Элементарная ПТС, ее структура, понятие о расчетной схеме
Элементарную природно-технические системы, включающую отдельное сооружение и окружающую его область природной среды, на первом уровне расчленения можно разбить на подсистемы, каждая из которых будет состоять из некоторой области литосферы, атмосферы, гидросферы, биосферы и взаимодействующей с ней части сооружения. Число выделенных подсистем при этом будет соответствовать числу компонентов природной среды, взаимодействующих с сооружением. Однако, применительно к решению задач инженерной геологии для элементарной ПТС имеет смысл рассматривать только ее подсистемы, состоящие из компонентов: сооружение (точнее, его часть, взаимодействующую с литосферой) и сферу взаимодействия геологической среды с сооружением (сфера взаимодействия).
Структура элементарной ПТС
Структура элементарной ПТС на втором уровне расчленения зависит от отношения подсистем «сооружение» и «сфера взаимодействия». Каждая подсистема также расчленяется на взаимодействующие компоненты ит следовательно, обладает структурой, характерной только для нее. Структура подсистемы «сооружение» определяется типом и конструкцией сооружения, отношением его крупных элементов, имеющих нередко разное функциональное назначение (например, тело земляной плотины, блоки бетонной плотины, водосброс, противофильтрационный зуб, экран и т. д.).
Инженерно-геологические тела
Под структурой сферы взаимодействия геологической среды с сооружением понимают ее строение, определяемое числом, конфигурацией и величиной ее составных частей различных категорий (инженерно-геологические тела). Границы СВ зависят не только от свойств геологической среды — компонентов инженерно-геологических условий, но и от характера проектируемой деятельности, в частности от назначения сооружения, его типа и конструкции, методов строительства и эксплуатации сооружения. Вследствие этого сфера взаимодействия и составляющие ее части относятся к классу инженерно-геологических тел. Последние начинают формироваться с реализации ПТС. Однако идеально (в голове человека, в аналитическом и графическом представлении) их выделяют именно при проектировании ПТС.
Инженерно-геологический элемент
Рассмотрим иерархическую систему инженерно-геологических тел, начиная с низшей категории — инженерно-геологического элемента (ИГЭ). Инженерно-геологическим элементом следует считать инженерно-геологическое тело, представленное одной горной породой, статистически однородное по некоторому показателю свойств, выбираемому в каждом конкретном случае исходя из требований расчета того или иного инженерно-геологического процесса, который выполняют при проектировании сооружения.
Расчетный элемент
ИГЭ, принадлежащие к одной зоне СВ, в ряде случаев (определяемых условиями проведения расчета инженерно-геологического процесса) объединяют в расчетный элемент. Под расчетным элементом следует понимать инженерно-геологическое тело, представленное одной или разными горными породами, для которого по условиям расчета допускается обобщение значений показателя, характеризующего отдельные ИГЭ, или принятие показателя одного из составляющих его ИГЭ.
Зона сферы взаимодействия
Несколько расчетных элементов (или один элемент) составляют зону сферы взаимодействия. Зона сферы взаимодействия представляет собой инженерно-геологическое тело, внутри границ которого в результате взаимодействия геологической среды с сооружением развивается преимущественно один инженерно-геологический процесс, учитываемый при проектировании сооружения. Понятно, что число зон, их характер, объем, форма и взаимное расположение зависят от инженерно-геологических условий и от типа, конструкции и компоновки сооружения. Основными признаками, определяющими деление СВ на зоны, являются набор и характер инженерно-геологических процессов и схем расчета их количественных характеристик, определяющих пространственно-временной (или только пространственный) аспект прогноза.
Сфера взаимодействия геологической среды с сооружением
Совокупность зон сферы воздействия и составляют собственно СВ. Сфера взаимодействия геологической среды с сооружением — инженерно-геологическое тело, которое выделяют по одному признаку. Этот признак заключается в том, что горные породы и подземные воды внутри границ СВ непосредственно или косвенно, в силу изменения природных условий, взаимодействуют с сооружением. Иначе говоря, это область литосферы, внутри которой под влиянием строительства или эксплуатации сооружения изменяется течение природных геологических процессов и развиваются инженерно-геологические процессы. Таким образом, критерием выделения СВ являются инженерно-геологические процессы.
Область взаимодействия геологической среды с комплексом сооружений
В системе инженерно-геологических тел СВ занимает второе место, уступая области взаимодействия геологической среды с комплексом сооружений, являющейся подсистемой локальной ПТС. Область взаимодействия геологической среды с комплексом сооружений представляет собой инженерно-геологическое тело, выделяемое в тех случаях, когда сферы взаимодействия отдельных сооружений граничат друг с другом или пересекаются (части различных сфер могут занимать одну и ту же область пространства).
Таблица 1.2 Классификация инженерно-геологических тел
Иерархическая система инженерно-геологических тел приведена в табл. 1.2.
Составление расчетной схемы
До начала инженерно-геологической разведки на месте размещения сооружения инженер-геолог и проектировщик сообща намечают примерные контуры СВ и ее основных зон. С этой целью они анализируют имеющиеся данные о свойствах геологической среды и характеристиках проектируемого сооружения. В зависимости от структуры сферы взаимодействия геолог намечает состав и объемы инженерно-геологических работ (например, изучение деформационных и прочностных характеристик грунтов только внутри предполагаемой зоны уплотнения до глубины, определяемой положением ее нижней границы, а в контурах зоны фильтрации — фильтрационных параметров).
