Всероссийский научно-исследовательский институт по проблемам гражданской обороны и чрезвычайных ситуаций МЧС России

Федеральный центр науки и высоких технологий

Ученые ВНИИ ГОЧС разработали метод определения мест возможных карстовых провалов грунта

Ученые ВНИИ ГОЧС разработали метод исследования, который позволяет определять места возможных провалов грунта в карстово опасных зонах. Он может использоваться, в том числе, и на территориях вечной мерзлоты. Особенность разработанного способа в отличие от других исследований в том, что не требуется проводить бурение почвы, а это значит, метод более оперативен и экономичен.

Разработка ученых имеет ряд преимуществ. Исследование за счет использования геофизического метода в десятки раз дешевле тех случаев, когда для изучения грунта бурят скважины. Обработка получаемых данных проходит быстрее, соответственно, сокращается и время получения вердикта ученых. При этом специалисты отмечают высокую достоверность такого метода — более 70%.

Суть его заключается в том, что ученые используют акустический метод, при котором аппаратура позволяет «услышать» звуки и вибрации, исходящие от поверхностей, будь то здание или грунт. Причем имеют эти акустические шумы разные частоты, за счет чего и формируется общая картина исследования. К примеру, «звук» абсолютно разнится от целых и новых зданий и от старых строений с износом.

Ученые отмечают, что при исследовании важна интегральная оценка, когда оценивают состояние здания и почвы одновременно – используется метод динамико-геофизических испытаний, так называемой системы «грунт-сооружение». Она лежит в основе работы мобильного диагностического комплекса «Струна», обследующего поврежденные здания и сооружения, когда необходимо дать заключение об их дальнейшей эксплуатации.

Основным результатом метода является частота собственных колебаний зданий и грунта. Приборы как бы прослушивают почву под зданием и на расстоянии от него. Полученные сигналы, а это колебания с различными частотами, обрабатываются и по этим данным делается вывод о наличии под землей пустот и степени их опасности.

«Новизна в том, что мы без бурения почвы можем с поверхности прослушать, как себя ведет грунтовый массив в основании здания, и определить существующие риски. Там, где зданий нет, рисков для людей соответственно тоже нет. В целом же, риски могут быть высокие и низкие. Они зависят от конструктивного исполнения здания, его размеров, жесткости и степени опасности возможного провала.  Там, где здания есть и фиксируются слабые предвестники формирующегося возможного провала, требуется либо непрерывный мониторинг грунтового массива, либо необходимо выполнить повторные исследования через 3-6 месяцев или максимум через год. Особенно повторных измерений в указанные сроки требуют те места, где мы зафиксировали сильные акустические шумы среди жилых построек», — рассказывает научный руководитель мобильного диагностического комплекса «Струна» — ведущий научный сотрудник ВНИИ ГОЧС к.т.н., доцент Геннадий Нигметов.

Поводом для научного поиска стали неоднократные провалы грунта в Брянской области, для обследования которых выезжали специалисты ВНИИ ГОЧС. Используя мобильный диагностический комплекс «Струна», они обследовали опасные участки  и оценили возможность дальнейшего использования находящихся в этой зоне жилых домов и построек, а также дали необходимые рекомендации муниципалитетам по обеспечению безопасности проживающего там населения. Исследование происходящих ситуаций дало возможность увидеть акустические закономерности в поведении карстовоопасных грунтов и подсказало ученым новый алгоритм.

Причиной происходящего, а именно — образования карстовых провалов, ученые называют вымывание известкового (мелового) слоя грунта. В Брянской области он залегают на глубине примерно до 10 метров или выше. Для сравнения: меловые известняковые породы в Москве расположены на глубине  100-120 метров.

Но сам процесс вымывания слоя, ставший причиной разрушений и провалов, является следствием других обстоятельств.

«Одной из первопричин происходящего может быть недостаточное внимание собственников к обустройству септиков. Заметьте, что ситуации происходят в основном в частном секторе. Многие такие заводские конструкции стоят довольно-таки дорого, поэтому умельцы изготавливают их самостоятельно из доступных по цене материалов, при этом не всегда обеспечивая достаточное качество переработки стоков. В связи с этим используемые населением частного сектора различные химически агрессивные вещества  попадают в меловой слой грунта. Это приводит к его ощелачиванию, размягчению, растворению. Он вымывается подземными потоками и образуются пустоты, которые внешне не видны», — высказывает свою точку зрения на происходящее Геннадий Нигметов.

Выход из ситуации – использование качественных герметичных септиков или обустройство системы канализации, чтобы агрессивная вода не попадала в грунт, а шла в очистные сооружения. Кроме того,  ученые рекомендуют правильно регулировать поверхностную дождевую воду, следить за водоотводом. Эти инженерно-технические мероприятия в зоне возможных геологических опасностей надо дополнить регулярным мониторингом либо периодическими динамико-геофизическими наблюдениями.

Ученые ВНИИ ГОЧС обследовали два населенных пункта Брянской области: поселок Вышков и город Новозыбков. В Вышкове под наблюдением были 11 точек, среди которых школа и детский сад. Результаты обследования переданы администрации области для принятия дальнейших решений. Сейчас ученые работают над картой рисков территории пос. Вышков и итоговой научной аналитикой ситуации.

«Как показывает статистика возникновения чрезвычайных ситуаций и анализ последствий изменения климата, а также хозяйственной и иной деятельности человека, происходят колоссальные изменения и на земле, и под землей. Поэтому, безусловно, комплексные геофизические геологические изыскания и исследования надо проводить практически на всех территориях, чтобы определить риски для людей. Эта же технология может применяться и в Арктике, где интенсивно происходит оттаивание грунтов и тоже возникают пустоты», — комментирует ситуацию заместитель начальника ВНИИ ГОЧС Владимир Мошков.

 

СПРАВОЧНО

Мобильный диагностический комплекс «Струна» разработан специалистами Всероссийского научно-исследовательского института по проблемам гражданской обороны и чрезвычайных ситуаций МЧС России.

Специалисты ВНИИ ГОЧС обладают уникальным опытом, сформировавшимся более чем за 20 лет обследований зданий и сооружений с использованием динамико-геофизических испытаний.

Мобильный комплекс – это специальное устройство для оперативной оценки состояния зданий и сооружений на основе данных динамико-геофизических испытаний, геометрических и прочностных измерений, анализа повреждений, определения их устойчивости. По результатам обследования специалисты дают заключение о возможности дальнейшей эксплуатации зданий.

В составе мобильного диагностического комплекса «Струна» — специальное оборудование: трёхкомпонентные сейсмовибрационные датчики, многоканальный аналого-цифровой преобразователь, высокоточный тахеометр, приборы для неразрушающего контроля прочности и армирования и геофизические приборы для контроля грунтов. Ученые используют около 30 измерительных приборов и свою научную методику, которая позволяет ускоренно обрабатывать данные, получаемые при динамических испытаниях.

Уникальный диагностический комплекс «Струна» обладает высокой чувствительностью. Его основу составляют уникальные, не имеющие аналогов датчики, работающие в широком диапазоне частот: от 0,1 до 400 Гц. Это позволяет различать колебания зданий любого качества и любой степени износа — от совсем новых до относящихся к аварийному фонду, от высоток и промышленных дымовых труб до низких монолитных сооружений.