Тетельмин В

Тетельмин В.В. ( д. т. н., гл. науч. сотр. ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева)
(v-tetelmin@rambler.ru)
ВОЗДЕЙСТВИЕ КРУПНЫХ ГИДРОУЗЛОВ
НА ИЗОСТАТИЧЕСКОЕ СОСТОЯНИЕ ЗЕМНОЙ КОРЫ
В свете аварии на СШГЭС можно утверждать, что существующие в большой гидроэнергетике
критерии безопасности учитывают не все значимые воздействия на сооружения гидроузла.
Начальным звеном в цепочке предаварийных событий могло являться воздействие водохранилища
весом 30 млрд т на геологическую среду, а именно: прогиб толщи земной коры и сопутствующие
ему глубинные процессы тепломассопереноса в основании и береговых примыканиях плотины.
В расчётах НДС проектируемых больших плотин определяется только осадка упругого
полупространства от веса сооружений, то есть решается задача в постановке Буссинеска. Процесс
возможного прогиба всей толщи земной коры при проектировании крупных гидроузлов не
рассматривается.
Решение задачи прогиба земной коры от действия гравитационной нагрузки приводится в книге
«Геодинамика» Д.Тёркота и Д.Шуберта и определяет лишь предельное значение стрелы прогиба,
но не учитывает эффекта протекания этого процесса во времени.
Приводится решение задачи о динамике прогиба толщи земной коры от веса крупных
водохранилищ. При построении расчётной модели использовались следующие допущения:
1. В исходном состоянии невесомая бесконечная упругая плита с изгибной жёсткостью ЕJ
«плавает» в полупространстве мантийного вещества плотностью ρ, вязкостью μ и находится в
состоянии изостатического равновесия.
2. Процесс прогиба земной коры под действием удельной сосредоточенной силы ↓Ро
рассматривается как прогиб бесконечной плиты в плоскости, ориентированной поперёк оси
водохранилища.
3. В результате действия силы ↓Ро упругая плита выходит из состояния равновесия и в
рассматриваемой плоскости приобретает форму синусоиды с тремя характерными участками:
- участок прогиба (погружения) в окрестности приложенной силы;
- два периферийных участка компенсационного поднятия за счёт отжатия на периферию
соответствующего объёма несжимаемой жидкости.
Получена зависимость амплитуды прогиба от времени, учитывающая основные параметры:
- изгибную жёсткость ЕJ сечения коры;
- плотность ρ мантийного вещества, определяющую значение архимедовой силы;
- вязкость μ мантийного вещества, определяющую темп погружения ложа водохранилища.
Используя полученное решение и натурные данные по динамике погружения земной коры в
районе плотины Гувер, определены значения изгибной жёсткости земной коры и вязкости
мантийного вещества. Если для условий СШГЭС принять эти же характеристики, то к
настоящему времени накопленная расчётная амплитуда прогиба земной коры под ложем
водохранилища СШГЭС может составлять около 100 мм.
Выводы.
1. Строительство крупных гидроузлов вызывает локально-изостатический отклик земной коры
на создаваемую гравитационную нагрузку.
2. Прогиб земной коры в районе крупных водохранилищ простирается на 60–70 км в каждую
сторону от осевой линии водохранилищ. Компенсационное поднятие земной коры может
происходить за пределами участка прогиба на расстоянии до 150 км в каждую сторону от осевой
линии водохранилища.
3. Процесс прогиба земной коры, вызванный строительством крупных водохранилищ в районах
активной тектонической деятельности, может являться причиной наблюдаемых сейсмических
событий с гипоцентром на большой глубине и большом удалении от водохранилищ.
4. Динамику прогиба земной коры от действия крупных водохранилищ можно использовать в
качестве источника информации об упругих и вязких свойствах литосферы.