Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Природно-климатические особенности южного побережья Байкал
1.1. Геолого-геоморфологические условия исследуемого района 9
1.2. Климатические особенности района исследования 14
1.3. Гидрологические условия 19
1.4. Ветровой режим на юге Байкала 23
1.5. Почвы и почвенный покров 26
1.6. Растительность и животный мир 29
Глава 2. История исследований и хозяйственного освоения южного побережья Байкал
2.1. Изученность береговой зоны побережья озера Байкал 34
2.2. Исходные данные и методика ранее проведенных исследований 38
2.3. Строительство и эксплуатация Кругобайкальского участка ВСЖД 42
2.4. Строительство и влияние Иркутского гидроузла на режим управления водными ресурсами озера Байкал 53
2.5. Изменение уровенного режима озера Байкал 60
Глава 3. Природные процессы и явления южного побережья Байкал и меры борьбы с ними
3.1. Опасные природные процессы, связанные с вмешательством человека в геосистемы южного побережья озера Байкал 73
3.1.1. Развитие гравитационных процессов и селевых явлений 75
3.1.2. Процессы заболачивания, затопления и подтопления 86
3.1.3. Абразионная деятельность и разрушение берегов 88
3.2. Экозащитные береговые сооружения и проектирование систем инженерной защиты 102
3.2.1. Этапы строительства и эксплуатации берегозащитных сооружений
3.2.2. Восстановление поврежденных береговых ландшафтов с помощью волногасящих берм 106
Глава 4. Оползневые явления на южном побережье Байкала и методы их изучения
4.1. Современное состояние оползневых процессов и краткая инженерно-геологическая характеристика горных пород 119
4.2. Инженерно-геоэкологические условия района 128
4.3. Оползни и безопасное ведение хозяйственной деятельности 131
4.4. Методика изучения оползневых процессов 138
4.5. Оценка эффективности используемого метода вертикальных дренажных систем 143
4.6. Прогнозируемые изменения в природной среде при проведении противооползневых работ 148
4.7. Основные рекомендации по природоохранным 159
мероприятиям противооползневых работ
Заключение 161
Список литературы 165
- Геолого-геоморфологические условия исследуемого района
- Изученность береговой зоны побережья озера Байкал
- Развитие гравитационных процессов и селевых явлений
- Современное состояние оползневых процессов и краткая инженерно-геологическая характеристика горных пород
Введение к работе
Актуальность работы. Южное побережье оз. Байкал является составной
частью центральной экологической зоны, включенной в Участок Мирового
природного наследия. Соответственно, здесь введен режим наибольшего
ограниченного природопользования, и допускаются лишь
лесовосстановительные и биотехнические работы, направленные на сохранение и восстановление природных геосистем, а также регулируемая рекреационная и научно-исследовательская деятельность. В то же время этот участок побережья несет на себе значительную антропогенную нагрузку.
Южное побережье Байкала всегда было подвержено влиянию экзогенных процессов (селевых, обвальных, оползневых и др.), но с момента строительства и ввода в эксплуатацию Кругобайкальского участка ВСЖД большую роль в их развитии стала играть хозяйственная деятельность человека, это проявилось в нарушении естественного баланса, сложившегося в природе.
Еще больше проблема усугубилась со времени повышения уровня оз. Байкал, связанного с распространением на него подпора от плотины Иркутской ГЭС. Это повлекло за собой изменения естественного хода развития берегоформирующих процессов, усиление размывов берегов. В свою очередь подмыв оснований береговых склонов привел к активизации старых и возникновению новых склоноформирующих процессов - оползней, оплывин, осыпей.
Экзогенные процессы создали угрозу природно-хозяйственным структурам. Поэтому, в настоящее время, предотвращение опасностей, связанных с развитием оползневых, абразионных и других процессов на юге Байкала - одна из целевых программ устойчивого развития Байкальского региона.
Целью данной работы является изучение геоэкологических проблем, связанных с развитием экзодинамических процессов на южном побережье Байкала, активизировавшихся в результате вмешательства человека, и их влияния на безопасное функционирование сооружений, а также определение путей их решения.
Для реализации поставленной цели были решены следующие задачи:
проведен комплексный анализ природно-климатических условий и факторов, влияющих на формирование экзодинамических процессов, развивающихся в береговой зоне южного Байкала;
проведен историко-географический анализ негативного влияния строительства и эксплуатации Кругобайкальского участка ВСЖД и Иркутской ГЭС на развитие, активизацию и возникновение новых склоноформирующих процессов;
дан анализ развития опасных природных процессов на южном побережье оз. Байкал;
дана оценка инженерно-геоэкологическим условиям образования оползневых процессов на южном побережье оз. Байкал; современного состояния и влияния их на безопасное ведение хозяйственной деятельности;
- оценены меры защиты от оползневых и абразионных процессов, а также
дан анализ прогнозируемых изменений в природной среде при проведении
противооползневых работ.
Объектом исследования являются экзодинамические процессы южного побережья оз. Байкал.
Предметом исследования являются региональные особенности развития экзодинамических процессов (оползневых, абразионных, обвальных, селевых), их современное состояние и связанные с ними геоэкологические проблемы.
Исходный материал и методика исследований. Информационную базу работы составили многочисленные литературные и картографические источники, фондовые материалы, а также законодательные и нормативные акты РФ. Методика исследований определялась спецификой цели и включала как полевые (в период 1998-2006), так и камеральные работы (сбор информации в организациях и ведомствах).
Исходной теоретической основой данной работы являются положения, изложенные в трудах Б.П. Агафонова, М.Д. Будза, Г.Ю.
Рис. 1 Район исследования
Верещагина, Е.К. Гречищева, А.Б. Иметхенова, Л.Я. Кулиш, В.Г. Лапердина, Г.В. Палыпина, А.В. Пинегина, Ю.Б. Тржцинского и др. Основные защищаемые положения
1. Антропогенное влияние на геосистемы южного побережья оз. Байкал
привело к активизации и нарушению естественного хода экзодинамических
процессов и явлений.
2. Интенсивное проявление абразии привело к уничтожению естественных
пляжей, активизации склоноформирующих процессов, разрушению берегозащитных
сооружений, создало угрозу железной дороге. Сохранение природной среды южного
побережья оз. Байкал и безопасное функционирование природно-хозяйственных
структур зависит от качественного проектирования, строительства и эксплуатации
систем инженерной защиты берегов.
3. Транспортная магистраль создавалась в условиях развития весьма опасных
природных процессов, в том числе и оползней, влияющих на безопасную
эксплуатацию железной дороги. Оценка и прогноз катастрофических оползневых
явлений - один из основных принципов управления экологическими,
экономическими и другими рисками.
Научная новизна работы заключается в том, что благодаря проведенным исследованиям:
- установлены закономерности проявления экзодинамических процессов,
развивающихся в береговой зоне южного побережья оз. Байкал и связанных с
хозяйственным освоением территории;
- проведена оценка существующих берегозащитных сооружений и
предложены основные мероприятия по сохранению берегов от абразионных
процессов;
- выявлены различные генетические типы оползней, отличающихся по
морфологии и механизму, скорости и положению относительно защищаемого
объекта полотна железной дороги;
- предложен подход для оценки экологического и экономического рисков для
оползневых участков и обоснованности защитных мероприятий.
Практическая значимость. Полученные результаты дают достоверное представление о современном состоянии экзодинамических процессов южного побережья оз. Байкал и их влиянии на функционирование железной дороги; позволяют прогнозировать изменения природной среды при проведении противооползневых работ. Отдельные материалы, изложенные в диссертации, используются при проведении занятий со студентами по дисциплинам «Инженерная геология», «Инженерная геология и геокриология» в Восточно-Сибирском государственном технологическом университете.
Апробация работы и публикации. Материалы диссертации опубликованы и были обсуждены на следующих научно-практических конференциях и симпозиумах: «Молодые ученые Сибири» (Улан-Удэ, 1998); III международная научно-практическая конференция «Взаимоотношения народов России, Сибири и Дальнего Востока: история и современность» (Улан-Удэ, 1999); региональная научно-практическая конференция «Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов» (2001, 2006); международный симпозиум «XXI век: диалог цивилизаций и устойчивое развитие» (Улан-Удэ, 2001); всероссийская научно-практическая конференция, посвященная 80-летию ГПЗ «Столбы» (Красноярск, 2005).
По теме диссертации опубликовано 7 работ, из них одна в рекомендуемом ВАК издании.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы. Общий объем работы - 179 стр. Текст работы сопровождается 21 рисунком и 18 таблицами. Список литературы содержит 160 наименований публикаций.
Настоящая работа выполнена на кафедре «Экология и безопасность жизнедеятельности» Восточно-Сибирского государственного технологического университета.
Автор выражает искреннюю признательность и благодарность научному руководителю д.г.н., проф. А.Б. Иметхенову.
Геолого-геоморфологические условия исследуемого района
Главным фактором формирования современного рельефа Байкальской рифтовой зоны являются неотектонические движения, которые привели к созданию отдельных хребтов, предгорных и внутригорных впадин и т.д. Более мелкие формы рельефа созданы в основном экзогенными рельефообразующими процессами.
Современные эндогенные процессы выражены, в основном, в резких колебаниях земной коры. На Байкале они зафиксированы по результатам медленных вековых движений. Многие ученые отмечали признаки современного вертикального перемещения береговой линии Байкала (Ламакин, 1953; Думитрашко,1956; Гречищев, 1957; Ладохин, 1951, 1959, 1960). Но, однако, темпы и направление этих перемещений служат пока еще предметом оживленной дискуссии. В целом вся территория побережья оз. Байкал осложнена большим количеством тектонических блоков. Особенно здесь четко выражено мелкоблоковое строение поверхности в переходных зонах от положительных морфоструктур к отрицательным (Флоренсов, 1964; Логачев, 1974; и др.).
Крупной положительной морфоструктурой исследуемого района является хр. Хамар-Дабан, который протягивается от юго-западной оконечности Байкала до нижнего течения р. Селенги сначала в восточном, а затем в северовосточном направлении. До р. Переемной, он имеет характер ровного и сравнительно широкого приподнятого плато до 1500 м высоты, на фоне которого местами возвышаются массивные, округленные вершины, чередующиеся иногда с группами гольцов, достигающих более 2300 м высоты. Склоны хребта сильно расчленены глубокими долинами малых рек, часто протекающих среди отвесных скал. Начиная от р. Переемной хребет, постепенно понижаясь, переходит в наиболее низкогорную часть. Здесь местные водоразделы и широкие межгорные участки приподняты над Байкалом на 800-1000 м. По своему облику они похожи на пологоволнистую равнину с глубиной вреза рек на 150-200 м и осложнены структурно-эрозионными желобами (Иметхенов, 1987). Начиная с Мишихо-Темнинского междуречья, «особенности морфоструктурного поднятия подчинены отрицательной ундуляции северо-восточной оконечности Байкальского свода в области ее сопряжения с Селенгинской структурной седловиной» (Резанов, 1984, с. 31). На водораздельной части хребта кое-где сохранилась реликтовая мел-палеогеновая поверхность выравнивания.
Вдоль южного побережья Байкала прослеживаются обширные предгорные структуры. Среди них особо выделяется Танхойское поле, вытянутое узкой полосой между реками Хара-Мурин и Мысовая. Его протяженность более 100 км при ширине до 6-8 км, относительная высота в тыловой части 150-200 м. Основная часть его площади занята неоген-четвертичными отложениями с глубоко врезанными в них современными речными долинами. Местами эти осадки размыты, но, залегая моноклинально, в сводном разрезе достигают мощности до 1000 м и более (Пальшин. 1955).
На крыльях Селенгинской депрессии (впадины) развиты предгорные структурно-денудационные ступени высотой 40-50, 70-80, 100-120, 140-160 и 180-200 м. Это, прежде всего Боярский (40-50, 100-120 м) и Большереченский (70-80 м) блоки (Иметхенов и др., 19766; Иметхенов, 19826, 1987). Поверхности их полого наклонены в сторону оз. Байкал и осложнены небольшими останцовыми массивами. Сложены ступени алевролитами, песчаниками и глинами танхойской свиты мощностью до 400 м, на которых моноклинально залегают песчано-галечные отложения аносовской свиты.
Каждая из этих структур имеет своеобразное строение, Танхойское поле, по мнению Н.А. Логачева (1974), как бы отстало в своем развитии от окружающих гор хр. Хамар-Дабан и погружения дна Южно-Байкальской впадины и задержалось почти на прежнем высотном уровне добайкальского рельефа. Более мелкие блоки, такие как Боярско-Мысовской, Большереченский, также задержались в своем развитии и сейчас находятся в стадии динамического равновесия (Иметхенов, 19826).
Южное побережье оз. Байкал можно условно по геолого-геоморфологическим признакам разделить на два района: район побережья между заливом Посольский Сор и устьем р. Хара-Мурин и район побережья от устья р. Хара-Мурин до ст. Слюдянка.
1. Район побережья между заливом Посольский Сор и устьем р. Хара-Мурин. Почти на всем протяжении этого участка развиты неогеновые толщи осадков, слагающие подгорную структурно-денудационную ступень, расчлененную долинами и разбитую разломами на разновысотные террасоувалы и увалы. В прибрежной полосе близ абразионных уступов на этих образованиях очень часты проявления оползневых процессов.
Байкальский склон Хамар-Дабана на этом же участке побережья подразделяется, по крайней мере, на три подрайона, в пределах которых рельеф резко отличается по морфологии и морфометрическим характеристикам. Первый подрайон занимает территорию междуречья Большая речка - Правая Мишиха; второй - между р. Правая Мишиха - правые притоки р. Выдринной в ее нижнем течении; третий - между р. Выдринная в нижнем течении и р. Хара-Мурин. Характер предгорной ступени на этих участках тоже меняется. Участки отличаются также по высотам высоких увалов, соотношению площадей поверхностей четвертичной аккумуляции и структурно-денудационных поверхностей.
Первый участок (подрайон) побережья в пределах собственно северного склона хребта Хамар-Дабан расположен между реками Култучная и Мантуриха. На многих участках подрайона моделировка склонов долин и водоразделов до высоты 1050 м, привела к образованию склонового мелкосопочника. В верховьях р. Малой Осиновки склоновый мелкосопочник развит до высот 1000-1070 м. Сочетание склонового мелкосопочника и ложбин выпахивания отмечено от р. Малой Абрамихи на запад до р. Мысовой и далее к р. Правой Мишихе. В образовании массивных склонов с прямым или слабо вогнутым профилем, с ложбинами выпахивания на левобережье верхнего течения Большой речки большую роль сыграла мерзлотная моделировка. На примере этого участка хорошо видна зависимость характера моделировки склонов от их длины и абсолютных высот. В среднем, высота границы между высотными поясами реликтовых гольцовых (мерзлотных) моделированных участков склонового мелкосопочника равна 1000 м над уровнем моря. Но она, может меняться от указанной отметки на десятки или первые сотни метров. При незначительном отклонении высот водоразделов выше этой границы поясов чаще всего склоны характеризуются склоновым мелкосопочником. При выходе горного массива выше этой границы, склон уже моделируется мерзлотными процессами. Смещение нижней границы (в районе рек Мишихи и Мысовой) реликтовых форм гольцового рельефа (глыбовые россыпи, уступы нагорных террас), достоверно устанавливается на высотах более 1400 м. Вдоль долин рек Левой Мишихи и Мысовой развит эрозионный рельеф.
Изученность береговой зоны побережья озера Байкал
Изучением рельефа береговой зоны Байкала занимались многие исследователи. Исследования в основном касались вопросов строения рельефа побережья, происхождения и истории развития Байкальской впадины. Кроме того, затрагивались проблемы проявления горного оледенения, генезиса, распространения и количества байкальских террас, количества эпох выравнивания рельефа Прибайкалья, характера проявления экзогенных процессов (абразии, оползней и селей).
На берегах оз. Байкал встречаются большое количество террас и террасовидных уровней. Сведения о них имеются в работах Н.В. Думитрашко, Г.Б. Пальшина, В.В. Ламакина, С.С. Воскресенского, Б.Ф. Лута, В.Д. Маца, А.Б. Иметхенова и др. Количество байкальских террас по данным этих исследователей колеблется от 3 до 12. Среди них выделяются террасы аккумулятивные, аккумулятивно-эрозионные, эрозионные, абразионные, а также цокольные. Н.А. Флоренсов (1964) считает, что в действительности озерные террасы не имеют столь широкого распространения на берегах Байкала. По его мнению, исследователи часто ошибаются, относя к озерным террасам древние равнинные пролювиальные участки, а также средние и высокие денудационные террасовидные ступени.
Среди исследователей Прибайкалья также нет единого мнения и о числе и возрасте поверхностей выравнивания. Н.В. Думитрашко (1935, 1948, 1952) предполагает наличие здесь трех пенепленов: доюрского, мелового и верхнемиоценово-плиоценового. Другие исследователи, например, Е.В. Павловский (1937), В.В. Ламакин (1957, 1961, 1968), С.С. Воскресенский (1959), Н.А. Логачев (1964, 1968, 1974) выделяют одну пенепленизированную поверхность, которая имеет только третичный возраст. Экзогенные процессы (оползни, сели), которые широко развиты на склонах Байкальской впадины, изучались Г.В. Пальшиным (1957), Ю.Б. Тржцинским (1967, 1977, 1996, 1997), A.M. Лехатиновым (1974, 2004), Б.П. Агафоновым (19756, 1975в), Кадастр лавин... (1991), А.Б. Иметхеновым (1983, 1994, 1997,2003) и др.
В целом была проделана большая работа. Но, тем не менее, до сих пор отсутствуют детальные работы по отдельным участкам побережья оз. Байкал.
Изучение динамики берегов. Сведения о динамике берегов Байкала в условиях его естественного уровенного режима весьма малочисленны. Некоторые данные о разрушении берегов во время очень сильных штормов и в годы высокого стояния уровня озера имеются в работах Г.Ю. Верещагина (1937, 1938). На юге Байкала наблюдения за оползневыми деформациями и размывом берегов вдоль Кругобайкальского участка проводились геологической службой Восточно-Сибирской железной дороги (Пальшин, 1957).
Систематическое изучение динамики берегов Байкала связано со строительством Иркутской ГЭС. С повышением уровня озера, вызванного подпором Иркутского водохранилища, потребовалось оценить размыв берегов, показать зону затопления и подтопления прибрежной территории, определить условия заносимости наносами портов и причалов, предложить мероприятия по защите берегов от разрушения и т.п. Решением этих вопросов занимались сотрудники академических институтов СО РАН (Институт земной коры, Лимнологический и Геологический), а также геологическая служба Восточно-Сибирской железной дороги.
В это время было выполнен ряд серьезных работ с написанием отчетов, монографий и статей, посвященных состоянию берегов и их прогнозу, уровенному режиму и волнению (Гречищев, 1958,1959а, 19596; Лопатин, 1957 и др.). Так, например, Е.К. Гречищевым был разработан метод расчета ширины зоны размыва берегов и выполнены расчеты для участков побережья, интересных в смысле эксплуатации находящихся здесь объектов. Одновременно, им были даны расчеты о возможной ширине размыва берега при повышении уровня озера на 1,0-1,2 м сверх подпорной отметки Иркутской ГЭС.
Исследованиям Байкала при зарегулированном уровне посвящено наибольшее количество работ. В 1962 г. было выполнено первое районирование берегов Байкала и составлена карта «Геоморфология и динамика берегов», опубликованная позже в Атласе Байкала (1969). В этом же Атласе была помещена «Инженерно-геологическая карта Прибайкалья» с отражением на ней выполненного прогноза переформирования берегов.
В 1963-1965 гг. была проведена инженерно-геологическая съемка масштаба 1:50000 и составлен «Отчет по геолого-гидрогеологическим и инженерно-геологическим исследованиям, проведенным в районе юго-западного побережья озера Байкал», в котором отражены вопросы динамики берегов этого наиболее интенсивно осваиваемого участка байкальского побережья.
Особо следует отметить исследования, проведенные Институтом земной коры СО РАН в 1964-1965 гг. по теме «Геологические основы комплексного народно-хозяйственного освоения Прибайкалья». Результатом этих работ стало опубликование коллективной монографии «Инженерная геология Прибайкалья» (1968). Это первая сводная работа по основным разделам инженерной геологии региона, в том числе и по инженерной геологии береговой зоны Байкала.
Широкие стационарные наблюдения за перемещением наносов, морфологией шельфа и глубиной абразионного воздействия волн вели Л.Я. Кулиш и А.В. Пинегин (1959). Одновременно А.В. Пинегиным (1971) при изучении морфологии шельфа вдоль южного берега Байкала было выявлено широкое распространение подводных оползней.
В 1970-1972 гг. была проведена совместная работа сотрудниками Института земной коры СО РАН и Геологического института СО РАН по теме «Экзогенные процессы и явления на юге Восточной Сибири и основы их инженерно-геологической оценки», в результате которой был написан отчет «Геоморфология побережья и динамика изменения берегов озера Байкал» (1972 г.) и подготовлена коллективная монография «Динамика берегов озера Байкал при новом уровенном режиме» (Динамика..., 1976).
Развитие гравитационных процессов и селевых явлений
Обвальные явления принадлежат к группе гравитационных, так как развиваются под влиянием гравитационных сил на склонах и откосах. К ним относятся собственно обвалы, вывалы и осыпи. Как обвалы, так и вывалы проявляются в быстром и внезапном перемещении масс горных пород, но по своим размерам и условиям движения они различны (Ломтадзе, 1977).
Обвальные явления характеризуют неустойчивость склонов и откосов и на участках их распространения создают постоянную опасность для жизни и деятельности людей, сохранности и нормальной эксплуатации сооружений, и требуют выполнения различных профилактических и капитальных мероприятий. Практика показывает, что обвалы исключительно большой ущерб наносят различным линейным сооружениям и особенно дорогам.
Сильно расчлененный крутосклонный рельеф и повышенная сейсмичность Прибайкалья обусловливают широкое развитие и частую повторяемость горных обвалов (Тржцинский, 1967).
Массовому проявлению обвалов благоприятствуют состав горных пород и их подверженность тектоническим нарушениям, а также дожди, паводки (затопление), эрозия почв, оттаивание мерзлоты, землетрясения, взрывы, изъятие пород и т.д. В основном на развитие обвалов существенное влияние оказывают дожди. Во время затяжных дождей в береговых обрывах автомобильной и железной дорог возникают мелкие обвалы и камнепады. По данным В.П. Солоненко (1960), на Кругобайкальском участке ВСЖД из 564 обвалов 57% произошло во время дождей.
Подмыв обрывистых берегов на уступах террас и шлейфов вызывает земляные обвалы. Интенсивность их повышается в период высокого стояния воды на Байкале.
Землетрясения являются существенным фактором одновременного проявления обвалов на большой площади. Сейсмогенные обвалы могут достигать громадных объемов. Так, в бассейне р. Бабха B.C. Хромовских (1965) описано два гигантских сейсмогенных обвала объемом 20 и 80 млн. м3.
Особый режим развития имеют обвалы, возникающие при суточном переходе температуры воздуха через 0С. Ночное охлаждение подтягивает влагу к поверхности промерзания пород; замерзание ее сопровождается развитием раздвиговых сил, под действием которых обломки пород смещаются к фронту разгрузки напряжения (обрыву). Дневное протаивание деятельного слоя вызывает обрушение сдвинутых за ночь обломков (Геология..., 1988). Если же проследить за ходом проявления обвалов, то можно выявить следующую закономерность: интенсивность их снижается осенью по мере промерзания пород и увеличивается весной по мере их разрушения. Согласно В.П. Солоненко (1960), 31% обвалов приходится на период весеннего протаивания грунтов.
Осыпи. Осыпи в Прибайкалье и Западном Забайкалье формируются во всех классах петрографических типов пород на обнаженных и крутых склонах (45-60), береговых обрывах и уступах террас и шлейфов оз. Байкал, бортах карьеров. Широко распространены осыпи магматических и метаморфических пород в горах Байкальской рифтовой области. Процесс бессвязного перемещения по склону обломков осуществляется в основном двумя способами: а) движущим процессом является интенсивное поступление обломочного материала с расположенного выше коренного уступа; б) активное удаление из основания склона скатившихся обломков, что способствует вовлечению в процесс осыпания новых масс накопившегося ранее обломочного материала.
Осыпи занимают значительные площади в горах Прибайкалья. По степени подвижности осыпи могут быть подвижными, слабоподвижными и квазинеподвижными (Геология..., 1988). В горах встречаются осыпи с льдистыми заполнителями. При этом льдистый слой лучше формируется в фиксированных осыпях, тело которых разделяется на два слоя - подвижный и неподвижный. Так, например, по наблюдениям A.M. Лехатинова (Геология ..., 1988, C.250), «пораженность осыпями возрастает с юга на север, а активность, наоборот, в обратном порядке». Большое влияние на распространение и режим осыпных процессов оказывает экспозиция склонов. На прогреваемой стороне возрастает пораженность крупными и активными осыпями, тогда как на теневых склонах преобладают мелкие по объему слабоподвижные осыпи.
Режим формирования осыпей зависит от многих факторов, главными из которых являются климатические, сейсмические и техногенные. Частота осыпания возрастает с повышением влажности выветрелых пород. Поэтому в периоды снеготаяния и дождей активность осыпей значительно возрастает. Процесс осыпания может ускориться также и при суточной смене положительных и отрицательных температур воздуха. Поздней осенью и зимой явления осыпи практически прекращаются.
Осыпные процессы вызывают непредсказуемые последствия. Они причиняют автомобильным и железным дорогам, линиям связи и другим хозяйственным объектам, расположенным на береговых уступах террас и шлейфов оз. Байкал. Здесь интенсивному проявлению осыпей способствует абразионная деятельность берегов. Их совместные проявления несут серьезную опасность подмыва и осыпания железной и автомобильной дорог.
Так, например, на участке Ореховый, расположенном вдоль дороги федерального значения меду станциями Утулик и Слюдянка, регулярно происходит смещение осыпей на дорогу, которые систематически убираются дорожной службой.
Сели. Селями называют происходящие на горных реках и временных водотоках паводки, несущие много твердого обломочного материала (глыб, щебня, валунов, гальки, песка) и глинистого мелкозема. Как и всякие паводки, сели внезапны и кратковременны, проходят с большими скоростями течения за несколько часов (до 3-5 ч), часто волнами из-за образующихся заторов, которые последовательно прорываются под напором накапливающихся масс. В таких случаях продолжительность селевых паводков возрастает иногда до 8-12 часов. Сели не являются определенной характерной чертой режима водного потока, они возникают неожиданно при стечении определенных условий, их формирующих. Поэтому, говоря о времени их образования, можно называть только наиболее вероятный период. Содержание твердого материала в селевом потоке может изменяться в широких пределах - от 10-15 до 40-60 % (Ломтадзе, 1977).
Следовательно, в отличие от обычного паводка горной реки сель является паводком с более высоким и очень высоким содержанием твердого материала. Естественно, что при насыщении водного потока твердым материалом происходит определенный переход количества в качество. Живая сила такого потока возрастает пропорционально произведению движущейся массы на половину квадрата скорости течения, и он становится способным совершать огромную геологическую работу. Это существенное качественно отличие селей позволяет рассматривать их как один из видов геологических явлений.
Современное состояние оползневых процессов и краткая инженерно-геологическая характеристика горных пород
Оползнем называется масса горных пород, сползшая или сползающая вниз по склону или откосу (искусственный склон) под влиянием силы тяжести, гидродинамического давления, сейсмических и некоторых других сил. Образование оползня - это результат геологического оползневого процесса, проявляющегося в вертикальном и горизонтальном смещениях масс горных пород вследствие нарушения их устойчивости - равновесия. Оползни разрушают склоны и откосы, изменяют их очертания, создают специфический оползневый рельеф (Ломтадзе, 1977).
Строительство сооружений и их эксплуатация в районах распространения или возможного образования оползней является сложной проблемой. Многовековой опыт показывает, что оползни - это грозное и часто грандиозное геологическое явление, это приводит к необходимости постоянно производить работы по улучшению таких территорий и строить разнообразные противооползневые сооружения.
Всякое оползневое смещение масс горных пород обусловливает разрушение склона или откоса. Оно происходит под воздействием силы тяжести и других сил и возможно только тогда, когда сдвигающая (скалывающая) составляющая силы тяжести превысит прочность пород в целом, либо по существующим или потенциальным поверхностям или зонам ослабления, когда будет нарушена устойчивость - предельное равновесие масс горных пород.
Причинами образования оползней, наиболее часто являются следующие: 1) увеличение крутизны склона или откоса при их подрезке, подработке или подмыве, а также при придании откосам большой крутизны; 2) ослабление прочности пород вследствие изменения их физического состояния при увлажнении, набухании, разуплотнении, выветривании, нарушении естественного сложения и т.д., а также в связи с развитием в породах явлений ползучести; 3) действие гидростатических и гидродинамических сил на породы, вызывающих развитие фильтрационных деформаций (суффозию, выпор, переход в плывунное состояние и др.); 4) изменение напряженного состояния горных пород в зоне формирования склона и строительства откоса; 5) внешние воздействия - загрузка склона или откоса, а также участков, прилегающих к их бровкам, микросейсмические и сейсмические колебания и др. Каждая из перечисленных причин в отдельности может вызвать нарушение равновесия масс горных пород на склонах или откосах, но наиболее часто наблюдается совместное влияние некоторых из них. Горные породы на склонах и в откосах, оказавшиеся под таким совместным влиянием, легко приходят в движение и образуют оползни. Под условиями, способствующими образованию оползней, следует понимать всю совокупность, облегчающих действие сил, нарушающих равновесие масс горных пород. Например, поверхности и зоны ослабления, имеющие наклон к основанию склона, облегчают действие сдвигающих усилий и, наоборот, наклоненные вглубь склона затрудняют или не способствуют такому действию. Местности с пересеченным рельефом благоприятны для развития оползней, и наоборот, равнинные менее благоприятны. В районах с влажным климатом оползни встречаются чаще, чем в районах с засушливым климатом и т.д. Следовательно, причины образования оползней и условия, способствующие этому явлению, не одно и то же. Такое расчленение понятий может показаться до некоторой степени условным, однако, оно необходимо и логически правомерно, так как облегчает анализ явлений, прогноз процессов и выбор направления защитных инженерных мероприятий. Из условий, наиболее часто способствующих образованию оползней, можно назвать следующие: 1) климатические особенности района; 2) гидрологический режим водоемов и рек для береговых оползневых участков; 3) рельеф местности; 4) геологическое строение склонов и откосов; 5) современные и новейшие тектонические движения и сейсмические явления; 6) гидрогеологические условия; 7) развитие сопутствующих экзогенных геологических процессов и явлений; 8) особенности физико-механических свойств горных пород; 9) инженерная деятельность человека. В качестве толчков для прихода в движение оползневых тел могут послужить как естественно-природные факторы (переувлажнение массивов горных пород, подрезание склонов рекой, сейсмические движения земной коры), так и факторы, возникшие в результате антропогенной деятельности (подрезка уступа склонов, нагрузка склонов инженерными сооружениями, массовые взрывы и т.д.). Широкому развитию оползневых процессов на южном побережье Байкала благоприятствуют следующие условия: - климатические; наличие суглинисто-глинистой толщи неогеновых пород, чередующимися с песчаниками, аргиллитами и алевролитами и бурыми углями и имеющих уклон в сторону оз. Байкал; - наличие системы тектонических трещин, субпараллельных и субперпендикулярных к склону; - значительное превышение водоразделов над днищем долин или же искусственными выемками при крутых и очень крутых склонах. Одним основных элементов выступает инженерно-геологическая среда, состоящая из горных пород, почвенного покрова, режима местности и подземных вод. Кроме перечисленных многокомпонентных динамических систем немаловажную роль в этом играют инженерно-геологические процессы и явления, широко развитые на данной территории. Современный геоморфологический облик южного побережья Байкала в целом сформировался в олигоцен-неогеновое время (60-25 млн. лет т. н.) (Логачев, 1974). Этот период завершается воздыманием Байкальского сводового поднятия и оформлением Прибайкальской впадины.
Наиболее подверженным оползневым процессам является участок, между станциями Танхой и Мысовая (рис. 16), где железная дорога расположена всего лишь в нескольких десятках метров от береговой полосы. Кроме того, здесь проходят две линии электропередач (ЛЭП-220, Иркутск-Улан-Удэ; ЛЭП-500, Иркутск-Гусиноозерск). Для этого участка составлен график зависимости оползневых процессов от атмосферных осадков (рис. 17) и вызываемых ими деформациями железнодорожного пути.
