Вестник Кольского научного центра РАН № 2, 2019 г.

Н. А. Калашник elasto-plastic deformation mechanism for the studied construction soils. The varying influencing parameters were: water levels (minimum, average, maximal/flood) of the top canal pound, coupling and angle of internal friction of soil (the values decrease when soils liquefy), dimensions of the forming zone (minimum 10x6x3,5 m, average 15x8x4 m, maximum 20x10x5 m) of the increased filtration, water filtration rate (increasing trend) in the zone. We carried out the multiple parametrical model operation of the studied construction and revealed the features of influence of the geometrical and hydrodynamic characteristics of the increased filtration zone on construction reliability, with regard to the significant variability of the main deformation properties of soils in the contours of the zone. Model dependences of bulk soil construction reliability on parameters of coupling and angle of internal friction of liquefied soils in different filtration processes. We determined the boundary values of coupling and angle of internal friction of soils in the high filtration zone when the considered conditions showed the unreliability of the construction. Keywords: computer modeling, hydro geomechanical 3D model, bulk soil dam, filtration zone, reliability. Введение Гидротехнические сооружения (ГТС) Мурманской обл. представляют собой насыпные грунтовые плотины гидроэлектростанций (ГЭС) почти на всех основных реках, а также ограждающие дамбы хвостохранилищ горных предприятий региона [1]. Согласно законодательно-нормативным документам и правилам [2, 3], эксплуатация таких сооружений должна выполняться по требованиям, предъявляемым к ответственным и опасным объектам. Снижение механической и фильтрационной устойчивости ограждающих насыпных сооружений — плотин и дамб приведет к частичной или полной потере их функционального назначения. Дальнейшее развитие неконтролируемых фильтрационно-деформационных процессов может привести к возникновению чрезвычайной ситуации и даже к аварии с вытекающими отсюда социально-экономическими последствиями: ущерб окружающим природно-техническим системам, повреждение зданий и механизмов и т. п.; убытки вследствие остановки основного производства; затраты на локализацию мест разрушения, восстановительные работы, возмещение принесенного вреда и ущерба [4-6]. В мировой практике эксплуатации насыпных грунтовых сооружений известны случаи потери их механической прочности и фильтрационной устойчивости, в результате чего произошли аварии на плотинах ГЭС (Киселевская (Россия), Фонтенель (США), Боулдерхэд (Англия) и др. [4, 5, 7]). На основе анализа этих аварий [7-9] выявлено, что их основной причиной является образование в теле ограждающего сооружения локального фильтрационного канала, который в последующем развивается в зону повышенной фильтрации, вызывающую необратимые фильтрационно-деформационные процессы. В конечном результате происходит интенсивный размыв нижнего откоса, образование прорана или полное разрушение ограждающего сооружения на данном участке. Поэтому исследование надежности насыпного грунтового сооружения при образовании в его теле зоны повышенной фильтрации в целях минимизации рисков аварий и чрезвычайных ситуаций является актуальной задачей, имеющей важное научное и практическое значение. Экспериментальные исследования Горным институтом КНЦ РАН ранее были выполнены комплексные георадарные и сейсмотомографические исследования насыпной грунтовой плотины каскада Нивских ГЭС на р. Пиренга и ограждающих дамб хвостохранилищ основных горнодобывающих предприятий Мурманской обл. в целях оценки их состояния, уточнения внутренней структуры, положения депрессионной поверхности фильтрующихся вод и рельефа подстилающего породного основания [10, 11]. В работе [10] дано детальное описание основных технических характеристик, свойств грунтов и геометрических размеров плотины. Георадарные и сейсмотомографические исследования выполнялись синхронно по гребню и низовому откосу плотины, при этом 70 http://www. naukaprint.ru/zhurnaly/vestnik/