Обоснование методов защиты зданий и сооружений при освоении подземного пространства в Сирийской Арабской Республике в условиях набухающего грунтово-породного массива

В настоящее время в Сирийской Арабской Республике ведутся военные действия, но после окончания войны восстановление страны потребует применения современных технологий, включая освоение подземного пространства городов. При этом восстановительные работы, возведение новых объектов, строительство зданий и сооружений станет общенациональной задачей. К этому времени должны быть решены научно-технические вопросы по управлению геомеханическими процессами при освоении подземного пространства в Сирии применительно к горно-геологическим условиям страны. Проблема устойчивости зданий и сооружений промышленного и гражданского назначения всегда являлась одной из наиболее актуальных в геомеханике. Однако, если ранее эти вопросы были связаны преимущественно с оценкой долговечности и прочности возводимых объектов, то в последнее столетие особую актуальность им придает ведущееся во всем мире активное освоение в городах подземного пространства. Это обстоятельство существенно усложняет решение данной проблемы и придает ей комплексный характер, поскольку наряду с необходимостью обеспечения долговечности и прочности возводимых объектов, зачастую имеющих большую подземную часть, возведение которой оказывает значительное влияние на развитие геомеханических процессов, возникает задача защиты строящихся и эксплуатируемых зданий и сооружений от вредных геомеханических воздействий, которые могут вызывать сдвижения и деформации грунтово-породного массива, создавая угрозу нарушения режима эксплуатации сооружений. Комплексная проблема обеспечения устойчивости зданий и сооружений промышленного и гражданского назначения обусловливает новые требования к основаниям зданий и сооружений и особенно в случаях их расположения на деформируемых грунтах и породах, характеризующихся структурной неустойчивостью и высокой чувствительностью к погодно-климатическим факторам. Особенно проблематичными являются набухающие грунты, которые распространены в ряде провинций Сирии. Ранее проводившиеся исследования деформирования глинистых набухающих грунтов как таковых, без привязки к основаниям зданий и сооружений, в основании которых присутствуют набухающие грунты, изучались другими авторами достаточно подробно (Абелев М.Ю., Герсеванова Н.М., Далматов Б.И., Мустафаев А.А., Сергеева Е.М., Сорочан Е.А., Цытович Н.А., Chen F., Holtz W.G., Lytton R.L., Seed H.B и др). Однако в этих исследованиях задачи деформирования грунтов под действием деформационных процессов, вызванных проведением горностроительных работ и процесса набухания-осадки грунтово-породного массива, с учетом отклонения от закона Дарси, не рассматривались. Значительный вклад в изучение вопросов оценки сдвижения горных пород при ведении подземных горных и горностроительных работ внесли работы Авершина С.Г, Акимова А.Г, Баклашова И.В, Бахурина И.М, Гусева В.Н, Замесова Н.Ф, Земисова В.Н, Иофиса М.А, Казаковского Д.А, Колбенкова С.П, Кратча Г, Кузнецова Г.Н, Муллера Р.А, Петухова И.А, Рыльниковой М.В, Трубецкого К.Н и др. Эти авторы предлагают различные подходы к решению очень разносторонних задач геомеханического обеспечения при освоении недр. Цель проводимого исследования - разработка принципов, методов и рекомендаций по управлению геомеханическими процессами при освоении подземного пространства на набухающем грунтово-породном массиве на основе исследования закономерностей развития деформационных процессов в этих условиях. Идея работы - производить оценку развития деформационных процессов в набухающем грунтово-породном массиве с учетом отклонения поведения грунтов от закона Дарси. При проведении исследований использовалась комплексная методика, включающая анализ развития деформационных процессов в условиях набухающих грунтово-породных массивов, экспериментальные методы испытания и исследования характеристик грунтов, физическое и математическое моделирование. Установлена зависимость развития деформационных процессов в фазе осадки от физико-механических свойств глинистых грунтов, обусловленная замедлением массопереноса в грунто-породном массиве относительно закона Дарси. Установлено, что характер деформаций глин существенно меняется в зависимости от выполнимости закона Дарси. В связи с этим разработан критерий отнесения глинистого грунта к системам, не подчиняющимся закону Дарси - значительное увеличение осадки при компрессионно-фильтрационном воздействии после его электрофизической обработки. На основе моделирования и расчета сдвижений и деформаций оснований установлено, что поведение массива набухающих грунтов Сирии зависит от воздействия атмосферы, при этом взаимодействие массива с атмосферой сопровождается интенсивным тепло- и массообменном и активизацией деформационных процессов. Разработаны структура и классификация методов управления геомеханическими процессами при освоении подземного пространства в условиях набухающего грунтово-породного массива, с учетом специфики деформирования массива набухающих глинистых грунтов в зависимости от воздействия погодно-климатических факторов. Основные защищаемые положения: 1) методы корректировки расчетных соотношений деформаций грунтово-породного массива и оснований капитальных сооружений на набухающих глинистых грунтах, выработанные с учетом отклонения деформационного поведения глинистого грунта от закона Дарси в связи с замедлением движения жидкости по капиллярным каналам грунта за счет физико-химического взаимодействия жидкости с твердым скелетом грунта; 2) предельные деформации осадки и набухания в грунтово-породном массиве достигаются при разблокировании транспортных пор и активации массопереноса в результате предварительной электрофизической обработки; 3) экранирование поверхности грунтово-породного массива от воздействия погодно-климатических факторов приводит к снижению деформации осадки и оказывает стабилизирующее влияние на грунтовое основание; 4) при освоении подземного пространства на набухающих грунтово-породных массивах защита подземных и поверхностных объектов различных категорий охраны должна быть обоснована с учетом разработанной классификации методов управления геомеханическими процессами. Практическая ценность работы: усовершенствован способ снижения деформационных процессов и стабилизации оснований на набухающих грунтах путем экранирования поверхности грунтово-породного массива от воздействия погодно-климатических факторов; разработаны технологические рекомендации по управлению геомеханическими процессами при освоении подземного пространства в условиях набухающего грунтово-породного массива, учитывающие специфику деформирования массива набухающих глинистых грунтов в зависимости от воздействия погодно-климатических факторов. Основные результаты исследований обсуждались на научных симпозиумах «Неделя горняка - 2015 и - 2016» (г. Москва, Горный институт НИТУ МИСиС), на секционных заседаниях 11-, 12- и 13-й Международной научной школы молодых ученых и специалистов «Проблемы освоения недр в XXI веке глазами молодых» (г. Москва, ИПКОН РАН, 2014 - 2016 гг.), на научной школе-семинаре молодых ученых и студентов с международным участием (г. Москва, РУДН, 2015 г.), на VIII Международной научно-практической конференции «Инженерные системы - 2015» (г. Москва, РУДН), на XII Международной научной конференции «Новые идеи в науках о Земле» (г. Москва, МГРИ - РГГРУ, 2015 г.).