Геомаркетинг » ПОДГОТОВКА ИСХОДНОЙ ИНФОРМАЦИИ И РАСЧЕТ ДЕФОРМАЦИЙ НАДКАРСТОВОЙ ТОЛЩИ В ВИДЕ «МУЛЬД ОСЕДАНИЯ» ПО СХЕМЕ «ТИПОВЫХ КРИВЫХ»

DOI: https://doi.org/10.25296/2221-5514-2023-15-2-34-50

ПРИОБРЕСТИ ПОЛНУЮ ВЕРСИЮ за 250 руб.

“Геотехника”, Том XV, № 2/2023

ПОДГОТОВКА ИСХОДНОЙ ИНФОРМАЦИИ И РАСЧЕТ ДЕФОРМАЦИЙ НАДКАРСТОВОЙ ТОЛЩИ В ВИДЕ «МУЛЬД ОСЕДАНИЯ» ПО СХЕМЕ «ТИПОВЫХ КРИВЫХ»

Шейнин В.И., Готман Н.З., Дзагов А.М., Челпанов П.Е.

Шейнин В.И., Готман Н.З., Дзагов А.М., Челпанов П.Е., 2023. Подготовка исходной информации и расчет деформаций надкарстовой толщи в виде «мульд оседания» по схеме «типовых кривых». Геотехника, Том ХV, № 2, с. 34–50, https://doi.org/10.25296/2221-5514-2023-15-2-34-50.

Описываются особенности подготовки исходной информации и последовательность выполнения расчетов оседания надкарстовой грунтовой толщи по схеме «типовых кривых», используемой в расчетах для зданий и сооружений на подрабатываемых территориях. В качестве примера рассматриваются условия площадки, где на глубине ≈ 50 м залегают сульфатные отложения. На основе сведений, приведенных в отчете по инженерно-геологическим изысканиям и в литературных источниках, оцениваются начальные и прогнозируемые на окончание срока эксплуатации проектируемого сооружения линейные размеры и возможные очертания подземных карстовых полостей. Предполагается, что полость имеет форму полуэллипсоида вращения, располагающегося у кровли карстующегося массива. Учитываются указанные в отчете по изысканиям сведения о первоначально заполненных и, наоборот, не заполненных полостях. В обоих случаях прогнозируемый диаметр полости оказывается меньше вычисленного по стандартной методике «критического», т.е. минимального диаметра, при котором в надкарстовой толще может произойти обрушение выделенного грунтового объема, считающийся условием образования провала. Подчеркивается, что этот результат нельзя считать обоснованием отсутствия карстопроявлений, и рассматривается другой, не связанный с образованием провала, механизм деформаций, а именно образование «мульды оседания». Выполнено усовершенствование разработанного в исследованиях НИИОСП им. Н.М. Герсеванова варианта схемы «типовых кривых», адаптированного применительно к условиям образования полостей карстового типа. Вычисленные значения максимальных оседаний поверхности оказываются превышающими указанные в СП 22.13330.2016 «Основания зданий и сооружений. Актуализированная редакция СНиП 2.02.01-83*» предельно допустимые значения этих величин при воздействии на существующие здания и сооружения дополнительных факторов, аналогичных образованию карстовых полостей, что свидетельствует о необходимости выполнения противокарстовых мероприятий. Подчеркивается целесообразность выбора геотехнических мероприятий, предотвращающих активизацию процессов карстообразования.

1. Аникеев А.В., 2017. Провалы и воронки оседания в карстовых районах: механизмы образования, прогноз и оценка риска. Изд-во РУДН, Москва.
2. Аникеев А.В., 2019. Аккумуляционная емкость растворимых пород как основной показатель устойчивости районов покрытого карста.Геоэкология, № 5, с. 3–14.
3. Баклашов И.В., 1988. Деформирование и разрушение породных массивов. Недра, Москва.
4. Барвашов В.А., Харламов П.В., 2007. К расчету фундаментов на закарстованном основании. ГеоРиск, декабрь, с. 30–32.
5. Барях А.А., Федосеев А.К., 2011. О механизме формирования карстовых провалов на земной поверхности. Физико технические проблемы разработки полезных ископаемых, № 4, с. 12–22.
6. Бронштейн И.Н., Семендяев К.А., 1986. Справочник по математике для инженеров и учащихся втузов, 13-е изд., исправл. Физматгиз, Москва.
7. Буданов А.А., Буданова А.А., 2010. «Круговорот» вокруг карстовой воронки. Вестник МГСУ, Том 4, № 2, с. 275–283.
8. Готман Н.З., 2019. Оценка параметров карстопроявлений по результатам численных расчетов оснований. Основания, фундаменты и механика грунтов, № 5, с. 2–7.
9. Дублянский В.Н., Андрейчук В.Н., 1993. Генетическая классификация подземных полостей. Геоморфология, № 1, с. 31–37.
10. Ильичев В.А., Никифорова Н.С., Тупиков М.М., 2011. Исследование деформирования грунтовых массивов при строительстве мелкозаглубленных коммуникационных тоннелей. Основания, фундаменты и механика грунтов, № 3, с. 8–15.
11. Лехов А.В., 1981. Моделирование карстового процесса. I. Построение теоретической модели карстового процесса. Инженерная геология, № 1, с. 89–96.
12. Катаев В.Н., Ковалева Т.Г., 2013. Роль экспертной оценки в карстологическом прогнозе. Фундаментальные исследования,
№ 8–5, с. 1130–1135.
13. Кочев А.Д., 2021. Изучение механизма образования карстово-суффозионных воронок в г. Москве. Инженерная геология,
Том ХVI, № 4, с. 34–45, https://doi.org/10.25296/1993-5056-2021-16-4-34-45.
14. Кочев А.Д., Чертков Л.Г., Зайонц И.Л., 2018. Карстово-суффозионные процессы на территории г. Москвы и проблема оценки их опасности. Инженерная геология, Том XIII, № 6, с. 24–32, https://doi.org/10.25296/1993-5056-2018-13-6-24-32.
15. Кратч Г., 1978. Сдвижение горных пород и защита подрабатываемых сооружений, пер. с нем. К.К. Глазенапа,
под ред. Р.А. Муллера и И.А. Петухова. Недра, Москва.
16. Муллер Р.А., Петухов И.А., Красовский А.Н., Клещев П.Е., 1977. Теоретические методы расчета сдвижений и деформаций земной поверхности, вызванных подземными горными работами. Изд-во ЦНИЭИуголь, Москва.
17. Посыльный Ю.В., 2000. Руководство по расчету параметров процесса сдвижения земной поверхности над горными выработками. Изд-во Южно-Российского государственного политехнического университета, Новочеркасск.
18. Пушилин А.Н., Фаворов А.В., Шейнин В.И., 2007. Метод расчета усилий в конструкциях зданий при деформировании основания из-за проходки подземной выработки. Основания, фундаменты и механика грунтов, № 3, с. 2–6.
19. Сорочан Е.А., Михеев В.В., Ефремов М.Г., Вронский А.В. (ред.), 1978. Руководство по проектированию оснований зданий и сооружений. Стройиздат, Москва.
20. Строкова Л.А., 2010. Методы оценки оседания поверхности при проходке городских туннелей. Основания, фундаменты и механика грунтов, № 3, с. 12–15.
21. Толмачев В.В., Троицкий Г.М., Хоменко В.П., 1986. Инженерно-строительное освоение закарстованных территорий. Стройиздат, Москва.
22. Хоменко В.П., 2009. Карстово-обвальные провалы «простого» типа: полевые исследования. Инженерная геология, № 4, с. 40–48.
23. Шахунянц Г.М., 1953. Земляное полотно железных дорог. Трансжелдориздат, Москва.
24. Шашкин А.Г., Шашкин К.Г., 2000. Расчет фундаментных плит в пространственной постановке с учетом нелинейных деформаций основания. Реконструкция городов и геотехническое строительство, № 3, https://georec.narod.ru/mag/2000n3/20/20.htm (дата обращения: 15.02.2023).
25. Шейнин В.И., 2017. Использование модели мульды оседания для прогноза влияния карстовой полости на деформации грунтового массива. Основания, фундаменты и механика грунтов, № 4, с. 13–19.
26. Шейнин В.И., Потапова Е.Ю., Холмянский М.Л., Пушилин А.Н., Сарана Е.П., 2021. Инженерная методика расчета осадок основания над полостью, образующейся в результате растворения карстующихся пород под гидротехническим сооружением. Вестник НИЦ «Строительство», № 2(29), с. 136–148. , https://doi.org/10.37538/2224-9494-2021-2(29)-136-148.
27. Шейнин В.И., 2022. К проблеме обнаружения и определения размеров подземных карстовых полостей. Инженерные изыскания, Том XVI, № 3, с. 34–44, https://doi.org/10.25296/1997-8650-2022-16-3-34-44.
28. Шейнин В.И., Аникеев А.В., Кочев А.Д., Король О.А., 2023. Анализ причин и геомеханическая схематизация развития катастрофического карстового оседания. Основания, фундаменты и механика грунтов, № 4. (в печати).
29. Щербаков С.В., Катаев В.Н., 2013. К оценке морфометрических параметров карстовых форм. Инженерная геология, № 1,
с. 56–64.
30. Augarde C.E., Lyamin A.V., Sloan S.W., 2003. Prediction of undrained sinkhole collapse. Journal Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, Vol. 129, No. 3, pp. 197–205, https://doi.org/10.1061/(ASCE)1090-0241(2003)129:3(197).
31. Sun Y., Duan X.R., Xu P.H., Zhang J., 2021. Reliability analysis of karst roof stability based on strength reduction method. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, Vol. 861, No. 7, ID 72118, https://doi.org/10.1088/1755-1315/861/7/072118.
32. Waltham T., Bell F.G., Culshaw M.G., 2005. Sinkholes and subsidence: karst and cavernous rocks in engineering and construction. Springer, Berlin, Germany, https://doi.org/10.1007/b138363.

ШЕЙНИН В.И.*
НИИОСП им. Н.М. Герсеванова АО «НИЦ ”Строительство”», г. Москва, Россия, sheyningeo@yandex.ru
Адрес: Рязанский пр-кт, д. 59, г. Москва, 109428, Россия
ГОТМАН Н.З.
НИИОСП им. Н.М. Герсеванова АО «НИЦ “Строительство”», г. Москва, Россия, gotmans@mail.ru Российский университет транспорта (МИИТ), г. Москва, Россия
Адрес: Минаевcкий пер., д. 2, г. Москва, 127055, Россия
ДЗАГОВ А.М.
НИИОСП им. Н.М. Герсеванова АО «НИЦ “Строительство”», г. Москва, Россия, dzagov@mail.ru
ЧЕЛПАНОВ П.Е.
ООО «Уфастройизыскания», г. Уфа, Россия, usiz@mail.ru
Адрес: ул. 8 Марта, д. 32, г. Уфа, 450078, Россия

Geotechnics, Vol. XV, No. 2/2023

PREPARATION OF INITIAL INFORMATION AND CALCULATION OF DEFORMATIONS OF OVERKARST STRATA IN THE FORM OF “SUBSIDENCE TROUGHS” ACCORDING TO THE SCHEME OF “TYPICAL CURVES”

Sheinin V.I., Gotman N.Z., Dzagov A.M., Chelpanov P.E.,

Sheinin V.I., Gotman N.Z., Dzagov A.M., Chelpanov P.E., 2023. Preparation of initial information and calculation of deformations of overkarst strata in the form of “subsidence throughs” according to the scheme of “typical curves”. Geotechnics, Vol. XV, No. 2, pp. 34–50, https://doi.org/10.25296/2221-5514-2023-15-2-34-50.

There are described the features of preparation of initial information and the sequence of calculations of settlement of overkarst soil strata according to the scheme of “typical curves” applied in calculations of buildings and structures in undermining areas. The site conditions where sulphate soils lie at the depth ≈ 50 m are considered as an example. Based on the data given in the report on engineering-geological investigations and literature sources there are evaluated initial and predicted for the end of service life of a designed structure linear sizes and possible contours of underground karst cavities. It is assumed that a cavity has a shape of a rotation half-ellipsoid located at the roof of karsting massif. The data on initially filled or non-filled cavities envisaged in the report are taken into consideration. In both cases a predicted cavity diameter appears to be smaller than that calculated according to the standard method of “critical”, i.e. minimal, diameter at which a shear of a certain soil massif can occur, that is the condition for formation of a karst hole. It is highlighted that this result cannot be regarded as a substantiation of absence of karst phenomena, and there is considered another mechanism of deformations, not connected with a hole formation, namely, forming a “subsidence trough”. There has been updated a mechanism developed at Gersevanov Research Institute of Bases and Underground Structures concerning a variant of scheme of “typical curves” adapted to the conditions of forming karst cavities. Calculation of values of maximum settlement appear to exceed the limit admissible values at influence of the additional factors, analogous in action to forming karst cavities, on the existing buildings and structures given in SP 22.13330.2016 “Subsoil of buildings and structures. The updated version of SNiP 2.02.01-83*”, that proves the necessity of taking anti-karst measures. The expediency of selecting geotechnical measures preventing activation of karst-forming processes is emphasized.

karst deformations underground cavities shape and sizes results of engineering-geological investigations possibility of hole formation overkarst strata subsidence through parameters of typical curves influencing factors settlements and slopes admissible values

1. Anikeev A.V., 2017. Sinkholes and funnels in karst areas: formation mechanisms, forecast, and risk assessment. Publishing house of the RUDN, Moscow. (in Russian)
2. Anikeev A.V., 2019. Accumulation capacity of soluble rocks as the main indicator of stability of covered karst areas. Geoekologiya,
No. 5, pp. 3–14. (in Russian)
3. Baklashov I.V., 1988. Deformation and destruction of rock masses. Nedra, Moscow. (in Russian)
4. Barvashov V.A., Kharlamov P.V., 2007. To the calculation of foundations on karst foundations. GeoRisk, December, pp. 30–32. (in Russian)
5. Baryakh A.A., Fedoseev A.K., 2011. Sinkhole formation mechanism. Fiziko-Tekhnicheskiye Problemy Razrabotki Poleznykh Iskopaeymykh, No. 4, с. 12–22. (in Russian)
6. Bronshtein I.N., Semendyaev K.A., 1986. Handbook of mathematics for engineers and college students, 13th edition, revised. Fizmatgiz, Moscow. (in Russian)
7. Budanov A.A., Budanova A.A., 2010. “Circulation” around the sinkhole. Vestnik MGSU, No. 10, pp. 1–9. (in Russian)
8. Gotman N.Z., 2019. Estimation of parameters of karst manifestations based on the results of numerical calculations of foundations. Osnovaniya, Fundamenty i Mehanika Gruntov, No. 5, pp. 2–7. (in Russian)
9. Dublyansky V.N., Andreichuk V.N., 1993. Genetic classification of underground cavities. Geomorphology, No. 1, pp. 31–37. (in Russian)
10. Ilyichev V.A., Nikiforova N.S., Tupikov M.M., 2011. Deformation of soil masses during construction of shallow utility tunnels. Osnovaniya, Fundamenty i Mehanika Gruntov, No. 3, pp. 8–15. (in Russian)
11. Lekhov A.V., 1981. Modeling of the karst process. I. Construction of a theoretical model of the karst process. Inzhenernaya Geologiya, No. 1, pp. 89–96. (in Russian)
12. Kataev V.N., Kovaleva T.G., 2013. The role of expert assessment in karstological forecast. Fundamental Research, No. 8–5, pp. 1130–1135. (in Russian)
13. Kochev A.D., 2021. Study of the karst-suffosion funnel formation mechanism in Moscow. Engineering Geology World, Vol. ХVI, No. 4, pp. 34–45, https://doi.org/10.25296/1993-5056-2021-16-4-34-45. (in Russian)
14. Kochev A.D., Chertkov L.G., Zayonts I.L., 2018. Karst-suffosion processes in the territory of Moscow and the problem of their hazard assessment. Inzhenernaya Geologiya, Vol. XIII, No. 6, pp. 24–32, https://doi.org/10.25296/1993-5056-2018-13-6-24-32. (in Russian)
15. Kratch G., 1978. Movement of rocks and protection of undermined structures, translated from German by K.K. Glazenap,
in R.A. Muller and I.A. Petukhov (eds). Nedra, Moscow. (in Russian)
16. Muller R.A., Petukhov I.A., Krasovsky A.N., Kleshchev P.E., 1977. Theoretical methods for calculating displacements and deformations of the earth’s surface caused by underground mining. Publishing house of the TSNIEIugol, Moscow. (in Russian)
17. Posylnyy Yu.V., 2000. Guidelines for calculating the parameters of the process of displacement of the earth’s surface above mine excavations. Publishing house of the South Russian State Polytechnic University, Novocherkassk. (in Russian)
18. Pushilin A.N., Favorov A.V., Sheinin V.I., 2007. Method for calculating forces in building structures during base deformation due to underground excavation. Osnovaniya, Fundamenty i Mehanika Gruntov, No. 3, pp. 2–6. (in Russian)
19. Sorochan E.A., Mikheev V.V., Efremov M.G., Vronsky A.V. (eds), 1978. Guidelines for the design of foundations of buildings and structures. Stroyizdat, Moscow. (in Russian)
20. Strokova L.A., 2010. Methods for assessing surface settlement during urban tunnel excavation. Osnovaniya, Fundamenty i Mehanika Gruntov, No. 3, pp. 12–15. (in Russian)
21. Tolmachev V.V., Troitsky G.M., Khomenko V.P., 1986. Engineering and construction development of karst areas. Stroyizdat, Moscow. (in Russian)
22. Khomenko V.P., 2009. “Simple” type karst sinkholes: field research. Inzhenernaya Geologiya, No. 4, pp. 40–48. (in Russian)
23. Shakhunyants G.M., 1953. Roadbed of railways. Design and calculation issues. Transzheldorizdat, Moscow. (in Russian)
24. Shashkin A.G., Shashkin K.G., 2000. Calculation of foundation slabs in spatial domain taking into account nonlinear deformations of the subsoil. Rekonstruktsiya Gorodov i Geotekhnicheskoye Stroitelstvo, No. 3, https://georec.narod.ru/mag/2000n3/20/20.htm (accessed: 15 May 2023).
(in Russian)
25. Sheinin V.I., 2017. Using the subsidence trough model to predict the effect of a karst cavity on the deformation of a soil bulk. Osnovaniya, Fundamenty i Mehanika Gruntov, No. 4, pp. 13–19. (in Russian)
26. Sheinin V.I., Potapova E.Yu., Kholmyanskiy M.L., Pushilin A.N., Sarana E.P., 2021. Engineering method for calculating foundation settlements over the cavity resulted from dissolution of karst subjected rocks located under a hydraulic structure. Bulletin of the Scientific Research Center “Construction”, No. 2(29), pp. 136–148, https://doi.org/10.37538/2224-9494-2021-2(29)-136-148. (in Russian)
27. Sheynin V.I., 2022. To the problem of detecting and determining the size of underground karst cavities. Engineering Survey, Vol. XVI, No. 3, pp. 34–44, https://doi.org/10.25296/1997-8650-2022-16-3-34-44. (in Russian)
28. Sheinin V.I., Anikeev A.V., Kochev A.D., Korol O.A., 2023. Analysis of the causes and geomechanical schematization of the development of catastrophic karst subsidence. Osnovaniya, Fundamenty i Mehanika Gruntov, No. 4. (in press). (in Russian)
29. Shcherbakov S.V., Kataev V.N., 2013. Towards the assessment of morphometric characteristics of karst forms. Inzhenernaya Geologiya, No. 1, pp. 56–64. (in Russian)
30. Augarde C.E., Lyamin A.V., Sloan S.W., 2003. Prediction of undrained sinkhole collapse. Journal Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, Vol. 129, No. 3, pp. 197–205, https://doi.org/10.1061/(ASCE)1090-0241(2003)129:3(197).
31. Sun Y., Duan X.R., Xu P.H., Zhang J., 2021. Reliability analysis of karst roof stability based on strength reduction method. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, Vol. 861, No. 7, ID 72118, https://doi.org/10.1088/1755-1315/861/7/072118.
32. Waltham T., Bell F.G., Culshaw M.G., 2005. Sinkholes and subsidence: karst and cavernous rocks in engineering and construction. Springer, Berlin, Germany, https://doi.org/10.1007/b138363.

VLADIMIR I. SHEININ*
Gersevanov Research Institute of Bases and Underground Structures (NIIOSP), Research Center of Construction JSC; Moscow, Russia; sheyningeo@yandex.ru
Address: Bld. 59, Ryazanskiy Ave, 109428, Moscow, Russia
NATALIA Z. GOTMAN
Gersevanov Research Institute of Bases and Underground Structures (NIIOSP), Research Center of Construction JSC; Moscow, Russia; gotmans@mail.ru Russian University of Transport (MIIT); Moscow, Russia
Address: Bld. 2, Minaevsky Ln., 127055, Moscow, Russia
ALIM M. DZAGOV
Gersevanov Research Institute of Bases and Underground Structures (NIIOSP), Research Center of Construction JSC; Moscow, Russia; dzagov@mail.ru
PAVEL E. CHELPANOV
Ufastroyzyskaniya LLC; Ufa, Russia; usiz@mail.ru
Address: Bld. 32, 8 Marta St., 450078, Ufa, Russia

Статьи из журнала

ПЕРВЫЕ ГЕОТЕХНИЧЕСКИЕ ПРИБОРЫ И ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ ПОВЕРХНОСТНОГО ПОКРОВА ЛУНЫ

“Геотехника”, Том XV, № 2/2023

Автор: Исаев О.Н.

Среди глобальных проблем, которые будут решаться в будущем, пожалуй, на одном из первых мест — освоение околоземного космического пространства. Для развертывания работ на ближайших к Земле планетах и астероидах всегда ...

ПОЛЕВЫЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ СВОЙСТВ МЕРЗЛЫХ ГРУНТОВ. НАКОПЛЕННЫЙ ОПЫТ И ПЕРСПЕКТИВЫ ПРИМЕНЕНИЯ ГОРЯЧЕГО ШТАМПА

“Геотехника”, Том XV, № 2/2023

Авторы: Болдырев Г.Г., Идрисов И.Х.

Основываясь на результатах работ за период с 1960-х до средины 1990-х гг. в статье подробно рассмотрены известные исследования полевых испытаний мерзлых грунтов горячим штампом. Полевые испытания горячим штампом регламентированы в ...

ПОДГОТОВКА ИСХОДНОЙ ИНФОРМАЦИИ И РАСЧЕТ ДЕФОРМАЦИЙ НАДКАРСТОВОЙ ТОЛЩИ В ВИДЕ «МУЛЬД ОСЕДАНИЯ» ПО СХЕМЕ «ТИПОВЫХ КРИВЫХ»

“Геотехника”, Том XV, № 2/2023

Авторы: Шейнин В.И., Готман Н.З., Дзагов А.М., Челпанов П.Е.

НАДЕЖНОСТЬ ФУНДАМЕНТОВ ГАЗОВОГО ОБОРУДОВАНИЯ ПРИ ВИБРАЦИОННЫХ ВОЗДЕЙСТВИЯХ В СЛОЖНЫХ ГРУНТОВЫХ УСЛОВИЯХ КРИОЛИТОЗОНЫ

“Геотехника”, Том XV, № 2/2023

Авторы: Тюрин М.А., Белаш Т.А.

Современные фундаменты под газовое оборудование, эксплуатируемые в сложных условиях, в т.ч. на мерзлых грунтах, при воздействии динамических нагрузок часто оказываются с завышенными показателями жесткости и материалоемкости. Сокращение затрат, сроков строительства ...

ОПРЕДЕЛЕНИЕ МЕСТОПОЛОЖЕНИЯ СВАЙ ПОД РОСТВЕРКОМ СЕЙСМОАКУСТИЧЕСКИМ МЕТОДОМ

“Геотехника”, Том XV, № 2/2023

Авторы: Чуркин А.А., Лозовский И.Н., Жостков Р.А., Лосева Е.С.

Неразрушающие методы технической геофизики широко применяются для изучения внутреннего строения и свойств железобетонных фундаментов. В статье представлена методика сейсмоакустического обследования объединенных ростверком свай с использованием одноканальной аппаратуры. Исследование построено на ...