3.2.2. Статическое и геодинамическое техногенные поля. Статические и динамические нагрузки на горные породы способствуют возникновению и (или) интенсификации геологических процессов, связанных с изменением напряженного состояния массивов горных пород, ослаблением сил сцепления и внутреннего трения, удерживающих массив в состоянии равновесия. К такого рода процессам относятся сжатие и уплотнение грунтов с последующим проседанием земной поверхности, выпором грунтов, проявлением обвалов и оползней, разжижением грунтов, проявлением наведенной сейсмичности и т.п.

Удельное давление от веса зданий и других сооружений, насыпей и отвалов может достигать 0,01-2,0 МПа и более. Массивные сооружения создают своей тяжестью депрессии проседания, замкнутые контуры которых отстоят от периметра сооружения на расстояние до 50-120 м. Неравномерная осадка

44

Рис. 3.2. Зависимость уровня вибрации от расстояния до различных источников (Жигалин, 1993)

вследствие уплотнения горных пород, служащих основанием фундаментов сооружений, представляет собой наибольшую угрозу инженерным сооружениям, поскольку именно она приводит к деформациям и, как предельный случай, к разрушению этих сооружений с неизбежными опасными с экологических позиций последствиями.

Вибрация, или динамическое воздействие на среду, проявляется в виде поля вынужденных механических колебаний, которые воспринимаются и передаются ею от источников к различным объектам, в том числе и к объектам живой природы. Поле вибрации создается многочисленными и разнообразными источниками, наиболее значимыми из которых являются движущиеся транспортные средства, оборудование промышленных предприятий, строительные машины и механизмы, техническое оборудование зданий и инженерных сооружений. На рис. 3.2 приведены

45

графики, иллюстрирующие распространение вибрационного поля в окрестностях различных источников и изменение уровня вибрации в зависимости от расстояния до этих источников. Видно, что некоторые источники (рельсовый транспорт, строительные машины) генерируют виброполе, уровень которого даже на значительном расстоянии от источника (20 м для рельсового транспорта и до 100 м для механического строительного копра) превышает безопасный инженерный (73 дБ или 0,225 мм/с) и физиологический (67 дБ или 0,12 мм/с) уровни.

Основная часть колебательной энергии от виброгенерирующих объектов-источников переносится поверхностными волнами, распространяющимися в пределах верхней части грунтовой толщи (10 - 15 м). В силу этого в сфере воздействия поля вибрации оказываются фундаменты зданий и инженерных сооружений, многие коммуникации. Под воздействием динамической нагрузки (вибрации) здания и другие инженерные сооружения, располагающиеся вдоль улиц и магистралей с интенсивным движением автомобильного и особенно рельсового транспорта, как правило, испытывают дополнительную к расчетной осадку. Длительное воздействие вибрационного поля может приводить к повреждениям дорожного покрытия транспортных магистралей и рельсовых путей, к смещению масс грунта на склонах и откосах выемок и насыпей. Эмпирически установлено, что нарушение устойчивости горных пород в массиве вследствие динамического воздействия может наблюдаться при виброколебаниях со скоростью перемещения частиц грунта, превышающей 0,225 - 3,16 мм/с. Вибрация такого уровня может наблюдаться, например, при движении трамваев и поездов железной дороги.

Воздействие техногенного поля вибрации непосредственно на грунтовые массивы может приводить к изменению рельефа поверхности, снижению механической прочности пород или, наоборот, к их уплотнению и улучшению прочностных характеристик. Длительное вибрационное воздействие способно вызывать или активизировать экзогенные геологические процессы, такие, например, как оползни и обвалы на крутых склонах, карст, проседание поверхности, образование полостей в насыпях на железнодорожных магистралях и т.п. При воздействии через грунтовые массивы на фундаменты зданий вибрация может причинять им серьезный урон. Так, при виброколебаниях со скоростью перемещения частиц грунта 0,4 - 1,2 мм/с могут происходить сверхнормативные осадки фундаментов, возникать повреждения в старых зданиях, а при скорости 5 - 8 мм/с возможны серьезные повреждения зданий с деревянными и бетонными перекрытиями.

46