Система непрерывного мониторинга параметров трещин в горном массиве на основе резистивных датчиков

Ш.Г. Идармачев

doi:10.46698/VNC.2025.78.66.007

Ш.Г. Идармачев Институт геологии ДФИЦ РАН, Россия, 367010, г. Махачкала, ул. Ярагского, 75

DOI: https://doi.org/10.46698/VNC.2025.78.66.007

Ключевые слова: термические напряжения, резистивный датчик линейного перемещения, солнечная радиация, сейсмодатчики, циферблатный микрометр

Резюме

Актуальность работы. Крупные обвалы скальных склонов играют ключевую роль не только в преобразовании ландшафтов в долгосрочном плане, но и представляют угрозу населенным пунктам и инфраструктуре хозяйственной деятельности человека. Механизмы обвальных процессов изучаются в мире многими геологами и геофизиками, для этого используются различные методы, как дистанционного зондирования, так и методы, предусматривающие использование датчиков, установленных непосредственно на исследуемом участке. Важным моментом исследований потенциально обвальных массивов является изучение физических процессов, связанных с механизмом образования трещин в горных породах, деформаций, аномальных наклонов, происходящих перед обвалом. Для этого применяются различные методы мониторинга, например, сейсмометрические, деформационные, наклонометрические и др. Целью исследований является создание системы для мониторинга, позволяющей осуществить контроль над состоянием неустойчивых горных массивов с помощью высокоточных непрерывных наблюдений за изменением ширины трещин. Методика исследований. Особенность разработки – полная автоматизация измерений с помощью персонального компьютера и GSM-модема связи. Для измерения изменения размеров трещин используется резистивный датчик, сопряженный с 16-разрядным аналого-цифровым преобразователем марки ЛА-50USB и ПК, программа которого производит осреднение данных для каждого часа и раз в сутки отправляет таблицу данных за 24-часовой период автоматически получателю по электронной почте. Точность измерений линейного датчика составляет ±10 мкм. Результаты синхронных измерений ширины трещины на неустойчивом скальном массиве циферблатным и резистивным датчиками перемещения показывают совпадение общего тренда в сторону ее расширения до 2000 мкм. Методом непрерывной регистрации с электронным датчиком получена запись кратковременного аномального изменения ширины трещины, имеющего ступенчатую форму амплитудой 500 мкм. Природа данной аномалии неизвестна. На другом массиве с вертикальными трещинами установлено наличие суточного хода ширины трещины, связанного с термическими напряжениями в скальном массиве, вызванными солнечной радиацией и температурой воздуха. В период нагревания поверхности скального массива солнечной радиацией, начиная от 10 ч до 13 ч, наблюдается резкое увеличение ширины трещины.

Литература

Идармачев Ш.Г., Черкашин В.И., Идармачев И.Ш. Сейсмометрический мониторинг неустойчивого скального массива в Гунибском районе Дагестана (Северный Кавказ). // Геология и геофизика Юга России. – 2021. – Т. 11. No 2. – С. 74–86. DOI: 10.46698/VNC.2021.49.57.006.

Идармачев Ш.Г., Черкашин В.И., Алиев И.А., Идармачев И.Ш. Изучение динамики ширины трещины потенциально обвального скального массива струнным датчиком на горе Гуниб (Дагестан). // Геология и геофизика Юга России. – 2022. – Т. 12. No 2. – С. 78–88. DOI: 10.46698/VNC.2022.70.64.006.

Aldred J., Eppes M.C., Aquino K., Deal R. et al. The influence of solar-induced thermal stresses on the mechanical weathering of rocks in humid mid-latitudes. // Earth Surface Processes and Landforms. – 2016. – Vol. 41. Issue 5. –pp. 603–614.

Bakun-Mazor D., Keissar Y., Feldheim A., Detournay C., Hatzor Y.H. Thermally-induced wedging–ratcheting failure mechanism in rock slopes. // Rock Mechanics and Rock Engineering. – 2020. – Vol. 53. – pp. 2521–2538.

Bakun-Mazor D., Hatzor Y.H., Glaser S.D., Carlos Santamarina J. Thermally vs. seismically induced block displacements in Masada rock slopes. // International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences. – 2013. – Vol. 61. – pp. 196–211.

Burtin A., Hovius N., McArdell B.W., Turowski J.M., Vergne J. Seismic constraints on dynamic links between geomorphic processes and routing of sediment in a steep mountain catchment. // Earth Surface Dynamics. – 2014. – Vol. 2. – pp. 21–33. DOI: 10.5194/esurf-2-21-2014.

Burtin A., Hovius N., Turowski J.M. Seismic monitoring of torrential and fluvial processes. // Earth Surface Dynamics. – 2016. – Vol. 4. – pp. 285–307. DOI: 10.5194/esurf-4-285-2016.

Collins B., Stock G.M., Eppes M.E. et al. Thermal influences on spontaneous rock dome exfoliation. // Nature communications. – 2018a. – Vol. 10. No. 762. – pp. 1–12. DOI: 10.1038/s41467–017–02728.1.

Collins B.D., Stock G.M., Eppes M.C. Relaxation response of critically stressed macroscale surficial rock sheets. // Rock Mechanics and Rock Engineering. – 2019. – Vol. 52. – pp. 5013–5023.

Collins B.D., Stock G.M., Eppes M.C., Lewis S.W., Corbett S.C., Smith J.B. Thermal influences on spontaneous rock dome exfoliation. // Nature Communications. – 2018b. – Vol. 9. Art. No. 762.

Cook K.L., Andermann C., Gimbert F., Adhikari B.R., Hovius N. Glacial lake outburst floods as drivers of fluvial erosion in the Himalaya. // Science. – 2018. –Vol. 362. Issue 6410. – pp. 53–57.DOI: 10.1126/science.aat4981.

D’Amato J., Hantz D., Jaboyedoff M., Baillet L., Mariscal A. Influence of meteorological factors on rocfall occurrence in a middle mountain limestone cliff. // Natural Hazards and earth system Sciences. – 2016. – Vol. 16. Issue 3. – pp. 719–735. DOI: 10.5194/nhes-16-719–2016.

Di Maio C., Vassallo R., Pascale S., Sdao F. Structure and kinematics of a landslide in a complex clayey formaction of the Italian southern Apennines. // Engineering Geology. – 2010. – Vol. 116. Issue 3. – pp. 311–322.

Dietze M. Grain-size distribution unmixing using the R package EMMAgeo. // Quaternary Science Journal. – 2019. – Vol. 68. Issue 1. – pp. 29–46.

Dietze M., Krautblattor N., Illien L., Hovius N. Seismic constraints on rock damaging related to a failing mountain peak: the Hochvogel, Allgau. // Earth Surface Processes and Landforms. – 2021. – Vol. 46. No. 2. – pp. 417–429. DOI: 10.1002/esp.5034.

Dixon N., Smith A., Flint J.A., Kyanna R., Clark B., Andjelkovich M. An acoustic emission landslide early warningl system for communities in low-income and middle-income countries. // Lanslides. – 2018. – Vol. 15. – pp. 1631–1644.

Frayssines M., Hantz D. Failure mechanisms and triggering in calcareous cliffs of the subalpine ranges (French Alps). // Engineering Geology. – 2006. – Vol. 86. – pp. 256–270. DOI: 10.1016/j.enggeo.2006.05.009.

Gunzburger Y., Merrien-Soukatchoff V., Guglielmi Y. Influence of daily surface temperature fluctuations on rock slope stability: case study of the Rochers de Valabres slope (France). // International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences. – 2005. – Vol. 42. – pp. 331–349.

Hall K., Thorn C.E. Thermal fatigue and thermal shock in bedrock: an attempt to unravel the geomorphic processes and products. // Geomorphology. – 2014. – Vol. 2006. – pp. 1–13.

Kemeny J. The time-dependent reduction of sliding cohesion due to rock bridges along discontinuities: A fracture mechanics approach. // Rock Mechanics and Rock Engineering. – 2003. – Vol. 36. – pp. 27–38. DOI: 10.1007/s00603-002-0032-2.

Larose E., Carriere S., Voisin C., Bottelin P., Baillet L. et al. Environmental seismology: What can we learn on earth surface processes with ambient noise? // Journal of Applied Geophys-ics. – 2015. – Vol. 116. – pp. 62–74. DOI: 10.1016/j.jappgeo.2015.02.001.

Leith K., Moore J.R., Amann F., Loew S. In situ stress control on microcrack generation and macroscopic extensional fracture in exhuming bedrock. // Journal of Geophysical Research: Solid Earth. – 2014. – Vol. 119. – pp. 594–615. DOI: 10.1002/2012JB009801.

Levy C., Baillet L., Jongmans D., Mourot P., Hantz D. Dinamic response of the chamousset rock column (Western Alps, France). // Journal of Geophysical Research Atmospheres. – 2010. – Vol. 115(F4). – pp. 40–43. DOI: 10.1029/2009/JF001606.

Walter F., Amann S., Kos A., Kenner R., Phillips M., De Preux A. et al. Direct observations of a three million cubic meter rock-slope collapse with almost immediate initiation of ensuing debris flows. // Geomorphology. – 2020. – Vol. 351. – pp. 106933.