Размеры области активного влияния глубоководных гидроузлов
Под активной областью техногенного влияния (или воздействия) плотины и водохранилища следует понимать часть полупространства земной коры, в пределах которого происходит практически значимое для эксплуатации гидроузла изменение состояния и свойств горных пород. Исходя из комплексного анализа происходящих в основании и берегах деформационных и фильтрационных процессов, можно заключить, что область активного воздействия СШ-гидроузла имеет значительные размеры в плане и простирается на большую глубину.
Для составления «дальнобойного» прогноза поведения и состояния высоких плотин необходимо иметь четкое представление о границах области взаимодействия сооружения и массива вмещающих горных пород. Без ответа на этот вопрос невозможно:
- определить минимально необходимый объем инженерно-геологических исследований на объекте;
- составить инженерно-геологическую модель горных пород и разработать необходимые расчетные схемы;
- уточнить закономерности и масштаб изменений геологической среды под воздействием эксплуатируемого сооружения.
Плановые размеры активной области воздействия определяются размерами водохранилища и инженерно-геологическими условиями региона. Осадка любой точки на прилегающей к водохранилищу территории может быть определена с использованием аналитических решений. Расчетную область воздействия водохранилища в верхнем и нижнем бьефах в плане можно представить в виде прямоугольных очертаний.
Схема расчетной области при определении осадок основания плотины и прилегающей территории
Размеры расчетной области основания в плане и по глубине еле дует принимать такими по величине, чтобы их изменения перестал- решающим образом влиять на рассчитываемые параметры происходящих в основании процессов. Например, на практике можно ограничиться такими размерами активной области, дальнейшее увеличение которых вызывает не более 5 % приращения рассчитываемого параметра.
В таблице ниже приведены результаты вычисления осадок массива горных пород в нижнем бьефе плотины СШГЭС на расстоянии 600 от ее напорной грани в зависимости от расчетной длины водохранилища. В расчетах принято: приращение УВБ равно 50 м; модуль деформации основания 14 000 МПа, коэффициент Пуассона 0,22; коэффициент пространственной работы фильтрующего основания а2.f = 0,6. Основываясь на рассмотренном подходе, расчетную длину водохранилища следует принимать равной 8000 м, или примерно восемь значений ширины водохранилища у плотины на отметке НПУ. Согласно же СНиП II-16—76 расчетная длина водохранилища в этом случае принимается равной 5000 м.
Изменения осадок массива горных пород в нижнем бьефе на расстоянии 600 м от напорной грани плотины СШГЭС
|
Расчетная длина водохранилища, м |
Осадка, м |
Увеличение осадки по сравнению с предыдущим, % |
|
4000 |
10,85 |
— |
|
5000 |
11,92 |
9,7 |
|
6000 |
12,82 |
7,6 |
|
7000 |
13,59 |
6,0 |
|
8000 |
14,26 |
4.9 |
Косвенные натурные данные и расчеты показывают, что глубина проникновения фильтрационного потока в толщу скального основания может достигать многих сотен метров. Предположение о том, что фильтрационный поток может проникать в глубокие горизонты основания плотины СШГЭС не может иметь объективных возражений. Фильтрационный поток развивается там, где породы хотя бы в малой степени проницаемы. Поскольку абсолютно непроницаемых пород не существует, постольку не существует ограничений зоны действия фильтрационного потока по критерию водопроницаемости,
В условиях инфильтрационного режима движение воды происходит за счет разности напоров в зоне инфильтрации и в зоне разгрузки. Напор инфильтрационных вод не может быть выше, чем напор столба воды в области питания. Нижняя граница инфильтрационного режима течения подземных вод может проходить на глубинах более 1 000 м. Водохранилище СШГЭС вносит существенное изменение в гидрогеологическую обстановку региона и изменяет состояние большого объема горных пород. Наибольшее влияние водохранилище оказывает на приплотинную зону, где возникает обходная фильтрация в береговых массивах и фильтрация пол плотиной. Некоторые гидрогеологи полагают, что напоры в ВБ гидроузлов перестают заметно сказываться только на глубинах порядка десяти сконцентрированных на плотине напоров.
Выше мы видели, что за годы эксплуатации водохранилища СШГЭС фронт волны повышения фильтрационного напора проникает в толщу основания на глубину более 1000 м. К 2040 г. высоконапорный фильтрационный поток пропитает массив основания на глубину более 1500 м и охладит на глубину около 500 м. Одновременно с этими техногенными глубинными геодинамическими процессами будет происходить дополнительный непроектный рост осадок и плановых смещений плотины вместе с берегами.
Процесс прогиба всей толщи земной коры значительно увеличивает область влияния крупных водохранилищ: амплитуда абсолютных осадок ложа водохранилища может достигать десятков сантиметров, а радиус прогиба земной поверхности многих десятков километров в каждую сторону от линии уреза. С учетом компенсационного поднятия эти цифры могут быть превышены.
При проектировании крупных отечественных гидроузлов описанные выше глубинные геодинамические процессы во внимание не принимались. В то время как именно эти процессы являются причиной нестационарного состояния эксплуатируемых высоких плотин. В следующих двух главах рассмотрим более подробно воздействие глубинных геодинамических процессов на непроектное состояние высоких плотин на примере арочно-гравитационной плотины Саяно-Шушенской ГЭС.