Институт геологических наук национальной академии наук, Украина.

Особенности активизации оползневых процессов при техногенезе на примере Приднепровского промышленного региона (Украина).

Мокрицкая Т.П.*, Шестопалов В.М.**

*- Днепропетровский национальный университет им. Олеся Гончара, Украина;

Институт геологических наук национальной академии наук, Украина.

Аннотация. Одним из процессов, определяющих состояние геологической среды при техногенезе[1], является изменение состояния горных пород в зоне влияния природно-техногенных систем. Процесс является фактором активизация оползневых и суффозионно-просадочных явлений.

I. Introduction. Приднепровский промышленный регион является одним из важнейших экономических центров Украины. Строительная, аграрная, гидротехническая и горная виды деятельности, являются основными источниками техногенных воздействий в регионе. В составе геологической среды выделяют различные по возрасту и свойствам комплексы горных пород – от докембрийских, скальных, до современных искусственных массивов.

II. The Background. За 1925 – 2012 гг. подходы к изучению опасных природно-техногенных процессов неоднократно менялись. Это было связано с изменением представлений об основных факторах, вызывающих катастрофические по скорости реализации события и влияющие на их частоту. Ливни (1891, 1945 гг.), строительство гидротехнических сооружений (1927, 1956 гг.), строительная и горная отрасли деятельности, в совокупности привели к аномальной пораженности территории экзогенными геологическими процессами. Впервые техногенное воздействие было признано фактором активизации опасных природных процессов (1964 г.), когда были описаны геодинамические явления в форме блоково-ступенчатых оползней в эрозионных системах, а также в зоне переработки берегов Каховского водохранилища, на склонах карьеров Никопольского марганцево-рудного месторождения. В нижних частях склонов описывали оползни - сдвиги, а в верхней – оползни-потоки. Был выявлен единичный оползень суффозионно - просадочного типа. Техногенные факторы, под которыми понимали нагрузки от инженерных сооружений, изменения рельефа, считались главными факторами активизации оползневых процессов на территории города с максимальной численностью населения и в зоне переработки берегов водохранилища. На остальной территории региона оползневые процессы подчинялись процессам линейной эрозии.

Крупные техногенные аварии (1977-1978 гг.) привели к необходимости учета гидрогеологических факторов (подтопления) как основных в активизации оползневых процессов. Влияние гидрогеологических факторов при прогнозах устойчивости учитывали посредством задания дополнительных сил при статических расчетах. К этому времени на всех территориях с высокой плотностью населения был сформирован природно - техногенный водоносный горизонт в лессах, время его формирования составило от 10 до 100 и более лет. На следующем этапе (1978-1982 гг.) массовая активизация оползневых явлений связывалась с техногенными факторами (до 79 % от общего числа). Произошла инверсия в результате изменения состояния пород. В верхней части описывали оползни-сдвиги, а в нижней – оползни течения. Начиная с 1991 - 1992 гг., асимметричность пространственной локализации активных оползневых проявлений усилилась, тенденции изменения пораженности оползневыми явлениями в зонах аграрной промышленности и промышленно - городских агломераций различны, но в целом в регионе уменьшается интенсивность линейной эрозии (2007 г.). Приращение объемов оползневых тел зафиксировано по небольшому числу объектов мониторинга, 2% от общего количества. В 2012 г. происходит рост активности оползневых процессов на территориях промышленно-городской агломерации и на территории, отличающейся скоростью современных тектонических движений до 8 -10 мм в год.

Результаты исследований. Выполнена классификация оползневых явлений. Современные активные оползневые явления в регионе можно свести к двум принципиально различным кластерам. Первый кластер образуют явления, сформировавшиеся в искусственной среде, на участках выполненных мероприятий по инженерной защите. Второй кластер связан с активизацией ступенчато-блоковых оползневых явлений на склонах эрозионных систем. Прямая тесная корреляция плотности тальвегов и линиаментов, на участках активизации оползневых процессов, подтверждает их связь с активностью геодинамических процессов. Для анализа влияния факторов на состояние склона выполнены расчеты устойчивости аналитическими методами (EXELL, Geostab, табл.).

Таблица

Минимальные значения коэффициента устойчивости на участках активного развития оползневого процесса.

№	Factors	Results
Rocks	Cohesion	Underground water flow	Stability coefficient
tIV	N1S 1-2	ed P I,II
	+				+	0, 96
		+	0,67
	+		1,37
		+	0,93
	+		1,17
	+	0,53
		1,05
	+	0,86

Обозначения: 1 – номер варианта расчета коэффициента устойчивости на участке активного проявления оползневого процесса. (+) – фактор учитывался в расчете; t_IV –техногенные отложения; N₁S _1-2 – неогеновые пестрые глины; ed P _I,II – нижне-среднеплейстоценовые глины.

Расчеты выполнены в вариантах, моделирующих гидростатическое и гидродинамическое действие подземных вод, дополнительные нагрузки не учитывались. Результаты показали: наиболее неблагоприятно положение поверхности скольжения, совпадающей с подошвой искусственных грунтов t_IV (первый кластер), либо расположенной в красно-бурых ed P _I,II и пестрых N₁S _1-2 глинах(второй кластер). Использование аналитических статических методов оценки устойчивости склона не позволяет учесть изменение свойств горных пород в зоне влияния города.

Cтохастический анализ свойств (г. Днепропетровск, 3000 определений, 50 лет) показал, что изменения велики (рис.). В период интенсивного подъема подземных вод устойчивость склонов снизилась из-за воздействия вод и изменения свойств. Причина падения показателей прочности - скачкообразные изменения дисперсности, как результат распада микроагрегатов, изменения глинистости и пластических свойств в состоянии полного и неполного водонасыщения[2]. Связь дисперсности, просадочности и прочности лессов[3-5] хорошо изучена. Тенденции изменений лессовидных и палеопочвенных горизонтов ритмично построенного массива зависят от генезиса грунта.

Рис. Относительное приращение средних значения показателей, %,

(верхний горизонт, зона аэрации, г. Днепропетровск, 1964-2007 гг.).

Обозначения: , – пределы пластичности, д. ед.,- д. ед.; – деформация при компрессии на ступени 0,05 МПа; – относительная просадочность на ступени 0,3 МПа; – удельное сцепление в состоянии полного водонасыщения, МПа.

В процессе этих изменений в зоне влияния города происходит переход от стационарного к хаотическому состоянию горных пород: возникают ложные корреляции свойств, не соответствующие природным условиям. В процессе деградации свойств изменения прочностных и деформационных показателей лессовых и палеопочвенных горизонтов имеют разные тенденции. В условиях, близких к природным, связи между показателями и глубиной выражались степенными уравнениями, что объясняется временным масштабированием изменчивости свойств в процессе формирования грунта[6, 7]. В условиях управляющих воздействий (при техногенезе) связи становятся линейными . Деградация приводит к потере связи (организованности).

Реконструкция состояния лессовых отложений в зоне влияния транспортных объектов (железная дорога, автомобильная трасса) показала, что нарушается связь значений с координатами, последовательности свойств по глубине описываются более сложными моделями.

Изменения свойств аллювиальных отложений характеризуются «стиранием» шероховатости ряда (последовательности по глубине). Изменения дисперсности и прочности аллювиальных отложений происходит неравномерно. На участках ускоренной фильтрации[9], степень изменения дисперсности аллювиальных супесей и песков пылеватых, в результате взаимодействия с агрессивными средами, была меньше из-за промывного режима.

ВЫВОДЫ:

- в процессе техногенеза изменяются организованность и абсолютные значения свойств лессовых и аллювиальных отложений;

- пространственные закономерности расположения на склонах оползней - потоков и оползней – сдвигов при изменении состояния горных пород изменяются;

- изменения свойств и состояния лессов в зоне влияния города являются фактором устойчивости склонов.

ЛИТЕРАТУРА:

1. Тютюнова Ф.И. Сафохина И.А., Швецов П.Ф Техногенный регрессивный литогенез.- М. Наука,1988.- 237 с.

2. Мокрицкая Т.П.. Закономерности деградации свойств лессового массива в условиях техногенеза. Геологический журнал. – К:ИГН НАНУ, 2013 - № 1. – с.73-79.

3. Grabowska – Oolszewska B. SEM analyse of microstructures of loess deposits. Bulletin of the International Assiciation of Engineering geology, 1975, № 11.-р. 45-48.

4. Ryashchenko T.G., Akulova V.V., Erbaeva M.A. Loessial soils of Priangaria, Transbaikalia, Mongolia and northwestern China.- Quaternary International. – 2008. – № 179. – P. 90 – 95.

5. Wang, M. and Bai, X. (2006) Collapse Property and Microstructure of Loess. Advances in Unsaturated Soil, Seepage, and Environmental Geotechnics: pp. 111-118.

6. Richmond, R. Dimitrakopoulos. Multi-scale stochastic modeling of ore textures at the George Fisher mine. Queensland Australia.- CIM Bulletin. - Technical papar.- May. 2005. - p. 1-7.

7. Pelletier Jon D. Cantor set model of eolian dust deposits on desert alluvial fan terraces. Электронный ресурс: доступ к ресурсу: http://geomorphology.geo.arizona.edu/PAPERS/pelletier_07c.pdf

8. Mokritskaya T.P., Shestopalov V.M. Features of condact ground loess formation by technogenetic impact on the example Dnipropetrovsk. EngeoPro-2011. –Moscow, - Delegate papers: 561-564 p.

9. Шестопалов В.М., А.С. Богуславский, В.Н. Бублясь. Оценка защищенности и уязвимости подземных вод с учетом быстрой миграции,- К: НИЦ НАНУ; ИГН НАНУ,-2007,-С.120.

Дата добавления: 2015-10-16