Содержание к диссертации
Введение
1. Город как объект изучения инженерной геологии 7
1.1. Состояние изученности геологической среды территории г. Иркутска 8
1.2. Применение геоинформационных систем для исследований геологической среды г. Иркутска 12
2. Природные факторы формирования геологической среды 18
2.1.1. Геолого-геоморфологические условия территории г. Иркутска 18
2.1.2. Речная сеть и подземные воды 43
2.1.3. Инженерно-геологическая характеристика особенностей состава и свойств грунтов 50
3. Город как фактор изменения геологической среды 61
3.1 История развития г. Иркутска 61
3.2. Техногенные факторы эволюции геологической среды 74
3.3. Последовательность нарастания техногенных факторов с ростом и развитием городской терригории 97
4. Роль техногенных факторов в изменении геологической среды и развити и экзогенных геологических процессов 111
4.1. Изменение геологической среды на территориях граждаї іской застройки Ill
4.2. Изменение геологической среды в зонах влияния коммун икаций 131
4.3. Изменение геологической среды при промышленном и гидротехническом строител ьстпе 140
4.3.1 Изменения геологической среды при разработке карьеров п выработок 140
4.3.2. Изменения геологической среды при гидротехническом строител ьстве 158
4.3.2.1. Изменение поверхностной и подземной гидросферы 158
4.3.2.2. Изменение экзогенных геологических процессов 159
Заключение 173
- Применение геоинформационных систем для исследований геологической среды г. Иркутска
- Техногенные факторы эволюции геологической среды
- Изменение геологической среды в зонах влияния коммун икаций
- Изменения геологической среды при разработке карьеров п выработок
Введение к работе
Актуальность темы. Урбанизированные территории представляют собой сложные природно-техногенные системы, в которых на довольно ограниченном пространстве взаимодействуют различные компоненты геологической среды и техногенные фаг.оры. Геологическая среда г. Иркутска їа более чем трехсотлетнюю историю развития претерпела коренные изменения при постоянно нарастающем воздействием техногенных нагрузок. Результатом таких воздействий стало увеличение пораженное™ территории города экзогенными геологическими процессами (ЭГП), в частности, и изменение некоторых компонентов геологической среды, в целом. Совокупность природно-техногенных взаимодействий создает сложную пространственно-временную картину состояния природно-технической системы городской агломерации, а её понимание представляет необходимую предпосылку прогнозирования эколого-геодинамического состояния агломерации, предвидения и предотвращения опасных проявлений ЭГП на территории города. Решение этих задач предусматривается через исследование инженерно-геодинамической эволюции города Иркутска. В настоящее время город развивается, застраиваются новые участки, проводится реконструкция старых территорий, поэтому исследование свойств геологической среды и ЭГП по-прежнему является важной задачей и долгое время будет оставаться актуальным.
Объектом исследования является природно-тсхническая геосистема г. Иркутска с его инфраструктурой, коммуникациями, промышленными зонами, и развивающимися в ее пределах экзогенными геологическими процессами. Границы изучаемой территории совпадают с административными границами г. Иркутска.
Цель работы - проследить эволюцию инжеперно-геодинамических обстановок территории г. Иркутска, выделив основные этапы ее развития.
Основные задачи исследования:
1. Анализ историко-хронологический эволюции городской геосистемы, как одного из основных факторов развития природных и природно-тсхногсипых геологических процессов на территории г. Иркутска.
2. Создание геоинформационной системы (ГИС) г. Иркутска, которая включает в себя информацию по условиям геологической среды, характеру застройки, распространению и характеру ЭГП.
3. Детальное обследование территории города с целью выявления современных проявлений ЭГП и их техногенных аналогов.
4. Характеристика основных процессообразующих факторов с учетом постоянно нарастающего техногенного прессинга.
5. Анализ закономерностей развития природных и природно-техногенных геологических процессов на территории города.
Научная новизна:
1. Проведен детальный историко-геологический анализ развития территории г. Иркутска, и прослежена взаимосвязь различных рискообразуюишх факторов.
2. Впервые для территории г. Иркутска произведен анализ динамики развития основных ЭГП в различных временных рамках с различным набором техногенных воздействий, что позволило выделить пять основных этапов инженерно-геодинамической эволюции территории г. Иркутска.
3. Выявлены, охарактеризованы и представлены с точной привязкой на электронной карте современные суффозионно-просадочные, оползневые и эрозионные процессы на территории г. Иркутска, характеризующие настоящий этап инженерно-геодинамического состояния городской территории.
4. Создана геоинформационная система (ГИС) для г. Иркутска, включающая комплект электронных карт и баз данных по условиям геологической среды, характеру техногенной нагрузки, раснросіранению и характеру ЭГП на всех этапах развития города.
Защищаемые положения:
1. История инженерно-геологического развития г. Иркутска прошла в несколько этапов, в течение которых техногенное воздействие па геологическую среду возрастало. И если па первых этапах (1652 - 1903 гг.) оно было минимально и фактически не вызывало геоэкологических проблем, то XX век отличен резким всплеском вмешательства человека в городские ландшафты, что и определило существенное антропогенное изменение геодинамической обстановки.
2. Закономерности развития инженерно-геодинамической обстановки урбанизированной территории определяются взаимодействием естественных процессообразующих факторов и техногенных воздействий. Интенсивность влияния природных факторов с течением времени уменьшается, в то время как техногенное воздействие увеличилось в несколько раз, что привело к образованию новой природно-техногенной системы.
3. Увеличение пораженное™ городской территории техногенными аналогами суффозионных, эрозионных и гравитационных процессов явилось результатом использования геологической среды г. Иркутска без учета ее инженерно- геологических особенностей.
Практическое значение. Данные, полученные автором, и созданные базы данных ГИС являются информационной базой для дальнейших инженерно-геологических исследований на территории города, и могут использоваться в проектных и изыскательских организациях при освоении новых участков строительства и реконструкции застроенных территорий. Кроме того, результаты работы дают возможность обосновывать допустимые величины техногенных воздействий на геологическую среду города и разрабатывать методы борьбы с негативными инженерно-геологическими процессами.
Исходные материалы и личный вклад автора. В основу диссертации положен фактический материал, полученный автором в результате полевых исследований на территории г. Иркутска, проводившихся в 2000-2004 годах. Кроме того, автором изучены летописные источники, анализ которых позволил представить изменения геологической среды территории города на протяжении всей истории его развития. Теоретической основой для решения поставленных задач являются результаты исследований, проведенных на территории г. Иркутска в течение последних десятилетий по инженерно-геологическим условиям территории Иркутска. В их числе были использованы результаты комплексной геологической, гидрогеологической и инженерно-геологической съемки масштаба 1: 50000, опубликованные и фондовые работы Л.А.Сироткипа, БЛ.Шурыгина, Т. Г. Рященко, В. В. Акуловой, Е. В. Пиннскера, И. С. Ломоносова, Б. М. Шенькмана, И.Б. Шсиькмаи, Ф. И. Лещикова, Р. М. Лобацкой, Ю. Б. Тржцинского, В. М. Литвина, Н. И. Демьянович, Г. И. Овчинникова.
Апробация работы проводилась на следующих научных симпозиумах, конференциях, семинарах: XIX Всероссийской молодежной конференции «Строение литосферы и геодинамика» (Иркутск, 2001); Третьей Байкальской молодежной школе-семинаре «Геофизика на пороге третьего тысячелетия» (Иркутск - Черноруд, 2001); Четвертой Байкальской молодежной школе-семинаре «Геофизика на пороге третьего тысячелетия» (Иркутск— Черноруд, 2002); Первой Сибирской международной конференции молодых ученых по наукам о земле (Новосибирск, 2002); XX Всероссийской молодежной конференции. «Строение литосферы и геодинамика» (Иркутск, 2003); Седьмом Международном научном симпозиуме им. академика М.А. Усова «Проблемы геологии и освоения недр» (Томск, 2003); Пятой Байкальской молодежной школе-семинаре «Геофизика на пороге третьего тысячелетия» (Иркутск - Черноруд, 2004); Третьей школе-семинаре молодых ученых России «Проблемы устойчивого развития региона» (Улан-Удэ, 2004); Восьмом Международном научном симпозиуме им. академика М.А. Усова «Проблемы геологии и освоения недр» (Томск, 2004), где автор выступал с докладами но теме диссертационной работы.
Публикации. По результатам исследований автором лично или в соавторстве опубликовано 17 работ, в том числе 3 статьи в зарубежных сборниках.
Структура и объем работы:
Диссертация состоит из введения, 4 глав и заключения. Объем работы 183 страницы, в том числе 51 рисунок, 8 таблиц, список использованной литературы составляет 102 наименования.
Автор выражает глубокую благодарность научным руководителям: проф. д.г-м.н. Ю.Б. Тржцинскому, проф. д.г-м.н. К.Г. Леви, с.н.с. к.г-м.н. В.М. Литвину за постановку темы и поддержку при выполнении работы. При работе над диссертацией цепные советы были получены от к.г-м.н. В.В. Акуловой, к.г-м.н. Н.И. Демьянович, д.г-м.н. Г.И. Овчинникова. За помощь, оказанную в процессе полевых и камеральных работ, автор благодарит сотрудников ИЗК СО РАН А.А. Рыбченко, к.г-м.н. Е. А. Козыреву, к.г-м.н. О.А. Мазаеву, к.г-м.н. Я.Б. Радзиминовича, М.Ю. Готовскую.
Применение геоинформационных систем для исследований геологической среды г. Иркутска
Геоинформационные системы (ГИС) являются исключительно удобным инструментом при исследовании различных факторов, оказывающих воздействие на геологическую среду (ГС) урбанизированных территорий. Анализ изменений в геологической среде, произошедших за время развития крупных городов и городских агломераций, позволяет во многих случаях определить механизм воздействия того или иного фактора на ГС, а также выявить взаимосвязи между факторами различного характера. С помощью ГИС становится возможным прогноз состояния геологической среды, ее устойчивости к имеющимся и предполагаемым нагрузкам. Кроме того, при наличии детальной исходной информации о воздействующих на ГС факторах, может осуществляться моделирование различных чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера и разработка превентивных мероприятий по смягчению их последствий. Так же комплексное картографирование городских территорий является удобным инструментом для прогнозной оценки изменения геологической среды (Голодковская, Зеегофер, Лебедева, Лихачева, 1983). В условиях роста промышленных центров и увеличения численности их населения последний аспект представляется весьма актуальным.
В данной главе излагаются некоторые подходы к решению указанных задач с помощью ГИС-технологий на примере города Иркутска. Подобные работы для территории городов, в том числе и Иркутска, проводились неоднократно. С помощью ГИС решался ряд задач для экологических, экономико-географических исследований, также решались проблемы землепользования и городского землеустройства (Богданов, 2001). Кроме того, был создан ряд электронных карт г. Иркутска по типизации геологической среды, по характеру геологической опасности того, или иного участка рассматриваемой территории, а также оценка устойчивости территории и рекомендации по ее освоению (Рященко, Акулова, Макаров, 2001, Рященко Т.Г., Акулова В.В., Протасова Е.В., Хотулев Р.А., 2002). В рамках разработки ГИС для г. Иркутска решались следующие основные задачи: 1) систематизация имеющихся материалов по экзогенным геологическим процессам (ЭГП) в пределах рассматриваемой территории; 2) картографирование областей распространения ЭГП; 3) создание цифровых баз данных, содержащих информацию о процессах и условиях геологической среды; 4) типизация техногенной нагрузки на среду.
Для создания электронной карты, послойно отражающей природные условия территории и объекты городской инфраструктуры, с привязанными к ним базами данных, была использована программа Maplnfo Professional, версия 6.5. В основу разработанной ГИС положены крупномасштабные картографические материалы различной тематики и различных годов издания: исторические планы Иркутска, начиная с XVIII века; современный топографический план города; карта сейсмического микрорайонирования и др. Кроме того, в полной мере отражены результаты полевых наблюдений последних пяти лет (Кадетова, 2001, 2002, Кадетова. Рыбченко, 2001, 2002, 2003). А также были использованы материалы опубликованных и фондовых работ по условиям территории Иркутска. Вся имеющаяся информация была систематизирована в базах данных ГИС. Информация об инженерно-геологической обстановке и геологической среде, представлена автором с использованием фондовых источников и карт сейсмического микрорайонирования. На этой основе выделены следующие слои (электронные карты): - грунтовые комплексы; - сейсмичность площадок; - гидрография; - склоны крутизной более 15; - оползневые склоны; - разрывные нарушения, дислокации. - условия геологической среды; - месторождения полезных ископаемых; - экзогенно-геологические процессы по состоянию на 60-е гг. XX века. Кроме того, автором обобщены собственные материалы, собранные в процессе полевых наблюдений за период 2000-2004 гг. Они составили основу для слоев (карт), отражающих современное распространение и динамику экзогенно-геологических процессов. ГИС содержит следующие слои указанной тематики: - суффозионно-просадочные процессы; - эрозионные процессы; - гравитационные процессы. Особое место занимают слои, отображающие информацию по застройке города. Фактически, представлено два таких слоя: первый отображает схему расположения городских кварталов; второй - отдельные здания. Возможность работы с отдельными объектами (в нашем случае - со зданиями) позволяет нам оценивать устойчивость конкретных площадок, занятых инженерными сооружениями, по отношению к негативно воздействующим факторам. К отдельным объектам каждого слоя привязаны записи в геоинформационной базе данных, включающей основные характеристики описываемого объекта. Ниже приводится краткое описание некоторых ключевых слоев и комментарии к ним. Условия геологической среды территории города. Данный слой был создан на основе геоморфологической схемы (рис. 1), составленной с использованием топографического плана города (Рященко. Акулова, Макаров, 2001, Рященко Т.Г., Акулова В.В., Протасова Е.В., Хотулев Р.А., 2002). Также использовались данные из указанных выше источников. База данных этого слоя включает в себя следующие поля: - геологическая характеристика; - геоморфологический элемент; - мощность залегания пород; - генезис пород; - глубина залегания грунтовых вод; - основные экзогенные геологические процессы, характерные для данного участка. Кварталы города. В данном слое приводится описание застройки территории г. Иркутска. База данных слоя «Кварталы города» включает в себя следующие поля: - тип застройки (материал, использованный при строительстве); - этажность зданий; - характер застройки (жилые, промышленные, офисные здания и т.д.). Все перечисленные параметры брались по среднему или преобладающему показателю в квартале. В «смешанных» кварталах перечислялись все типы застройки, присущие данному кварталу. Всего в базе данных по кварталам описано 1955 объектов. По вышеперечисленным характеристикам все кварталы разделили на основные типы (рис. 2):
Техногенные факторы эволюции геологической среды
В результате реконструкции антропогенной эволюции инженерно-геодинамической обстановки территории города установлено, что ее направленность определяется исходным геодинамическим состоянием и последовательным нарастанием техногенных воздействий. Детально рассмотрев историю развития и застройки территории Иркутска, можно выделить . следующие группы техногенных факторов изменения геологической среды: - формирование культурного слоя, техногенно-измененных грунтов; - нагрузки от гражданского строительства; - изменение поверхностной гидросферы; - изменение режима подземных вод; строительство наземных линейных коммуникаций; - изменение микрорельефа города; - строительство подземных коммуникаций. Формирование культурного слоя, техногенно-измененных грунтов. Под искусственными грунтами понимают горные породы и почвы, которые сознательно переделаны человеком при решении различных инженерных задач или подверглись переработке в результате производственной или хозяйственной деятельности людей (Сергеев, 1982). Значительная часть экзогенных процессов на территории города формируются и развиваются в техногенных грунтах. Суффозионно-просадочные, эрозионные процессы развиваются в новой, техногенной среде. Поэтому, именно этот фактор является основным в изменении геологической среды города.
На большей части территории города наблюдается механическое нарушение почвенного профиля и захоронение внутри почвы или под ней разнообразного бытового и строительного мусора, остатки фундаментов разрушенных зданий, подземных коммуникаций. Значительная часть территории города сложена грунтами претерпевшими экскавацию, то есть техногенно-измененными грунтами. Перемещение и изменение грунтов происходит при строительстве гражданских, промышленных объектов, при прокладке подземных коммуникаций, линейных сооружений. Экскавации подвергались, главным образом, суглинистые грунты, структура и свойства которых при этом резко ухудшаются. Мощность культурных отложений в городах может достигать значительных величин - нескольких десятков метров (древние города) или нескольких метров (6 м в древнем Новгороде, 8 м в Москве). По сравнению с ними Иркутск довольно молодой город, мощность исторического слоя в Иркутске - около 1 - 1,5 м (Воробьева, Бердникова, 2003). По определению Е.М. Сергеева (1982) под культурными слоями понимают верхние слои земли крупных населенных пунктов, несущие на себе отпечаток деятельности человека. В местах поселений человека в течение столетий, а иногда и значительно быстрее на поверхности земли формируется слой, который по своему вещественному составу и свойствам отличается от нижележащих естественных пород. В культурных слоях в качестве остатков самые разнообразные материалы: битый кирпич, строительный мусор, зола. Формирование культурного слоя, с одной стороны связано с геологическим строением и геоморфологическими условиями местности, а с другой стороны, с историей города, с характером хозяйственно-культурной деятельности человека. Культурный слой имеет своеобразный вещественный состав, формирующийся в процессе его образования. Петрографический состав минеральной массы культурного слоя обусловлен геологическими условиями, а состав включений определяется характером хозяйственно-культурной деятельности человека. Культурный слой неоднороден по своему составу, как по вертикали, так и в горизонтальном направлении (Сергеев, 1982).
Процесс формирования техногенных и техногенно-измененных грунтов присущ для каждого длительно развивающегося города. Изменение микрорельефа территории, перемещение больших объемов грунтов при строительстве каких-либо инженерных объектов, устранение заболачиваемости территории, улучшение условий строительства (строительство на насыпных грунтах), накопление строительного мусора при сносе зданий - все это создает новую техногенную среду для развития процессов. Все выше перечисленные факторы формирования техногенных фунтов характерны и для Иркутска. Начало формирования культурного слоя можно приурочить к началу освоения и застройке городской территории. Так как самой старой частью города является исторический центр Иркутска, то здесь происходило наиболее продолжительное накопление техногенных грунтов, и здесь отмечается их наибольшая мощность. Например, в 1690 году на территории посада (территория сквера Кирова) было озеро, которое представляло собой «курью» (старицу) реки Ангары (рис. 9). При благоустройстве территории жители прорыли глубокие каналы и спустили воду в Ангару, после чего участок засыпали землей (Иркутская летопись, 2003). Летописным источникам свидетельствуют также данные геологического разреза. В октябре 2000 г. вскрыта траншея вдоль Нижней набережной Ангары, за «Вечным огнем». Траншея врезалась в темно-сизоватые тонкослоистые пылеватые отложения (вскрытая мощность 3 м), относящиеся к старичной фации аллювия. Их наличие указывает на существование здесь какое-то время назад довольно глубокого старичного озера (Воробьева, Бердникова, 2003). Подобная ситуация была и в районе Арсенальской площади (район центрального рынка).
В периоды сильных ливней местность представляла собой небольшое озеро, которое постоянно засыпали щебнем и другим строительным материалом (Романов, 1993). На том месте где был основан Иркутский острог, за зданием областной администрации, на берегу Ангары есть береговой мыс, расположенный недалеко от пешеходного мостика. Длительное время этого берегового мыса не существовало, он сформировался из золоотвалов Иркутской ТЭЦ в XX веке, и стены острога находились в 10-20 метрах от берегового обрыва. Нынешний уровень почвы на месте, где находился острог, примерно на один-два метра превышает прежний уровень, и его можно проследить по цоколям Спасской и Богоявленской церквей. В этом месте обрывистый берег реки нависал над рекой, поднимаясь над ее уровнем на 12 метров (Памятники..., 1993). Исходя из вышеописанного примера можно сказать, что даже некоторые формы микрорельефа города полностью образовались из техногенных отложений.
Изменение геологической среды в зонах влияния коммун икаций
Рост крупного промышленного и административного города сопровождается развитием систем коммуникаций. К ним относятся подземные водонесущие коммуникации и «наземные»: автомобильные и железные дороги. Строительство и прокладка коммуникаций влекут за собой некоторые изменения геологической среды в зонах их влияния. К таким изменениям относятся и изменение грунтовых условий, изменение условий стока грунтовых вод, и развитие вдоль линий коммуникаций инженерно-геологических процессов. Изменение геологической среды вдоль линий подземных водонесущих коммуникаций. Первые работы по строительству подземных коммуникаций проводятся в центре города, в районе Тихвинской площади (территория сквера Кирова) в 1902-1903 гг. Но эти работы носят локальный характер, более масштабные работы по проведению водопроводных и канализационных систем проводятся значительно позже. В 1912 году, проводятся геологические исследования почвы города для проведения канализации (Романов, 1993). И только к середине XX века линиями подземных водонесущих коммуникаций покрыта практически вся территория Иркутска. С устройством подземных коммуникаций в городе появилась совершенно новая техногенная среда для развития инженерно-геологических процессов.
При прокладке системы подземных коммуникаций происходят следующие изменения геологической среды: происходит экскавация и перемещение больших объемов грунтов, с чем связаны изменения естественной структуры грунта, его состояния и свойств, недоуплотнение грунтов после засыпки приводит со временем к их усадке, поверхностному или внутреннему размыву. Пустоты в грунте и утечки приводят к росту вдоль линий коммуникаций суффозионных процессов. Повсеместно на территории города, там где существуют подземные коммуникации наблюдаются провальные явления, что сказывается также и на разрушении асфальтовых покрытий. В настоящее время на территории города зафиксировано большое количество суффозионных явлений. Практически все они приурочены к зонам влияния трасс подземных водонесущих систем. Так, например, пораженность территории суффозионными провалами и просадками в микрорайонах Университетский и Первомайский составляет 11%, пораженность района Сйнюшиной горы - 9%. В процессе полевых наблюдений в 2001 году был выявлен суффозионный участок в микрорайоне Университетский. Суффозионные провалы образовались у здания почтового отделения № 82. Участок неасфальтирован, растительный покров слабый - небольшие кустарники, травяной покров незначительный, под участком пролегают трубы подземных коммуникаций, на данном участке довольно часто ведутся ремонтные работы из-за прорыва канализации. На участке зафиксировано около 10 довольно крупных провальных явлений. Размеры провалов достигали 1,3 м ширины, до 2,8 м длины и до 1,0 м глубины, (рис. 28
Данные суффозионные провалы образовались за относительно короткий период времени, после аварии на трассе коммуникаций, и активизировались за весенне-летний период 2001 года в периоды снеготаяния и обильных атмосферных осадков, чему способствовала высокая фильтрационная способность грунтов (Кадетова, Рыбченко, 2001, Кадетова, 2002). Суффозионные провалы и просадки проявились здесь в лессовидных суглинках, со скелетно-агрегированной микроструктурой (26,9%), низким коэффициентом свободы тонкоглинистой фракции (15,4%). Грунты з карбонатны, пластичны (7,1%), средней плотности (1, 72 г/см ), обладают пониженной прочностью в водонасыщенном состоянии (сцепление - 0,025 МПа, угол внутреннего трения - 31). За первые недели июня провалы увеличились, некоторые воронки достигают 2 метров в диаметре, по краям провалов трещины до 10 см. В конце июня 2002 года воронки засыпали, и на этом месте поставили железные торговые павильоны на бетонных основах (без фундамента), после дождей в начале июля суффозионные провалы увеличились, бетонное основание одного из павильонов покосилось (рис. 29). Летом 2004 года участок был использован как детская площадка, территорию разровняли, но на асфальтированной пешеходной тропинке все же наблюдаются провалы. Другой пример развития суффозионно-просадочных явлений вдоль сети коммуникаций - участок у травмпункта по ул. Джамбула. Рассматриваемый участок находится на участке третьей надпойменной террасы Ангары, сложенной средними и тяжелыми лессовидными суглинками. В результате полевых наблюдений в 2002 году на участке лишенном почвенно-растительного покрова была выявлена система крупных суффозионных просадок. Около фундамента здания травмпункта, вдоль сети водонесущих коммуникаций, зафиксирован довольно значительный по размерам суффозионный провал (рис. 30). Воронка имеет неправильную форму, длина провала 5 м, ширина 2,5 м, глубина 0,6 м, по краям провала наблюдаются трещины.
В виду того, что участок не имеет растительного покрова и асфальтового покрытия, здесь возможен прогрессирующее развитие суффозионных явлений. На небольшом расстоянии от вышеописанного провала также отмечается ряд суффозионных и просадочных воронок, трассирующих линию водонесущих коммуникаций. Небольшие просадки вдоль линии коммуникаций переходят в крупную провальную форму рядом с люком коммуникаций. Факторами развития и роста суффозионных явлений на вышеописанных участках являются: утечки из коммуникаций, отсутствие асфальтового и растительного покрова. За весь период наблюдений (2000-2004 гг.) на территории Иркутска было выявлено и описано довольно большое количество провалов и воронок, как на неасфальтированных участках, так и на участках имеющих асфальтовое покрытие (рис.31). Изменение геологической среды вдоль транспортных линий. Строительство наземных линий коммуникаций сопровождается изменением рельефа участка (подрезки склонов, создание искусственных насыпей), перемещением грунтовых масс, уничтожением растительного покрова. Все эти действия, как правило, влекут за собой проявление и развитие вдоль транспортных путей различных экзогенно-геологических процессов. В результате полевых наблюдений на территории Иркутска были выявлены следующие процессы, развивающиеся вдоль автомобильных дорог: суффозионные просадки и эрозия (Рыбченко, Кадетова, 2003 а). Летом 2002 года после обильных ливней вдоль автомобильной дороги, по ул. Гоголя, образовалась крупная эрозионная форма, длиной около 20 м. на небольшом расстоянии от нее образовалась другая эрозионная форма, длиной 5 м, шириной 3 м, частично нарушено асфальтовое покрытие дорожного полотна. Глубина промоины около 1,2 - 1,5 метров, на дне промоины наблюдается конус выноса временного водотока: галька, валуны, песок, обломки строительного мусора. На противоположной стороне дороги наблюдается другая промоина в асфальтовом
Изменения геологической среды при разработке карьеров п выработок
В данном разделе будут рассмотрены изменения геологической среды и развитие процессов при разработке и эксплуатации карьеров и открытых выработках. При разработке карьеров происходит подрезка склонов, снятие растительного слоя и перемещение больших объемов грунтов. В результате происходит ослабление устойчивости пород, изменение поверхностного стока, изменение структуры и свойств грунтов. Все это приводит к обвалам, осыпям, внутреннему и поверхностному размыву, усадке грунта и т.д. Наиболее распространенными из склоновых процессов, возникающих при разработке и эксплуатации карьеров, в пределах рассматриваемого района являются осыпи, оползни и обвалы склонов (Сироткин, 1965). В процессе полевых наблюдений были выявлены отработанные карьеры в Ново-Ленино и предместье Рабочем, о склоновых процессах в этих карьерах пойдет речь ниже. В районе предместья Рабочее можно наблюдать изменения склоновых процессов в бортах отработанных карьеров. Рассматриваемый участок находится на нетеррасированном склоне, крутизной более 15, сложенном слаболитифицированными песчаниками, мощность рыхлых четвертичных отложений составляет от 3 до 10 метров (рис. 32). Склон осложнен древними оползневыми формами (рис. 33), во всем массиве песчаников наблюдаются достаточно широкие трещины (рис. 34). На карте месторождений полезных ископаемых территории города (Сироткин и др., 1964) на этом участке обозначены месторождения песчаников и старый отработанный карьер. Эксплуатация песчаникового карьера, на правом берегу р. Ушаковки происходила с середины XIX века.
В пределах открытых трещин древних оползней здесь добывали песчаник (рис. 35). В настоящее время каменоломни заброшены, песчаники в бортах карьеров выветриваются и разрушаются (рис. 36). Практически повсеместно на территории всего отработанного карьера можно наблюдать осыпи -результат выветривания песчаников. На одном участке склона, над старым карьером, относительно свежие трещины, стенки трещин не задернованы. Размеры трещин: ширина от 1 метра и более, глубина более 0,5 метров, длина 7 - 8 метров. На этом же участке наблюдаются деформированные деревья (пьяный лес), то есть на лицо все признаки того, что на этом участке происходят смещения (рис. 37). В качестве другого примера активизации и проявления процессов в отработанных карьерах можно рассмотреть отработанный карьер в Ново-Ленино. Характеризуемая территория расположена на поверхности совместной террасы pp. Ангары и Иркута. На карте полезных ископаемых территории Иркутска (Сироткин, 1965) это место обозначается как мелкое промышленное месторождение дисперсной глины. Новоленинский кирпичный завод находится в бывшем отработанном карьере с крутым северо-западным откосом, в пределах которого проявляются такие экзогенные геологические процессы, как оползни, сплывы, эрозия, обвалы. Карьер можно было бы условно разделить на три части по пораженности его склонов теми или иными процессами.
При равных инженерно-геологических условиях, но при разной техногенной нагрузке, на участке I развиты такие процессы как обвалы, осыпи, на дне карьера можно наблюдать различные по размеру блоки отрыва грунта. Эрозионные процессы в этой части карьера не наблюдаются, причиной тому служит маленькая площадь водосборного бассейна, так как это самая высокая часть участка. На участке II большая пораженность эрозионными процессами. На участке III наблюдается оползень, недалеко от него образовались оползни-потоки после продолжительных ливней (рис. 38). На втором участке борта старого карьера, возле пешеходной тропинки, развиваются эрозионные формы, стенки оврагов не задернованы. На дне одного из оврагов наблюдаются блоки отседания. Овраг, глубиной более 3 м имеет два отвержка, один из отвержков прирастает за счет просадки. По данным повторных наблюдений летом 2004 года, можно утверждать что овраг увеличился (рис. 39). Стенки оврага обнажены, на дне видны отвалившиеся блоки и большой отсевший блок с деревом. Эрозионная форма тянется вдоль всего склона, соединяясь с другим оврагом, расположенным ниже по склону. Конус выноса оврага образовался рядом с подстанцией кирпичного завода, ширина его около 50 м. Вынесенным материалом занесена нижняя часть ворот завода. В стенках оврага были пройдены разрезы глубиной 2,9 м и 2,8 м (рис. 23). В таблице 6 приведены результаты гранулометрического анализа, показатели физических, физико-химических и деформацинно-прочностных свойств грунтов. На этом же участке находится крупная эрозионная форма, фактором образования и роста которой служит слив воды из гаражного кооператива (рис. 40). Всего на участке наблюдается 10 овражных форм, различных размеров, но результаты наблюдений на этом участке позволяют утверждать, что все эрозионные формы прогрессируют. Пораженность участка эрозионными процессами составляет около 40%. Средой развития эрозионных форм на данном участке являются лессовидные супеси и суглинки, которые при увлажнении легко размываются. По результатам анализа физических и деформационно-прочностных свойств образцов, взятых в борту одного их оврагов, грунт недоуплотнен, плотность скелета (pd) составляет 1,2 г/см3, что говорит о пониженных прочностных свойствах грунтов (коэффициент относительной просадочности при природном давлении - 0,026, сцепление - 0,43 кгс/см , угол внутреннего трения 22). Кроме того, на склоне рассматриваемого карьера имеют место оползневые деформации (рис. 41). В середине 80-х гг. в лессовидных суглинках и супесях с прослоями глин и песков по обводненному глинистому горизонту (рис. 42) произошел оползень.
Причиной активизации данного оползня стала концентрация поверхностных вод над глинистым слоем в результате его обводненности при свалке бытовых отходов, расположенной выше по склону. В результате скопления мусора замедлился процесс испарения атмосферных осадков из грунта. Сошедшие оползневые массы вплотную подошли к отдельным хозяйственным объектам завода и захватили опору высоковольтной сети. В качестве защитного сооружения построили подпорную стенку (Рыбченко, Кадетова, 2003 б). Наличие оползневых деформаций откоса обуславливает определенную степень риска нормальной эксплуатации предприятия, ибо оползание грунтовой массы предшествующего смещения фактически подошли к отдельным хозяйственным объектам завода и захватили опору высоковольтной сети. Предполагаемая зона скольжения скорее всего формируется в прослое глин и суглинков пойменной фации и имеет дугообразную (круглорцилиндрическую) поверхность. С целью оценки определения устойчивости откоса был произведен расчет его коэффициента.
