Введение ВВЕДЕНИЕ Оползневые явления широко распространены как в отдельных районах России, стран
реклама
Введение ВВЕДЕНИЕ Оползневые явления широко распространены как в отдельных районах России, стран СНГ, так и в других регионах мира. Оползни приводят к значительному материальному ущербу. По числу людей, погибших от различных опасных геологических и других природных процессов в России с 1963 по 1992 год, оползни и обвалы занимают второе место после наводнений (21% от общего числа жертв), а по сумме экономических потерь оползни и обвалы находятся на четвертом месте после процессов эрозии, подтопления территорий и наводнений. Территория Крыма отличается интенсивной геодинамической активностью, в том числе и оползневыми процессами. Выделение, и тем более оконтуривание, современных оползней в Бахчисарайском районе невозможно, так как в малозаселенных районах оползневые подвижки, которые никого не беспокоят, остаются незамеченными. Однако за период 1997-1998 гг. возникли оползневые участки на пикетах автомобильных дорог АроматМногоречье 1 км+600 м, Почтовое-Песчаное 10 км+500 м, Бахчисарай-Береговое 14 км+950 м, в районе прохождения газопровода «Коминтерн», в ряде населенных пунктов: Малосадовое, Новоульяновка, Нижняя Голубинка, Красный Мак. Общий ущерб за этот период по Бахчисарайскому району составил 4 235 294 руб. Оползни относят к геодинамическим явлениям. Эндогенные и экзогенные процессы находятся в тесном непрерывном взаимодействии и противоречии, которые приводят к формированию лика Земли и ее рельефа. Обеспечение экологической безопасности и экономической эффективности освоения территории Крымского региона в большой степени зависит от решения комплекса научных и практических задач, связанных с интенсивной геодинамической активностью данной территории. В некоторых, особо сложных горно-геологических условиях необходима разработка методов прогноза последствий оползневых явлений и мер по обеспечению экологической безопасности с учетом геодинамического состояния земной коры. Это состояние определяется методом геодинамического районирования недр, позволяющего выявить блочную структуру земной коры и оценивать уровень ее напряженности. Учитывая, что именно территория Крыма наиболее полно изучена в отношении оползневых процессов, автор рассмотрел опыт и результаты многолетних экспериментальных исследований институтов ВСЕГИНГЕО, ПНИИИС, Ялтинской комплексной гидрогеологической и геологической партии и пр., выполненных для этого региона. Существующие способы прогноза оползневых явлений не учитывают влияние глобальной геодинамики на проявление оползневых процессов, поэтому вопрос обеспечения экологической безопасности территории Бахчисарайского района Крыма путем совершенствования прогноза оползневых явлений на основе геодинамического районирования недр, является актуальной научной задачей. Цель диссертационной работы заключается в повышении эффективности прогноза оползней на основе геодинамического районирования, посредством выявления их причин, обеспечивающего экологическую безопасность природных и инженерных объектов территории Бахчисарайского района при оползневых явлениях. В соответствии с поставленной целью определены основные задачи настоящего исследования: -изучение особенностей геодинамики Крымско-Кавказского региона и анализ результатов геодинамического районирования территории Крыма с позиции их влияния на прогноз оползней и выбор противооползневых мероприятий; - анализ и обработка- количественных и качественных показателей оползневых склонов и оползней в зависимости от особенностей геодинамического состояния горных пород в Крымском регионе; - разработка наиболее достоверных методов прогноза и рекомендаций по противооползневым мероприятиям для условий Бахчисарайского района Крыма; - разработка рекомендаций по использованию геодинамического районирования территории Бахчисарайского района для обеспечения экологической безопасности природных и инженерных объектов при оползневых явлениях. Идея работы заключается в использовании данных о геодинамически активной блочной структуре исследуемой территории и экспозиции оползневых склонов по отношению к направлению пододвигающейся плиты для выбора соответствующих противооползневых мероприятий и рекомендаций, обеспечивающих снижение экологической опасности природных и инженерных объектов. Научные положения, выносимые на защиту: - на основе комплексного анализа причин проявления оползневых процессов в Крыму установлены закономерности перехода склонов в новое устойчивое состояние равновесия за счет факторов, действующих при пододвигании Черноморской микроплиты под Крымский полуостров; - метод прогноза оползневых явлений, базирующийся на основе геодинамического районирования, позволяет выявлять границы оползней по принципу «от общего к частному», оценивать напряженно-деформированное состояние массива горных пород Крыма, а также применить классификацию зон по категориям их опасности для территории Бахчисарайского района Крыма; - экологическая безопасность природных и инженерных объектов, расположенных в зоне влияния границ и узлов пересечения геодинамически активных блоков, а также эффективное применение мер по их охране оцениваются в зависимости от ориентировки оползневых склонов к направлению движения Черноморской микроплиты. Научная новизна работы: - установлены основные закономерности поведения оползневых склонов и оползней в зависимости от пододвигания Черноморской микроплиты под Крымский полуостров; - дано геодинамическое обоснование применения метода анализа причин проявления оползневых процессов в Крыму, методов прогноза оползней в зонах активных блоков и мер по экологической безопасности в соответствии с ориентировкой оползневых склонов по отношению к пододвигающейся плите; - обоснована достоверность категорий экологической опасности прогнозных зон вероятного проявления оползней, обеспечивающих эффективное и безопасное расположение природных и инженерных объектов в этих зонах: I категория опасности относится к зонам пересечения границ блоков, II категория опасности относится к зонам влияния границ блоков, III категория опасности расположена вне зоны влияния границ блоков. Личный вклад автора заключается: - в постановке задачи исследований; - получении и анализе экспериментальных данных; - организации работ по выявлению экологической опасности от последствий оползневых явлений; - внедрении рациональных методов прогноза и противооползневых мероприятий в 6-м микрорайоне г. Бахчисарай; - участии в составлении рекомендаций по обеспечению экологической безопасности при оползневых явлениях на территории Бахчисарайского района Крыма на основе геодинамического районирования. Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждаются представительным объемом данных по оползневым явлениям Крыма, обработкой комплекса факторов, результатами проверки расчетных данных по оценке напряженно-деформированного состояния массива горных пород Крыма, удовлетворительным совпадением выявленных границ геодинамического районирования с границами тектонических структур, сейсмической активности и местами проявления оползней. Методы исследований. Комплексный метод исследований, включающий статистический материал проявления оползневых процессов по «Кадастру» оползней Крыма, сравнительный анализ существующих методов картирования геодинамических процессов, расчет напряжений методом конечных элементов. Научное значение работы состоит в установлении закономерности проявления оползневых процессов Крыма, разработке методов прогноза экологической опасности в части оползневых явлений, базирующихся на результатах геодинамического районирования, и предложении противооползневых мероприятий в зависимости от ориентировки оползневых склонов по отношению к пододвигающейся Черноморской микроплите. Практическое значение работы состоит в разработке рекомендаций по применению методов прогноза оползней Крыма на основе геодинамического районирования, составлении прогнозной карты оползневых участков для Бахчисарайского района и применении соответствующих противооползневых мероприятий для обеспечения экологической безопасности территории. Реализация выводов и рекомендаций работы. На основании проведенных исследований были составлены методические рекомендации по обеспечению экологической безопасности территории Бахчисарайского района Крыма при оползневых явлениях на основе геодинамического районирования. Учет фактора экспозиции склонов позволил применять соответствующие противооползневые мероприятия, что значительно сокращает затраты на борьбу с оползневыми явлениями на участке 6-го микрорайона г. Бахчисарая. Апробация работы. Диссертационная работа и отдельные ее положения докладывались и обсуждались на научных симпозиумах Международной научной школы «Деформирование и разрушение материалов с дефектами и динамические явления в горных породах и выработках» (Алушта, Крым, 1999 -2001 гг.); семинаре «Геодинамическая и экологическая безопасность при освоении недр и земной поверхности» («Неделя Горняка-2002», Москва, МГГУ, 2002 г.), VI Международной экологической конференции студентов и молодых ученых (Москва, МГГУ, 2002 г). Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 5 научных работ. Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения, содержит рисунков - 60, таблиц - 36, приложение, имеет список литературы из 187 наименований. 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА Интенсивность оползневых процессов неуклонно возрастает вместе с освоением склонов и развитием на них строительства. Изучение оползневых явлений, их причин и последствий проводится в целях разработки обоснованных мероприятий по их прекращению. 1.1. Ущерб от оползневых процессов Оползни приводят к значительному материальному ущербу. По числу людей, погибших от различных опасных геологических и других природных процессов в России с 1963 по 1992 гг., оползни и обвалы занимают второе место после наводнений (21% от общего числа жертв), а по сумме экономических потерь - оползни и обвалы находятся на четвертом месте после процессов эрозии, подтопления территорий и наводнений (около 11%) [124]. В Российской Федерации ежегодно случается от 6 до 15 чрезвычайных событий, связанных с развитием оползней. В 1990- 1999 гг. в России зарегистрирован 121 случай крупных оползней, селей и обвалов. Особенно сильно страдают урбанизированные территории: развитие оползневых процессов наблюдается в 725 городах Российской Федерации [108]. В табл. 1.1, составленная диссертантом приведены характеристики ущерба наиболее значимых оползней и обвалов, происходивших в разных странах. Одним из районов, где весьма часто происходят оползни, является Крымское побережье Черного моря. Этот район характеризуется благоприятными для курортного и сельскохозяйственного освоения природными условиями. Оползни наносят огромный ущерб имеющимся здесь объектам, разрушая курортные, жилые и общественные здания, инженерные сооружения, Таблица 1. Ущерб от оползневых явлений № п/п Страна Место проявления Ущерб Автор 1 Южная Монголия (Азия) Эоловые образования свиты Джадохта Массовая гибель животных и захоронение, в результате обрушения оползней Loop David В., 1999 2 Кения (Африка) Влияние урагана Эль-Нино Человеческие жертвы и гибель животных, нарушение рельефа и деструкция земельных площадей, эрозия горных склонов; в мае 1997 г. и феврале 1998 г. прошли проливные дожди, вызванные влиянием урагана ЭльНино Ngecu Wilson M., 1999 3 Болгария В Симитлийской впадине на Ю-3. Болгарии. Повреждены транспортные магистрали, связывающие Болгарию с Грецией Добрев Н., 1997 К северу от Варны вдоль северного побережья Болгарии Нарушена автотрасса ВарнаЗолотые пески с апреля 1996 г. по апрель 1997 г. Върбанов Радослав., 1997 4 Великобритания Северный Уэльс на трассе вдоль береговой дороги А55 Горнообвальные препятствия, крупный обвал в 1984 г. уПен-и-Клип WolskiWojciech.,1999 5 Италия 1963 г. объем 240 млн.м15. Пострадали 5 городов и погибли 3000 человек Андросов H.K.I999 6 Канада Вблизи г.Дир-Крик провинция Саскачеван Частичное разрушение несущих опор моста через р.Сев. Саскачеван KellyA.J.,1995 7 Китай г.Тянь-Шу Два случая разрушений MengHingmin, 1995 8 Мексика Штат Халиско муниципия Чапала на северном берегу одноименного озера Разрушение зданий, сооружений и шоссейных дорог Barrera Hernander David, 1997 Продолжение табл. 1.1 № п/п Страна Место проявления Ущерб Автор 9 Румыния Оползни в палеогеновом флише Карпатской дуги Запруживание речных долин с образованием естественных дамб Cioaca Adrian, 1996 10 СНГ Сухумская бухта Гибель древних городов Никонов А.АЛ997 Памир Угроза прорыва вод Сарезского озера ПапыринЛ.П.,1997 Сарезское озеро в долине р. Мургаб В 1911 году гигантским оползенем "Усойский завал" затоплен кишлак Андросов Н.К.( 1999) В Гиссарской долине В 1989 году оползень перекрыл слоем 15-20 м четыре кишлака. Число жертв около 1000 человек 11 Франция Кальвадос, оползни Виллервиль-Крикбеф, в прибрежных склонах района Ож В январе 1982 г. оползень нанес многочисленные повреждения Maquaire Oliver, 1997 Оползень на Французской Ривьере, на предустьевом выступе дельты р. Вар Октябрь 1979 г. Нанесенный урон - несколько млн. франков, разрушены телеграфные кабели. Оползень вызвал волну цунами, разрушения строящейся набережной аэропорта Anthony Edward J.,1997 12 Колумбия Департамент Толима Центральные Кордильеры, восточный склон вулкана Руис 5400 м 15 ноября 1985 г. грязевой поток, разрушивший г. Армеро UjuetaGuillermo,1995 дороги, парковые территории, виноградники и др. В табл. 1.2 приведены данные о размерах ущерба от оползней Южного берега Крыма. Таблица 1.2 Характеристика ущерба отдельных типичных оползней Южного берега Крыма № п/п Место проявления оползня Ущерб, нанесенный оползнем 1 Кучук-Койский оползень от с.Оползневого до с.Жуковки Выдвинулся в море на десятки метров на протяжении почти 1 км 2 Центральный Алупкинский оползень Ежегодные подвижки измеряются величиной до десятков сантиметров, из 272 зданий 77 деформированы, а 30 полностью разрушены 3 Доломийский оползень Произошла катастрофическая подвижка (горизонтальное перемещение достигло 50 м при скорости 2 м/ч), при которой было разрушено Севастопольское шоссе на протяжении 400 м 4 В районе санатория «Золотой пляж» Катастрофическая подвижка поверхности земли, четко обозначились оползневые ступени, было разрушено шоссе и другие коммуникации причина временного прекращения функционирования санатория «Золотой пляж» 5 В районе санатория «Спутник», в западной части г. Гурзуфа Сильно деформирована подпорная стена вдоль берега моря, которая испытывает медленные подвижки 1.2. Состояние исследований оползневых явлений Начало исследований причин оползневых процессов относится к первой половине XX века. Павлов А.П. в 1903 г. писал о недостатке фактического материала для изучения оползневых явлений, а в 1905 г. опубликовал инструкцию для технического надзора за состоянием местности, по которой пролегает путь Ти-мирязево-Нижегородской линии Московско-Казанской железной дороги. Это 12 была первая инструкция для наблюдений за оползневым районом [111]. В 1930 г. вышла в свет инструкция по длительным наблюдениям за оползнями, составленная Голынец Ф.Ф. [25]. Она содержит описание визуальных методов исследований и не потеряла своей значимости и в настоящее время. Описанию оползневых процессов посвящены работы ряда исследователей: Муш-кетова Д.И. [100], Ыифантова Н.П.[103], Корженевского И.Б. [74], Рза-евой М.К. [129], Емельяновой Е.П. [38], Ерышем И.Ф. [47] и др. Вопросам изучения оползней инструментальными методами посвящен большой ряд работ: Погребова Н.Т. [116], Келля Н.Г. [63], Худяева И.Е. [156], Бакирова Л.А. [11], Пчелинцева В.Ф. [125], Хренникова Н.А. [155], Огильви А.А. [105], Емельяновой Е.П. [38], Шеко А.И. [162], Клюкина А.А. [67], Коробановой И.Г. [79], Шемшурина В.А. [161], Ерыша И.Ф. [46], Селго-кова Е.И. [140], Григоренко А.Г. [29], Постоева Г.П. [121], Строма А.Л. [146], Тихвинского И.О. [149] и др. Впервые в СССР оползневая станция была организована в 1930 г. на Кучук-Койском оползне в Крыму. К 1956 г. количество оползневых станций увеличилось. Они имелись в системах министерств геологии и охраны недр, путей сообщения, угольной промышленности и др. ВСЕГИНГЕО в течение ряда лет осуществлял научнометодическое руководство оползневыми станциями Министерства геологии и охраны недр СССР, разработал научно- методические руководства по стационарному изучению оползней. Во ВСЕГИНГЕО постоянно ведутся исследования по разработке и совершенствованию методов и технических средств изучения оползневых процессов. В результате этого в последние годы сделан шаг вперед по региональному изучению режима оползневых процессов: разработаны и опробованы методика стереофотограмметрических измерений различных параметров оползней, в том числе с применением перспективной крупномасштабной аэрофотосъемки; методика изучения оползневых деформаций посредством глубинных реперов; методика измерения напряжений посредством датчиков грунтового давления; сейсмоакустические и электроразведочные методы 13 изучения режима и прогноза оползневых смещений; глобальная спутниковая сеть. При стационарных наблюдениях выясняются закономерности развития оползневых явлений во времени, а также производится уточнение пространственных закономерностей. Стационарные наблюдения включают изучение современной природной обстановки в процессе комплексного инженерно-геологического картирования [162, 79]. Крупномасштабное картирование оползней сопровождается разведочными работами, изучением свойств пород. В процессе предварительного изучения и картирования используются геофизические методы, в частности, электроразведка [28, 102, 105, 161] и др. Ряд работ был посвящен аналитическим методам исследований оползней: Славянова В.Н. [143], Корженевского И.Б. [77], Блохмана Г.З. [14], Рзаевой М.К. [131], Тихвинского И.О. [148], Постоева Г.П. [121], Горбуши-нойВ.К. [26] и др. На моделях оползни изучали: Бондаренко А.А. [17], Горбушина В.К. [27], Геворкян С.Г. [21], Остапенко В.В. [109] и др. Эти работы сводились в основном к выявлению математической зависимости между отдельными параметрами оползней. Механизму проявления оползневых процессов посвятили свои работы следующие ученые: Славянов В.Н. [144], [145]; Емельянова Е.П. [40], Золотарев Г.С. [51], Кожевникова В.Н. [70], Труханова Р.И. [151], Шуйский Ю.Д [167], Ерыш И.Ф. [47], Тихвинский И.О. [148], Корженевский И.Б. [78], Постоев Г.П. [121, 122], ПутиковаМ.О. [124], Родионов В.Н. [135]. Ряд работ посвящен методам изучения трещин: Мушкетова И.В. [99], Худяева И.Е. [156], Нифантова А.П. [103], Рогозина И.С. [136] Тер- Степа-няна Г.И. [147] и др. Трещины — один из главных признаков оползневого смещения, позволяющий познать механизм и природу оползня. Трещины на зданиях и сооружениях есть показатель характера оползневых процессов и разрушения. Первые попытки изучения физики оползневых процессов были сделаны 14 Мушкетовым И.В. в 1890 г., где он дал подробное описание трещин на оползнях, применяя положения механики для объяснения характера и расположения оползневых трещин. Голынец Ф.Ф. в 1930 г. предлагал изучать трещины на оползнях для выявления типов оползневых подвижек, очагов максимальных и минимальных напряжений. Классификации оползневых трещин, основанные на механизме их образования, дали в 1939 г. Рогозин И.С. и в 1946 г. Тер-Степанян Г.И. Классификация Рогозина И.С. [136] позволяет выделять следующие виды трещин (см. рис. 1.1). Левый борт оползня Выход воды Трещины скольжения Выход воды Правый борт оползня _Трещиная разрыва ^Оползневые ступени N^> или уступы Язык оползня Деформация основания Трещины выпучивания Рис. 1.1. Схема простого оползня по Рогозину И.С. 15 Трещины разрыва. Расположены в верхней части оползня; края трещины обычно смещены по вертикали, часто открыты (зияющие трещины), причем края их не смяты. Образовались в результате растягивающих или разрывных усилий. Часто располагаются концентрически, по полуокружности. Линия, проведенная через середину полуокружности по направлению к ее центру, обычно совпадает с направлением движения. Трещины вспучивания. Образуются в нижней части оползня, когда верхняя часть оползня двигается быстрее нижней или же оползень встречает внизу препятствие, в результате чего нижняя часть вспучивается и растрескивается. Края трещин вспучивания обычно находятся на одном уровне, трещины всегда открыты (зияющие), их расположение в основном нормально к направлению движения, но весьма часто получается целая сеть трещин. Трещины скольжения. Располагаются параллельно направлению движения оползня; вдоль них происходит скольжение двигающихся масс пород как по бортам оползня, так и между отдельными массивами, двигающимися с различной скоростью. Вдоль этих трещин часто образуются валики смятых и как бы выжатых масс грунта. Кроме этих основных видов трещин, Рогозин И.С. выделяет местные трещины, которые получились в результате каких-либо местных причин и которые трудно отнести к одному из указанных типов, и комбинированные трещины, образующиеся при совмещении описанных типов. Нифантов А.П. [103] дал новую классификацию трещин и выделил: а) трещины отрыва в голове оползня при движении по готовой поверхности (плоскости наслоения и т.п.); б) трещины срыва в голове оползня, развивающегося в однородной массе; в) боковые трещины; г) трещины разлома; д) трещины давления. Наиболее детальную классификацию оползневых трещин разработал Тер-Степанян Г.И. [147], который все оползневые трещины разделил на поверхностные, выступающие на дневную поверхность, и внутренние, которые теряются в глубине. Трещины на поверхности оползня могут быть объяснены 16 Список литературы
