Введение

Прогнозированию таких опасных геологических процессов, как оползневые, на протяжении многих десятков лет уделялось самое пристальное внимание Е.П. Емельяновой, Г.К. Бондариком, В.В. Кюнтцелем, Г.С. Золотаревым, В.Д. Ломтадзе, А.И. Шеко, Г.П. Постоевым, К.А. Гулакяном, И.В. Поповым и другими. В 70-х годах прошлого столетия во ВСЕГИНГЕО на основе системного подхода были разработаны методологические основы долговременных региональных прогнозов экзогенных геологических процессов (оползней, селей, абразии) и составлены специальные прогнозные инженерно-геологические карты для разных регионов бывшего Союза. Если региональные прогнозы охватывают большие территории, то локальные проводятся для отдельных участков, на которых развит определенный тип процесса. По времени краткосрочные прогнозы по В.В.Кюнтцелю [1992] разделяются на ряд видов – от экстремальных предупреждений за несколько минут или часов до опережающих - на последующий год или несколько лет вперед. Локальные краткосрочные прогнозы очень часто требуются в разных районах Крыма при решении практических задач. Немаловажную роль играет при этом применение оперативных методов, в том числе и геофизических.

Цель и задачи исследований

Цель заключается в разработке рекомендаций по стабилизации склона.

Для ее осуществления решались следующие задачи:

• выявление пространственных закономерностей общего естественного поля напряжений на участке;
• изучение изменений напряженно-деформированного состояния пород во времени;
• расчет устойчивости склона;
• определение главных причин образования и активизации оползня;
• представить прогноз развития оползня и разработать рекомендации по его стабилизации.

Для решения первых двух задач применялся геофизический экспресс-метод естественного импульсного электромагнитного поля земли (ЕИЭМПЗ).

Методика работ

Исследования проводились на всей территории участка, доступной для прохождения (рис 1). Для выяснения общих закономерностей поля напряжений и неоднородностей в строении на разной глубине измерения проводились дважды с размещением точек через 10 и 5м. При этом точки образовывали достаточно равномерную сеть (рис 2). Для режимных, мониторинговых исследований точки регистрации ЕИЭМПЗ и наблюдений за оползнеобразующими факторами закрепляются на поверхности с помощью поверхностных реперов или марок-маяков.

Для измерений импульсов ЕИЭМПЗ использовался прибор типа «Адонис-32М», опытная серия которого выпущена в 2001 г. в КАПКС. Прибор являются новой модификацией, имеет объем памяти 32 Кб, подключается к компьютеру для последующей обработки данных. Предшествующая модификация прибора «Адонис-32» прошла аттестационные испытания в 2000г на полигонах Великобритании. На каждой точке наблюдений производилась серия отсчетов из 7 значений. Параметры регистрации (время дискретизации, диапазон чувствительности, направленность антенны) во время всей работы оставались одинаковыми. Направленность антенны определялась при выборе нуль-пункта путем круговой развертки вне активных помех.

Рис.1. Общий вид участка со стороны моря

Обработка полученных результатов включала получение простейших статистик в виде средних арифметических значений и дисперсии на каждой точке наблюдений. После обработки материалов были построены карты - схемы полей напряжений (рис.4-6). По превышению значений интенсивности поля относительно фоновых выделялись аномалии, а по разработанной в 1987 г. классификации оценивалось напряженно-деформированное состояние пород в массиве. Подобная оценка является косвенной, но достаточно информативной. Исходя из особенностей механизмов генерирования электромагнитных импульсов, проводится интерпретация полученных результатов. Напряженное состояние пород может периодически меняться в зависимости от различных факторов.

Рис.2. Карта-схема фактического материала

Склоны участка представлены обрывами и террасами, то есть они несут потенциальную опасность обрушения в результате активизации оползней. Прогнозируемая форма нарушения устойчивости склонов взята по схеме - обрушение со срезом и вращением. Причиной образования оползня является уменьшение прочностных характеристик грунтов, возрастание действующих на склон сил или ослабления грунтов во времени. Напряженное состояние создается за счет собственного веса слагающих склон пород, их петрофизических и физико-механических характеристик, веса сооружений или отвалов на склоне или за его бровкой, сейсмической или динамической нагрузки, обводнение склона, абразионного воздействия. Для этой схемы был выполнен расчет устойчивости склонов по методу круглоцилиндрической поверхности скольжения. Суть метода заключается в определении коэффициента запаса устойчивости на возможное вращение объема грунта по дуге скольжения вокруг заданного центра. Коэффициент запаса (Кst) равен отношению момента сопротивления всех реактивных сил (Мсопр) к моменту вращения (Мвр) активных сил относительно заданного центра. Очевидно, что при коэффициенте запаса меньше единицы (Кst <1) имеет место нарушение устойчивости заданного грунтового отсека.

В геоморфологическом отношении, рассматриваемая территория находится на южном замыкании приморской, слабонаклонной, аккумулятивной равнины, ограниченной абразионным уступом, высота которого в пределах поселка от 3 до 11 метров над уровнем моря. Абразионный уступ (клиф) подвержен активной абразии моря, из-за чего побережье поселка по фронтальной протяженности оказалась пораженно абразионными оползнями. Фронтальное разрушение берегов наблюдается и далее на восток от поселка Приморский с захватом берегов мысов Чауда и Опук. Исследуемый район относится к зоне морского умеренно-теплого маловлажного климата, характеризующегося небольшим количеством осадков, значительной амплитудой колебания температуры воздуха и частыми ветрами. В целом же район изысканий чрезвычайно беден подземными водами и по условиям водообеспеченности относится к типичным полупустынным областям. Разгрузка подземных вод происходит в сторону моря.

По данным инженерно-геологических изысканий, выполненных кооперативом «Геолог» в районе набережной пгт. Приморского основанием берегоукрепительных сооружений служит глина выветрелая, твердая со следующими нормативными характеристиками: φ=17°, C =0,450 кг/см², Е =234 кг/см², ρ = 1.85 г/см³ [ 5].

В пределах исследуемого района выделены участки, обусловленные развитием локальных оползневых очагов. В верхней части набережной наблюдаются трещины закола. На отдельных участках склона имеются деформированные лестницы и откосно-ступенчатые гидротехнические сооружения в результате проявления абразии. Исследуемый участок подтоплен подземными водами, существенное влияние на уровень грунтовых вод оказывает нерегулируемый сток воды из водовода, а слабые фильтрационные свойства глин слоя 4 создают условия для формирования верховодки.

Результаты исследований

В результате проведенных исследований были установлены определенные закономерности в пространственном и временном изменении напряженно-деформированного состояния пород на склоне. В зимний период локальные очаги высокой напряженности пород (рис 4) переместились в западную часть участка и образовали две полосы шириной от 10 до 30 м. Они приурочены к наиболее активной части оползневого склона, чутко реагирующего на штормовую активность моря в зимний период (рис 5). Вытянутость вдоль склона обусловлена, очевидно, подземными водными потоками. В верхней северо-восточной части участка произошла релаксация напряжений и формирование новых трещин-заколов. Весной напряженность пород переместилась западнее на соседний участок, что является признаком возможного разрастания оползня вверх по склону. Трещины-заколы сливаются в магистральные трещины отрыва и формируется таким образом новый оползневой очаг (рис 6).

Таким образом, главными факторами, влияющими на устойчивое состояние пород на исследуемом склоне, являются увлажнение кровли из насыпного грунта и абразионная деятельность моря. Другими немаловажными факторами являются динамическое воздействие волн на берегозащитные сооружения.

На активизацию данного оползня оказывает основное влияние абразия и техногенное подтопление склона. Развитие оползня носит регрессивный характер. Исследуемый откос находится в несбалансированном неустойчивом состоянии по оценке напряженно-деформированного состояния пород. Это нашло отражение и в проведенных расчетах.

Коэффициент устойчивости в обычных условиях- 1.009<Kst=1.05, склон во взвешенном состояние; коэффициент устойчивости в условиях сейсмической атаки - Кst=0.808<Kst=1.05 - склон теряет устойчивость, оползневое давление составляет 10 т (Еоп=10 т).

Рис.4. Карта- схема поля напряжений на участке 10.01.2010г.

Рис.5. Карта- схема поля напряжений на участке 05.02.2010г.

Рис.6. Карта- схема поля напряжений на участке 22.05.2010г.

Выводы и рекомендации

По полученным результатам исследований были сделаны следующие выводы и рекомендации:

Неконтролируемая застройка территории и отсутствие специальных мероприятий по внешнему и подземному водоотводу вызвало интенсивную активизацию и развитие разрушительного оползня. Развитие оползня происходит по двум этапам: это аккумуляция и сброс напряжений; последующая релаксация напряжений в породах земной поверхности исследуемого участка.

На территории необходимо предусмотреть соответствующие мероприятия по организации поверхностного и подземного водоотвода. Для предотвращения дальнейшего расширения оползня необходимо принять срочные меры пассивной противооползневой защиты – выполнение отсыпки из крупногабаритного камня на линии берегового уреза и восстановление подсыпки под берегоукреплениями. Необходимо уменьшить абразионную деятельность моря путём ремонта берегозащитных укреплений. При разработке проектов освоения и инженерной защиты участка необходимо в обязательном порядке предусматривать комплекс специальных мероприятий по противооползневой защите.

Список литературы:

1. Кюнтцель В.В. Универсальная система циклов в природе. Циклы природных процессов, опасных явлений и экологическое прогнозирование. Вып.2, М. АЕНР, 1992. С.35-39.
2. Маслов Н.Н. Основы инженерной геологии и механики грунтов. М., «Высшая школа», 1982.511С.
3. Саломатин В.Н., Мастов Ш.Р. Зашинский Л.А. Методические рекомендации по изучению напряженного состояния пород методом регистрации естественного импульсного электромагнитного поля Земли (ЕИЭМПЗ). Министерство высшего и среднего специального образования УССР. Крымский институт природоохранного и курортного строительства. Симферополь , 1991. 87С.
4. ДБН В1.1-3-97-« Инженерная защита территорий, зданий и сооружений от оползней и обвалов». Издание официальное. Госстрой Украины. Киев -1998г.
5. Архивные данные фирмы КООПЕРАТИВ «ГЕОЛОГ».

Подвинцев А.В, Саломатин В.Н.

Национальная академия природоохранного и курортного строительства.