Введение к работе
Актуальность темы. Периодические массовые активизации оползневого процесса, а также катастрофические перемещения отдельных оползней в различных регионах России наносят огромный ущерб народному хозяйству. Это вызывает необходимость разработки методов контроля оползневого процесса, своевременного предупреждения его катастрофического развития, а также проведения защитных мероприятий в целях решения экологических задач по рациональному использованию территории и предотвращению материального ущерба.
Теоретические, методические и практические вопросы устойчивости склонов, механизма и динамики оползней, эффективности противооползневых мероприятий постоянно являются предметом ^"С-смотрения международных конгрессов по механике грунтов и фундамен-тостроению, Ассоциации.инженеров-геологов, симпозиумов по оползневой тематике, мониторингу склоновых процессов, подчеркивая актуальность указанной проблемы и незавершенность решения многих вопросов.
Значительный вклад в решение проблемы изучения и прогнозирования оползней внесли работы ученых МГУ (Г.С.Золотарев, В.С.Федо-ренко, К.А.Гулакян и др.), ОГУ (Л.Б.Розовский, И.П.Зелинский, В.М.Воскобойников" и др.), АН Армении (Г.И.Тер-Степанян, А.П.Ара-келян и дрД,чВСЕГИНГЕО (Е.П.Емельянова, А.И.Шеко, В.В.Кюнтцель и др.), ГИДРОИНГЕО (Р.А.Ниязов, Г.Л.Круковский, В.Д.Минченко и др.Ь ЙМР (В.Н.Саломатин, И.В.Кузнецов и др.), ИЗК СО АНРФ ~(Р:Ё.Тржцинский, Н.И.Демьянович, В.К.Лапердин и др.), МГРИ (Н.В.Ко-ломенский, Г.К.Бондарик, И.С.Комаров и др.), МИИТ (Г.М.Шахунянц, Т.Г.Яковлева и др.), ДИИТ (М.Г.Гольдштейн, А.Я.Туровская, С.С.Бабицкая и др.), МИСИ (Н.А.Цытович, З.Г.Тер-Мартиросян, С.С.Вялов и др.), МГИ (А.М.Гальперин, М.А Реваэов и др.), МАДИ (Н.Н.Маслов, З.М.Караулова и др.), НИИОПС (А.С.Строганов, А.С.Снарский и др.), . ПНИИИС (Р.С.Зиангиров, И.О.Тихвинский, НЛ.Шешеня и др.), Союздор-нии (В.Д.Казарновский, Э.М.Добров, Ю.И.Львович и др.), Гидропроект (Э.Г.Газиев, Ю.К.Зарецкий, Л.А.Молоков и др.), ГИГХС (М.Е.Певзнвр и др.)» ВНИМИ (Г.Л.Фисенко, ЭЛ.Галустьян, А.М.Мочалов и др}.), ЛГИ (В.Д.Ломтадзе, В.А.Мироненко, Р.Э.Дашко и др.), КПИ (К.ш.Ша-
.-4-
дунц и др.). Однако недостаточно исследован механизм подготовки и формирования оползневых деформаций, мало внимания уделяется прогнозированию оползневого процесса по данным режимных наблюдений, особенно в начальной фазе возможной его активизации, управлению оползневым процессом на основе особенностей механизма формирования и натурных режимных наблюдений. В связи с этим дальнейшая разработка проблемы контроля и прогнозирования оползневого процесса, обоснования мероприятий по инженерной защите с учетом решения отмеченных положений представляется весьма актуальной.
Цель, задачи и объекты исследований
Цель работы заключалась в том, чтобы на основе анализа механики , инженерно-геологических закономерностей формирования'и развития оползневого процесса разработать методы его контроля и прогнозирования, а также рекомендации по управлению для обеспечения решения проблемы охраны и защиты объектов, территорий от воздействия оползней.
Основные задачи работы:
исследование механизма нарушения равновесия массивов, пород при формировании оползней различных типов;
выявление особенностей развития оползней;
анализ и разработка новых методов натурных режимных'наблюдений оползневого процесса;
анализ и разработка новых методиь прогнозирования оползневого процесса по данным натурных режимных наблюдений за основными его параметрами;
в результате выявленных особенностей формирования и развития оползней разработка рекомендаций по управлению оползневым процессом и способам укрепления оползневых склонов.
Объектами исследований являлись оползневые склоны и оползне-опасные территории в различных регионах России и Содружества Независимых Государств (побережья -Черного и Азовского морей, Поволжье, Прикарпатье, берега рек Томи, Оби, Иртыша, Таджикистан; Узбекистан и др.), характеризующиеся различными инженерно-геоло-гииаскими условиями формирования и развития оползней.
Научная новизна работы и основные защищаемые положения:
На основе анализа механики и закономерностей деформирова
ния грунтовых массивов, формирования поле"й-напряжений и дефор
маций в различных инженерно-геологических условиях разработана
классификация оползней и других гравитационных процессов по ме
ханизму нарушения равновесия грунтовых массивов, уточняющая су
ществующие типизации оползней на основе учета механизма их фор
мирования.' . " . .
Выявлен и исследован процесс формирования оползней по механизму сжатия грунтового массива в условиях ограниченного бокового расширения.
Описаны особенности развития оползней выделенных типов. В результате анализа данных режимных наблюдений, натурного и лабораторного моделирования оползневого процесса выявлены новые закономерности развития оползневого процесса (механизм отделения оползневых блоков, формирование оползневых цирков и трещинч. закола, образование валов сжатия, саморазвитие оползня, формирующегося по механизму сжатия).
Разработана методика региональной оценки режима оползневого процесса на основе выборочных наблюдений с выявлением состояния оползней.
Разработаны и внедрены в практику инженерно-геологических исследований новые методы и средства контроля основных параметров оползневого процесса (локализация поверхности скольжения, " изучение глубинных смещений, способ авиапрофилирования оползневых склонов, изучение напряженного состояния).
Разработан и опробован детерминированный метод прогнозиро-^ вания отчленения нового оползневого блока на основе учета механизма формирования оползня по схеме сжатия в условиях ограничен- ного бокового расширения.
Разработаны и опробованы новые вероятностные медели прогнозирования оползневого процесса:
- для оценки возможности возникновения или активизации
оползней на исследуемой территории (метод геодинамического потен
циала); '>-..
- прогнозирования состояния оползня на период упреждения (с использованием байесовского подхода);
- б -
- прогнозирования скорости смещения оползня с определением
вероятностного комплексного показателя состояния;
- возможности отчленения нового оползневого блока (основ
ного смещения оползня).
Исследованы пути управления оползневым процессом на основе его текущего контроля с составлением постояннодействующих моделей.
Выявлены особенности поведения оползней различных типов при их искусственной активизации путем проведения натурного эксперимента.
Разработаны новые способы укрепления оползневых склонов:
- укрепление оползней, формирующихся по механизму сжатия
с образованием контрфорсов - искусственных межоползневых гребней;
создание в теле оползня дренирующих каналов посредством электрообработки грунта;
анкерное крепление тела оползня с упрочнением и осушением оползневых масс путем их электрообработки;
управление пропуском воды через разрывные трещины тела оползня из скальных пород (снижение уровня горных завальных озер);
На защиту выносятся следующие научные результаты.
-
Классификация оползней, основанием которой является механизм нарушения равновесия грунтовых массивов, определяющий закономерности формирования оползней и их основного смещения.
-
Результаты исследований, и разработки методов натурных региональных и локальных режимных наблюдений за основными параметрами оползневого процесса.
-
Вероятностные методы прогнозирования оползневого процесса, решающие задачи как оценки возможности возникновения или активизации оползней, так и определения состояния оползня в период упреждения и прогнозирования основного смещения, на основе обработки массовой информации данных натурных режимных наблюдений оползневого процесса.
4. Результаты исследований для целей управления оползневым процессом, включая:
- реализацию постояннодействующих моделей на оползнеопасных территориях с осуществлением системы натурных режимных наблюде-
ний, контроль и прогнозирование состояния оползней для выработки' управленческих решений по планированию хозяйственной деятельности;
- натурный эксперимент по искусственной активизации оползня
с оценкой влияния управляющих воздействий на ход оползневого
'процесса;
- способы стабилизации оползневого склона и проведения за
щитных мероприятий на- основе учета механизмов формирования опол
зней.
Методика выполнения работы. Исследования механизма формирования оползней базируются на важнейших законах механики деформирования грунтов с учетом природных и техногенных условий развития оползневого процесса. Экспериментальные исследования оползней проводились методами физического моделирования, посредством натурных режимных наблюдений на типовых оползневых стационарах и на важных народнохозяйственных объектах, в виде натурных экспериментов по искусственной активизации и стабилизации оползней. При этом развитие оползня рассматривалось как сложный, многофакторный процесс, флуктуации и состояния которого обуславливаются большим числом сложным образом взаимодействующих причин, и поэтому модели оползневого процесса носят вероятностный характер. Вероятностное моделирование оползневого процесса потребовало разработки и совершенствования методов и технических средств текущего контроля основных параметров оползневого процесса и его состояний, прогнозирующих механизмов, включающих алгоритмы и программы ЭВМ.
Исходные материалы и личный вклад автора. Диссертационная работа является итогом многолетних исследований (1967-1992 гг.) механизма и динамики оползней в различных регионах стран содружества. В качестве научного руководителя и ответственного исполнителя научно-исследовательских тем автор принимал непосредственное участие в разработке методики и технических средств натурных наблюдений оползневого процесса, их апробации на конкретных оползневых участках, экспериментальных натурных и лабораторных исследованиях механизма оползневого процесса. Личный вклад автора диссертации состоит в выявлении особенностей механизма оползневого процесса, методических, технических и математических раз-
работках приемов и способов изучения, прогнозирования и vnpaB-ления оползневым процессом, новизна и оригинальность которых подтверждается десятью изобретениями и патентами. Кроме того,, использованы различные публикации и материалы работ ПГО "Крымгео-логия", "Центргеология", "Запукргеология", "Томскнефтегазгеоло-гия", "Южукргеология", "Таджикгеология", ВСЕГИНГЕО, ПНИИИСа, МГУ, Гипрокоммунстроя, ГИДРОИНГЕО, ВНИПИэнергопрома и других организаций.
Практическая значимость и реализация результатов работы. Выполненные разработки нашли практическое применение на сложных оползневых объектах, имеющих важное народнохозяйственное значение. Методика изучения глубинных оползневых смещений и глубинные реперы использованы для контроля оползневого процесса в г.Томске, на оползневом склоне в г.Ульяновске на примыкании строящегося мостового перехода, а также на многих оползневых участках Нижегородского и Ульяновского Поволжья, побережья Черного (Крым) и Азовско-о (Бердянск) морей, Прикарпатья, Подмосковья, Северного Кавказа, 'рузии. Глубинные реперы - измерители перемещений доведены до малосерийного производства. Результаты выполненных исследований включены в ряд нормативных и методических документов / 15, 18, 27/ Некоторые разработки (методы и технические средства изучения глубинных оползневых смещений, методы прогнозирования) были 6 раз представлены для экспонирования и оценены Дипломом и бронзовыми медалями. Методы прогнозирования реализованы при создании "Геодинамической модели Крыма" в селе "Ботаническое" (модели оползневого процесса второго и третьего уровня). Ряд разработанных способов укрепления оползней и управления оползневым процессом внедрен на конкретных объектах или предложен для внедрения в соответствующие организации (оползневой участок "Красная дубрава" - Черновцы, г.Томск, Усойский завал - Таджикистан).
Публикация и апробация работы. По теме диссертации опубликовано более 80 научных работ, в том числе разделы монографий /13, 15, 26,30,33,41,45,46/.
Основные положения диссертации рассматривались на 27 международных, всесоюзныхи республиканских научных совещаниях, конгрессах, конференциях, сиыпозиуи&х и семинарах, в тси числе на
научно-техническом совещании по вопросам методики изучения и прогноза селей, обвалов и оползней (Душанбе, 1970), Всесоюзных конференциях по инженерной геологии (Тбилиси, 1972; Ленинград,1976; Ростов-на-Дону, 1980), 2-м и 3-м международных конгрессах Международной ассоциации инженеров-геологов (Сан-Паоло, Бразилия,1974; Мадрид, 1978)',- Всесоюзном симпозиуме "Проблемы инженерно-геологического картирования" (Москва, 1974)', Международном симпозиуме "Оползни и другие движения масс" (Прага, 1977) и 28-м симпозиуме "Современные методы прогнозирования оползневого процесса" (Москва, 1978), Всесоюзной научно-технической конференции "Повышение надежности и долговечности земляного полотна автомобильных дорог в условиях сильнопересеченного рельефа" (Москва, 1979), Международном конгрессе "Исследование грунтов и горных пород La situ (Париж, 1983), научно-техническом семинаре "Мониторинг экзогенных геологических процессов" (Ташкент, 1986), научно-техническом совещании "Оценка устойчивости склонов и инженерная защита оползневых территорий" (-Черновцы, 1987), первом Всесоюзном съезде инже-ч неров-геологов, гидрогеологов и геокриологоз (Киев, 1988), 28-м Международном геологическом конгрессе (Вашингтон, 1989), региональном научно-практическом совещании "Оползни, обвалы и селевые потоки сейсмоактивных областей, их прогнозирование и защита" (Душанбе ,,1990).
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения и списка использованных источников из 182 наименований. Объем работы 300 с. машинописного текста, 36 табл_. и 83 иллюстраций.
Диссертация выполнена в лаборатории экзогенных геологических процессов ВСЕГИНГЕО. В экспериментальных лабораторных и га-турных исследованиях принимали участие сотрудники ВСЕГИНГЕО А.В.Круглов, Л.В.Круглова, А.Ф.Копылова, Н.С.Сергеева, В.С.Крупо-
еров, Р.Н.Гельман, С.В.Савич, Ю.Г.Ткаченко, А.А.Бондаренко, Н.Горяинов, А.Г.Скворцов, В.С.Матвеев, Н.М.Варламов, С.П.Йпполи-това, Т.А.Судакова, К.М.Тен, ПГ0 "Центргеология*. (Т.С.Хромова, Р.С.Яасочевская, Э.Г.Тупикин), ПГ0 "Крымгеология" (И.Ф.Ерыш, Б.И.Корженевский. Ф.М.Рязанкин, А.А.Лоенко), ПГ0 "Запукргеология" (Г.И.Рудько), ПГО "Южукргеология" (А.А.Антюхов), ПРО г,Томскнефте-газгеология" (А.Л.Иванчура, А.В.Нестеров, З.Й.Раннева), в оформлении работы Р.Е.Шорикова. Всем участникам работы автор выражает чувства глубокой благодарности и признательности. Особые чувства признательности автор выражает докторам наук А.И.Шеко, В.В.Кюнт-целю, С.Е.Гречиаеву, В.н.Чубарову, И.О.Тихвинскому, а также многим коллегам за поддержку и советы, способствующие созданию и выполнению данной работы.
