МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ
ОДЕССКЫЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
ИМ.И.И.МЕЧНИКОВА
геолого-географический факультет
Курсовая работа на тему: «Механизмы
и типы формирования оползневых процессов Северо-западного причерноморья»
Выполнил
Студент III курса
ГГФ Гидрогеология
Числаджи Петр
Куратор: Шаталин С.Н.
Одесса - 2016
ПЛАН
Введение.
1. Оползни и их характеристика…………………………………..………………2
1.1 Классификация оползней…………………………………………….……........3
1.2 Механизм оползания………………………………………………………………4
2. Региональные особенности формирования оползней Северозаподного причерноморья………………………………………..………8
2.1 Формирование оползней на побережье моря……………….…….…16
3. Контроль над оползнями…………………………………………………………19
3.1Противооползневые мероприятия…………………………..………….…23
3.2 Прогноз оползневых процессов……………………………………………………24
Заключение.
Список использованных источников и литературы.
ВВЕДЕНИЕ
На территории Северозападного Причерноморья оползни – один из самых распространенных экзогенных геологических процессов. Всего на территории зарегистриро- вано около 7,2 тыс. оползней. С 1977 г. специалистами инженерно-геологической партии ГРГП «Причерноморгеология» по 3260 оползням были проведены маршрутные обследования, а на типовых участках организованы регулярные обследования и инструментальные наблюдения (опорные стационары). Частота проявлений оползневых процессов в Северозападном Причерноморье одна из самых высоких на территории Украины (около ¼ всех зафиксированных оползней Украины). Ополз- ни оказывают влияние на морфологию склонов, геологические условия, про воцируют развитие других инженерно-геологических процессов разрушитель- ного характера, препятствуют освоению склоновых и присклоновых территорий. Особенности геологического строения, современная тектоника, рельеф, гидро- геология региона, климат обеспечили условия благоприятствующие развитию оползней. Оползни Северозападного Причерноморья развиваются в условиях сложной в геологическом отношении и изменчивой во времени природной обстановки, обладают региональными и локальными особенностями развития и находятся во взаимосвязи с другими природными процессами. Представленные результаты исследований базируются на данных многолетних наблюдений и изучения экзогенных геологических процессов (ЭГП) на территории Северозападного Причерноморья, проводимых кафедрой инженерной геологии и гидро- геологии ОНУ им. И.И. Мечникова, ГРГП «Причерноморгеология» и материалах предыдущих лет исследований по данной тематике. В результате анализа накопленных данных по распространенности факторов и их влиянию на развитие оползней в качестве основных (ведущих) можно выделить следующие [5]: структурно-геологические особенности строения массивов пород; абразионные процессы, приводящие к постоянному увеличению крутизны склона и связанное с ним перераспределение напряжений в массиве пород; эрозионные процессы – боковая, донная эрозия и не прекращающееся рельефообразование, развивающиеся на фоне неотектонических движений; гидрогеологические условия (наличие в толще пород нескольких водоносных горизонтов); техногенное воз- действие. Условия формирования и интенсивность проявление оползневых про- цессов изменяется с северо-запада на юго-восток.
1. Оползни и их характеристика
Оползни – это скользящее смещение горных пород на склонах по имеющейся или формирующейся поверхности или системе поверхностей под действием силы тяжести при участии поверхностных или подземных вод [3]. Для образования оползней необходимы определенные условия.
1) Наличие склонов крутизной 15° и более. Увеличение крутизны склона или откоса при их размыве, подрезке, что приводит нарушению устойчивости пород и их оползанию.
2) Ослабление прочности пород из-за изменения их физического состояния вследствие увлажнения, набухания, выветривания и т.д. Это снижает структурную прочность пород и величины сцепления и трения, которые противопоставляются сдвигающим усилиям.
3) Воздействия на породы склона, откосы подземных вод, вызывающих развитие фильтрационных деформаций, что приводит к формированию опасных зон. Водоупорный горизонт может служить поверхностью скольжения, по которому блок горных пород соскальзывает вниз по склону.
4) Активизация оползневого процесса, связанная с жидкими атмосферными осадками, сезонными и годовыми колебаниями температуры воздуха и т.д. Колебания температуры вызывают чередование расширения и сжатия породы, изменяя ее свойства.
5) Рельеф местности, который прямо и косвенно влияет на развитие оползней. Прямое влияние оказывают высота и крутизна склонов, откосов, их форма. Чем больше высота и крутизна склонов, тем более благоприятны условия для образования оползней. Косвенное влияние рельефа проявляется в распределении осадков, температуры, циркуляции атмосферы, типа растительности, поверхностных и подземных вод.
6) Геологическое строение и современные тектонические движения, также оказывающие большое влияние на развитие оползневого процесса.
Геологическое строение предопределяет типы оползней, интенсивность их проявления: оползни наиболее распространены на склонах, сложенных глинистыми породами, или там, где в толще пород встречаются слои, прослои глинистых пород.
Влияние современных тектонических движений реализуется через такие факторы, как рельеф, уровень подземных вод, положение базиса эрозии, условия залегания пород.
Развитию оползней способствуют наклон слоев земли в сторону уклона, трещины впородах, направленные также в сторону уклона.
1.2 Классификация оползней
В настоящее время существует много классификаций оползней: по механизму смещения, формам проявления, по структуре смещаемых пород и другим признакам А.П.Павлов считал, что важнейшей характеристикой оползня является конфигурация и расположение его поверхности оползания. Он разделил оползни на 2 основные группы:
1. Деляпсивные (деляпсус – в переводе с латинского падение, скольжение) – начинаются в нижней части склона (из-за подмыва склона рекой, озером, подрезки склона и т.д.), а затем постепенно распространяется вверх по склону, вызывая последовательное соскальзывание новых частей.
2. Детрузивные (детрузио – в переводе с латинского сталкивание) – первоначально возникают в верхней части склона (из-за увеличения давления или образования трещины). Оторвавшийся массив горных пород толкает впереди себя породы, расположение ниже по склону с образованием валов выпирания различной высоты и ширины (до 10 м и более).
В следующей классификации сочетаются несколько основных признаков: форма проявления и характер движения. Осипов В.И. [7] по этим признакам выделяет:
1. Сплывы – это небольшие по площади неглубокие смещения, преимущественно почвенного покрова и подстилающих грунтов. Объем этих смещений не превышает нескольких кубометров.
2. Оплывины – разновидность пластического смещения увлажненных делювиальных отложений, продуктов выветривания или иных поверхностных образований на склонах без четко выраженной депрессии.
3. Оползни-потоки (глетчеровидные оползни) – представляют собой пластическое движение ранее сместившихся оползневых масс по хорошо выраженным в рельефе ложбинами. При проявлении данного вида оползней четко выражена нижняя граница (ложе оползня) пластических деформаций. Активизация этого вида оползней начинается в верхней, головной части склона.
4. Оползни-блоки – представляют собой скользящее, обычно медленное смещение масс горных пород в виде блоков по склону по определенным поверхностям с образованием оползневых ступеней, тыловых ложбин и валов выдавливания (выпирания).
5. Оползни-обвалы – переходная форма смещения горных пород на склоне отоползней к обвалам, когда, наряду со скольжением, проявляются и другие формы движения – перекрывание и свободное падение. Этот тип движения характеризуется полным нарушением первоначальной структуры и перемещением смещающих пород с большими скоростями движения.
1.3 Механизм оползания
Наиболее очевидное различие между отдельными видами оползней состоит в характере слагающего их материала . Некоторые из них полностью состоят из скального материала, другие – только из материала почвенного слоя, а третьи представляют собой смесь льда, камня и глины. Снежные оползни называют лавинами.
Оползневая масса может состоять из каменного материала – гранита, гнейса, или песчаника. Он может быть прочным или трещиноватым, свежим или выветрелым и т.д.
Если оползневая масса образована обломками горных пород и минералов, т.е. материалом почвенного слоя, то можно называть это оползнем почвенного слоя. Он может состоять из очень тонкозернистой массы, т.е. из глин, или более грубого материала: песка, гравия и т.д. Вся эта масса может быть сухой и водонасыщенной, однородной или слоистой.
В любом оползне оползающую массу легко отличить от подстилающих устойчивых коренных пород или стабильного почвенного слоя, не участвующего в движении . Между ними имеется поверхность скольжения (скола, срыва), но в том случае, когда движение носит характер течения очень вязкой жидкости, трудно бывает выделить четкий переходный слой. Скорость движения может постепенно затухать с глубиной. Первый тип называется скольжением, второй – течением.
В зависимости от характера материала, захваченного скольжением или течением, и от присутствия в нем трещин или пустот оползающая масса может иметь форму, близкую к геометрической. Простейшая форма: оползающее тело имеет большие продольные и поперечные размывы по сравнению с толщиной. В этом случае топография и свойства материала таковы, что поверхность раздела, по которой осуществляется скольжение или течение, - это практически плоскость, а характер перемещения — поступательное движение блока или нескольких блоков вниз по склону. Иногда, если поверхность соскальзывания действительно представляет собой плоскость, сползает только один блок. В более обычных условиях поверхность скольжения оказывается неровной, и из-за этого соскальзывающая масса разбивается на ряд блоков, отделенных один от другого трещинами и плоскостями скола. Разрушение начинается у подошвы склона в результате размыва так, что сначала некоторый блок сползает к подошве склона и, таким образом, прекращается его стабилизирующее действие на блоки, расположенные выше по склону; потеряв опору, они последовательно сползают вниз. Этот вид разрушения склона, множество разновидностей, называется прогрессирующей (в русской терминологии – регрессивной) эрозией. Такое разрушение может быть и быстрым и медленным.
В случае если склон, имеющий ограниченную площадь, сложен однородными мелкозернистыми грунтами, обычно проявляется другой механизм движения. Здесь поверхность скольжения имеет, как правило, грубо цилиндрическую или сферическую форму, и оползающая масса при обрушении испытывает вращение. В общем случае, можно найти центр этого вращения. В почвах и коренных породах, содержащих сложные системы трещин отдельности и пустот, может возникнуть серия поверхностей скольжения, использующих отдельные участки трещин отдельности. Так система субгоризонтальных трещин, пересеченная системой крутопадающих трещин, может способствовать появлению оползающей массы, часть которой движется почти горизонтально, а другая часть, занимающая более высокое положение, опускается по крутым трещинам. В этих условиях между двумя частями оползающей массы должна появиться еще одна поверхность раздела — плоскость скола. В материалах, не имеющих ярко выраженной отдельности, и в анизотропных (в которых свойства вещества различны в разных направлениях) могут возникать очень сложные сочетания поверхностей скольжения.
Некоторые характерные черты таких оползней показаны на рисунке 1.
Рисунок 1 – Схема идеального оползня, где: 1 – поверхность скола; 2 – оползневой цирк; 3– стенка отрыва; 4 – боковая стенка; 5 – поперечные трещины; 6 – оползневые валы выпирания; 7 – основание оползневого откоса
Там, где переход между оползающей массой и устойчивым материалом склона менее четкий, картина напоминает течение материала, имеющего свойства жидкости.
При этом скорость и величина смещения постепенно уменьшаются от поверхности вниз. Если течение происходит очень медленно, то этот процесс характеризуют как ползучесть (крип), и это явление распространено на склонах возвышенностей чрезвычайно широко, вероятно во всем мире [2]. В большинстве случаев это движение происходит незаметно и обнаруживается только при точных измерениях.
Когда крутой склон сложен трещиноватыми породами, последовательное разрушение происходит путем падения, а не соскальзывания материала, т.е.обрушивающая масса теряет связной контакт с устойчивым неподвижным основанием и может свободно падать под действием силы тяжести. Чаще это бывает с коренными горными породами, а не с материалом почвенного слоя, поэтому такое явление называют горным обвалом. С такими обвалами связан ряд катастроф, например в горах Эльм в Швейцарии в 1881 г. и в горах Тертл (Канада, провинция Альберта) в 1903 г (рисунок 2).
Рисунок 2 – Поперечный разрез центральной части оползня на горе Тертл.
Возникновение оползней имеет ряд механических причин, и это необходимо учитывать при изучении отдельного явления или при оценке опасности. Одно из наиболее общих условий для статического состояния – это наличие склона, т.к. для появления касательных напряжений, в результате которых может начаться скольжение, необходима составляющая силы тяжести, направленная тангенциально к поверхности.
Оползень возникает тогда, когда направленная вдоль склона составляющая сил, действующих на некоторую массу рыхлого грунта или скальных пород, оказывается больше прочности материала или больше его сопротивления скалыванию. Переход от устойчивого состояния к началу скольжения означает, что в результате каких-то причин изменилось либо усилие, действующее на горные породы склона, либо сопротивление этих пород [2].
Изменение направленной вдоль составляющей веса оползневого тела может быть связано с естественными причинами и с деятельностью человека. В природе увеличение крутизны склона является обычным процессом, который чаще всего развивается вследствие движения воды. Как правило, это происходит путем удаления части материала у основания склона в результате работы волн или эрозионной деятельности рек. Поскольку материал, находящийся у основания склона, играет важную роль в поддержании стабильности всего склона, удаление этого материала приводит к неустойчивости. Движение обычно развивается постепенно, но может и резко ускориться в период высокого наводнения или в результате сильного дождя. Если оползание происходит таким путем, то обычно обнаруживается, что в районе обрушение склонов случалось многократно. Оползший материал временно укрепляет склон, но затем размывается, и снова возникает неустойчивость, которая в свою очередь обусловливает новое оползание обломочного материала. Области, в которых действует такой механизм разрушения склонов, можно поэтому легко узнать. Уступы, в которых в результате оползания рыхлого материала обнажаются нижележащие породы, имеют свежий вид и не согласуются с общим наклоном поверхности. Дождевые и талые воды являются важным фактором оползневой деятельности. Одну из двух главных дорог в Непале почти ежегодно преграждали небольшие оползни, происходившие во время летних муссонов. Обломки оползших пород сгребали с дороги лопатами, и на этом борьба с оползнями прекращалась до следующего муссона. Грядущую опасность не оценивали, пока в 1976 г. муссон не вызвал большой оползень, приведший к разрушению деревни Пахирикхет и к гибели 150 человек [12].
Множество оползней связано с деятельностью людей. Прокладка шоссейных дорог, распространение жилых районов на склоны, строительство плотин, водохранилищ, дренажных и других инженерных сооружений – все это связано с перемещением большого количества рыхлых и скальных пород, образующих склоны. Если при этой работе добавляется в верхней части склона или удаляется из его основания, то тем самым увеличивается вероятность быстрого разрушения этого склона.
2. Региональные особенности формирования оползней
Одной из основных особенностей геологического строения является наличие в разрезах склонов неогеновых глин, обусловливающих развитие оползневых про- цессов. Причем, по характеру распространения соответствуют основному дефор- мируемому горизонту (ОДГ) - балтские (N1 bl), средне-верхнесарматские (N1 s 2 –N1 s 3 ) и меотические (N1m) глины. Согласно проведенной статистической обработке с ними связано около 80% оползней (рис. 1).
Осталь- ные стратиграфические подразделения неогено- вых (в отдельных случаях и четвертичных) глин вы- полняют роль основных деформируемых горизон- тов на отдельных площа- дях при благоприятных местных условиях. Сле- дующей особенностью геологического строения района является наличие прочного слоя понтиче- ских (N1 p ) известняков в разрезе склонов, внося- щих резкую неоднородность в распределение напряжений на склоне. Как правило, на всей площади региона, верхнюю часть склонов слагают плейстоценовые эоловые отложения (исключением является северная окраина региона, где на дневную поверхность выходит кристаллический фундамент). Как известно, лессовидные породы обладают относительно высокой прочностью в су- хом состоянии, но крайне не стабильные в условиях переувлажнения. В породах средне-верхнечетвертичного возраста зафиксировано более 800 оползней. 90% из них, это оползни-потоки (пластичные), чаще, небольших размеров, развитые в верхней части склона, не вовлекая в процесс нижележащие породы. При об- разовании локальных водоносных горизонтов, причиной которых, в большин- стве случаев, являются техногенные факторы и наличие в плейстоценовой толще прослоев тяжелых суглинков, могут происходить блоковые смещения, формируя структурные оползни. В случае дальнейшего насыщения пород водой они могут развиваться как оползни-потоки – смещения структурно-пластичного типа. Непосредственно под породами плейстоцена залегают красно-бурые плиоценовые глины, которые являются региональным водоупором. Хотя толща красно-бурых глин служит ОДГ всего для нескольких десятков оползней, она является важным фактором в формировании оползней, являясь одной из причин об- воднения склонов. Балтские отложения широко развиты в северо-западной части региона (11,3 тыс. км2 или 1/7 часть территории региона) (рис. 2).
В области распростране- ния пород балтского возраста, по состоянию на 2007 г., зафиксировано 2420 (33%) оползней от их общего количества (7262) в регионе. В основном это оползни пла- стичные в неоднородных породах, с захватом в процесс всей высоты склона. По форме в плане глетчерообразные, с суженной горловиной или сложной конфигу- рации, что характерно для оползней такого типа. Пластичные в однородных поро- дах развиты, в основном, в верхней части склона, с вовлечением в процесс пород четвертичного возраста (около 400 оползней), но встречаются и в нижней части склона в породах балтской свиты (несколько десятков оползней). Около 100 ополз- ней структурно-пластичных, как в неоднородных так и в однородных породах. В области распространения балтских отложений на склонах высотой более 20 м не исключено развитие крупных структурных оползней, зафиксировано несколько десятков таких оползней. Песчано-глинистые отложения понта получили распространение на западе и юго-западе региона (рис. 2) и служат ОДГ для более чем 600 оползней. В основном это пластичные в неоднородных породах оползни (85%). Остальные 15% - круп- ные структурные и структурно-пластичные.
Карбонатно-глинистые отложения понта распространены в центральной ча- сти региона (рис. 2). Здесь зафиксировано около 700 оползней. Наличие прочного слоя понтических (N1 p) известняков в разрезе склонов, вносящих резкую неодно- родность в распределение напряжений на склоне. Важное значение имеет также его гипсометрическое поло жение на склоне, определяющее как типы оползней, так и механизм оползневого процесса, а прослои лигнитизированных глин могут служить ОДГ. Зарегистрировано несколько десятков структурных и структурно- пластичных оползней сформировавшихся за счет прослоя таких глин. Средне-верхнесарматские песчано-глинистые отложения выходят на дневную поверхность в западной части региона в нижней части склонов эрозионной сети бассейна реки Кучурган, а так же нижнем течении рек Б. Куяльник, М. Куяльник, Тилигул (рис. 2). Толща является ОДГ для более чем 700 оползней, из которых око- ло 400 – пластичные в неоднородных породах, около 150 это крупные структурные оползни и примерно столько же (150) структурно-пластичных. Породы меотического возраста развиты повсеместно и обнажаются в основа- нии склонов крупных оврагов, балок, речных долин на побережье лиманов и моря. Песчано-глинистая толща меотиса служит ОДГ для 32% (около 2300) оползней, ¼ из которых, это крупные структурные оползни побережья моря и лиманов. Региональные водоносные горизонты приурочены, в основном, к выше рассмо- тренным комплексам отложений. Первый от поверхности водоносный горизонт сформировался в толще плейстоценовых лессовидных пород. Водоупором этого горизонта являются красно-бурые глины и суглинки. Интенсивность оползневых смещений в лессовых породах прогрессивно возрастает вместе с освоением терри- торий, главным образом, за счет подъема уровня четвертичного водоносного гори- зонта, вызванного техногенным обводнением прибровочной части плато, которая наиболее быстро реагирует на изменения природной обстановки. Проведенные исследования показывают, что подъем уровня грунтовых вод приводит не только к увеличению количества оползней в лессовых породах, но также к изменению их морфометрических параметров и типов от структурных к пластичным (блоковые смещения могут переходить в оползни-потоки). Второй региональный водоносный горизонт приурочен к отложениям понти- ческого яруса. Породы понта являются как водоупором, в случае, если они пред- ставлены глинами, так и водовмещающими породами в районах распространения и его водоупором служат меотические глины. Этот горизонт имеет безнапорный характер и распространен почти повсеместно. Как правило, в местах максималь- ной водообильности понтического водоносного горизонта отмечается наибольшая ширина оползневого склона и подвижность оползней. Меотический водоносный горизонт в линзах мелкозернистых глинистых пе- сков с напорами до 30 м взвешивающее действие которых приводит к снижению эффекта пригрузки нижней части склона на побережье моря и лиманов. Сложившиеся гидрогеологические и инженерно-геологические условия в зна- чительной мере предопределены геолого-геоморфологическим строением сфор- мировавшимся в результате неоген-четвертичного тектоногенеза. В неоген-четвертичный период наблюдалась активизация многих древних раз- ломов, обусловленная рядом геологических признаков: равновысокое положение цоколей одновозрастных террас на различных склонах эрозионных врезов, появ- ление в рельефе гипсометрических ступеней, резкие повороты эрозионных врезов либо, наоборот, спрямленные участки, меандры рек и т.д.
Неотектонический этап развития территории характеризуется как положитель- ными, так и отрицательными движениями. Современный этап характеризуется также отрицательными и положительными вертикальными движениями. С новейшими (постпонтическими) тектоническими движениями связано фор- мирование рельефа и проявление экзогенных геологических процессов, посколь- ку основная гидрографическая сеть была заложена в неоген-четвертичное время. Северная и северо-западная части территории (зона поднятия) характеризуются интенсивным развитием овражно-балочной сети, значительной расчлененностью территории на узкие, вытянутые с изрезанными склонами водораздельные про- странства. В южной части территории (зона опускания) развиты более обширные равнинные, слабоэродированные водораздельные пространства, наложенные ак- кумулятивные террасы, широкие поймы, увеличенная мощность аллювия. В структурно-геологическом отношении северо-западная часть территории яв- ляется зоной наибольшей амплитуды неотектонических поднятий. Современные тектонические движения имеют разную направленность, воздействуя на развитие оползневых процессов через эрозию и абразию. В пределах зоны опускании (южная часть территории) и связанной с ними трансгрессией моря доминирующим видом денудаций является абразия; в пределах зоны поднятий (северная часть территории) – эрозия. Интенсивность эрозионных процессов на исследуемой территории изменяется от весьма сильной на северо-западе, до весьма слабой на юго-востоке. В этом же направлении изменяется и интенсивность проявления оползневых процес- сов, тесно связанных с эрозией. Региональные особенности распределения атмос- ферных осадков сохраняет то же направление изменчивости, а именно общим их снижением с 600 мм/год на северо-западе до 420 мм/год на юго-востоке, что четко выражено в интенсивности проявления оползневых процессов в пространстве. Во временном разрезе в многолетнем ходе осадков отчетливо выражено чередование засушливых и влажных периодов. Выпавшее увеличенное количество атмосфер- ных осадков существенно отражается на положении уровней грунтовых вод, что приводит к развитию подтопления и увеличению влажности грунтов, вызывающее существенные изменения в их свойствах и, как следствие, росту количества ополз- ней. Графики интенсивности проявления оползней и атмосферных осадков (ГРГП «Причерноморгеология» 1986 г.) показывают повышение интенсивности проявле- ний оползневых процессов в отдельные годы (рис. 3). Как пока зали исследования, на интенсивность оползней атмосферные осадки не оказывают прямого влияния [1], воздействуя опосредовано через повышение уровня грунтовых вод и увеличение водообильности водоносных горизонтов. В основном в северо-западной части территории, в силу особенностей геологи- ческого строения, большего количества атмосферных осадков, изрезанностью территории гус той эрозионной сетью, обеспечи ва ющей быструю инфильтрацию вглубь массива пород. Характер выпадения атмосферных осадков, их количество, сезонность в соче- тании с морфологией дневной поверхности, неотектоническими вертикальными движениями и геологическим строением (наличие легкоразмываемых лессовых и песчаных пород), оказывают основное влияние на развитие эрозионных процессов. Нельзя оставить без внимания и такой фактор, как сейсмическое воздействие на грунтовый массив склонов. Большая часть территории находиться в 6-ти баль- ной зоне (по данным ОСР-81г), и в 7 бальной – по данным сейсмического райони- рования Северной Евразии (СРСЕ), а юго-западная часть к 7 (ОСР-81) и 8 бальной
(СРСЕ). Сейсмичность региона, в значительной мере, определяется наличием глу- боких очагов в массиве гор Вранча, соответственно основное направление сейсми- ческого воздействия (сейсмической волны) будет от этой зоны ВОЗ. Анализ про- водился за наиболее активный в сейсмическом отношении период (1978-1991 гг.). В рассмотренный период произошло около 680 сейсмических событий с магниту- дой более 3. Были рассмотрены такие показатели как: общее направление сейсми- ческой волны, угол подхода сейсмической волны к оползневому склону с учетом преломления, направление эрозионной сети (рис. 4), общий показатель сейсмиче с- кой активности (по годам), количество возникших оползней (по годам).
Исследования показали, что в 2–3-х летние периоды постоянного нарастания сейсмичности растет и общее количество оползней (рис. 5). В годы пиковых зна- чений сейсмической активности увеличение общего количества оползней проис- ходит по всему спектру основных аспектов склонов (рис. 6), в том числе, и на склонах, находящихся в зоне сейсмической тени, а именно – противоположном направлению сейсмической волны (с углом подхода 180о ). В периоды затухания сейсмической активности (так же 2-3 года) количество оползней на склонах посте- пенно уменьшается – без явного преобладания «нетипичных» направлений.
Исходя из полученных результатов, можно сделать следующие выводы: – нарастание сейсмической активности на протяжении нескольких лет приво- дит к некоторому росту количества оползней; – значительные сейсмические события ускоряют процесс на склонах всех на- правлений, явного преобладания процесса на склонах совпадающих с направлени- ем сейсмической волны не выявлено; – непосредственное оползание пород только лишь за счет сейсмического толч- ка маловероятно, землетрясение лишь ускоряет процесс на уже «подготовленных» склонах за счет основных факторов характерных для условий Северного Причер- номорья .
2.1 Особенности формирования оползней на побережье моря.
1.Оползневые процессы на побережье Черного моря распространены на тех участках, где в основании берегового уступа залегают неогеновые глины. При рас- положении в уступе плато лессовидной толщи, на участках погружения неогеновых пород под уровень моря, оползневые процессы отсутствуют, хотя высота уступа нередко достигает 25 м. Лишь при появлении в береговом разрезе неогеновых глинистых отложений возникают оползни.
2. Берега Северного побережья Черного моря сложены осадочными породами невысокой прочности (за исключением слоя понтического известняка), что спо- собствует интенсивному формированию оползней. Однако, распределение напря- жений в породах склона, механизм оползневого смещения, положение поверх- ности скольжения и морфология оползней в значительной степени определяются особенностями геологического строения: абсолютной величиной и соотношением прочностных и деформационных характеристик слагающих склоны горных пород и их высотным положением относительно склона. Наиболее значительную нео- днородность в свойства грунтов вносят два слоя: понтического известняка, отли- чающийся по прочностным и деформационным характеристикам от вмещающих глинистых пород на один-два порядка (прочный слой); лигнитизированных глин и мелкозернистых песков с напорными водами, прочностные характеристики кото- рого почти на порядок ниже показателей вмещающих меотических глин (слабый слой).
3. Особенности геологического строения оползневых склонов северного побе- режья Черного моря (наличие прочных и слабых слоев) в условиях непрекращаю- щихся процессов абразии является ведущим фактором возникновения и развития оползней. В зависимости от высотного положения слоя понтического известняка в разрезе и его прочности формируются оползневые склоны различной морфоло- гии: блоковые большой протяженности (известняки обладают малой прочностью), блоковые двухярусные (известняки высокой прочности залегают в средней части склона), блоковые малой протяженности и высокой крутизны (известняки выходят в нижней части склона на урезе моря).
4. Слои пониженной прочности, залегающие в толще меотических глин, способ- ствуют возникновению оползней, играя роль подготовленных поверхностей смеще- ния. Зона формирования поверхности смещения оползней выдавливания чаще все- го приурочена к линзам водонасыщенных глинистых песков и лигнитизированным прослоям. Наличие органического вещества (гумус, лигнит) даже в небольших ко- личествах, вследствие его высокой гидрофильности, придает песчаным грунтам пластические свойства, увеличивает их влагоемкость, не позволяет реализоваться внутреннему трению и приводит к проявлению ползучести в ослабленных про- слоях. Обычно количество прослоев в пределах участка не превышает 3 – 4 и по глубине они распределены неравномерно. Большинство поверхностей смещения глубоких оползней выдавливания расположено на глубинах от -8 до -14 м, что свидетельствует об их приуроченности к ослабленным зонам литогенетической природы.
5. Основной причиной нарушения устойчивости прибрежных склонов явля- ется морская абразия, которая создает и непрерывно возобновляет условия для проявления оползневых процессов. Интенсивность процессов абразии различна для разных участков побережья и зависит от литологического состава оползневых накоплений, слагающих береговой обрыв; уровня моря, направления и интенсив- ности волнения; состава, направления и мощности потока наносов; хозяйственной деятельности человека. На скорость абразии, также влияют состав, размеры и ди- намика пляжей. В зависимости от их ширины полностью или частично гасится энергия волн.
6. Типичные для побережья Черного моря гидрогеологические условия обусловлены геологическим строением склонов. Влияние подземных вод (на- личие в толще пород трех водоносных горизонтов) на нарушение устойчивости оползневых склонов связано с изменением напряженного состояния и прочности пород:
а) при наличии водоносного горизонта в лессовых породах возникают фильтрационные силы, которые приводят к увеличению горизонтальных и касательных напряжений и общему снижению устойчивости верхней части скло- на на 8-12%. В общем балансе удерживающих и сдвигающих сил наиболее суще- ственное влияние в снижении устойчивости прибровочной части плато оказывает снижение прочности лессовых пород;
б) в местах максимальной водообильности понтического водоносного го- ризонта отмечается наибольшая ширина оползневого склона и подвижность оползневых накоплений. Происходит «растекание» грунтов оползневой «террасы» из-за избыточного увлажнения и снижения характеристик прочности пород. Зоной дренирования четвертичного и понтического водоносного горизонтов является по- верхность смещения.
в) водоносный горизонт в линзах мелкозернистых глинистых меотических пес- ков встречен при бурении разведочных скважин на глубинах от 1 до 27 м ниже уровня моря. Абсолютные отметки пьезометрической поверхности меотического водоносного горизонта в большинстве случаев не совпадают с уровнем моря, что свидетельствует об отсутствии постоянной гидродинамической связи вод этого го- ризонта с морскими и позволяет сделать допущение о профильной и латеральной изолированности большинства водосодержащих линз и прослоев. Взвешивающее действие напорных вод, играет определенную роль в нарушении общей устойчи- вости оползневого склона в результате снижения эффекта пригрузки, особенно в нижней части склона [3]. ›
3.1 Контроль над оползнями
Для предотвращения катастроф необходимо детально исследовать участок и знать его геологические условия. Потенциально опасные зоны можно уверенно выделить, если геологические условия известны достаточно хорошо и определены структуры, где могут развиваться и, возможно, развивались в прошлом оползни. Основная проблема – установить степень опасности, т.е. вероятное время наступления катастрофы и ее масштабы. Число жертв могло быть гораздо меньше, если бы люди всегда старались селиться подальше от опасных зон .
Основные задачи при изучении оползневых районов и содержание исследований сводятся к следующему .
1) Изучение стратиграфии, состава, условий залегания пород, кор выветривания, тектонических структур, современных тектонических движений.
2) Изучение условий залегания, распространения и режима подземных вод.
3) Определение количественных характеристик оползней (интенсивности, активности, глубины залегания поверхности скольжения, размеров блоков, площади, объема и т.п.)
4) Организация стационарных наблюдений за динамикой смещений, выяснение механизма смещений, режима и факторов активизации оползней.
5) Изучение сопутствующих геологических процессов и явлений.
6) Изучение свойств оползневых и склонных к смещению пород, особенно таких, как плотности, влажности, размываемости, набухания, сопротивления сдвигу, напряженного состояния, изучение изменения этих характеристик во времени и пространстве.
3.1 Противооползневые мероприятия
Противооползневые мероприятия по своему характеру могут быть разделены на две группы: пассивные и активные [1]. К первой группе должны быть отнесены главным образом мероприятия охранно-ограничительного характера, а именно:
· запрещение подрезки оползневых склонов и устройства на них всякого рода выемок;
· недопущение различного рода подсыпок, как на склонах, так и над ними, в пределах угрожающей полосы;
· запрещение строительства на склонах и на указанной полосе сооружений, прудов, водоемов, объектов с большим водопотреблением без выполнения конструктивных мероприятий, полностью исключающих утечку воды в грунт;
· ограничение в необходимых случаях скорости движения железнодорожных поездов в зоне, примыкающей к оползневому участку;
· охрана древесно-кустарниковой и травянистой растительности;
· запрещение неконтролируемого полива земельных участков, а иногда и их распашки;
· залесение оползневых территорий и др.
Осуществление охранно-ограничительных противооползневых мероприятий не связано с устройством каких-либо инженерных сооружений и проведением трудоемких работ. Эффект от этих мероприятий может быть получен не сразу. Тем не менее, осуществление этих мероприятий необходимо едва ли не в большей мере, чем активных мероприятий.
Ко второй группе следует отнести такие противооползневые мероприятия, проведение которых требует устройства различного рода инженерных сооружений. В зависимости от сложности инженерно-геологических условий, ценности существующих и проектируемых объектов, экономического значения и перспектив использования оползневых территорий рекомендуется применять следующие меры, направленные на устранение активных причин, вызывающих оползни на склонах.
Весьма эффективным противооползневым приемом перераспределения земляных масс на оползневых склонах является метод террасирования, применяемый обычно в комплексе с водоотводами, защитными покрытиями, посадкой древесной растительности и другими мероприятиями.
Применяют следующие виды противооползневых сооружений.
· Подпорные конструкции – обычно применяются для предотвращения оползневых подвижек, когда прочность пород значительно снижена прошедшими деформациями.
· Подпорные стенки – рекомендуется устраивать на сравнительно небольших оползнях, а также на склонах при нарушении их устойчивости в результате подрезок, пригрузок, подмывок и т.д.
· Контрбанкеты – являются одним из наиболее эффективных противооползневых мероприятий. Они устраиваются у подошвы действующего или потенциального оползня и своим весом препятствуют смещению земляных масс.
· Свайные ряды – укрепления оползневых склонов рекомендуется применять в период временной стабилизации оползней, имеющих относительно малую мощность смещенного тела. Сваи располагаются в шахматном порядке, устанавливаются в несмещаемую породу, как правила, на глубину два метра. Чтобы не нарушить устойчивость склона при забивке, сваи погружаются в предварительно пробуренные скважины.
На территории Северозаподног причерноморья обязательным мероприятием по снижению геологического риска является организация и ведение системы комплексного мониторинга геологической среды, включающая экзодинамический мониторинг за вертикальными и плановыми изменениями положения оползневых тел и грунтовых масс, гидроэкологический мониторинг за уровнями подземных вод, их составом и динамикой, а также наблюдения за зданиями, сооружениями и подземными коммуникациями, позволяющими судить о деформациях их оснований .
К мероприятиям по снижению геологического риска относятся:
1) мероприятия по предотвращению чрезмерного увлажнения территории с целью исключения образования верховодки, подрезки склонов, ликвидации естественных дрен, подпора грунтовых вод или нарушению подземного стока (поднятие уровня воды в открытых водоемах, котлованах, барражные эффекты, засыпка долин малых рек и оврагов), а также по сооружению устройств для сбора и водоотвода поверхностных и ливневых вод;
2) мероприятия по инженерной подготовке территорий, включающие создание дренажных систем, водоотвод поверхностных и ливневых вод, гидроизоляцию зданий и сооружений, фитомелиорацию склонов, а также поддержание в надлежащем состоянии водонесущих коммуникаций и другие мероприятия.
Достижение стабилизации оползневых склонов может быть достигнута только при выполнении всего комплекса назначаемых мероприятий и работ, частичная реализация правильно назначенного комплекса противооползневых мероприятий не допускается, во избежание снижения устойчивости оползневого склона.
3.2 Прогноз оползневых процессов
Оползневые процессы можно прогнозировать. Для этого прежде всего необходимы тщательные инженерно-геологические и инженерно-гидрологические исследования .
Прогноз оползневых процессов необходим:
1) для расположения объектов народного хозяйства и их сооружений в безопасном месте;
2) для своевременного предупреждения возникновения новых оползней или недопущения опасной величины и скорости смещения уже существующих оползней;
3) для предотвращения человеческих жертв при неизбежных крупных оползневых смещениях и аварий на объектах народного хозяйства.
Практическое значение прогноза особенно велико, потому что при современном состоянии техники строительства стоимость противооползневых сооружений очень высокая и применение их экономически оправдано не везде и не всегда. Поэтому прогнозирование оползней – это очень сложная, ответственная и крайне необходимая задача.
Основной целью составления прогноза является обеспечение органов государственного управления, территориальных ведомств и организаций данными о возможных проявлениях и степени активности оползневых процессов .
Для прогноза оползневых процессов на длительный период применяется метод ритмичности, основанный на выявлении периодов активизации оползней, связанных с выпадением осадков и другими метеорологическими элементами.
При составлении краткосрочного прогноза используется метод экспертной прогнозной оценки развития оползневых процессов, основанный на сравнительно-геологическом анализе распространения и условий развития оползней в предшествующие периоды.
Выводы.
Интенсивность проявлений оползневых процессов в Северозаподном Причерноморье одна из самых высоких на территории Украины (около ¼ всех зафиксированных оползней Украины). Всего на территории зарегистрировано около 7,2 тыс. ополз- ней, различных типов и морфологии. Интенсивность оползневых процессов уменьшается с северо-запада на юго-восток в направлении максимальной измен- чивости структурно-геологических особенностей территории, количества осадков, интенсивности эрозионных процессов и гидрогеологических условий. Наиболее подвержены оползням северо-западные территории региона и морского побере- жья. На северо-западе региона в основном развиты оползни пластического типа (оползни-потоки). Основными факторами их формирования являются эрозионная подработка склонов, сложенных легкоразмываемыми породами и негативные из- менения гидрогеологических условий. На побережье моря и лиманов, в основном развиты крупные блоковые оползни глубокого заложения, определяющими фак- торами которых являются процесс абразии и наличие в толще меотических глин прослоев пониженной прочности.
Список литературы
1. Алексеев Н.А. Стихийные явления в природе: проявление, эффективность защиты. – М.: Мысль, 1988. – 254 с.
2. Евсеева Н.С., Окишев П.А. Экзогенные процессы рельефообразования и четвертичные отложения. Учебное пособие.
3. Инженерная геодинамика Украины и Молдовы (оползневые геосистемы): в 2 т. / под ред. Г.И. Рудько / Е.А. Черкез, С.Н. Шаталин Закономерности развития оползневых процессов на территории Север- ного Причерноморья. – Черновцы: Букрек, 2012 – т.2.– С.232–340.
4. И. П. Зелинский, Б. А. Корженевский, Е. А. Черкез [и др]. – К.: Наукова думка, 1993. – 227 с.
5. Ландау Л. Д. Теория упругости [Текст] / Л. Д. Ландау, Е. М. Лифшиц. – М.:
Наука, 1965. – 203 с.
6. Черкез Е. А. Оползни северо-западного побережья Черного моря (моделирование, прогноз устойчивости
склонов и оценка эффективности противооползневых мероприятий): автореф. дис. … доктора геол.-
мин. наук: 04.00.07 [Текст] / Е. А. Черкез. – Одесса, 1994. – 36 с.
7. Черкез Є.А. Гідрогеомеханічні особливості формування зсувів випору північно-західного узбережжя
Чорного моря [Текст] / Є. А. Черкез, О. В. Драгомирецька, Г. М. Біч // Вісник Одеського національного університету. – 2003. – Т. 8. – С. 180-188. – (Серія “Географічні та геологічні науки”; вип. 5).
(zip - application/zip)
Статистика файлового архива
