DOI: 10.13140/RG.2.2.10146.95686
<aside> <img src="/icons/light-bulb_purple.svg" alt="/icons/light-bulb_purple.svg" width="40px" />
В порядке дискуссии
Понятие о статическом разжижении практически отсутствует в русскоязычной литературе, в то время как в зарубежных источниках этому эффекту уделено большое внимание, в том числе разработаны специальные модели грунтов. Это связано прежде всего с наличием случаев катастрофических разрушений дамб и плотин. Предлагаем небольшую заметку по этому вопросу.
</aside>
Один из известных случаев статического разжижения — разрушение плотины хвостохранилища в муниципалитете Брумадинью в Бразилии в 2019 году. Дамба хвостохранилища обрушилась и вызвала гигантский селевой поток в 11,7 млн м³. Погибло 270 человек, разрушены дома и инфраструктура.
По материалам The New York Times
По материалам The New York Times
Сооружение представляло собой многоярусные ограждающие дамбы, наращивание которых происходило стандартным образом. Однако после заполнения первого уровня были добавлены ещё несколько дамб обвалования, основанием которых был уплотнённые хвосты. При проектировании было решено, что отходы достаточно уплотнены и осушены и могут воспринимать нагрузку.
За десятилетия высота заполнения увеличилась, и надёжность сооружения стала зависеть от прочности заполняющего материала. Расчёты устойчивости, выполненные при наращивании двумя независимыми компаниями, показывали достаточный запас надёжности. После обрушения ряд исследователей отмечал, что коэффициенты устойчивости всё же были близки к предельным.
Поперечное сечение сооружения (по материалам The New York Times)
Согласно данным из открытых источников, хвостохранилище не действовало около 3 лет, и, по оценке соответствующих организаций, было признано стабильным за несколько месяцев до обрушения. При этом отмечалось, что некоторые приборы для мониторинга были неисправны.
В целом рассматривая этот случай, как и другие подобные, была выдвинута версия так называемого статического разжижения. В отличие от разжижения, обычно происходящего вследствие динамического воздействия (вибрация, сейсмические силы), термин статическое разжижение не связан с динамическим воздействием.
Причинами статического разжижения может быть:
Способы оценки возможности статического разжижения существуют, однако либо это очень простая и консервативная оценка по одной формуле (без учёта плоского или пространственного напряжённого состояния), либо всё сводится к использованию специальных моделей грунта. Например, модель NorSand, которая позволяет оценивать статическое разжижение на основании параметра состояния (по пористости грунта). Но такая модель требует понимания основ механики критического состояния (CCSM), знания современной механики грунтов и моделей грунта семейства CamClay. Помимо этого, требуются трёхосные испытания и полевые исследования для калибровки модели. Стоит отметить, что модель появилась довольно давно, но её внедрение в зарубежные ПО произошло относительно недавно.
Учитывая сложность вопроса оценки статического разжижения и продолжающиеся аварии, рекомендуется проектировать сооружения с учётом возможного статического разжижения.
Суть такого подхода сводится к принудительному заданию прочности, соответствующей разжиженному состоянию, и к выполнению расчётов устойчивости. В механике грунтов существует понятие steady state strength, которое мы можем перевести как установившаяся недренированная прочность. Фактически это самая минимальная прочность материала, которая возможна в рамках теории критического состояния грунтов, но связанная с процессами разжижения. Использование этой прочности приемлемо для оценки устойчивости оползней и разжиженных грунтов. Наиболее простой способ её получения — испытание в приборе кольцевого сдвига. Для приближенной оценки можно использовать данные испытаний «плашка по плашке».