Введение к работе
Актуальность работы. Оползневые процессы ежегодно наносят территории России огромный экономический, социальный и экологический ущербы. На территории Москвы существует 15 крупных участков развития глубоких оползней. В последнее время происходит их активизация, в некоторых случаях напрямую связанная с инженерно-хозяйственной деятельностью человека.
Глубокие оползни представляют основную опасность для городской инфраструктуры. Они имеют сложный механизм развития, обладают огромной массой, вызывая большие проблемы при осуществлении противооползневых мероприятий.
Выполняемые противооползневые мероприятия, как в предыдущие годы, так и в настоящее время, на участках с развитием глубоких оползневых подвижек в Москве, как правило, не являются достаточно эффективными, о чем свидетельствует продолжающееся развитие деформаций на склонах (на участках Воробьевы горы, Фили-Кунцево, Коломенское, Хорошево-2).
В последние годы (2006-2009 гг.) произошли две катастрофические активизации глубоких блоковых оползней в Москве на участках Хорошево и Москворечье с проявлением разрушительных смещений на протяжении 220-330 м по протяжению берега р. Москвы. Существует угроза активизации оползневого процесса и на других оползневых участках.
Таким образом, актуальность работы, направленной на изучение механизма подготовки катастрофической фазы развития глубоких оползневых подвижек в Москве, закономерностей ее развития, определение участков с критическим состоянием устойчивости, обусловлена необходимостью своевременного предупреждения катастрофических ситуаций на оползневых участках, организации мониторинга оползневого процесса и принятия мер по эффективной защите городских сооружений в оползнеопасной зоне.
Целью работы является изучение механизма и закономерностей катастрофической активизации глубоких блоковых оползней на территории Москвы, выявление условий ее проявления и обоснование мероприятий по контролю и защите.
Основные задачи исследования:
Изучить механизм развития глубоких блоковых оползней и оценить роль катастрофической фазы развития в оползневом цикле.
Изучить условия проявления глубоких оползневых подвижек в Москве, особенности механизма.
Выявить условия подготовки и развития этапа катастрофической активизации глубоких оползневых подвижек (стадии основного смещения).
Оценить роль юрских глин в оползневом процессе.
Исследовать причины катастрофической активизации глубоких оползневых подвижек в условиях Москвы.
Выявить участки возможного нарушения устойчивости краевой части плато и проявления катастрофической активизации оползневого процесса.
Разработать рекомендации по защите и предотвращению катастрофического развития оползневого процесса.
Методы исследований. Для решения этих задач рассмотрены особенности механизма глубоких блоковых оползней, проводились систематизация и анализ данных по инженерно-геологическим условиям территории развития глубоких оползней Москвы, изучение масштабов и динамики деформирования, выявление глубины поверхности скольжения в полевых условиях, натурные обследования склонов, моделирование напряженно-деформированного состояния и расчеты устойчивости склонов, анализ причин активизаций глубоких подвижек 2006 и 2009 гг. в Москве. С применением новой разработанной технологии расчетным способом выполнено определение глубины залегания потенциально деформируемых горизонтов.
Научная новизна диссертационной работы состоит в следующем:
Исследованы закономерности проявлений глубоких оползней. Впервые установлено критическое соотношение морфологических параметров (высоты склона и высоты оползневой террасы, высоты склона и критической высоты надоползневого уступа) для склонов р. Москвы.
Проведен анализ защитных мероприятий, вытекающих из учета особенностей механизма развития оползневых деформаций. Установлено, что наиболее уязвимым и активным участком краевой части плато является осевая часть оползневого цирка.
Расчетным способом были определены глубины залегания потенциально деформирующегося горизонта (образования поверхности скольжения) для участков развития глубоких оползней Москвы.
Разработаны способы повышения устойчивости наиболее уязвимой краевой части плато и снижения риска катастрофической активизации путем образования врезающей выемки (патент РФ № 2413056), а также способ определения расчетным путем положения потенциальной поверхности скольжения (основного деформирующегося слоя) в массиве краевой части плато (патент РФ № 2412305).
Основные положения, выносимые на защиту:
-
Глубокие блоковые оползни в долине р. Москвы полностью проявляют типичные черты оползней сжатия-выдавливания. Их распространение, состояние и активное развитие на склоновой территории г. Москвы характеризуется как крутизной склона на оползневом участке, так и геологическими и геоморфологическими условиями деформирования юрских глин вследствие их гравитационного сжатия.
-
Основной причиной проявления катастрофической активизации глубоких оползней на склонах р. Москвы является достижение предельного состояния устойчивости надоползневого уступа (краевой части плато).
-
Эффективными мероприятиями по предотвращению катастрофической активизации глубоких оползневых подвижек являются снижение гравитационного давления на юрские глины в надоползневом уступе и повышение его локальной устойчивости в наиболее уязвимых сечениях в оползневом цирке; эффективный контроль состояния оползневого участка может быть обеспечен автоматизированными наблюдениями за оползневыми смещениями по осевому створу.
Достоверность и обоснованность научных положений и результатов исследований подтверждаются натурными исследованиями на участках развития глубоких оползней в Москве и, главным образом, на участках катастрофических активизаций 2006 и 2009 гг., проведением и обработкой результатов комплексных режимных наблюдений на участке Хорошево-1, а также результатами выполненного моделирования напряженно-деформированного состояния и расчетов устойчивости краевой части плато на данном оползневом участке.
Практическая значимость работы. Получены новые данные о механизме подготовки и развития катастрофической активизации глубоких оползневых подвижек. Технология выявления поверхности скольжения глубокого оползня и повышения локальной устойчивости оползнеопасных участков массива надоползневого уступа реализованы в виде технических решений в патентах на изобретения РФ № 2412305 и № 2413056. Результаты исследований использованы при разработке «Рекомендаций по учету особенностей развития оползневого процесса в расчетном обосновании проекта мероприятий по предотвращению оползневых процессов на участке между Карамышевским и Хорошевским спрямлениями реки Москвы» -М.: ИГЭ РАН, 2007, а также могут быть использованы на территориях с возможной активизацией глубоких оползневых подвижек с целью предотвращения катастрофического развития оползневого процесса.
Личный вклад автора:
-
Анализ теоретических и экспериментальных исследований глубоких блоковых оползней, в т.ч. по опубликованным и фондовым материалам.
-
Натурные исследования на оползневых участках Москвы с оценкой оползневой обстановки, анализом данных мониторинга, выявлением особенностей механизма и закономерностей развития глубоких оползней.
-
Проведение расчетов устойчивости и оценка состояния массива надоползневого уступа в Хорошево-1 перед активизацией по трем технологиям оценки напряженно-деформированного состояния.
-
Проведение измерений по тензометрическому и тросовому глубинным реперам (Хорошево-1, Коломенское). Освоение инклинометрического контроля оползневых деформаций.
-
Разработка способа укрепления оползнеопасного массива и способа определения положения в массиве поверхности скольжения глубокого оползня (патент РФ № 2412305, соавтор Постоев Г.П.; патент РФ № 2413056, соавтор Постоев Г.П.).
Апробация работы. Содержание и основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на научных конференциях и семинарах в России и за рубежом (Болгария и Италия – на английском языке): Международной научно-технической конференции «Современные проблемы проектирования, строительства и эксплуатации железнодорожного пути» (Москва, МИИТ, 2007); Научной конференции «Ломоносовские чтения-2009» (Москва, МГУ им. М.В. Ломоносова, 2009); выступление в Международной школе «Оценка оползневого риска и защитные мероприятия» - «LARAM-2009» (г. Равелло, Италия, 2008); выступление на научном семинаре в ИГЭ РАН на тему «Оценка и снижение оползневого риска» (Москва, 2009); Международной междисциплинарной научной конференции SGEM-2009 (г. Албена, Болгария, 2009); Международной конференции «Инженерная защита территорий и безопасность населения: роль и задачи геоэкологии, инженерной геологии и изысканий» (Engeopro-2011) (Москва, 2011).
Публикации. Основные результаты диссертационной работы содержатся в 26 публикациях (статьи в журналах и тезисы на конференции), в том числе 6 статей в журналах, входящих в Перечень, рекомендованный ВАК Минобрнауки РФ, 5 публикаций на английском языке. За время написания работы было получено 2 патента РФ на изобретения:
№ 2413056 «Способ укрепления оползнеопасного массива склона» (соавтор Постоев Г.П.).
№ 2412305 «Способ определения глубины заложения в оползнеопасном коренном массиве потенциально деформирующегося горизонта» (соавтор Постоев Г.П.).
Структура и объем работы.
Диссертация изложена на 218 страницах, состоит из введения, 5 глав с выводами, заключения, списка используемых источников (113 наименований), включает 76 рисунков и 20 таблиц, 4 приложения.
Автор выражает благодарность своему научному руководителю д.т.н. Постоеву Герману Павловичу за руководство работой и полученные знания в области оползневедения, профессору Калинину Э.В., Панасьян Л.Л., сотрудникам лаборатории Молодых И.И., Лапочкину Б.К., Мамаеву Ю.А., а также Андрианову М.А.
