Геоінформаційні системи і технології в прикладаннях до задач геомеханіки

 Вирішення питань фундаментобудування тісно пов’язано з необхідністю дослідження фізико-механічних властивостей ґрунтів будівельного майданчика з метою прийняття достовірного проектного рішення.

Сучасний рівень дослідження літологічного розтину та гідрогеологічних умов ґрунтової активної зони будівельного майданчика дають достатньо задовільні результати та не мають наочності і не дозволяють хоча б в деякій мірі впевнитись у правильності отриманого рішення. З появою геоінформаційних технологій відкривається можливість не лише з достатньою точністю корегувати результати прогнозу, але й глибше “заглянути” в ґрунтову товщу, спостерігаючи процеси, які там проходять.

      Важливим елементом сучасного геомеханічного моніторингу ґрунтових основ є його інформаційне забезпечення та достовірний процес розвитку фізико-механічних процесів в ґрунтових масивах. Таким чином, “чорний ящик”, яким до теперішнього часу був масив ґрунту, перетворюється у “прозорий ящик” доступний до вивчення і, як наслідок, до управління.
Прикладання методики геомеханічного моніторингу ґрунтового масиву з використанням інформаційних систем здійснено до основ будівельного майданчика дев’ятиповерхової будівлі в м. Хмільнику. Для отримання гідрогеологічної ситуації основи (інженерно-геологічної оцінки території будівельного майданчика) в місці очікуваного будівництва пробурено 7 свердловин глибиною 9-17 м з метою отримання фізико-механічних характеристик ґрунтової основи будівлі. Геолого-літологічні розтини ґрунтової основи наведено на рис.1.
      Дані фізико-механічних характеристик ґрунтової основи дають можливість відслідкувати напружено-деформований стан всієї ґрунтової товщі. Застосування ГІС-аналізу дозволяє вирішувати геотехнічну задачу, пов’язану з захистом від підтоплення, оскільки зміна рівня підземних вод (РПВ) змінює картину напружено-деформованого стану ґрунтової товщі. Тому представляє очевидний практичний інтерес відслідкувати цей процес на різних стадіях його розвитку. Для свердловини №1 були побудовані епюри напружень, що діють в ґрунтовому масиві при різних рівнях РПВ. Результати зведено в таблицю 1 та проілюстровано рисунком 1.

      Величина битового тиску в ґрунті    підраховувалась за формулами:

; (1)

(2)

де – питома вага ґрунту ; – питома вага ґрунту, насиченого водою ; – потужність шару ґрунту; – питома вага частинок ґрунту  ; = 10  – питома вага води; – коефіцієнт пористості ґрунту.

 

      Рисунок 1 ілюструє зміну напружено-деформованого стану ґрунту по глибині і показує динаміку зміни ефективних напружень в ґрунті при знижені рівня ґрунтових вод. Наступним етапом опису може бути побудова профілю напружено-деформованого стану, включення в нього фундаментної конструкції чи підземної споруди, створення моделі осадок. 

      Узагальнений алгоритм використання ГІС-технологій для даної задачі є таким:

 

      Задати абсолютні висоти поверхні над кожною свердловиною.

      У разі використання російського пакету «ГІС Панорама 9/10» («Карта 2005/2008») (http://www.gisinfo.ru) для роботи з ГІС запустити інструмент «Побудова матриці шарів» та підібравши належні параметри (крок, метод інтерполяції даних та інше), побудувати матрицю шарів в усіх точках місцевості на основі даних по дослідних свердловинах. 

      Скористатись одним із доступних інструментів для дослідження закономірностей будови порід під будівлею, яка будується:

- побудова профілю уздовж заданої лінії, заданого об’єкту чи його ділянки;
- побудова динамічного профілю;
- побудова тривимірної карти місцевості;
- графік потужностей порід у заданій точці;
- значення потужності породи (ґрунту) у заданій точці;
- порівняння різних матриць шарів (наприклад, до та після дренажних робіт);
- обчислення об’єму;
- обчислення об’єму породи, яку слід вийняти для будови фундаменту будівлі.
      На рисунку 3 показано приклад побудованої матриці шарів, вигляд на неї зверху та потужності шарів у заданій точці. На рисунку 4 наведено тривимірне відображення рельєфу та геологічної структури місцевості.

      Дістав подальший розвиток метод інтерполювання та візуалізації даних геологічного моніторингу заданої місцевості з використанням геоінформаційних технологій. Системи моніторингу основ споруд, які пропонуються, дозволяють об’єднати і використати у ГІС бази даних різного призначення: географічну, геологічну, екологічну.

      Інтерактивний обмін інформацією між базами даних дає можливість уточняти і обновляти параметри, що дозволяє оперативно впливати на хід будівництва, приймати оптимальні рішення, запобігати у майбутньому екологічним проблемам.

 

 

1. Потапов А.Д., Манько А.В. Методика оптимизации систем геомеханического мониторинга в подземном строительстве // Строительные материалы, оборудование, технологи ХХІ века.– 2006.– №4.
2. Зерцалов М.Г., Потапов А.Д. , Манько А.В. Использование информационных систем для геомеханического мониторинга в подземных сооружениях. ОФМГ, №6, - 2008, С. 2-5.

Мокін В.Б., Моргун А.С., Оприсняк Г.М. (Україна, Вінниця)
Геоінформаційні системи і технології в прикладаннях до задач геомеханіки
Збірник матеріалів ІІ-го Всеукраїнського з’їзду екологів з міжнародною участю
Скачати в форматі pdf:
http://eco.com.ua/sites/eco.com.ua/files/lib1/konf/2vze/zb_m/0045_zb_m_2VZE.pdf