Інтегрована методика оцінки фізико-механічних характеристик флішу Карпат з використанням геофізики та числового FEM/LEM-аналізу стійкості схилів

Анотація

Карпатський фліш є однією з найбільш складних у геотехнічному сенсі геологічних товщ, що характеризується дуже змінною структурою, чергуванням пісковиків, алевролітів і сланців, підвищеною тріщинуватістю та вираженою анізотропією механічних властивостей. Такі особливості значно ускладнюють визначення фізико-механічних параметрів та прогнозування стійкості схилів.

У роботі представлено комплексний підхід до оцінки механічної поведінки флішових порід, що поєднує результати буріння, статичного зондування (CPT/CPTu), геофізичних методів (сейсмоакустика, електророзвідка), лабораторних досліджень та числового моделювання методом скінченних елементів (МСЕ). На основі інтерпретації геофізичних досліджень виділено категорії скельних порід за ступенем вивітрювання та структурного порушення, для яких визначено параметри міцності для моделей ґрунтового середовища Hoek–Brown та Mohr–Coulomb.

Розрахункові параметри верхніх шарів вивітреного флішу уточнені шляхом зворотного аналізу. Для розрахунку використано два підходи: перший - із застосуванням підходу φ–c редукції в середовищі Plaxis 2D, та аналітичний розрахунок методом Бішопа у програмі GEO-5. Зворотній аналіз виконано при умові, що схил знаходиться на межі рівноваги, тобто параметри підібрано так, щоб коефіцієнт стійкості дорівнював 1. Порівняння результатів МСЕ та аналітичних розрахунків продемонструвало узгодженість між підходами та підтвердило достовірність підібраних параметрів для різних сценаріїв формування зсувів, як поверхневих так і глибоких. Варто зауважити, що зворотній аналіз виконано для нормативних значень міцнісних параметрів, тобто без коефіцієнтів, що використовуються у Єврокоді 7, для розрахунку стійкості, тобто для підходу DA3 (design approaches 3).

Отримані результати показують, що комплексне поєднання даних геофізичної розвідки, польових та лабораторних вишукувань і числового моделювання дозволяє визначати механічні властивості флішу та суттєво підвищує якість прогнозування стійкості схилів у Карпатському регіоні. Представлена методика може бути використана при проєктуванні та оцінці ризиків для природних схилів, де присутні флішові товщі.