Scientific journal

Modern problems of science and education

ISSN 2070-7428

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 1,006

Актуальность проблемы

Для эффективного и рационального освоения территории нефтяных месторождений, расположенной в зоне островного распространения многолетнемерзлых грунтов (ММГ) республики КОМИ, необходимо оценить инженерно-геокриологические условия [3]. На основании этой оценки провести инженерно-геокриологическое районирование, под которым понимаем разделение территории на соподчиненные части, характеризующиеся внутренней общностью и внешними различиями инженерно-геологических и геокриологических условий [10].

Районирование территории выполняют по различным классификационным показателям [2, 3, 9], и оно зачастую проводится только на качественном уровне [10]. Поэтому результаты районирования одной и той же территории могут существенно отличаться друг от друга [4, 5]. В данной работе для обоснованного разделения территории использована методика районирования, основанная на вероятностно-статистической оценке инженерно-геокриологи­ческих условий [9].

Целью работы является районирование территории для обоснованного выбора фундаментов нефтепровода на Северо-Харьягинском нефтяном месторождении.

Методика работы

Особенностью районирования, основанного на вероятностной оценке инженерно-геологических и геокриологических условий [9], является то, что:

• неизвестен классификационный показатель;
• неизвестны граничные условия классификационного показателя;
• известны отдельные участки территории, где сооружения находятся в устойчивом (I) и неустойчивом (II) состоянии;
• известны численные значения факторных (природных) признаков в каждой подобласти исследуемой территории.

Алгоритм районирования следующий:

1) составляются выборки для I и II участков по каждому факторному признаку;

2) определяется интервальная вероятность по двум участкам;

3) по данным интервальных вероятностей для каждого участка строится номограмма, либо рассчитывается уравнение регрессии;

4) используя номограмму или уравнение связи, рассчитываем вероятность отнесения точки наблюдения к I или II участкам по каждому признаку для каждойподобласти;

5) используя интервальные вероятности, относим точки опробования к I или II участкам по всем исследуемым признакам, рассчитываем общую вероятность отнесения точки к I или II участкам;

6) в качестве классификационного признака используем общую вероятность;

7) обосновываем граничные значения классификационного признака;

8) составляем модель районирования;

9) определяем общую вероятность классификационного признака в каждой точке наблюдения (подобласти);

10) составляем карту районирования и описываем таксоны [8, 9].

Результаты исследований

Разработка модели «сооружение – геологическая среда»

При строительстве на многолетнемерзлых грунтах в зависимости от инженерно-геокриологических условий и возможности целенаправленного изменения свойств грунтов основания применяется один из следующих принципов использования ММГ в качестве грунтового основания:

• принцип I – ММГ основания используются в мерзлом состоянии, сохраняемом в процессе строительства и в течение всего периода эксплуатации;
• принцип II – ММГ используются в оттаянном или оттаивающем состоянии (с их предварительным оттаиванием на расчетную глубину до начала возведения сооружения или с допущением их оттаивания в период эксплуатации сооружения).

Принцип I следует применить, если грунты основания можно сохранить в мерзлом состоянии при экономически целесообразных затратах на мероприятия, обеспечивающие сохранение такого состояния.

На площадках надлежит предусматривать, как правило, один принцип использования ММГ в качестве основания. Линейные сооружения допускается проектировать с применением на отдельных участках трассы разных принципов строительства, при этом следует предусматривать меры по приспособлению их конструкций к неравномерным деформациям основания в местах перехода от одного участка к другому [3].

Низкотемпературные многолетнемерзлые грунты являются устойчивыми к деформациям, участки с распространением таких грунтов были приняты за I эталонный участок. Такие грунты, как правило, находятся в твердомерзлом температурно-прочностном состоянии.

За II эталонный участок принят участок с развитием таликов, т.к. он является малоустойчивым к деформациям. В основании сооружений находится талые грунты, которые представлены суглинками мягкопластичной и тугопластичной консистенции.

Выбор и обоснование классификационного признака

На территории изысканий распространены участки, на которых осуществляется переход от ММГ к таликовой зоне. Как правило, грунты на таких участках являются пластичномерзлыми и являются малоустойчивыми к деформациям.

Таким образом, за геологический признак, оказывающий существенное влияние на устойчивость сооружений, была принята глубина кровли ММГ (h).

К I эталонному участку отнесены территории, на которых ММГ встречены с глубиной кровли до 1,0 м. Ко II эталонному участку отнесены территории, на которых кровля ММГ встречена с глубиной более 12,0 м (талые грунты на всю глубину изысканий). Составлена выборка по геологическому признаку «глубина кровли ММГ» (табл. 1).

Таблица 1

Выборка по геологическому признаку «глубина кровли ММГ»

Обоснование граничных значений классификационного признака

Для каждого исследуемого геологического признака находится интервальная вероятность Pi, под которой понимается вероятность, с которой точка наблюдения относится либо к первому эталонному участку PI, либо ко второму PII [9].

Для этого выполняется следующая последовательность операций: рассчитывается длина интервала по наблюдениям для каждой из двух выборочных совокупностей, определяется частота попадания в эти интервалы наблюдений I и II выборок, и рассчитывается интервальная вероятность Pi (табл. 2). Таблица 2

Интервальные вероятности для эталонных участков по признаку «глубина кровли ММГ»

Это позволяет оценить геологические признаки через вероятность, т. е. формализовать инженерно-геологические условия [9].

В нашем случае размах выборки составляет: R=Xmax – Xmin = 15 – 0 = 15.

Число групп рассчитаем по формуле Стерджесса: k = 1+3,322lg(n) = 1+3,322 lg(25) ≈ 5,6.

Величина интервала составляет: h=R/k=15/5,6 ≈ 3.

По значениям интервальных вероятностей каждого эталонного участка строится график (рис. 1).

Затем, используя экспериментальные данные h и полученные графики, определяем вероятности отнесения точки опробования к эталонному участку I (табл. 3).

Таблица 3

Определение вероятности отнесения каждой точки опробования к эталонному участку I

Рис. 1. График вероятности отнесения точки опробования по признаку «глубина кровли ММГ» к эталонному участку I

Модель районирования приведена в табл. 4.

Таблица 4

Модель районирования

Таким образом, точки опробования, в которых вероятности варьируют от 0 до 0,5, относятся ко II эталонному участку. Точки опробования, в которых вероятности превышают 0,5, относятся к I эталонному участку. На основании полученной модели построена карта инженерно-геокриологического районирования (рис. 2). Из рис. 2 видно, что по устойчивости территории к деформациям, выделено 2 таксона:

– I таксон – устойчивые к деформациям участки;

– II таксон – малоустойчивые к деформациям участки.

Характеристика таксонов

I таксон – характеризуется следующими инженерно-геологическими условиями:

• в геологическом строении участвует один стратиграфо-генетический комплекс: нижнечетвертичные ледниковые и ледниково-морские отложения g, gmQI, перекрытые сверху верхнечетвертично-современными образованиями озерно-аллювиального происхождения aQIII-IV;
• гидрогеологические условия характеризуются наличием надмерзлотных вод, приуроченных к озерно-аллювиальным глинистым грунтам с прослоями песка; глубина залегания менее 2,0 м;
• из активных геологических и инженерно-геологических процессов, встреченных на участке изысканий и приводящих к ухудшению условий, отмечен процесс подтопления (потенциально подтопляемая и подтопленная территория в естественных условиях);
• специфические грунты представлены ММГ с глубиной залегания кровли до 6,0 м.

Рис. 2. Фрагмент схемы инженерно-геокриологического районирования:
таксон I – ; таксон II –

II таксон – характеризуется следующими инженерно-геологическими условиями:

• в геологическом строении участвует один стратиграфо-генетический комплекс: нижнечетвертичные ледниковые и ледниково-морские отложения g,gmQI, перекрытые сверху верхнечетвертично-современными образованиями озерно-аллювиального происхождения aQIII-IV;
• гидрогеологические условия характеризуются наличием водоносного горизонта, приуроченного к глинистым грунтам с прослоями песка, также гидрогеологические условия осложняются наличием сырых участков в поймах временных водотоков;
• из активных геологических и инженерно-геологических процессов, встреченных на участке изысканий и приводящих к ухудшению условий, отмечены процессы подтопления (территория, постоянно подтопленная в естественных условиях) и морозного пучения грунтов;
• специфические грунты представлены ММГ, которые залегают на глубине более 6,0 м.

В результате работы составлена схема районирования трассы нефтепровода. Выделено два таксона: I таксон – устойчивые к деформациям участки; II таксон – малоустойчивые к деформациям участки. Выполненная работа позволила обоснованно выбрать тип фундаментов нефтепровода на Северо-Харьягинском нефтяном месторождении.

Рецензенты:

Наумова О.Б., д.г.-м.н., зав. кафедрой поисков и разведки полезных ископаемых Пермского государственного национального исследовательского университета, г. Пермь.

Гершанок В.А., д.т.н., профессор, профессор кафедры геофизики Пермского государственного национального исследовательского университета, г. Пермь.