Океанографический подход в расчетах динамических свойств осадка

Однородные песчаные или илистые грунты различаются фракционным составом осадка и его динамическими свойствами

КОРОТКОВ С.В. ОАО "АМИГЭ", Россия

В современной научной литературе литодинамические исследования относятся к геофизическим [Геологический словарь.Т. L 1978]. геологическим [Инженерно-гидрометеорологические изыскания....... 1993] и гидрометеорологическим [СНиП 11-
02-96. 1996; СП 11-103-97,1997].

На наш взгляд, неоднозначное отнесение определения термина "литодинамика" к различным областям естествознания характеризует тесную связь задач исследований между его различными областями.

Таким образом, можно констатировать, что общим предметом литодинамических исследований в задачах инженерных изысканий является изучение перемещений наносов, деформаций рельефа дна и берега, а также определение мощности литодинамически активного донного слоя грунта на изучаемом участке моря.

Результаты таких изысканий должны содержать качественные и количественные характеристики литодинамических процессов, необходимые для проектирования сооружений, оценки надежности их службы и тех последствий, которые могут вызвать эти сооружения вследствие нарушения режима перемещения наносов.

Практика проведения литодинамических исследований в морских инженерных изысканиях ОАО «АМИГЭ» показывает, что заказчика интересуют, прежде всего, оценки деформаций донной поверхности за периоды отдельных штормов и за навигационный сезон («гидрографический подход»).

В настоящее время не существует какой-либо общепринятой методики расчета деформаций дна для несвязных и связных грунтов. Это. по-видимому, обусловлено тем. что в действительности (по требованиям потребителя продукции) комплексная многофункциональная, многопараметрическая задача распадается на отдельные независимые фрагменты, каждый из которых имеет свою технологию работ, математическое обеспечение, алгоритмы обработки данных и оценку полученных результатов.

В настоящее время также не разработаны надежные методы физического моделирования литодинамических процессов и недостаточно изучены масштабные эффекты, в связи с чем возникают большие затруднения с интерпретацией модельных результатов для натурных условий [Дэвис М.Х., Мищенко СМ., 2000].

Опыт ОАО «АМИГЭ» использования в инженерно-гидрометеорологических изысканиях литодинамических расчетов, выполненных в сторонних организациях на условиях подрядных работ, показывает, что численная оценка деформаций относится, как правило, в целом к большим участкам дна, тогда как даже сравнительно однородные на этих участках песчаные или илистые грунты различаются фракционным составом осадка и, следовательно, его динамическими свойствами.

Океанографический подход к рассматриваемой проблеме заключается в том, что движения осадка и деформационные изменения донной поверхности рассматриваются как следствие изменений динамических и гидрофизических свойств потоков вод непосредственно у дна (придонные горизонты) или по всей толще воды.

Для участков изысканий с несвязными (песчаными) и связными (илистыми, глинистыми) грунтами выполняются следующие расчеты и построения:

• Рассчитываются пороговые скорости водных потоков, при которых начинается движение осадка, и строятся схемы их распределения (на основе данных гранулометрического рассева проб в периоды проведения грунтовых съемок и выведенной зависимостью между скоростями течений и средневзвешенным диаметром частиц осадка).

• Схемы расчетных пороговых скоростей течений совмещаются со схемами распределения процентного содержания доминирующих в осадке фракций для выявления наиболее активных зон с точки зрения активности литодинамических процессов.

• В расчетах возможных деформаций донной поверхности для песчаных грунтов в качестве обобщенной характеристики воздействия потока воды на дно используется коэффициент устойчивости наносов [Романовский- 1977; Шуляк, 1971], обратная величина которого служит входным параметром зависимости между модельными значениями предельной глубины размыва и значением этого коэффициента. [Дэвис М.Х., Мищенко СМ., 2000]. Переход к значениям размывов в реальных условиях осуществляется умножением результатов расчетов на коэффициент 70, соответствующий масштабу моделирования в работе [Дэвис М.Х., Мищенко СМ., 2000]. По нашей оценке относительная погрешность вычислений глубины размыва указанным способом не превышает 30%.

• В расчетах возможных деформаций донной поверхности для связных грунтов принималось условие, что интенсивность деформационных процессов донной поверхности определяется кинетичностью водных мутьевых потоков и податливостью материала дна размыву.
Расчеты указанными способами проводились на участках изысканий ОАО «АМИГЭ» в прибрежной части о. Варандей и на ряде детальных площадок в Обской губе.

Полученные оценки также не решают в целом задачу литодинамических расчетов в морских инженерных изысканиях, но в то же время позволяют количественно оценить пространственно-временные деформации и их скорости на различных участках проведения изысканий.

Литература
Геологический словарь. Том 1. //М.: Изд-во "Недра", 1978,486 с.
Дэвис M.X., Мищенко С.М. Экспериментальные исследования местных размывов дна у основания морских гидротехнических сооружений. // Известия ВНИИГ.-2000-236.-С.140-151.
Инженерно-гидрометеорологические изыскания на континентальном шельфе. //М.: Гидрометеоиздат, 1993.- 277с.
Романовский С.И. Седиментологические основы литологии. //Л.:НедраД977. - 407 с.
СНиП 11-02-96 Инженерные изыскания для строительства. Основные положения. 1996.
СП 11-103-97 "Инженерно-гидрометеорологические изыскания для строительства". 1997.
Шуляк Б.А. Физика волн на поверхности сыпучей среды и жидкости. //М.:НаукаД971. - 400 с.

Материалы международной конференции "Нефть и газ арктического шельфа - 2004"