрудников, которым автор выражает свою признательность за их помощь в работе.

На заииту выносятся следующие положения:

1. Экспериментально и теоретически установлено. что наличие естественных сжимающих напряжений и значительного фрикционного взаимодействия отдельностей в скальном массиве приводит к повышению связности и распределительной способности трещиновато-блочной среды и в ряде случаев - к снижению влияния масштабного фактора как на деформируемость . так и на сопротивляемость массива сдвигу. Напряженное состояние массива существенно влияет на его водопроницаемость.

2. Установлено, что скальные массивы обладают деформационной анизотропией, связанной как с их структурой. так и с характером напряженного со'стояния части массива, прилегающего к месту проведения опыта. Они обладают также выраженной деформационной неоднородностью, проявляющейся в уменьшении деформируемости по мере заглубления в массив. (Для установления объективных деформационных характеристик массива необходимо производить измерения смещений не только загружаемой его поверхности, но и в точках внутри массива.

3. Крупномасштабными экспериментальными исследованиями установлено, что сопротивляемость скальных грунтов сдвигу по трещинам при импульсном приложении нагрузок больше, чем при стат ическом.

4. Экспериментальными исследованиями установлено. что цементация трещиноватых скальных массивов. как правило, приводит к повышению как деформационных. так и прочностных характеристик массива.

5. Определение достоверных геомеханических характеристик скальных оснований гидротехнических сооружений должно выполняться поэтапно на основе совокупности экспериментальных и аналитических методов, которые включают; прогнозный и последующий расчетный анализ взаимодействия сооружений с основанием; прогноз, экспериментальное определение и уточнение геомеханических характеристик массива на основе поэтапной разработки и уточнения с необходимой детальностью инженерно-геологической модели основания.

6. Разработанный статистический метод определения рас-

четных характеристик сопротивления сдвигу скальных грунтов позволяет запроектировать 'более экономичные гидротехнические сооружения. В результате этого в большинстве случаев профиль гравитационных плотин в настоящее время определяется не расчетами их устойчивости, а расчетами их напряженно-деформированного состояния и прочности системы плотина - основание.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Экспериментальные геомеханические исследования оснований сооружений имевт своей цель» определение расчетных характеристик деформационных, прочностных, фильтрационных, теплофи-зических и других свойств слагающих их грунтов. их состояния (напряженно-деформированного, термического влажностного и т.д.), а также характера взаимодействия сооружения и основания для обоснования проектных решений.

В общем случае экспериментальные геомеханические исследования входят как основа следующих главных этапов научного обоснования изысканий и проектирования гидротехнических сооружений на скальных грунтах:

- изучение и оценка геологического строения скального массива на участке возведения сооружения с составлением геоструктурной модели основания;

- предварительный прогноз возможного характера взаимодействия вариантов сооружения с основанием с выделением в последнем структурно-петрологических элементов влияющих на надежность каждого варианта системы сооружение-основание;

- определение состава характеристик, необходимых для расчетов устойчивости. напряженно-деформированного состояния (НДС) и фильтрационного режима вариантов системы, методов их определения и объема исследований:

- определение характеристик скальных грунтов в характерных "точках" структурно-петрологических элементов основания и их корреляционных связей с^ показателями различных свойств массива:

- выделение в основании сооружения квазиоднородных инженерно-геологических элементов и составление инженерно-геологических моделей по показателям прочности. деформируемости, водопроницаемости и т.д.:

- составление расчетных схем основания для проведения теоретических и расчетных исследований прочности оснований, устойчивости и смещений сооружений. напряженно-деформированного состояния (НДС) системы сооружение-основание и ее фильтрационного режима:

- разработка при необходимости проектов физических гео-механически.х моделей оснований и проведение модельных исследований взаимодействия сооружения с основанием;

- оценка устойчивости сооружений и прочности их" оснований. смещений и НДС системы, фильтрационного режима и разработку при необходимости предложений по мероприятиям. обеспечивающим надежность системы сооружение-основание.

Комплексное использование взаимно дополняющих методов испытаний скальных грунтов, а при необходимости, проведение расчетов влияния точности определения характеристик и повторное проведение некоторых этапов для уточнения параметров наиболее влияющих инженерно-геологических факторов и условий является основным путем повышения эффективности экспериментального определения геомеханических характеристик, их достоверности и точности, а следовательно, достижения необходимых техйико-экономических показателей проектирования и строительства гидроэнергетических объектов. Такой подход внедрялся автором при исследовании оснований конкретных объектов .

При решении вопросов экспериментальных исследований скальных оснований сооружений одной из сложных является задача определения размеров представительного элементарного о б ъ-ема скального массива. Эту задачу решают на основе оценки влияния масштабного фактора. изучению которого посвящены работы ряда отечественных и зарубежных авторов (Б.Д.Зеленский. М.В.Рац, А.И.Савич, С.Б.Ухов. Р.А.Ширяев, Р.Е.Гудман, И.Бар-тон. А.П.Кунья. 3.Г .Бенявский. В.Витке. И.Джегер. Л.Мюллер и др.). Известны критерии Ясинского и С.Б.Ухова относительно

размеров элементарного объема неоднородной и блочной среды. Считается. что линейные размеры области испытуемого грунта должны более чем в 5-6 раз превышать размеры элемента неоднородности среды. Наши исследования показывают, что наличие естественных сжимающих напряжений в массиве и значительного Фрикционного взаимодействия в нем отдельностей приводит к тому, что связность и распределительная способность такой среды становится достаточно высокой. о чем свидетельствуют данные, полученные автором при участии Н.М.Карпова еще в начале семидесятых годов 111J . Влияние блочности на сопротивляемость сдвигу оказывается не столь большим, как следует из указанных достаточно жестких критериев 110J. В этом случае можно ограничиться опытным участком с размерами, превышающими слагающие отдельности всего в 2-3 раза.

1. Деформируемость скальных массивов

В области исследований деформируемости скальных оснований сооружений широко известны работы П.Д.Евдокимова, С.А.Роза, С.Б.Ухова, Э.Г.Газиева. А.Б.Фадеева, Ю.А.Фншмана, Р.А.Ширяева, Ч.Джегера, Л.Мюллера, В.Витке. Л.Оберта, М.Роша, Д.Серафима, Б.Куюнджича и др. Автор диссертации начал свои работы в этой области в 1958 Году, когда были известны только единичные опыты Е.А.Герчикова, H.H.Дав иденкова. Г.П.Завриева. В.А.Токачирова, С.А.Роза, Ф.Кеглера, Л.Менарда и некоторых других. Автором лично и с участием сотрудников выполнен большой объем разнообразных полевых и лабораторных исследований деформируемости скальных оснований ряда крупных гидроузлов как в нашей стране, так и за рубежом. Некоторые из данных автора являются уникальными.

Анализ результатов многочисленных полевых и лабораторных опытов, выполненных автором, указывает на определяющее влияние инженерно-геологических условий генезиса. тектоники и структуры пород на их деформируемость. Среди наиб олее "важных факторов следует указать на трещиноватость и выветрелость пород и их естественное или техногенное напряженное состояние.

В обмен случае трещиноватые скальные массивы деформируются как упругопластичные тела с разной степенью нелинейности связи деформаций и напряжений. Однако для скальных пород (изверженных, осадочных и метаморфических), на которых обычно возводят высокие бетонные плотины и на которых/в основном^автор проводил исследования, ползучесть была выражена весьма слабо.

I

и деформации быстро затухали, приводя к увеличению деформаций в худшем случае не более чей на 15-30% [1, 3, 13, 18]. Для интерпретации результатов испытаний автором использовались решения линейной теории упругости как изотропной, так и анизотропной (трансверсально-изотропной) среды.

Для установления физического закона. связывающего напряжения и деформации. автором использовались различные методики, и в том числе методика трехосного загружения целиков трещиноватой скалы.. В связи с большой сложностью подготовки таких целиков для испытаний и сложностью самих экспериментов такие опыты уникальны. Известны исследования М.Нозе (Япония, 1964 г.). а. также Ж.Легтерса (ФРГ. 1972 г.,).

Впервые в мире автором диссертации совместно с В.Н.Жи-ленковым, Р.А.Ширяевым и А.А.Никитиным в 1969 г. разработаны ла уровне изобретения оригинальные способ и установка для определения водоупорных и механических характеристик скальных трещиноватых пород с использованием регулируемого трехосного сжатия цилиндрических целиков скалы, вырезаемых в массиве [37]. Этот способ был применен в 1973 г. под научным руководством автора при исследовании основания Токтогульской ГЭС

i

[24. 31]. На вырезанном из массива известняков целике диаметром 0,8 и и высотой 1.3 м были проведены испытания деформируемости, водопроницаемости и прочности трещиноватой скалы. Механические свойства скалы исследовались при различном

сочетании и значениях осевого (Osa s 13.2 МПа) и радиаль-

z

ного (0 s <тг s 1,0 МПа) напряжений. Значения модулей Е, Ег .при практически всех вариантах нагружения увеличиваются как с увеличением а^. так и о^. При этом в интервале осевых напряжений a = 0.5 ... 6.0 МПа Е увеличивается в наибольшей .сте-z z

пени. Коэффициент поперечной деформации скалы у в процессе

испытаний с увеличением о несколько увеличивается. а с уве-

z ■

личением а - уменьшается, г

Для интерпретации результатов испытаний деформируемости изотропных скальных массивов автор такхе использовал как широко известные решения краевых задач теории упругости, так и некоторые, специально разработанные. Такой подход использовался при анализе опытных данных. полученных как известными методами, так и разработанными автором ил(и при его участии оригинальными методами и установками 113, 26j: Методом абсолютно гибкого штампа (ГШ), гидравлического цилиндрического штампа (ЦГШ) и методом касательных нагрузок (КН).

При использовании метода ГШ 11, 12J автором впервые предложены способы определения коэффициента Пуассона-?, скального массива в полевых условиях. основанные на измерении перемещений отдельных ' точек внутри загружаемого пространства

скалы с исполь з ованиеи - графиков U /V = f(l>), где U и U

х z х z

соответственно горизонтальные и вертикальные перемещения рассматриваемой точки. Один из способов был использован' при. исследованиях битуминозных трещиноватых известняков основания арочной плотины Кассеб в Тунисе 112]. Метод ГШ был применен на Адычанской. Спзндарянской. Токтогульской^ГЭС в СССР: гидроузлах Кассеб (Тунис) и Кырджали (НРБ).

В методе ЦГШ.[1, 2] к стенкам круглоцилиндрической выработки (штольни или скважины) на ее ограниченной длине прикладывается нормальная равномерно распределенная нагрузка. Разработанные автором устройства позволяют в процессе испытания изменять длину загруженного участка, что впервые дает возможность. применяя решение задачи М.Ивковича (1953 г.). опреде- , лять величины Е и I» скального изотропного массива (1. 2. 11J . Отношение перемещений U в одной и той же точке отенок выработки под нагрузкой при различной длине загруженного участка 2с дает возможность определять величину V по графикам U /U = f(l>). Метод ЦГШ был применен при исследовании осно-

с 1 с а

ваний Братской. Богучанской. Усть-Илимской. Чиркейской, Хан-тайской ГЭС и Усть-Илимского ЛПК.

Результаты исследований скальных пород в круглоцилиндри-

ческих выработках методом ЦГШ показывают 11. 6. 33]^ что скальные массивы обладают деформационной анизотропией. Причинами' такой анизотропии являются как особенности строения скальных пород (их слоистость, упорядоченная трещиноватость и т.д.), так и особенности напряхенного состояния пород, возникающего вокруг опытной выработки (нагрузочная анизотропия ) . Применительно к методу ЦГШ автором был предложен способ и проведены исследования деформируемости анизотропных (транс-версально-изотропных ) скальных _ массивов 111. Ось круглоци-линдрической выработки в этом случае долхна лехать в плоскости изотропии (параллельно напластованию). В плоскости, перпендикулярной оси выработки. м.ассив в этом случае будет ортотропным. Измерения смещений точек скального массива под нагрузкой не только на поверхности выработки, но и на некоторой глубине в массиве позволяют определить модули деформации по главным осям Е и Е , коэффициенты Пуассона и и V , а

13 1 {а

также модуль сдвига в . Указанная методика была применена

1 а

автором при исследованиях на Чиркейской ГЭС 11] и совместно с С.И.Пановым на Усть-Хантайской ГЭС 16]. При некоторых упрощающих допущениях , предложенных А.Л.Мохевитнновым (1966 г.) относительно значений коэффициентов Пуассона (и , и ) и модуля

1 /а

сдвига в , мохно ограничиться измерениями смещений только 1 а

поверхности выработки.•При этом точность определения характеристик исследуемой трансверсально-изотропной среды остается вполне приемлемой для практики.

' Анализ результатов собственных и зарубежных исследований

деформируемости скальных массивов в подземных круглоцилиндри-ческих выработках (методом ЦГШ. пробной камеры и др.) свидетельствует, что характер эпюры смещений стенок выработки под нагрузкой не»всегда согласуется с геологической структурой массива, о чем говорят и данные исследований автора на участке строительства Чиркейской ГЭС и плотины на р.Кассеб 11). Как в горизонтально слоистых породах (Чиркейская ГЭС). так и в породах с вертикальным и крутопадающим залеганием слоев (Кассеб) получены качественно одинаковые эпюры смещений стенок выработки под нагрузкой с наибольшей вертикальной ордина-

той 1331 . Различие эпюр состоит в основной в величинах ординат. Весьма показательными в этом отношении являются результаты исследований автора совместно с С.И.Пановым диабазового массива на Усть-Хантайской ГЭС 161. сложенного вертикально-столбчатой отдельностью с весьма характерной структурой, указывающей на то. что деформируемость массива в вертикальном направлении должна быть меньше, чем в горизонтальном. Однако смедения поверхности стенок выработки под нагрузкой свидетельствуют об обратном. Вычисленные по смешениям непосредственно поверхности выработки значения модулей деформации массива в вертикальном направлении (Е = 1.04 • 10^ МПа) и

4 в

горизонтальном (Е^ = 2,60 • 10 НПа) не отвечают структуре массива. Использование результатов измерений смещений скалы в глубине массива позволило определить реальные значения модулей деформации такого массива по разным направлениям (Е =

4 4 в

= 3.70 -10 и Е = 2,90 • 10 НПа). Действительная деформа-г

инонная анизотропия массива оказалась не столь велика. как это можно было бы заключить по смещениям поверхности выработок. Измерения смещений точек массива на различном расстоянии от стенок выработки позволили также оценить модуль деформации

4

скалы в зоне ее разуплотнения (Ер =0.59 ■ 10 МПа). Полученные результаты свидетельствуют о необходимости более глубокой интерпретации результатов опытов. проводимых нетодом. ЦГШ и пробной камеры. Только измерение смещений породы в глубине массива позволяет объективно оценить реальную анизотропию скального массива и его характеристики. Деформационные характеристики, определенные с использованием методов ЦГШ и пробной камеры в горизонтальных выработках с учетом смещений только поверхности выработки. могут быть пригодны лишь для расчетов облицовок туннелей. а не для определения деформационных характеристик скального основания плотин, так как относятся они только к зоне скалы, прилегающей к выработке.

Автором диссертации предложен метод касательных нагрузок (КН). который внедрен совместно с С.Г.Аксеновым и Н.М.Карповым на строительстве Усть-Илимской ГЭС |14). Этот метод основывается на решениях задач теории упругости о загружении сте-

нок выработки как нормальными q (метод ЦГШ). так и касательными равномерно распределенными нагрузками т. прикладываемыми на коротком участке выработки. Он позволяет определять характеристики деформируемости скального массива по различным направлениям с использованием более широкого круга граничных условий эагружения массива. На устройства, позволяющие осуществить этот метод, получены авторские свидетельства на изобретения 138, 39). Опыты по этой методике проводились в скважинах диаметром 915 и 130 мм на глубинах до 50 м от дневной поверхности .

Анализ показывает, что перемещения в скальном массиве при одинаковой величине нагрузок в соответствующих точках измерений для метода КН в несколько раз больше, чем для метода ЦГШ, то есть он обладает большей чувствительностью.

Исследования, проведенные методами ЦГШ, ГШ и КН .показали, что для одних и тех же пород, в зависимости от применяемого методами испытания деформируемости массива, могут быть получены различные в иды кривых нагрузка - деформация ■ Об этом свидетельствуем сопоставление графиков связи'U = f (q), полученных. с одной стороны, при испытании скалы методом плоских штампов (гибких и жестких), и с другой - при испытании методом ЦГШ и пробной камеры. Первые, как правило, имеют выпуклость в сторону оси смещений, а вторые - в сторону оси нагрузок. Это является следствием. в первую очередь, различия напряженных состояний в массиве при испытании его указанными методами: сжатием во всех направлениях в первом случае и возникновением растягивающих напряжений в тангенциальном направлении во втором [13 J .

При исследовании диабазов, залегающих в осно.вании Братской и Усть-Илимской ГЭС,- было установлено 11, 14J, что по мере заглубления от дневной поверхности в массив деформируемость пород закономерно уменьшается. Значения модулей деформации в.- зависимости от г л у бины (Н) для этих пород удовлетворительно определяются из степенной эмпирической формулы типа Е = А•Нп. где А = (1.4 ... 1.5) 104 МПа/м: п = 0.12 ... 0.33. С увеличением трещиноватости пород коэффициент А увели-

чивается. а п - уменьшается. Такая зависимость величины Е от глубины обусловливается как уменьшением степени трещиноватос-ти и развития экзогенных процессов в породе, так и увеличением обхатия трещин по мере заглубления в массив.

Аналогичный характер деформируемости пород наблюдается и на опытных площадках в основании штампов при испытании скалы в лотковой части подземных выработок [11, 20]*. Закономерное уменьшение деформируемости скалы по мере заглубления в массив, наблюдаемое в этом случае, является результатом, разуплотнения массива в приповерхностном слое вследствие влияния техногенных воздействий, связанных с проходкой выработки, и местного изменения напряженного состояния. При испытаниях деформируемости аргиллитов и песчаников в штольнях в створе плотины Курпсайской ГЭС, выполненных совместно с А.А.Никитиным, поярусные измерения смещений в массиве на глубине до двух метров под штампом показали закономерное плавное снижение деформируемости по глубине. При использовании автором различных механических моделей среды для обработки опытных данных разница в значениях Е относительно значений. полученных по теории упругости (упругое полупространство), составляет от 15 до 35%. Наиболее близко совпадают значения модуля деформации, полученные при' использовании решения задачи Бус-синеска (послойное суммирование) и из решений, полученных А.А.Храпковым и Т.К.Иведовой для модели неоднородного полупространства, изменение модуля деформации которого с глубиной описывается степенной зависимостью [20]:

Е =

z _ _ —KZ Q* + Qm е

чде С}^, к ■- параметры, характеризующие данное основание.

Тлавное изменение модуля деформации по глубине указывает на

то. что применяющиеся иногда механические модели оснований в виде однородного слоя ограниченной толщины не всегда отвечают свойствам реальных скаль них массивов и к тому же дают заниженные значения модулей деформации массива.

Указанные результаты свидетельствуют о существенном влиянии техногенных воздействий на изменение величин геомеханических характеристик пород. Проходка ытолен и выемка скалы приводят к изменению напряженного состояния трещиноватой скалы - ее разуплотнению или, наоборот, уплотнению. Методы опр-е^-деления геомеханических свойств также накладывают свои особенности на состояние и свойства среды. Все это свидетельствует о необходимости тщательного учета всех этих факторов и процессов при подготовке и проведении испытаний пород и интерпретации полученных данных.

Существенное положительное воздействие на свойства трещиноватой скалы оказывает цементация. Результаты обобщения литературных данных и собственных исследований на Красноярской. Токтогульской ГЭС и в Тунисе влияния цементации на характеристики деформируемости скальных массивов [1, 3, 7, 9] позволили автору установить эмпирическую зависимость для

оценки увеличения модуля деформации скалы после ее цементации (Ец» =

Е = пЕ.

0.135

(А • 10"^)

гдр п = 1.55 ---: д - безразмерная величина.

5А ■ 1<Г°

е

_ о

численно равная Е до цементации: е - основание натуральных

логарифмов.

В среднем модули деформации исследованных в СССР пород после цементации увеличивались примерно в 1,5 - 2,0 раза'. Вместе с тем расчеты показывают, что модуль деформации зоны трещин в скале после цементации примерно на один порядок ни-

же. чем модуль деформации цементного камня. Это свидетельствует о недостаточно плотном заполнении трещин цементным раствором [ 3 ] .

Обобщение результатов исследований свидетельствует об определяющем влиянии трещиноватости и выветрелости скальных массивов на их деформируемость. В зависимости от степени трещиноватости модули деформации таких массивов могут быть в десятки раз ниже, чем у монолитного образца породы. Автору, одному из первых, удалось определить значения коэффициента Пуассона и скальных массивов различными методами. Установлено. что его значение также уменьиается с увеличением степени трещиноватости массива (от 0.46 до 0.06). Среднее значение V составляет «а 0.14 - 0.22. Обобщение результатов деформационных исследований позволило группе сотрудников под научным и методическим руководством автора разработать классификацию скальных и полускальных массивов по деформируемости для включения в СНиП 11-16-76 [44]. которая была уточнена в [45].

2. Сопротивляемость скальных грунтов сдвигу

Проблеме определения характеристик сопротивления различных материалов сдвигу уделяется значительное внимание начиная с Ш.Кулона, т.е. уже более 200 лет. Применительно к вопросам устойчивости подпорных сооружений. скальных откосов, подземных выработок- и т.д. эта проблема разрабатывается уже более 50 лет. Среди отечественных и зарубежных исследователей в этой области следует отметить Е.А.Герчиков а, П.Д.Евдокимова, ч В.Г.Орехова, С.А.Роза, Г.Л.Фисенко, Э.Г.Газиева, С.Б.Ухова, А.Б.Фадеева, Р.А.Ширяева, В.Н.Бурлаков а, Ю.А.Фиымана, А.А.Никитина, М.Роыа, Б.Куюнджича, Н.Бартона, Л.Мюллера, Е.Лайтая, М.Хаяши, Ч.Джегера, Р.Гудмана, Ф.Паттона и ряд других. Несмотря на обиирные теоретические и экспериментальные исследования и имеющиеся достижения, еще многие вопросы оценки сопротивляемости сдвигу трещиноватых скальных массивов нуждаются в дальнейшей разработке.

Начиная с 1960 г. автор выполнил больной объем исследо-

ваний сопротивления различных видов трещиноватых скальных массивов сдвигу. связанных с научным обоснованием проектирования и строительства плотин крупных гидроузлов (Братского. Красноярского, Усть-Илимского. Богучанского. Днепрогэс-1I, Токтогульского, Бурейского, Туполангского, Иитугановского. Кырдхали в НРБ). Как показывают результаты исследований, сопротивляемость сдвигу определяется рядом факторов. Основное влияние на выбор мест и условий проведения опытов. их количество и масштабы оказывают инженерно-геологические условия и прогноз их изменения в результате строительства и эксплуатации сооружений, а также тип и размеры этих сооружений. Среди геологических Факторов наибольшее значение имеют неоднородность и структура скального массива. петрографический состав породы, ее трещиноватость и выветрелость. наличие ослабленных зон и участков и-т.д., определяющие объемы и условия проведения опытов. Типы и размеры сооружения определяют характер его взаимодействия с основанием. а следовательно, направление и интенсивность нагрузок, передаваемых на него.

Анализ результатов опытов многих авторов, а также собственных данных, свидетельствует о довольно сложном характере

, I

как допредельных деформаций сдвига, которые имеют место прак-

раз руше-смещений, напряже-ся частью влетвори-ирической

тически с самого начала испытаний. так и деформаций

ния 11, 9]. Вместе с тем оказалось. что графики

построенные в относительных координатах касательных

ний и смещений (т/т и U/U ) хорошо аппроксимируют пр пр

окружности с центром, лежащим на оси U/Unp. Удо

тельно описывается график смещений при сдвиге и эмп зависимостью, предлагаемой автором:

пр

пр

О . 674

0. 674

пр

Последнее уравнение более-приемлемо и для -запредельной части графика смещений U = f (т). Однако здесь необходимо дальнейшее накопление данных по смещениям скалы на запредельном участке сдвига.

В процессе сдвига скальных целиков имеет место некоторое продольное обхатие скалы и ее расширение в обе стороны Это явление характерно и для трещиноватых массивов что должно создавать дополнительные напряжения сжатия по вертикальным плоскостям в массиве, параллельным направлению сдвига, и тем самым способствовать повышению его связности. Это важное явление еще недостаточно изучено и не находит пока учета в оценке прочности оснований.

В работах Б.В.Дерягина, П.Д.Евдокимова, Р.А.Ширяева, Л.П.Фрадкина, Л.А.Уварова, M.H.Гольдштейна, Э.Г.Газиева, С.А. Роза, Б.Д.Зеленского, А.Б.Фадеева. С.Е.Могилевской. А.А.Никитина, Ф.Паттона, Р.Гудмана, Д.Арчемболдта, Б.Ладаньи и других отечественных и зарубежных авторов, отмечается существенное влияние шероховатости контакта бетон - скала и трещин на их сопротивляемость сдвигу. В машиностроении проблема трения в зависимости от шероховатости поверхностей изучается уже давно. Достаточно упомянуть обобщающую монографию А.И.Карташова (1964), и ГОСТ "Шероховатость".

Большинство авторов (M.H.Гольдитейн. Ф.Паттон, Э.Г.Гази-ев, С.Е.Могилевская и др.) связывают сопротивление шероховатой поверхности сдвигу со средней величиной угла (а ) наклона граней (сторон) выступов неровностей. Автор, диссертации предложил методику оценки шероховатости, по которой подбор образцов и участков трещин в скальном массиве для изучения сопротивляемости сдвигу производится на основе сравнения и корректировки кривых распределения всего диапазона углов наклона граней выступов как макроыероховатостей, так и других

порядков шероховатости (-a s а. s +а ) натурной поверх-

гаах 1 шах

ности сдвига и опытной площадки при одинаковой точности измерений. При этом автоматически удовлетворяется и недостаточное требование соответствия только а в образце и в натуре (массива) . Это предложение защищено авторским свидетельством на Ê

способ [42] и устройство для его осуществления [43], разработанными совместно с Н.М.Карповым и другими соавторами. Эта методика наыла отражение в нормативно-методических документах [49]. Данные предложения были использованы при исследовании основания плотины Туполангского и Иитугановского гидроузлов, БурейСкой и Крапивенской ГЭС, а также при оценке сопротивляемости сдвигу по крупной неоднородной и волнистой трещине в береговом примыкании плотины Токтогульской ГЭС. Результаты опытов свидетельствуют о том, что учет даже не всех порядков шероховатости позволяет выявить значительные резервы сопротивления сдвигу скального массива по трецинам и разработать более экономичные проектные решения.

До настоящего времени не уделялось 'внимания вопросу оценки степени совпадения рельефов обеих стенок трещины, то есть их конгруэнтности, и влиянию этого фактора на сопротивляемость скального массива сдвигу. Как показывают расчеты, сопротивляемость массива при сдвиге по трещине, профилограмма которой представлена синусоидой, будет изменяться по закону косинуса. Наибольшее сопротивление сдвигу фиксируется в тот момент, когда выступы одной сте-нки трещины полностью входят во впадины другой. По мере сдвига одной части массива относительно другой сопротивление сдвигу будет заметно уменьшаться и иожет упасть в 3 - 4 раза на длине волны неровностей. Оценка конгруэнтности стенок трещины имеет особое значение при определении сопротивления сдвигу крупных трещин. по которым имели иесто тектонические подвижки.

Результаты испытаний сопротивляемости скальных грунтов сдвигу на моделях разного размера позволили оценить значение масштабного фактора■ Автором совместно с Р.А.Ширяевым и Д.П.Фрадкиным проведена масштабная серия опытов по сдвигу моделей штампов и блочных.моделей целиков по сплошному и блочному основаниям, сложенным из отдельностей (блоков). При изменении размеров (длины) модельных штампов и целиков, соответствующих перекрытию от 2 до 16 блоков (отдельностей) основания, сопротивляемость сдвигу изменяется весьма мало и незакономерно [10]. В то же время уменьшение размера штампа

(целика) до размера одного блока в его основании приводит к заметному снижению сопротивляемости сдвигу. Эти испытания показывают, что вполне достаточно. чтобы размеры испытуемых штампов и целиков скалы были больше размеров двух отдельнос-тей основания. При этом должно обеспечиваться соответствие с заданной точностью геометрических параметров шероховатости и волнистости поверхности испытуемого фрагмента и трещины в целом. Требование соответствия характера шероховатости опытных площадок и натурных условий должно соблюдаться и при испытании на сдвиг контакта бетон - скала.

В то же время при существенном разнообразии геометрии и механических характеристик участков протяженных трещин (как скального массива, так и заполнителя трещины) роль масштабного фактора при оценке сопротивляемости сдвигу является существенной. Под руководством и при участии автора совместно с Н.М.Карповым и А.А.Никитиным проведены экспериментальные исследования, включаюцие как лабораторные и полевые испытания сопротивления сдвигу отдельных участков трещины, так и модельные исследования в целом крупной тектонической трещины й основании Токтогульской плотины [19, 35]. Результаты опытов свидетельствуют о значительном увеличении сопротивления сдвигу по мере увеличения масштаба испытаний с включением участков со все более крупными элементами неоднородности - жестких контактов и крупных форм рельефа поверхности стенок трещины. Данные этой серии масштабных испытаний подтверждают необходимость тщательного учета ин*енерно-геояогических условий, в частности, масштаба вовлекаемых в работу на сдвиг массивов скальных пород, учета особенностей структуры и свойств отдельных зон.массива.

Указанные выводы в части влияния масштабного фактора подтверждаются результатами выполненных автором уникальных палевых испытаний по сдвигу крупных бетонных штампов и целиков скальных массивов на строительных площадках Братской, Усть-Илимской, Токтогульской и Красноярской ГЭС в СССР и ГЭС Кырджали в Болгарии. В опытах на этих объектах площадь сдвига составляла от 7 до 98 м' (Красноярская ГЭС). Большой объем

исследований выполнен на Братской ГЭС. Сопоставление ^¿зуль-татов сдвига больших кернов диаметром 92-122 см и скального целика размерами в плане 7 • 7 м (49 ма) на Братской ГЭС показало [1, 11], что разница в нормативных значениях сопротивляемости сдвигу всей совокупности данных по сдвигу кернов и сопротивления сдвигу крупномасштабного целика отличается не более чем на 8%. В то хе время отличие сопротивляемости сдвигу отдельных кернов и целика колеблется в довольно широких пределах, составляя 25-30% как в меньшую. так и в большую сторону. Аналогичные данные получены и при исследовании основания плотины Усть-Илимской ГЭС при испытании на сдвиг по

трещинам двух больших целиков (Б = 6.7 ма и Э = 9,0 и2) и

1 2

крупных кернов (с! = 1.22 и).

Автором совместно с А. И.ФеДоренко проведены исследрвания сопротивляемости сдвигу мерзлых и оттаивающих трещиноватых льдонасыменных скаль них пород [ 17, 22, 23], результаты которых нашли отражение в ВСН 30-83 [50]. Опыты проводились применительно к основанию Колымской ГЭС на образцах грунта, включающих естественную шероховатую трещину, и на бетонных образцах с заданной шероховатостью поверхности сдвига. Заполнителем испытуемых т.рещин был прослоек льда различной толщины: от следов и пленок (первый тип трещины) и от 1 до 10 мм (второй тип). Опыты на образцах мерзлых грунтов первого типа показали, что их мгновенная сопротивляемость сдвигу существенно повышается с увеличением шероховатости стенок трещин так хе, как и для скальных грунтов при положительных температурах. Для первого типа мерзлых грунтов различие в характеристиках в мерзлом и талом состояниях сравнительно небольшое. Испытания пород второго типа показали, что при толщине прослойка льда Ь большей, чем высота выступов шероховатости Н. сопротивляемость сдвигу по трещине соответствует прочности льда на сдвйг, которая существенно зависит от температуры. В процессе оттаивания прогрессирующее нарастание смещений по таким трещинам происходит при отрицательной температуре близкой к 0 "С (-1,5° ... -0.5°С) либо с разрушением образца, либо с включением в работу хестких контактов. При малых нормальных

/

напряжениях (о < 0.4 НПа и г < 0.5а) в интервале температур г < - (2 - 4)°С развиваются деформации установившейся ползучести. Длительная прочность трещиноватых мерзлых скальных грунтов с льдистым заполнителем трещин меньше мгновенной прочности в 2 и более раз в зависимости от температуры. Сопротивляемость сдвигу по льдистым трещинам второго типа следует оценивать в зависимости от характера трещин либо предельной сопротивляемостью льдистого заполнителя (пластично-вязкий сдвиг), либо интегральной сопротивляемостью льдистого заполнителя трещины и скальной породы на участках контактов стенок трещин, которые создают основную долю сопротивления.

Под руководством и при участии автора совместно с А.А.Никитиным и Л.А.Уваровым были проведены лабораторные и, полевые исследования влияния динамических (импульсных) воздействий на сопротивляемость трещиноватых скальных пород сдвигу [15]. Для этого по идее автора была разработана оригинальная установка, позволяющая создавать динамическое импульсное усилие до 1 • 10 Н (100 тс) с ускорением до 10,Ое- Исследовалось сопротивление сдвигу свободно установленного шероховатого бетонного штампа по контакту с шероховатой гранитной плитой и бетонного штампа с гладкой ровной подошвой по контакту с супесчано-суглинистым заполнителем толщиной 2 мм одной из крупных трещин основания Токтогульской плотины. Испытания проводились с использованием штампов с площадью сдвига Э = 0,5 м*. Результаты опытов свидетельствуют что предельная динамическая сопротивляемость бетонного штампа сдвигу по шероховатой (искусственно насеченНой) гранитной плите с неровностями высотой до-12 мм оказалась примерно на 16% выше зафиксированной при стандартных статических испытаниях. Вместе с тем в процессе опыта. при наибольшей скорости смещения штампа, его остаточное динамическое сопротивление (трение скольжения) оказывалось на 6-8% ниже остаточного статического сопротивления, которое фиксировалось в контрольных статических опытах. Аналогичные результаты получены и при динамическом испытании супесчано-суглинистого заполнителя трещины (примерно на 15-20%). Характер кинематики штампа при динами-

ческой сдвиге в целой подобен статическому. Следует отметить весьма существенный факт, что момент начала смещения штампа по поверхности сдвига запаздывал примерно на 0,015-0,02 с по отношению к моменту начала приложения сдвигающей или уменьшения нормальной нагрузки. Следовательно, при частоте колебаний нагрузки более 12-16 Гц сдвиг бетонного штампа не всегда может реализоваться даже при достижении предельных усилий.

Выполненные, начиная с 1967 г., под руководством и при участии автора исследования влияния цементации на сопротивляемость трещиноватых скальных оснований сдвигу на участке строительства Красноярской [9], Усть-Илимской [18] и Кырджали ГЭС [8] в НРБ, а также анализ результатов исследований Р.А.Ширяева (Наглу ГЭС, Афганистан), Л.П.Фрадкина (Братская ГЭС) и Ю.А.Фишмана (Курпсайская ГЭС) свидетельствуют о том, что цементацией может быть достигнуто укрепление основания и снижение сдвиговых деформаций в массиве. В наибольшей степени (до двух и более раз) сопротивляемость сдвигу повышается в сильнотрещиноватых скальных грунтах с раскрытием трещин более 0,2 мм и незаполненных мелкоземом. Такое увеличение в основном характерно для лабораторных условий при испытании образцов на сдвиг по трещинам [8]. При испытании на сдвиг зацементированного крупномасштабного целика на площадке строительства Красноярской ГЭС (Б = 98 ма) было получено увеличение предельного сопротивления трещиноватых гранитов сдвигу всего на 10-12% 18, 9, 18], что обусловлено наличием в трещинах примазок мелкоземистого заполнителя. Как значительное повышение прочности скальных оснований в первом случае. так и незначительное во втором - происходит не только за счет омоноличива-ния (склеивания) стенок трещин цементным камнем, но и за-счет обжатия массива давлением нагнетаемого раствора и увеличения, вследствие этого, его связности. Однако цементация скальных массивов при высоких давлениях (30-40 атм) способна привести к снижению сопротивления сдвигу за счет размыкания жестких контактов стенок трещины и разрыва скальных перемычек и передаче нагрузок только через слабый заполнитель. Об этом свидетельствует пример цементации основания Кырджали ГЭС (НРБ).

После цементации одной из крупных трещин при испытании .были получены показатели сопротивления сдвигу, характерные для глинистого заполнителя с влажностью 19-20%, а в полости трещины на большом протяжении прослеживались пропластки внедрившегося в глинистый заполнитель цементного камня [8]. Прогноз количественного влияния цементации на сопротивл.яемость сдвигу возможен пока на основе результатов опытных работ непосредственно на строительной площадке.

Анализ результатов собственных опытов автора и опытов других специалистов 111. 24J по исследованию сопротивляемости сдвигу скальных грунтов свидетельствует о том. что связь средних (на поверхности сдвига) нормальных а и предельных касательных т напряжений в общем случае нелинейна, и опытные данные вполне удовлетворительно аппроксимируются выражением

г = к<7п + в. где в большинстве случаев п =.0.7 ... 0.9. пр

Для практических целей в больиинстве случаев можно использовать привычную линейную или кусочно-линейную аппроксимацию: т = а • tg(P + с. не допуская, однако, ее экстраполяции за пределы этого диапазона. Анализ опытных данных сопротивляемости сдвигу различных типов трещиноватых пород свидетельствует о том. что параметр с изменяется в весьма широком интервале (0 ... 2,5 НПа), в то время как параметр tgp изменяется .в значительно меньшем диапазоне (* 0.45...2,5). Автором совместно с Р.А.Ширяевым. С.А.Фидом и Р.P.Тизделем обобщены и предложены значения расчетных характеристик, которые включены в нормативные документы 144. 45J.

Обобщение отечественного и зарубежного опыта исследований сопротивляемости сКальных оснований сдвигу выполненное автором диссертации совместно с Р.А.Ширяевым. Т.Ф.Липовецкой. Л.П.Фрадкиным, А.Л.Можевитиновым и другими участниками работ,

позволило разработать статистический метод определения

1

расчетных характеристик сопротивления сдвигу сначала с односторонней (нижней) доверительной вероятностью а - 0,99 в СНиП 11-16-76 [44] и пособии к ним [49]. а затем с учетом накопленного опыта и дополнительных проработок с вероятностью а = 0,95 в СНиП 2.02.02-85 [45]. Требования указанных СНиП в

этой . части 'являются более обоснованными [27. 28] и более прогрессивными, чем требования ГОСТ 20522-75. которые в [44. 45, 49] не рекомендовано применять для проектирования оснований сооружений, так как они ведут к получению чрезвычайно заниженных расчетных значений характеристик и к неэкономичный проектным решениям. Крупным результатом внедрения в практику изысканий и проектирования статистических методов определения расчетных характеристик, к которым имеют непосредственное отношение работы автора, является достижение уже в 60-70-х годах в СССР одного из самых высоких в мировой практике критериев использования несущей способности оснований(коэффициен-тов сдвига), позволившего строить весьма экономичные гравитационные плотины (Братская, Усть-Илимская и др.ГЭС). Другим существенным результатом повышения расчетных зн-ачений характеристик сопротивляемости сдвигу скальных грунтов является то, что профили (габариты) бетонных гравитационных плотин на скальных основаниях с достаточно высокими прочностными и деформационными характеристиками определяются уже не расчетами устойчивости, а расчетами НДС и прочности системы плотина -основание что открывает возможности для совершенствования проектных решений таких плотин 125].

Результаты исследований сопротивляемости пород сдвигу были эффективно использованы для определения величины горного давления и обоснования проекта дренажного туннеля Усть-Илимской ГЭС, проходящего в весьма пестрых полускальных осадочных породах-песчаниках, алевролитах и аргиллитах.значительно снижающих свою прочность при обводнении и разгрузке ^кр < 5). Автором был предложен и совместно с Н.М.Карповым внедрен экспериментально-расчетный метод определения величины горного давления этих пород 116]. основанный на учете параметров сопротивления сдвигу (1 и полученных при испытании кернов пород. взятых из скважин, пробуренных с дневной поверхности до отметок заложения туннеля. Сопоставление результатов, полученных с использованием этого метода, с данными натурных исследований. пров еденных Г.М.Петросяном непосредственно на трассе туннеля, показало их достаточно хоро-

шее совпадение [16].

3. Прочность трещиноватых скальных грунтов

Изучение прочности трещиноватых скальных грунтов выполнялось как по схеме трехосного сжатия [24], так и на моделях блочных сред при плоскодеформированном состоянии [32] в условиях однородных полей напряжения, что позволяет разрабатывать корректные механические модели поведения среды под нагрузкой.

Определение параметров прочности трещиноватой скалы по схеме трехосного сжатия выполнялось на цилиндрическом целике скалы диаметром 80 см в интервале напряжений о = 0 ... 14.0

г

и аг = °з = 0 ... 0.3 МПа при полевых испытаниях в створе

плотины Токтогульской ГЭС. Рез-ультаты полевых испытаний ток-

тогульских известняков в условиях трехосного сжатия (tg(p =

п

= 1,34 и cn = 1.75 МПа), полученные автором совместно с

А.А.Никитиным. свидетельствуют о высокой сопротивляемости

сдвигу трещиноватой скалы по поверхностям. не совпадающим с

протяженными трещинами (в среднем по массиву), сопоставимой с

сопротивлением сдвигу по монолитному контакту бетон - скала

(tgp = 1,6 и с = 2,5 МПа), полученному при сдвиге бетонных п п

штампов на этом объекте [24].

При исследовании закономерностей изменения прочности блочных сред в зависимости от вида напряженного состояния использовалось геомеханическое моделирование трещиноватой скалы эквивалентными по структуре и физико-механическим характеристикам материалами. Для проведения испытаний таких сред по идее автора разработана ria уровне изобретения и внедрена совместно с р.А.Ииряевым, Н.М.Карповым и др. установка, позволяющая создавать однородное поле напряжений в элементарном объеме с любой траекторией нагружения [41]. Установок с такими широкими возможностями за рубежом не имеется. Она внедрена при исследовании местной прочности блочных сред с

различной структурой. Опыты показали, что прочность

таких сред также описывается законом Кулона-Мора/52/.

4. Водопроницаемость трещиноватой скалы

При изучении прочности круглоцилиндрического скального целика в условиях трехосного сжатия были проведены при участии автора. В.Н.Жиленкова и А.А.Никитина также исследования , водопроницаемости треиинов атой скалы в 'зависимости от величины сжимающих нагрузок [24,31]. Массив скалы на этом участке до вырезки целика характеризовался коэффициентом фильтрации, равным 0,01 ... 0.04м/сут. В процессе эксперимента в скважину,пробуренную по оси целика,подавался контролируемый расход воды. При этом формировался осесимметричный расходящийся фильтрационный поток с известным напором по оси и по периметру целика. В ходе испытаний изменялись осевые а

z

и радиальные qr нагрузки на целик.

Полученные уникальные данные свидетельствуют о том. что

при увеличении а от 0 до 3,5 МПа водопроницаемость скалы z

уменьшалась в 15 раз и соответственно коэффициент фильтрации - с 6.7 ■ Ю-4 до 4.5 • 10~5 см/с (или с 0.58 до 0.039 м/сут). Таким образом, в результате уплотнения скалы под нагрузкой qz = 3,5 МПа была достигнута водопроницаемость естественного массива. Особенно резко снизилась водопроницаемость скального целика при увеличении аот 0 до 1.5 МПа. Изменение

бокового давления q от О до 0.5 МПа приводит при постоянном г

qz к уменьшению водопроницаемости всего на 10%. в то время как такое же изменение qz снижает водопроницаемость на порядок. что свидетельствует о преобладании трещин, нормальных к оси целика. Установлено, что раскрытие трещин при увеличении qz от 0 до 3,2 МПа уменьшилось с 0.32 до 0,16 мм. т.е. всего в два раза. Данные по изменению водопроницаемости скалы позволяют косвенно судить о том. что в естественном массиве. в зоне проведения испытаний на целике. вертикальные напряжения составляли порядка 3.0 - 3.5 МПа.

Существенное изменение водопроницаемости трещиноватого скального массива при изменении его напряженного состояния должно учитываться при проектировании гидротехнических подпорных сооружений. так как оно может привести к ухудшению

статической работы системы плотина - основание.

5. Естественные напряжения в скальном массиве

В области исследований естественных напряжений широко известны работы В . В.Белоусова. М.В.Гзовского, Д.Д.Головачева. С.В.Кузнецова, М.В.Курлени, В.М.Кутепова, К.В.Руппенейта, А.И.Савича, А.Я.Степанова. Е.Лемана, Л.Мюллера, Т.Нильсона, М.Роыа, Ж.Талобра, К.Терцаги, Н.Хаста и др. Большинство применяемых в настоящее время как за рубежом, так и в СССР методов определения напряжений в скальных массивах представляют собой различные варианты метода разгрузки . В этом случае напряжения определяются в отдельных точках монолитных отдель-ностей породы. В то же время для скальных массивов характерны неоднородность строения и свойств, обусловливающая неоднородность и анизотропию их прочностных и деформативных свойств, и чрезвычайно сложный характер силового взаимодействия отдель-ностей, слагающих массив Распределение напряжений в элементах! блоках) такой среды должно носить сложный характер, о чем свидетельствуют результаты исследований, выполненных А.Л.Уваровым на блочной модели, изготовленной из оптически активного материала [ 11 ]. Картина изохром, полученная при загружении плоской модели, сложенной даже из тщательно пришлифованных блоков, подтверждает это. Поле напряжений становится еще более сложным, если блоки не подгоняют друг к другу. Данные исследований автора совместно с Н.М.Карповым [ 11 ] свидетельствуют о том, что и распределение контактного давления между отдельностями блочной среды носит также сложный характер. Кроме того, в результате геологических процессов в каждой отдельности могут иметь место напряжения, уравновешенные в самой отдельности. Данные, опубликованные Л.Мюллером (1963), говорят о том, что в норвежских сланцах, извлеченных из шахты на поверхность, были обнаружены напряжения до 60,0 МПа. По нашему мнению, достаточно представительные характеристики напряженного состояния массива могут быть получены лишь при исключении из рассмотрения внутренних на'пряже-

ний в отдельностях и определении средних напряжений (усилий), передаваемых в массиве между отдельностями. Удовлетворительные результаты при этом могут быть получены лишь при одновременном испытании довольно большого объема трещиноватой скалы. Этим требованиям. как представляется. удовлетворяет метод, предложенный автором для исследований изотропных линейно деформируемых сред [4]. Суть метода состоит в том, чго при заг-ружении гидростатической нагрузкой достаточной интенсивности стенок круглоцилиндрической выработки (штольни, скважины) раскрываются радиальные трещины, и деформируемость пород резко возрастает. Глубина раскрытия указанных трещин определяется интенсивностью существующих в массиве напряжений ад и величиной приложенной нагрузки я. При измерении перемещений не только стенок выработки, но и точек в глубине массива можно определить естественное тангенциальное напряжение а 14.) .

о

а

е а

е

и - Ш1 - аЭ> г ГДе а = Га (Ц - и )-: Р = -7й-: «Р " Р«~

г

диальные смещения точек, лежащих на одной оси на поверхности выработки и в глубине массива на расстоянии г от оси выработки. радиус которой г .

При исследовании деформируемости диабазов в основании плотины Братской ГЭС в скважинах диаметром 92см этим методом определено.что горизонтальная компонента естественных напряжений на глубине около 5)* от поверхности скального основания

составляет около о = 0.31 МПз141. 6

Дальнейшее развитие метода определения начальных напряжений в ортотропном массиве было выполнено под руководством и при участии автора совместно с С.И.Пановым и А.А.Храпковым при исследовании деформируемости основания Хантайской ГЭС [331. Напряженное состояние массива долеритов по результатам испытаний на'глубине около 20-30 м в выработке диаметром 2 м характеризуется горизонтальной компонентой напряжения 0^=0.27

НПа и вертикальной а^ = 0.58 МПа. что корреспондирует расчетным •напряжениям от собственного веса массива, которые прогнозировались равными а = 0.29 и о = 0.62 МПа. Различие

л 2

составляет менее 7%. Следует отметить. что в массивах, подверженных тектоническим воздействиям, компоненты естественных напряжений.как свидетельствуют данные ряда авторов.могут существенно отличатся от напряжений. возникающих от сил тяжести.

6.Взаимодействие сооружений с основанием

Для решения задач научного обоснования проектов таких крупных объектов. как Усть-Илимская [11. 21. 25]. Бурейская. Рогунская [32] ГЭС. обоснования технической возможности строительства высоких заанкеренных бетонных плотин [29. 30]. а также для оценки влияния масштабного фактора на сопротивляемость сдвигу [10. 32. 35]. несущей способности анкерных устройств [34]. прочности и сопротивляемости сдвигу блочных сред [35, 41] под руководством и при участии автора совместно с Р.* А.Ширяевым, Н.М.Карповым, А.А.Никитиным и другими сотрудниками проведен большой объем модельных геомеханических исследований . На моделях воспроизводились основные структурные элементы массива (крупные тектонические нарушения. основные системы трещин. блоки различных порядков) и их механические свойства (деформируемость. прочность). Был создан ряд оригинальных эквивалентных материалов повышенной плотности (р = = 4. . . . 5 г/см'). позволяющих проводить исследования на мелкомасштабных моделях. В качестве основы для разработки геомеханических моделей использовались специализированны-е инженерно-геологические модели основания (деформационные и прочностные). Автором совместно с Р.Р.Тиздал ем, С.Е.Могилевской в 1965-67 гг. разработана одна из первых в СССР инженерно-геологических моделей основания плотины Кырджали ГЭС (НРБ) [5]. Автор участвовал также в разработке данных для деформационных и прочностных моделей оснований ряда других плотин (Братской. Крапивинской. Кассеб. Токтогульской. Усть-Илимской и др.

ГЭС), обобщение и использование результато-в по которым выполнено автором при разработке нормативно-методических документов (44, 45. 49].

Проведенные под научным и методическим руководством и при участии автора совместно с А.А.Никитиным. А.А.Храпковым, Р.А. Ширяевым и др. геомеханические модельные и расчетные исследования статической работы системы плотина - основание для указанных выше объектов показали [21. 25] достаточно хорошее качественное совпадение результатов обоих видов исследований, которые свидетельствуют о том, что при эксплуатационной нагрузке в приконтактной области основания бетонных гравитационных и заанкеренных плотин высотой более 60 м развиваются зоны деформаций растяжения. При высоких характеристиках деформируемости основания и наклоне низовой грани гравитационной плотины (ш < 0.72) в скальном основании могут образоваться (или раскрыться) трецины, направленные в сторону нижнего бьефа. Натурные исследования и наблюдения подтверждает наличие такого явления в основаниях Братской, Усть-Нлимской. Саяно-Иу-шенской и некоторых других плотин. Не исключено развитие таких трещин и в основании плотины строящейся Бурейской ГЭС.

Исследования устойчивости заанкеренной плотины высотой 89 м с заложением низовой грани ш = 0,6 применительно к инженерно-геологическим условиям строительства бетонной плотины Богучанской ГЭС. выполненные под научным руководством и при участии автора совместно с И.В.Придорогиной и др.. показали [30]. что необходимо анкерующее усилие порядка 6-10 Н (600 тс) на метр длины напорного фронта при глубине заделки анкера 9 - 18 м, которая была определена на основе исследований несущей способности анкерных заделок [34]. При равенстве нормальных усилий, передаваемых гравитационной и заанкеренной (вместе с анкеруюцим усилием) плотинами на основания, несущая способность заанкеренной плотины оказалась на 10 - 30% выше, чем гравитационной, в зависимости от с.тепени монолитности контакта плотина - основание. В области контакта заанкеренной плотины с основанием вплоть до предельного состояния имеют место деформации сжатия, что существенно улучшает условия ра-

боты плотины на сдвиг и обеспечивает сплошность цементационной завесы.

Под руководством и при участии автора совместно с Н.М.Карповым. Р.А.Ширяевым , И.В.Придорог иной впервые выполнены исследования динамики развития деформаций скального основания. склонов и грунтовой плотины Рогунской ГЭС вследствие размыва расположенного в основании плотины крутопадаюцего пласта каменной соли, имеющего толщину более 5 м на поверхности и 20 м и более на глубине 50-100 м и залегающего непосредственно под верховым клином плотины. Показано [29, 32], что размыв этого пласта на глубину до 200 м от поверхности основания плотины в ее русловой части не вызывает полного разрушения плотины. но приводит к существенным деформациям части скального массива и плотины. При глубине размыва в 150 м зоны двухосного растяжения в основании и плотине захватывают цемзавесу и ядро плотины, что может привести к развитию трещин в скальном основании и в ядре плотины. Размыв соли на глубину 40 м приводит к недопустимым деформациям части левобережного склона. на котором располагаются водозаборные сооружения гидроузла. Для недопущения значительных деформаций склона рекомендовано произвести выемку соляного пласта в верхней части разлома на глубину 15 - 20 м на длине 200,0 м и заполнить эту прорезь плотным малодеформируемым материалом.

Модельные геомеханические исследования позволили автору совместно с С.И.Пановым обосновать способ укрепления скального массива вокруг подземной выработки ,и предварительного нап-жения обделки выработки [36] и разработать специальную установку с участием В.А.Ногина (а.с.581186). Они позволяют создавать предварительное напряжение как в скальном массиве, так и в обделке напорного туннеля. Конструкция устройства для обжатия пород, предложенная автором, позволяет локализовать раскрытие радиальных тречин в заданных местах и тем самым обеспечивать эффективное их заполнение инъекционным раствором. ,

С оценкой характера взаимодействия .сооружения с основанием тесно связаны вопросы определения глубины заложения их

подошвы (пят) и объемов скальной выемки. имеющих большое влияние на стоимость и сроки строительства. Объемы скальной выемки под бетонные плотины по данным. приведенным в различных источниках, как правило, превышают 20 - 30% от объема бетона, укладываемого в плотину, а в ряде случаев достигают 100 и более процентов. В результате проведения комплексных исследований с участием автора и специалистов Гидропроекта объем скальных выемок на Братской и Усть-Илимской ГЭС составил 18 и 14% соответственно, а на Токтогульской - менее 1% . объем выемки скалы под плотину Бурейской ГЭС уменьшен на 89 тыс.м3 с экономическим эффектом более 2 млн.руб. Принятие решения о глубине съема скальной породы основывается на оценке инхенер-но-геллогической геомеханической модели скального массива участка возведения сооружения и результатах расчетных исследований НДС и устойчивости системы плотина - основание.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе представлены результаты теоретического обобщения разработанных автором экспериментальных методов и полученных данных о геомеханических свойствах скальных оснований гидротехнических сооружений. выявленных закономерностях взаимодействия сооружений с основанием. позволяющего решать проблему обеспечения надежности и экономичности возводимых сооружений, имеющую важное народнохозяйственное значение.

Основные научные, практические результаты и выводы, полученные в работе, следующие:

1. Разработанные нормативные требования и рекомендации, включающие определенную последовательность этапов геомеханических исследований, методы обработки результатов экспериментов, определение их состава и объема,дают практическую основу повышения информативности, достоверности и точности определения геомеханических х'арактеристик скальных оснований сооружений и достижения высоких технико-экономических показателей

гидротехнического строительства.

2. Основными факторами. определяющими прочность, сопротивляемость сдвигу, деформируемость и фильтрационные характеристики скальных оснований являются: структура (трещинова-тость). неоднородность физико-механических характеристик элементов массива и характер их напряженного состояния. которые в совокупности определяют распределительную способность скальных массивов, анизотропию показателей и их величину.

3. Установлены .неизвестные ранее некоторые закономерности деформируемости скальных грунтов в зависимости от используемых методов испытаний, характера естественных напряжений и возникавшего при испытании напряженно-деформированного состояния скального массива, которые особенно сильно проявляются при испытании скального массива- в подземных кругло-цилиндрических выработках. Данные. полученные при испытании трещиноватых пород методом пробной камеры. ЦГШ или прессио-метров с измерением смещений лиыь поверхности выработки. могут быть использованы, как правило, только для расчетов обделок напорных туннелей.

4. Установлено, что по мере заглубления от поверхности в массив деформируемость трещиноватой скалы закономерно уменьшается. Объективное определение характеристик деформируемости такой среды возможно при измерении смещений под нагрузкой нз только поверхности, но и точек во внутренних областях испытуемого массива .

5. На сопротивляемость сдвигу скальных пород по трещинам основное влияние оказывают величина действующих напряжений, геометрия поверхности ее стенок '(шероховатость, волнистость, кулисообразность. перевязка, прерывистость и т.д.), а при наличии заполнителя - его мощность и свойства. Существенное влияние на величину сопротивления сдвигу по трещине оказывает конгруэнтность ее стенок. Сопротивляемость сдвигу заполненных льдом трещин также существенно зависит от шероховатости (волнистости) их стенок, толщины льдистого заполнителя и температуры массива. При отрицательной температуре, близкой к нулю, сопротивление сдвигу резко снижается, проявляется долговре-

менная ползучесть. Наличие жестких скальных контактов между стенками, трещины практически полностью определяет величину сопротивления такой тремины сдвигу.

6. Сопротивляемость скальных пород при динамическом (импульсном) приложении сдвигающих усилий к образцу с шероховатой треминой с супесчано-суг л инистым заполнителем и без заполнителя выше, чем при статическом приложении нагрузок.

7. Цементация является одним из эффективных способов улучшения физико-механических характеристик треминоватых скальных оснований гидротехнических сооружений. В результате цементации деформационные характеристики увеличиваются, возрастает, хотя и в меньшей степени. и сопротивляемость пород сдвигу. При тщательной промывке тремин в массиве эффективность цементации может быть существенно.повышена.

8. Водопроницаемость тонкотрещиноватого скального массива зависит от его.напряженного состояния, при обжатии массива она существенно уменьшается. Такое явление имеет место и в основании - гидротехнических сооружений вследствие' изменения его напряженного состояния в процессе возведения плотины и ее эксплуатации, и поэтому оно должно учитываться при разработке проектов.

9. Разработан метод определения естественных напряжений в трещиноватом скальном массиве с . использованием крупномасштабных испытаний в.подземных круглоцилиндрических выработках, основанный на анализе смещений под нагрузкой стенок выработки и внутренних точек в окружающем массиве.

10. В связи с достигнутым на основе внедрения статистического метода существенным повымением расчетных значений характеристик сопротивления сдвигу скальных оснований. закрепленных в СНиП 11-16-76. а затеи в СНиП 2.02.02-85, в большинстве случаев даже для высоких гравитационных плотин на прочных и малодеформнруемых основаниях вопросы устойчивости не являются определяющими при обосновании их конструкции и размеров, определяющими становятся вопросы обеспечения надлежащего напряженно-деформированного состояния и прочности системы сооружение - основание.

Список основных опубликованных работ по теме диссертации

1. Прочность. сопротивляемость сдвигу н деформируемость оснований сооружений на скальных породах. - М.; Л.: Энергия, 1964 (соавтор Евдокимов П.Д.).

2. Определение деформативных характеристик скальных пород в круглоцилиндрических подземных выработках при переменной длине участка нагружения // Сб.научн.работ Сибфилиала ВНИИГ. - 1966. Сб. N 1. - С.47-54.

3. Характеристики деформируемости трещиноватых скальных пород до и после цементации // Известия ВНИИГ им. Б.Е.Веденеева. - 1967. - Т.84. - С.188-199 (соавтор Ширяев P.A.).

4. К вопросу о деформациях скального массива вокруг цилиндрической выработки, загруженной гидростатическим давлением //Сб.научн.работ Сибфилиала ВНИИГ. - 1968. - Сб. Я 2. -С.78-89.

5. Схематизация геологического строения основания арочной плотины ГЭС Кырджали на р.Арда (НРБ) // Аннотации законч. в 1967 г. НИР по гидротехнике. - 1968. - С.211-213 (соавтор Иогилевская С.Е.).

6. Полевые испытания деформируемости хантайских долеритов // Известия ВНИИГ им.Б.Е.Веденеева. - 1969. - Т.91.

С.285-292 (соавтор Панов С.И.).

7. Изменение деформируемости трещиноватых скальных пород после их. цементации // Материалы VII Всесопзн.совещ.по зак-репленн» грунтов. -Л.: Энергия, 1971. - С.55-58 (соавторы Никитин A.A., Фрадкин Л.П. и др.).

8."Влияние цементации на сопротивляемость трещиноватых скальных пород сдвигу // Там же. - С.6-9 (соавторы Адамович А.Н.. 'Карпов Н.М. и др.).

9. Исследование сопротивляемости основания плотины

Красноярской ГЭС методом сдвига крупномасштабных целиков скалы // Гидротехническое строительство. - 1972. - N 12. С.36-39 (соавторы Евдокимов П.Д., Карпов Н.М.).

10. Молельные исследования влияния плоиади загружения на сопротивляемость сдвигу- блочных скальных сред // Тр.коорд.совей. по гидротехнике: Дискретные среды в гидротехническом

строитрльстве (доп. материалы). - Л.: Энергия. 1972.-- Вып.77.

f

- С.33-37 (соавторы Карпов Н.М.. Миряев P.A. и др.).

11. Геомехлннчпгкие исследования скальных оснований гидротехнических сооружений // Известия ВНИИГ им . Б.Е.Веденеев а.

1972. - Т.LOO. - Г.335-348 (соавторы Ширяев P.A.. Карпов Н.М. н др.).

12. Определение величины коэффициента Пуассона скальных порол методом гибкого штампа // Сб.научн.раб. Сибфилиала ПННИГ. 1966. -Сб. N 1. - С.38-46.

13. Исследование деформируемости скальных массивов // Итвест и я ВНИИГ им.Б.F.Веденеева. - 1973. - Т.102. - С.47-57.

14. Новая методика исследования деформируемости скальных пород в скважинах // Там же. - С.91-95 (соавторы Аксено§ С.Г.. Карпов Н.М.).

15. Сопротивляемость сдвигу скальных пород по трещинам при воздействии статических и импульсных нагрузок // Там же.

- С.251-256 (соавторы Никитин A.A., Уваров Л.А.).

16. Определение характеристик пород, залегающих по трассе дренажного туннеля Усть-Илимской ГЭС // Известия ВНИИГ им. Б.Е.Веденеева..- 1974. - Т.104. - С.99-108 (соавторы Карпов Н.М.. Петросян Г.М.).

17. Изучение закономерностей сопротивляемости сдвигу мерзлых скальных оснований энергетических сооружений // На-учн.исслед. по гидротехнике в 1974 г. - Л.: Энергия, 1975. -Т.2. - С.111-113 (соавтор Федоренко А.И.).

18. Анализ и обобщение результатов исследований геомеханических свойств пород, залегающих в створе Усть-Илимской ГЭС. II Там же. - С.117-120 (соавторы Карпов Н.М.. Придороги-на И.В. ) .

19. Оценка интегральной сопротивляемости скального

массива сдвигу по крупным трещинам неоднородного строения // Известия ВНИИГ им.Б.Е.Веденеева. - 1976. - Т.111. - С.82-85 (соавторы Никитин A.A.. Старостина Т.Г.).

20. Исследование деформативных свойств скальных оснований с учетом их неоднородности по глубине // Там.же.

С.67-73 (соавторы Никитин A.A.. Шведова Т.К.).

21. Исследование статической работы скального основания бетонной гравнташюнной плотины // Известия ВНИИГ им.Б.Е.Веденеева: СЛ,научн.трудов. - Т.124. - С.104-111. (соавторы Храпков A.A.. Ширяев P.A. и др.).

22. Исследование напряжений и деформаций мерзлых скальных оснований и разработка способа их закрепления с составлением рекомендаций для проектирования. ЦНаучные исследования по гидротехнике в 1975 г. - Т.2. - С.97-98. - Л.: Энергия. 1976.

I

23. Инженерно-геологические исследования для гидроузлов на мерзлых скальных основаниях // Тр.Гидропроекта. - 1968. -Вып.65. - С.53-65 (соавторы Гуреев A.M., Воронков O.K. и ДР . ) •

24. Изменение механических и фильтрационных свойств трещиноватой скалы в зависимости от ее напряженного состояния // Известия ВНИИГ им.Б.Е.Веденеева: Сб.научн.трудов. - 1979. -Т.130. - С.52-58 (соавторы Никитин A.A.. Карпов Н.М. и др.).

25. Исследование взаимодействия высоких бетонных плотин со скальными основаниями II Материалы конф. и совещ. по гидротехнике.: Работа бетонных плотин совместно со скальным основанием. - Л.: Энергия. - 1979. - С.4-6 (соавторы Гейнац Г.С. Голь дин А.Л. и др.).

26. Полевые методы и результаты определения характеристик деформируемости пород, окружающих подземную выработку // Сб.научн.трудов Гидропроекта: Совершенствование проектирования и строительства подземных гидротехнических сооружений. - М. : Гидропроект. 1979. - С.65-72 (соавторы Ногнн В.А., Карпов Н.М. и др.).

27. Изучение и оценка строительных свойств грунтов. определяющих прочность и устойчивость гидротехнических сооруже-

ний и их оснований // Материалы конф. и совей, по гидротехнике: Оценка и обеспечение надехности гидротехнических сооружений. - Л.: Энергоиздат. 1982. - С.27-31.

28. О пересмотре ГОСТа 20622-.75: Грунты. Метод статистической обработки результатов определения характеристик II Основания. фундаменты и механика грунтов. - 1983. - N 6. -С.27 -28 (соавторы Ширяев P.A., Липовецкая Т.Ф. и др.).

29. Исследования по определению' зоны зациты соляного пласта от размыва на левом берегу водохранилища Рогунского гидроузла // Известия ВНИИГ им.Б.Е.Веденеева : Сб.научн.тр. -1987. - Т.203. - С.33-38 (соавторы Ширяев P.A.. Карпов Н.М. и ДР. ) •

30. Модельные исследования сопротивления сдвигу системы скальное основание - заанкеренная плотина // Известия ВНИИГ им.Б.Е.Веденеева. - 1989. - Т.215. -.С.16-21 (соавторы Придо-рогина И.В., Рохкова Н.Ф. и др.).

31. Определение в натурных условиях изменения водопроницаемости скального грунта в зависимости от его напряхенного состояния // Тр. III Мехдунар.симпоз.: Фильтрация воды в пористых средах. - Киев. 1978. - Т.2. - С.11-19 (соавтор Жилен-ков В.Н.) .

32. Модельные геомеханические исследования взаимодействия скальных оснований и гидротехнических соорухений // Тр. 1-ой международной конф. по механике. - Прага, 1987. -Т.6. - С.138-141 (соавторы Ширяев P.A., Карпов Н.М.).

33. Sapegin D.D.. Pridorogina I.V., Kozyreva I.V. Experimental studies on strength of rock bolting // Proc. of the Inter.Symp. jn Rock Bolting. - Abisko (Mexico 1983. -P.233-239.

34. Panov C.I. Sapegin D.D.. Khrapkov A.A. Some spesific features of deformability of Rock Masses adjouining a gallery // Proc. of II Congr. of the Intern.Society of Rock Mech. - Bepgrad. 1970. - R.2-29.

35. Sapegin D.D., Karpov N.M., Nikitin A.A. Geomechanical modelling of joints in rock foundations of structures // Proc.ISRM Conf. on Rock Joints. - Loen

(Ыогчел-). 1990. - Р. 713-717.

36. А.с.319666 СССР. МКИ Е 01к 5/02. Способ укрепления скального массива вокруг подземной выработки.(Соавтор С.И.Панов ) // Открытия. Изобретения. - 1971. - N 33.

37. А.с.362231 СССР. МКИ О 01 п 15/08. Способ определения водоупорных и механических свойств скального грунта. (Соавторы В . Н.Хнленков. Р.А.Миряев и др.) // Открытия. Изобретения. - 1973. - N 2. '

38. А.с.382942 СССР. МКИ С 011 1/02. Устройство для определения деформируемости массивных сред в подземных выработках. (Соавтор С.Г.Аксенов) // Открытия. Изобретения. - 1973.

- N 23.

ЛЯ. А.с.390407 СССР. МКИ С 01 п 3/10: Е 02с! 1/00. Устройство для исследования деформационных свойств грунта в скважинах. (Соавторы И.В.Придорогина, Н.М.Карпов и др.) // Открытия. Изобретения. - 1973. - N 30.

40. А.с.443264 СССР. МКИ С 011 1/02. Установка для исследования сопротивляемости скальных пород сдвигу. (Соавтора Р.4.Ширяев. Л.П.Фрадкин. Н.М.Карпов) // Открытия. Изобретения. - 1974. - N 34.

41. А.с.697871 СССР. МКИ* в 01 N 3/10. Устройство для исследования механических свойств образцов твердых тел. (Соавторы Н . М.Карпов. Р.А.Миряев и др.) // Открытия. Изобретения. - 1979. - N 42.

42. А. с.953088 СССР. МКИ' Е 02 Б 1/02. Способ определения характеристик сопротивления сдвигу скальных пород по тре-чннлм. (Соавторы Р.А.Ширяев. А.А.Никитин и др.) // Открытия. Нчобрртения. - 1982. - N 31.

43. А.с.1065023 СССР. МКИ" Е 02 О 1/00. Устройство для определения характеристик сопротивления сдвигу скальных пород по трецппям. (Соавторы Р.А.Ширяев. Н.М.Карпов и др.) // Открытия. Изобретения. - 1984. - N 1.

44. ГНиП 11-16-76. Основания гидротехнических сооружений.

- М.: Стройиз дат. 1977.

45. Г'НиП 2.02.02-85. Основания гидротехнических сооружений. - Ч.: 11ИТП Госстроя СССР. 1986.

46. СНиП 2.06.01-86. Гидротехнические сооружения: Основные положения проектирования. - М.: ЦИТП Госстроя СССР. 1989.

47. СНиП 2.06.09-84. Туннели гидротехнические. - М.: ЦИТП Госстроя СССР. 1985.

48. СНиП 2.06.06-85. Плотины бетонные и железобетонные. - М.: ЦИТП Госстроя СССР. 1986.

49. Пособие к СНиП 11-16-76: Проектирование.оснований гидротехнических сооружений: П13-83 / ВНИИГ. - Л.. 1984.

50. Инструкция по проектированию гидротехнических сооружений в северной строительно-климатической зоне: ВОН 30-83 / Минэнерго СССР..- Л.: ВНИИГ. 1983.

51. Рекомендации по изучению морфологии поверхности трещин в скальных породах в полевых и лабораторных условиях. П85-79 / ВНИИГ. - Л.. 1980. /

52. Руководство по полевым исследованиям сопротивления скальных оснований гидросооружений сдвигу: П01-73 / ВНИИГ. -Л. : Энерг ия, 1973,

53. Рекомендации по определению характеристик реологических свойств скальных и полускальных (мерзлых, оттаявиих в^ немерзлых) грунтов методом кольцевого нагружения: П43-89/ВНИИГ. -Л.,1990.