Техногенные катастрофы и стихийные бедствия

Рис. 2

Для непривычного глаза на этом разрезе штриховыми линиями показаны очертания образующих V-образных объектов.

Интерес к ЗТН возник в связи с тем, что еще в 1993 году было замечено, что дом, оказавшийся в этой зоне, неизбежно разрушается. Кстати, и ССП-разрез, приведенный на рис. 2, получен примерно тогда же, при профилировании на пл. им. Репина, СПб. На участке профиля 110–115 м непрерывно разрушается находящаяся на глубине 20 м шахта канализационного коллектора.

Изучение этого феномена с помощью метода ССП привело к разработке методики для оценки и прогнозирования состояния сначала наземных, а затем и подземных объектов.

Опыт проведения ССП показал, что, вопреки существующему мнению, величина протяженности зон тектонического нарушения не всегда большая. Так, из того, что нам удалось наблюдать, диапазон протяженности ЗТН – от единиц метров до полукилометра.

Наблюдения последних 15 лет показали, что ЗТН являются фактором, повышающим вероятность техногенных катастроф. В случае, если инженерное сооружение оказалось в этой зоне, оно обречено на преждевременное разрушение. В зависимости от параметров ЗТН, разрушение может быть очень постепенным и длительным, а может быть и мгновенным, и происходить даже в период строительства [6]. Как оказалось, разрушения инженерных сооружений, оказавшихся в ЗТН, происходят под воздействием на них планетарной пульсации (3-й эффект). Механизм разрушения очень прост. Представим себе, что часть фундамента находится в условиях неподвижного грунта, вне ЗТН, а часть – в этой зоне, в условиях колеблющегося грунта. Возникающие при этом знакопеременные изгибные напряжения неизбежно разрушат фундамент. Наличие этого эффекта наконец-то позволило объяснить происхождение субвертикальных и косых трещин в стенах разрушающихся домов, поскольку никакими другими воздействиями кроме периодического изгиба фундамента такие разрушения получить невозможно. Под воздействием планетарной пульсации разрушаются трубопроводы, поскольку, если труба зажата в двух соседних точках – в одной – в подвижном, а в другой – в неподвижном грунте, то труба лопнет точно так же, как и фундамент дома, оказавшегося в подобных условиях. Аналогичным образом разрушаются и рельсы железнодорожного полотна.

Исследования позволили найти причину одной из наиболее таинственных и довольно типичных аварий – разрушения мостов. Поскольку русла рек, как оказалось, всегда лежат в зонах тектонических нарушений, и при этом центр ЗТН, как правило, смещен к одному из берегов, то одна из опор мостов может оказаться в этой зоне. Совершенно естественно, что тот край моста, который окажется на подвижной опоре, будет разрушаться.

Обобщая, можно сказать, что причина разрушения сооружений – в подвижности грунта. Обнаружение этого фактора означает поворотную точку в развитии строительной науки как таковой, поскольку исходным положением всех строительных технологий является аксиоматическая неподвижность грунта. Считалось, что надежность инженерных сооружений определяется прочностью несущих конструкций. Сейчас же стало понятно, что нельзя проектировать сооружения, игнорируя подвижность грунта. Потому что возникает конфликт между жестким и неподвижным фундаментом и подвижным грунтом, в результате чего и происходит разрушение фундамента. Как показывает опыт, противостоять планетарной пульсации невозможно.

Налицо совершенно парадоксальный вывод, который заключается в том, что чем выше прочность и монолитность фундамента, тем вероятнее его разрушение.

Так, например, большое недоумение вызывает разрушение сверхпрочных железобетонных плит, т.н. плавающих оснований, применяемых при строительстве по технологии монолитного строительства. Эта технология представляется наиболее надежной, а по факту я не могу назвать ни одного дома, построенного по этой технологии в СПб, где не развивались бы трещины. В начале 90-х я был свидетелем того, как лопнула такая плита, предназначенная для установки механизмов на ЛАЭС, причем оборудование еще даже не начали устанавливать. Причиной аварии Трансвааль-парка в феврале 2004 года стало возникновение трещины в железобетонной плите толщиной 0,7 м, которая служила его основанием.

Планетарная пульсация сводит на нет все преимущества и достоинства свайных фундаментов. Дело в том, что свая, оказавшаяся в ЗТН, не только не держит нагрузку и уходит в грунт под собственным весом, но еще и прецессирует, выламываясь из ростверка. А в случае, если таких свай несколько, то они способствуют излому ростверка или железобетонной плиты, в которую они заделаны.

Это мы рассмотрели механизм разрушения сооружений, оказывающих статическое воздействие на грунт. В случае же, если инженерное сооружение оказывает на грунт кроме статического еще и динамическое, то есть, вибрационное воздействие, включается механизм разрушения, обусловленный первыми двумя физическими эффектами.

В случае вибрационного воздействия на колебательную систему при совпадении частоты вибрации с собственной частотой колебательной системы возникает резонанс. При возникновении резонанса амплитуда колебаний начинает возрастать. Увеличение этой амплитуды происходит от периода к периоду, а рост амплитуды ограничен добротностью колебательной системы. Так, например, при добротности колебательной системы, равной 10, амплитуда на резонансе стремится увеличиться в 10 раз. В случае более высокой добротности возрастание амплитуды ограничено пределом прочности колеблющегося объекта. В силу конструктивных особенностей наиболее высокой добротностью обладают мосты. Поэтому разрушение их происходит даже при таких незначительных воздействиях как прохождение маршевым шагом небольших воинских отрядов.

Резонансные явления при вибрационном воздействии на грунт проявляются мгновенным, удароподобным образованием провала грунта. Столь же мгновенно разрушается и проваливается находящееся там инженерное сооружение. Это явление хорошо известно и имеет название техногенного землетрясения или горного удара.

Вот краткий перечень объектов, наиболее часто страдающих от горных ударов: насосные станции, электростанции (в том числе, и АЭС), подземные выработки шахт и рудников, железные дороги.

В аспекте рассматриваемой проблемы состояние резонанса не может быть длительным, стационарным, поскольку прекращается разрушением вибрирующего объекта. Поэтому горные удары возникают в моменты изменения режима работы, а именно, при изменении скорости оборотов главного исполнительного механизма, и изменяющейся вследствие этого частоты вибрации. Если частота вибрации приблизится к резонансной частоте, тогда начнется плавное увеличение амплитуды вибрации, которое завершится разрушением.

На железных дорогах резонанс наступает при определенной скорости движения состава. При этом пересечение поездом зоны тектонического нарушения, характеризуемой наличием залегающих в земной толще высокодобротных колебательных систем, приводит к плавному, от вагона к вагону, увеличению амплитуды вибрации тела насыпи. При достижении некоторой предельной амплитуды происходит мгновенный провал насыпи со шпалами и разорванными при этом рельсами, и тот вагон, который не проскочил эту зону в последний момент, отрывается от той части состава, которая эту зону уже прошла.