Институт геоэкологии им. Е.М. Сергеева РАН
Исследование оползневых деформаций для обеспечения экологической безопасности хозяйственно-бытовых объектов оздоровительного комплекса в г. Сочи.
Казеев А.И., Постоев Г.П., Лапочкин Б.К. // Экология промышленного производства. -2010. -№3. –С.2-6. Читать…
!!! При КОПИРОВАНИИ материалов статей — НЕОБХОДИМО ИСПОЛЬЗОВАТЬ библиографические ССЫЛКИ на Статьи !!!
Аннотация
Подчеркивается необходимость изучения оползневых процессов на территории ОК «Дагомыс», причиняющих существенный экологический и экономический ущербы. Приводится характеристика геологического строения, гидрогеологических и сейсмических условий территории, предопределяющих активизацию оползневых процессов. Показаны основные факторы, обуславливающие развитие и активизацию оползневых деформаций и составлена карта типизации оползневых деформаций. Приводятся рекомендации по проведению противооползневых мероприятий.
Ключевые слова: устойчивость склонов, напряженно-деформированное состояние, состояние предельного равновесия, оползни.
На территории размещения объектов оздоровительного комплекса «Дагомыс» (г. Сочи) наблюдается целый ряд оползневых деформаций покровных масс, располагающихся на горных склонах. Деформации характеризуются различными типом, активностью и опасностью. Последняя существенно возрастает в связи с воздействием оползающих грунтовых массивов на близ расположенные инженерные сооружения, имеющих различную форму, размеры и конструкцию (гостиничный комплекс на 2600 мест, киноконцертный зал, гостиница автотуристов, плавательный бассейн, ресторан, коллекторы сточных и фекальных вод и др.). Такое воздействие сползающих грунтовых масс приводит к повреждению указанных инженерных сооружений и зачастую обуславливает их аварийное состояние вплоть до полного вывода из строя со всеми вытекающими последствиями. Особую опасность для окружающей природной среды представляют последствия аварийного состояния на объектах хозяйственно-бытового назначения, а также на технологических коммуникациях, связывающих эти объекты. Результатом таких аварий является загрязнение подземных вод, которые на территории ОК практически не защищены.
Таким образом, оползание грунтовых массивов причиняет существенный экономический и экологический ущербы и потому вызывает повышенный интерес к оползневой проблеме на территории ОК.
Для выявления и оконтуривания оползневых зон и участков, а также оценки их состояния были выполнены исследования, результаты которых изложены в настоящей работе.
Исследуемая территория ОК занимает площадь более 25 га и в геоморфологическом отношении локализуется в пределах приустьевой левобережной части долины р. Дагомыс. Рельеф территории среднегорный, сильно расчлененный. Крутизна склонов на различных площадках и между ними изменяется от 3 до 45° и до крутых уступов. На участке имеются естественные и техногенные уступы, а также неглубокие лога и промоины.
Морфологический облик большей части территории был спланирован в процессе строительства зданий и сооружений ОК, в процессе строительства автомобильных дорог и прокладки коммуникаций.
В пределах исследуемого участка максимальные абсолютные отметки поверхности (восточная и юго-восточная части территории) составляет около 90-100 м. Минимальные отметки (0-5,0 м) наблюдаются на берегу Черного моря.
Инженерно-геологические изыскания, выполненные здесь ранее в различное время различными организациями, показали, что на склонах залегают преимущественно элювиально-делювиальные и оползневые отложения, верхняя часть которых сложена бурыми суглинками, сильно ожелезненными, с включениями обломков песчаника различных размеров и полуразрушенных обломков мергелей и аргиллитов до 10-25%. Мощность бурых суглинков относительно стабильна и составляет 2,5-3,0 м. Ниже залегают синие глины от туго- до мягкопластичных с включениями обломков аргиллитов и песчаников до 20-35%. Мощность этих глин обычно увеличивается в сторону подошвы склона. Еще ниже залегают глины серые, плотные, полутвердые и твердые с включением дресвы, щебня и глыб мергеля и песчаника до 25-45%. Мощность их может превышать 2,0-2,5 м.
Между описанными разновидностями глин нет четкой границы. Между ними отмечается наличие переходного слоя толщиной от нескольких сантиметров до 1 м.
Далее залегает кора выветривания пород сочинской свиты верхнего олигоцена. Эти породы относятся к флишевой формации (частое переслаивание аргиллитов и песчаников).
В отчетных материалах инженерно-геологических изысканий сделан вывод о том, что современных оползней на территории ОК не наблюдается. Однако, как показали результаты рекогносцировочных исследований, на территории имеют место многочисленные проявления активности оползневого процесса в виде:
— трещин на поверхности склона и сооружений, особенно бетонных конструкций и покрытиях пешеходных дорожек;
— мелкобугристого и ступенчатого рельефа склонов, образования мочажин, оползневых очагов и цирков.
Кроме того, на широкое развитие оползней в районе исследований указывают литературные источники [1, 2] .
Гидрогеологические условия территории исследований обусловлены развитием в его пределах трех водоносных горизонтов:
— «верховодки», развитой в зоне аэрации до глубины 1,0-1,5 м (в дождливые сезоны года);
— подземных вод, спорадически развитых в пределах интервалов разреза, обогащенных обломочным материалом, в делювиально-оползневых и оползневых образованиях. Глубина залегания вод этого горизонта составляет 4,2-16,5 м, установившийся уровень зафиксирован на глубинах 1,2-16,5 м;
— трещинных вод зоны элювия, приуроченных к элювиально-оползневым грунтам и трещиноватой зоне коренных пород. Воды обладают местным напором. Глубина залегания 3,0-20,2 м, установившийся уровень 0,5-25,2 м.
На выровненной площадке с нагорной стороны гостиничного комплекса отмечаются выходы подземных вод («мочажины»). Как указывалось выше, это проявление активности оползневого процесса. В тальвеге лога у южной стороны гостиничного комплекса в дождливые периоды года наблюдаются небольшие водотоки, питающиеся грунтовыми водами.
Сейсмичность района составляет 8 баллов. Этот фактор играет немаловажную роль при инженерно-геологической оценке территории. В частности уместно подчеркнуть, что с 1951 по 1960 гг. в пределах Черноморско-Батумского района отмечено 22 землетрясения с магнитудой от 4,35 до 7,7 баллов.
Таким образом, геологическое строение исследуемой территории, его гидрогеологические и сейсмотектонические особенности определяют возможность развития и активизации оползневых деформаций. Основными благоприятными факторами являются:
— геологическое строение толщи, верхняя часть которой практически на всей территории ОК представлена оползневыми и делювиально-оползневыми отложениями, смещенными в прошлом (блоки и пачки коренных в разной степени деформированных пород) и находящиеся в относительно активном состоянии в современный период. Подтверждением последнего является смещение покровных глинистых грунтов на склоне различной крутизны в периоды аномального обводнения при выпадении атмосферных осадков, в местах утечек из водопроводящих коммуникаций;
— наличие (и формирование в процессе деформирования) в грунтовом массиве унаследованных плоскостей сдвига, оползневых трещин, зон ослабленных грунтов и смещения;
— наличие поверхностей напластования, ориентированных в сторону падения склона;
— высокая сейсмичность района, определяющая возможность активизации оползневого процесса по унаследованным плоскостям сдвига, особенно на участках, состояние которых близко к предельному;
— наличие густой сети водопроводящих коммуникаций, обуславливающих возможность утечек в покровные массы, в том числе в местах развития оползневых деформаций;
— подрезка склонов при планировочных работах, строительстве сооружений и коммуникаций;
— значительные колебания влажности (и прочности) глинистых грунтов покровных масс в связи с высокой интенсивностью атмосферных осадков.
На основе анализа геологических материалов, результатов обследования территории, учета благоприятных факторов для развития оползней, а также динамики последних составлена Карта типизации и развития оползневых деформаций. Фрагмент этой Карты представлен на рисунке 1.
Рис. 1. Фрагмент карты развития оползневых деформаций на территории ОК «Дагомыс».
В частности, на Карте показаны участки с проявлением характерных деформаций:
— деформации покровных масс – оползни разжижения мощностью 1,5-5,0 м (преимущественно 2-4 м) на склонах крутизной 14-45° (преимущественно 20-35°). Возникновение деформаций обусловлено увлажнением покровных масс (атмосферные осадки, утечки из коммуникаций). Следствием этого является снижение прочности грунта в горизонте избыточного увлажнения, и возникновение неравномерной сдвигающей силы, вызывающей смещение покрова подобно ползучести. В процессе деформирования в покровном слое формируется зона смещения в виде прослоя с упорядоченным расположением глинистых частиц и агрегатов с пониженной прочностью на сдвиг. В связи с малыми величинами напряжений активизация оползневых смещений происходит в основном в периоды повышения влажности грунтов, в том числе в зоне смещения, и возникновения гидравлических градиентов при повышении уровня грунтовых вод. На территории исследований оползневые деформации данного типа имеют наибольшее распространение, поражая склоны с указанной выше крутизной. Для них характерны: мелкобугристый рельеф с образованием мест оседания покрова, ступеней и бугров смятия, непротяженных трещин, с незначительным раскрытием и смещением, наклон в сторону падения склона и саблевидный изгиб деревьев, появление сухостоя;
— аналогичные деформации покровных масс на более пологих склонах при техногенном увлажнении;
— локальные оползневые очаги с относительно крутой стенкой срыва, боковыми границами и смещенным оползневым телом, проявляются на склонах в местах разгрузки грунтовых вод, а также при подрезке склона при строительстве дорог. Мощность смещений 6-8 и до 10 м. Так, например, происходит деформирование лестниц и дорожек, ведущих от здания гостиницы к морю (рис. 2).
— оседание участков территории, являющееся следствием проявления склоновых деформаций покровных масс, описанных выше.
Рис. 2. Оползневые деформации на спуске от гостиницы «Дагомыс» к морю (фото №26 на рис. 1).
Активность оползневого процесса в настоящее время связана с развитием деформаций верхнего покрова (глубины 1,5-4,0 м) на склонах крутизной 10-40°. В местах аномального увлажнения — с меньшей крутизной.
Кроме того, оползневые деформации возникают на участках расположения коммуникаций (происходит оседание грунта под коммуникациями и локальные подвижки примыкающих массивов).
Расчеты устойчивости склонов по программе AKNARK с развитием деформаций в приповерхностных слоях грунтовой толщи выполнялись по схеме бесконечного откоса (длина расчетного откоса намного превышает его глубину). На рисунке 3 представлена такая схема развития оползневых деформаций, где длина «бесконечного откоса» принята равной 10 м, толщина оползающего массива принималась равной 2 и 4 м.
Рис. 3. Схематический инженерно-геологический разрез склона на участке развития покровных оползней, с расчетными отсеками (для оценки устойчивости по программе AKNARK). 1 – несмещенный грунтовый массив; 2 – тело оползня (ИГЭ 2); 3 – поверхность скольжения; 4 – границы расчетных отсеков и их номера; 5 – оползневые трещины.
В результате было установлено, что покровные отложения при наличии зон ослабления или снижения прочностных характеристик могут находиться на склонах в неустойчивом состоянии, что нашло свое подтверждение при полевом обследовании всей территории и отдельных объектов.
Расчет устойчивости склонов с возможным глубоким смещением грунтовых массивов по плоскостям напластования производился по наиболее опасному (относительно высокому, крутому и с активным развитием оползневых деформаций) склону. В данном расчете предполагается, что развитие глубоких деформаций происходит по схеме сжатия рассматриваемого слоя в грунтовом массиве склона под давлением вышележащих масс, когда это давление (бытовое) превышает структурную прочность грунта деформируемого слоя. При этом в деформируемом слое возникает горизонтальное активное распорное давление. Здесь степень устойчивости склонового массива будет зависеть от противодействия возникшему активному горизонтальному распорному давлению в слое со стороны склона, где грунтовые образования над деформируемым слоем выступают в качестве пассивной пригрузки [3].
Для характеристики предельного состояния массива с возможным развитием глубоких фронтальных оползневых подвижек используется выражение [3]:
(1)
где Za – глубина от верхней площадки (бровки откоса) до потенциально деформируемого горизонта массива, м; σstr – структурная прочность грунта на рассматриваемом горизонте массива, кПа; γ – удельный вес грунтов, залегающих над рассматриваемым горизонтом, кН/м3; Δhcr – критическая высота откоса (бровка откоса) над поверхностью склоновых отложений, пригружаемых рассматриваемый горизонт со стороны склона, м.
Коэффициент запаса устойчивости Кз в соответствии с (1) определяется по формуле:
(2)
где Δhf — фактическое значение высоты откоса, м.
Расчеты устойчивости по глубоким поверхностям скольжения показали, что при воздействии на склон комплекса негативных факторов (повышение уровня грунтовых вод, сейсмическое воздействие и возможное увеличение нагрузки на прибровочную часть склона при реконструкции крупных инженерных сооружений) могут привести к активизации оползневого процесса.
В частности, по результатам расчетов устойчивости на участке у киноконцертного зала возможно глубокое деформирование массива на отметках 20-24 м. Здесь устойчивость склона, согласно фактическому положению рельефа, близка к предельной.
В соответствии с механизмом проявления на территории ОК «Дагомыс» оползневых деформаций рекомендуется ряд противооползневых мероприятий.
1. Упорядочение поверхностного стока для предотвращения сброса поверхностных вод на оползнеопасные склоны. Необходимы ремонтные работы и реконструкция водосборных и водоотводных сооружений и коммуникаций.
2. Устранение из коммуникаций утечек, обводняющих прилегающие склоны.
3. Обеспечение прочности, устойчивости и гидроизоляции траншей, котлованов, колодцев для предотвращения фильтрации поверхностных и грунтовых вод в тело засыпки. Обводнение обуславливает проседание и смещение примыкающих массивов.
4. Основное противооползневое мероприятие на склонах исследуемой территории должно быть направлено на укрепление покровных масс на оползневых склонах, которые испытывают деформации в настоящее время. Оползневыми деформациями поражены склоны крутизной от 14 до 50° (преобладают склоны 20° — 40°).
Учитывая специфику геологического строения и ландшафты территории ОК «Дагомыс» методы укрепления оползневых склонов на территории ОК «Дагомыс» должны удовлетворять следующим требованиям:
— обеспечивать возможность выполнения работы на склонах крутизной 10-45°;
— обеспечивать сохранность деревьев, травяного покрова и дорожных конструкций;
— производить укрепление склона на всю мощность покровных масс, включая кровлю щебнистых образований;
— не допускать подпора грунтовых вод;
— обеспечить крепление деформирующегося (укрепляемого) поверхностного слоя к устойчивому ложу.
Таким образом, инженерно-геологические исследования на склоновых территориях, особенно в регионах с развитием оползней различных типов, должны содержать работы по оценке оползневой опасности, включающие: типизацию текущих или возможных оползневых деформаций, оценку состояния склона, в том числе с возможным проявлением глубоких подвижек, а также обоснование необходимых мероприятий, предотвращающих возникновение разрушительных оползневых деформаций и обеспечивающих нормальное функционирование проектируемых объектов. Для решения поставленных задач в своде правил [4] рекомендовано привлечение специализированных научно-исследовательских организаций.
Работа выполнена по поддержке РФФИ, гранд № 09-05-00201-а.
Литература
1. Аносова Л. А., Коробанова И. Г., Копылова А. К. Закономерности формирования свойств оползневых отложений – М.: «Наука», 1976. – 184 с.
2. Золотарев Г. С. Опыт классификации гравитационных движений горных пород на склонах в инженерно-геологических целях. – «Учен. Зап. Моск. Ун-та. Геол.», 1956. Вып. 176.- С. 32-37.
3. Постоев Г. П. Моделирование оползнеопасного состояния грунтовых массивов склонов // Сергеевские чтения. Моделирование при решении геоэкологических задач. М.: ГЕОС. 2009. Вып. 11. с. 319-324.
4. СП 11-105-97. Инженерно-геологические изыскания для строительства. Часть II. Правила производства работ в районах развития опасных геологических и инженерно-геологических процессов. М. Госстрой России. 2000.
The research of landslide deformations for providing ecological safety of economical objects on the health-improving complex territory in Sochi (Russia)
German Postoev, Boris Lapochkin, Andrey Kazeev
Sergeev Institute of Environmental Geoscience Russian Academy of Sciences (IEG RAS), Russia, phone +7 (495) 6074623, fax +7 (495) 6231886, е-mail: opolzen@geoenv.ru, www.opolzni.ru
Abstract
The necessity of landslide process investigations on the territory of health-improving complex “Dagomys” is accentuated. Deformational processes result in considerable ecological and economic losses. The analysis of geological structure, hydrogeological and seismic conditions of the territory, which predetermine activization of landslide processes, is presented. The main factors causing forming and activization of slope deformations are shown and the map of landslide deformation typification was produced. The recommendations in point of mitigating measures are given.
Keywords: slope stability, stress and strain state, limited equilibrium, landslides.
Наши услуги
Фотогалерея
Наши Партнёры
