авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ  БИБЛИОТЕКА

АВТОРЕФЕРАТЫ КАНДИДАТСКИХ, ДОКТОРСКИХ ДИССЕРТАЦИЙ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Экзогенные геологические процессы и их влияние на транспортное освоение территории (на примере юго-западного приморья)

На правах рукописи

Федоренко Евгений Владимирович ЭКЗОГЕННЫЕ ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ И ИХ ВЛИЯНИЕ НА ТРАНСПОРТНОЕ ОСВОЕНИЕ ТЕРРИТОРИИ (НА ПРИМЕРЕ ЮГО-ЗАПАДНОГО ПРИМОРЬЯ) 25.00.08 – Инженерная геология, мерзлотоведение и грунтоведение

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

Иркутск 2007

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Дальневосточный государственный университет путей сообщения» (г. Хабаровск)

Научный консультант: доктор геолого-минералогических наук, профессор КВАШУК СЕРГЕЙ ВЛАДИМИРОВИЧ

Официальные оппоненты: доктор геолого-минералогических наук, профессор КОНДРАТЬЕВ ВАЛЕНТИН ГЕОРГИЕВИЧ кандидат геолого-минералогических наук, профессор ВЕРХОЗИН ИВАН ИВАНОВИЧ

Ведущая организация: Иркутский государственный университет путей сообщения (ИрГУПС).

Защита состоится «29» июня 2007 г. в 14:00 часов на заседании диссертационного совета Д 003.022.01 при Институте земной коры СО РАН по адресу: 664033, Иркутск, ул. Лермонтова,

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Иркутского научного центра СО РАН в здании Института земной коры СО РАН Отзывы об автореферате в двух экземплярах, заверенные печатью учреждения, просьба направлять по вышеуказанному адресу ученому секретарю к.г.-м.н.

Л.П. Алексеевой, тел: (3952) 42-27-77, fax: (3952) 42-69-00, e-mail: lalex@crust.irk.ru

Автореферат разослан «26» мая 2007 г.

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат геолого-минералогических наук Л.П. Алексеева

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы Изучаемый район охватывает территорию юго-запада Приморского края. Географиче ское положение Приморья, мягкий климат, теплое море и наличие экзотических объектов делают этот район привлекательным для российских и зарубежных туристов. В связи с этим необходимо транспортное освоение района с выходом на побережье Японского моря.

Актуальный элемент развития транспортной стратегии - формирование международных транспортных коридоров, проходящих через Россию. Железнодорожная линия Баранов ский – Хасан является связующим звеном между Транссибирской магистралью и желез ными дорогами Кореи.

Юго-Западное Приморье характеризуется сложными природно-климатическими, гео логическими, сейсмическими и тектоническими условиями, которые необходимо учиты вать при изысканиях, проектировании, строительстве новых и эксплуатации существую щих транспортных сооружений. Малая инженерно-геологическая изученность территории предопределяет неэффективность инженерной защиты транспортных объектов.

Борьба с экзогенными геологическими процессами (ЭГП) на таких сложных объектах, как железные и автомобильные дороги, ведётся на протяжении уже более 100 лет, но тра диционные способы мало эффективны. При строительстве и эксплуатации линейных со оружений неполный учёт особенностей, связанных со сложными инженерно геологическими условиями, приводит к высоким эксплуатационным затратам и частому ремонту объектов транспортной сети.

Цель исследований Выявить закономерности распространения экзогенных геологических процессов в рай оне, определить их влияние на эксплуатацию существующих и строительство новых транспортных сооружений.

Задачи исследований Для достижения поставленной цели были определены следующие задачи:

1. Оценить состояние геологической среды Юго-Западного Приморья.

2. Разработать критерии оценки степени пригодности территории для транспортного ос воения.

3. Дать комплексную оценку инженерно-геологических условий района в целях опреде ления степени пригодности к строительству транспортных сооружений.

4. Выявить закономерности развития геологических процессов.

5. Изучить природные факторы активизации и развития оползней:

а) выявить зависимости между основными прочностными показателями глинистого грунта и влажностью для периферии Борисовского плато;

б) определить вероятностную надёжность оползневого склона, с учётом атмосферных осадков.

6. Изучить природные факторы активизации развития эрозионных процессов:

а) усовершенствовать дендрохронологический метод измерения процессов плоскост ной эрозии;

б) определить среднегодовую скорость плоскостного смыва.

7. Обосновать выбор степени защиты транспортных сооружений от геологических про цессов.

8. Разработать рекомендации для совершенствования способов инженерной защиты объ ектов транспортной сети.

Методы исследований Для решения поставленных задач применялись следующие методы: общенаучные: на блюдение, эксперимент, измерение, анализ, синтез, метод естественно-исторического ана лиза;

методы математической статистики и моделирования;

специальные: инженерно геологические исследования, стационарные наблюдения, опытные инженерно геологические работы, дендрохронологические методы.

Научная новизна Для изучаемого района автором получены следующие научные результаты исследова ний, а именно:

1. Разработана методика определения категории сложности инженерно-геологических условий для транспортного строительства, основанная на комплексной оценке по шкале критериев.

2. Выявлены закономерности развития ЭГП в Юго-Западном Приморье.

3. Предложен метод определения вероятностной надёжности оползневых склонов, с учё том атмосферных осадков.



4. Усовершенствован дендрохронологический метод измерения скорости плоскостной эрозии – «по обнаженным корням» путем объединения его результатов с результата ми, полученными методом «по наклону».

5. Дана оценка динамики процессов плоскостного смыва, имеющих широкое распростра нение на юге территории.

6. Предложен способ определения степени защиты сооружений в зависимости от назна ченной категории опасности геологических процессов.

Исходные материалы и личный вклад в решение поставленной проблемы В основу диссертационной работы положены результаты полевых, лабораторных, тео ретических исследований, проводимых при участии автора в течение пяти лет.

1. Комплексные инженерные изыскания на 4344 км линии БарановскийХасан (20022003 гг.). Инженерно-геологические исследования на 52-м км линии Баранов скийХасан, совместно с Центром диагностики искусственных сооружений «Мерзлот ная станция» (20022005 гг.).

2. Наблюдения за характером развития ЭГП в районе с. Рязановка (20032006 гг.).

3. Лабораторные исследования грунтов Борисовского плато (20022006 гг.). Лаборатор ные исследования спилов древесины (20032006 гг.).

4. Математическое моделирование с применением программных средств (2005 г.).

5. Выполнение расчетов устойчивости и непосредственное участие в проектировании противооползневой конструкции на 52-м км линии БарановскийХасан, с применением геосинтетических материалов, совместно с Центром диагностики искусственных со оружений «Мерзлотная станция» (2003 г.).

В работе использованы сведения из опубликованных и фондовых материалов отечествен ных авторов в области инженерной геологии.

Защищаемые положения:

1. Из восемнадцати инженерно-геологических комплексов, выделенных в Юго Западном Приморье, территория четырех является пригодной для строительства транспортных сооружений, одиннадцати – мало пригодной и трех - условно пригод ной.

2. На территории Юго-Западного Приморья распространенными ЭГП являются оползни, для которых получена зависимость устойчивости как функция от интен сивности (а) и продолжительности (Н) осадков и начальной влажности грунтового массива (W0): K уст = 8 1012 (0.1684 а Н 0.0007 Н + W0 ) 8.4935, и процессы плоскостной эрозии, скорость которых определена усовершенствованными дендрохронологиче скими методами и составляет 0,9 см/год.

3. Для существующей транспортной магистрали выделены четыре участка с пер вой категорией опасности и два участка со второй категорией опасности ЭГП. Защи ту объектов транспортной сети на таких участках рекомендуется осуществлять по индивидуальным проектам с применением прогрессивных конструкций инженерной защиты.

Апробация Основные результаты диссертации докладывались на международных и региональных конференциях: «Косыгинские чтения» (Хабаровск, 2003 г.), «Пятый международный фо рум молодых ученых стран АТР» (Владивосток, 2003 г.), XXI всероссийская молодежная конференция «Строение литосферы и геодинамика» (Иркутск, 2005 г.), «44-я Всероссий ская научно-практическая конференция ученых транспортных вузов, инженерных работ ников и представителей академической науки» (Хабаровск, 2006 г.), «Толстихинские чте ния» (Санкт-Петербург, 2006 г.) и внутривузовских конференциях ДВГУПС. Автор участ вовал в VII краевом конкурсе-конференции молодых ученых и аспирантов (Хабаровск, 2006 г.), отмечен дипломом за активное участие.

Публикации По результатам исследований автором лично и в соавторстве опубликовано 11 работ, в том числе 1 статья в ведущем научном журнале из перечня ВАК.

Практическая ценность и реализация работы 1. Выполненные исследования являются научной основой для проектирования и строительства транспортных сооружений (железные, автомобильные дороги, трубопрово ды) в Юго-Западном Приморье. Результаты представляют практический интерес и для других видов строительного освоения территории.

2. Районирование территории Юго-Западного Приморья по степени пригодности к строительству транспортных сооружений позволяет давать предварительную оценку вари антам трасс новых направлений.

3. Полученные региональные зависимости основных прочностных показателей глини стого грунта от влажности позволят экономически эффективно назначать противооползне вые мероприятия и определять необходимость их реализации.

4. Предложенная методика оценки устойчивости оползневых склонов Борисовского плато поможет предупреждать, в зависимости от количества атмосферных осадков, разру шения и деформации существующих транспортных магистралей.

5. Рекомендации по защите железнодорожной линии от ЭГП на основе районирова ния упрощают сложный процесс принятия решения выбора мероприятий.

6. Результаты исследований нашли практическое применение при проектировании противооползневой конструкции на 52-м км линии БарановскийХасан, выполненном Центром диагностики искусственных сооружений «Мерзлотная станция».

Структура и объём работы Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, заключения, библиографического списка из 110 наименований и двух приложений. Объём диссертации составляет 141 страницу печатного текста, который включает 10 таблиц, 44 рисунка и приложений на 9 страницах.

Автор искренне благодарен за помощь и поддержку на раннем этапе научного станов ления профессорско-преподавательскому составу ДВГУПС: Л.Л. Севостьяновой, М.С. Клыкову, Л.В. Утиной. За формирование научных взглядов, организацию и помощь в проведении полевых работ старшему научному сотруднику ИТиГ ДВО РАН А.А. Пере сторонину. Автор признателен за ценные замечания и отзывы, полученные при подготовке работы доктору г.-м. наук, главному научному сотруднику ИВЭП ДВО РАН В.В. Кулакову, доктору г.-м. наук, профессору ИЗК СО РАН Ю.Б. Тржцинскому, кандидату г.-м. наук, доценту Д.Ю. Малееву. Автор благодарит за положительное влияние при совместной на учной деятельности и становление как научного сотрудника доктора техн. наук, профессо ра А.А. Пиотровича. За помощь в проведении лабораторных исследований В.И. Бахарева.





Автор весьма признателен за консультации в период обсуждения, подготовки и заверше ния работы доктору г.-м. наук, профессору ТОГУ Т.И. Подгорной.

Особая благодарность за постоянный контроль и направление в творческом поиске научному руководителю, доктору г.-м. наук, профессору ДВГУПС С.В. Квашуку.

ГЛАВА 1. ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ Юго-Западное Приморье характеризуется специфическими особенностями, оказываю щими влияние на формирование и развитие транспортной сети в регионе. К ним относятся сложные инженерно-геологические условия, определяемые геологическим строением, тек тоникой, гидрогеологическими условиями, повышенной сейсмичностью и специфически ми природно-климатическими условиями.

Климатические условия – основной фактор, способствующий развитию геологических процессов. Особенности климата района, связанные с прохождением тайфунов во второй половине лета, создают предпосылки для интенсивного развития эрозионных процессов.

Продолжительные моросящие дожди и туманы приводят к активизации оползневых про цессов и заболачиванию.

Рельеф территории определяет закономерности развития различных типов процессов в зависимости от высотных зон. В северной части района более распространены гравитационные процессы: оползни, обвалы, осыпи;

на побережье развиты абразионно гравитационные процессы, а в пониженных частях заболачивание. На территории района развиты формы рельефа, образованные как в результате вулканической деятельности базальтовые плато, так и в результате эрозии денудационные поверхности, отличающиеся по времени формирования, а также речные террасы.

Геологическое строение территории представлено двумя группами формаций. В север ной части района распространены терригенная, угленосная, флишевая, карбонатная, крем нистая и вулканогенно-осадочная формации осадочной группы, а также эффузивная фор мация магматической группы. Породы осадочной группы включают: глины, суглинки, су песи, пески, песчаники, алевролиты, аргиллиты и известняки. В южной части преобладает интрузивная формация магматической группы, представленная гранитами и диоритами.

Незначительное распространение имеют терригенная и кремнистая формации осадочной группы, включающие илы, глины, суглинки и известняки.

Накопление рыхлого обломочного материала в миоцене – образование усть суйфунской свиты и последующее излияние плиоценовых базальтов на нелитифициро ванные отложения предопределило развитие обвально-оползневых процессов на перифе рии Борисовского плато базальтов.

Гидрогеологические условия. Согласно схеме гидрогеологического районирования, предложенной К.П. Каравановым, исследуемый район относится к Лаоэлин-Гродековской гидрогеологической складчатой области, в состав которой входят: гидрогеологические массивы (Западный Пограничный, Южный пограничный);

гидрогеологические вулкано генные бассейны (Борисовский, или Шуфанский);

межгорные артезианские бассейны (Тавричанский, Усть-Барабашевский, Верхне-Барабашевский, Сидиминский, Славянский, Посьетский, Хасанский).

Гидрогеологические условия характеризуются широким распространением грунтовых поровых вод четвертичных отложений и трещинных вод докайнозойских пород. Грунто вые воды приурочены к аллювиальным и аллювиально-морским отложениям речных до лин. Глубина до уровня воды в пределах пойм и первых надпойменных террас не превы шает трёх, чаще одногодвух метров, на более высоких увеличивается до четырехпяти метров. Максимальная высота поднятия уровня приходится на период интенсивного выпа дения осадков. К делювиальным и оползневым отложениям приурочена верховодка, вода в выработках часто появляется не сразу. Верховодка носит сезонный характер и отличается резко переменным режимом.

Трещинные воды докайнозойских пород развиты почти повсеместно. Они приурочены к верхней зоне региональной трещиноватости пород, зонам интрузивных контактов и тек тонических нарушений. Глубина залегания обычно превышает 10 м.

Неотектонические движения в настоящее время проявляются замедленно и разно значно. Одним из индикаторов вертикальных поднятий берегов является неодинаковая вы сота разновозрастных береговых валов на современных аккумулятивных морских терра сах. В региональном неотектоническом отношении район включает восточную часть гра ницы Восточно-Манчжурского поднятия с обрамляющими его впадинами: на севере – гра беном–долины р. Раздольной, в центре – грабеном Амурского залива, на юге – западной частью впадины Японского моря (залив Петра Великого).

Сейсмические условия района, согласно карте ОСР-97, определяются сейсмической ин тенсивностью до 7 баллов. Исследуемая территория характеризуется контрастностью тек тонических процессов, опасность для транспортных сооружений представляют разломы. В частности, бльшая часть протяженности направления автодороги РаздольноеХасан и железнодорожной линии БарановскийХасан совпадает с Прибрежно-Раздольненским ре гиональным разломом. О сейсмической активности этого разлома свидетельствует семи балльное землетрясение 1955 года с эпицентром в районе ст. Приморская. Особую опас ность представляют места примыкания крупных оперяющих разломов к региональным.

Землетрясения, в сочетании с климатическими явлениями (затяжные или ливневые дожди, тайфуны и др.), могут служить толчком к активизации ЭГП.

Геологические процессы на исследуемой территории развиты широко, известны многие типы их проявления. К наиболее распространенным относятся: оползание, обвалы, эрозия, абразия, заболачивание, выветривание и карст. В работе приведен выполненный анализ за кономерностей их распространения, представлена таблица закономерностей развития экзо генных процессов Юго-Западного Приморья. По результатам анализа выявлено, что на территории района наиболее широко развитыми и опасными геологическими процессами являются оползни, в этой связи они рассматривались более подробно.

В настоящее время выбор варианта трассы линейных сооружений производится в со ответствии с оценкой сложности инженерно-геологических условий. Существующая клас сификация не содержит четких и однозначных критериев, позволяющих объективно и еди нообразно отнести территорию к определенной категории сложности. На основе синтеза существующей классификации инженерно-геологических условий районирования трассы дороги (по В.Д. Ломтадзе) и методики, разработанной С.А. Макаровым, Т.Г. Рященко и В.В. Акуловой, а также экспертных оценок специалистов в области транспортного строи тельства и инженерной геологии была разработана шкала критериев. С помощью этой шкалы, в зависимости от интегрального показателя инженерно-геологических условий, определяется степень пригодности территории для транспортного освоения. Критерии, лежащие в основе шкалы, позволяют при проектировании дорог производить разделение территории на участки, отличающиеся сложностью геологических условий строительства и обеспечения устойчивости земляного полотна.

Для типизации территории по степени пригодности к строительству объектов транс портной сети был выполнен комплексный анализ инженерно-геологических условий. Каж дый критерий оценивался условными индексами R от 0 до 3, где бльшее значение соот ветствует худшим условиям.

Выделено 9 критериев сложности инженерно-геологических условий:

1. Рельеф. С точки зрения проектирования железных дорог, неблагоприятными для трассирования формами рельефа являются склоны и косогоры. Благоприятные повы шенные участки: горные массивы, мелкосопочник и водораздельные пространства. Отно сительно благоприятные пониженные участки рельефа, то есть приозерные равнины, речные долины и прибрежные низменности.

2. Геологическое строение оценивалось по распространению горных пород, их одно родности и выдержанности по простиранию. Благоприятные территории имеют однород ное геологическое строение. Относительно благоприятные – до четырех слоев, когда поро ды находятся в простом соотношении. Неблагоприятными являются территории, сложен ные разнообразными комплексами горных пород, имеющих сложные взаимоотношения.

3. Показатели прочности. Оценка прочностных показателей, обусловливающих ус тойчивость сооружений. Скальные и полускальные породы оцениваются по временному сопротивлению сжатию горных пород (по С.В. Николаеву и по В.Д. Ломтадзе);

дисперс ные несвязные – по углу естественного откоса на воздухе, косвенно характеризующему показатели прочности;

дисперсные глинистые – по сдвиговым характеристикам.

4. Несущая способность. Оценка характеристик, отвечающих за возможные деформа ции слоев грунта. У скальных пород пористость (по В.Д. Ломтадзе);

у дисперсных не связных деформационные характеристики определяются их наименованием и коэффици ентом пористости;

у дисперсных связных – по степени сжимаемости и модулю общей де формации.

5. Объёмные изменения грунтов связаны с процессами морозного пучения и набухания.

Скальные и полускальные горные породы оцениваются по водоустойчивости, которая свя зана с изменением объёма в результате увлажнения или усадки. Характеристикой водоус тойчивости для скальных пород является коэффициент размягчаемости, назначение услов ных индексов выполнено по В.Д. Ломтадзе. Оценка дисперсных несвязных пород произво дилась по наличию в составе глинистого заполнителя. Присутствие в песках и крупнооб ломочных грунтах глинистого заполнителя более 15 % свидетельствует о том, что он отно сится к пучинистым. Объёмные изменения дисперсных глинистых грунтов оценивались по величине набухания.

6. Грунтовые воды. Благоприятны территории со сравнительно большой (5 м) глуби ной залегания, относительно благоприятны – с малой глубиной (1 м). Неблагоприятны территории, где обводнённость пород значительна.

7. Условия сейсмичности оценивались по таблице повышения балльности основных групп горных пород С.В. Медведева в зависимости от состава и физического состояния.

Благоприятные условия соответствуют прочным скальным породам, неблагоприятные – рыхлым породам.

Два следующих критерия являются специальными и основаны на нормативных источ никах, регламентирующих проектирование и строительство транспортных сооружений.

8. Влажность естественных оснований характеристики влажности косвенно свиде тельствуют о прочности грунтового основания. Благоприятные – сухие (прочные) основа ния, относительно благоприятные – сырые (недостаточно прочные), а неблагоприятными являются мокрые (слабые) основания.

9. Устойчивость грунтов в выработке ориентировочно оценивалась для скальных и полускальных пород в зависимости от коэффициента крепости Протодъяконова, для дис персных связных по консистенции. Благоприятными являются горные породы устой чивые и средней степени устойчивости, относительно благоприятными – породы слабой устойчивости и неблагоприятными – совершенно неустойчивые.

Присвоение степени пригодности территории к строительству транспортных объектов, в зависимости от интегрального показателя J, осуществлялось на основании теории нечет ких множеств. Для количественного описания степени пригодности использовалась лин гвистическая переменная пригодность, совокупность значений которой описывается сле дующим терм-множеством:

Т(пригодность) = непригодная + малопригодная + пригодная.

Лингвистическая переменная пригодность соответствует числовой переменной при годность, принимающей значения 0,1,2…27 (9 критериев по 3 балла оценки) и является базовой переменной. Лингвистическое значение пригодная интерпретируется как назва ние некоторого нечеткого ограничения на значения базовой переменной и характеризуется функцией совместимости, которая каждому значению базовой переменной ставит в соот ветствие число из интервала [0..1], символизирующее совместимость этого значения с не четким ограничением. Графически функция совместимости для всего терм-множества пригодность представлена на рисунке 1.

условно пригодная малопригодная пригодная Рис. 1. Функции совместимости значений пригодная, малопригодная и условно пригодная для формализации результатов инженерно-геологического оценивания На основании полученного графика функции терм-множества пригодность была оп ределена степень пригодности территории к строительству объектов транспортной сети.

Пригодная территория предполагает благоприятные условия, при которых возможно строительство по типовым проектам. Малопригодная территория имеет ограничено благо приятные условия, что потребует при строительстве, наряду с типовыми проектами, до полнительной разработки комплексных мероприятий. Территория, отнесенная к условно пригодной, имеет неблагоприятные условия либо по трассе в целом, либо на отдельных ее участках, а это потребует сложных инженерных решений при проектировании и строи тельстве.

По результатам инженерно-геологической оценки была построена карта специального районирования. Такое районирование позволяет обобщать характеристику и давать не только оценку инженерно-геологическим условиям каждого варианта предполагаемого строительства, но и сравнительную оценку, обосновывающую оптимальный выбор.

ГЛАВА 2. ХАРАКТЕР РАЗВИТИЯ ГЕОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ Анализ данных о распространении геологических процессов, информации о поражён ности земляного полотна железной дороги деформациями, а также личные полевые иссле дования позволили на основании развития опасных геологических процессов выделить два участка: северный и южный. Северный район в орографическом отношении принадлежит Борисовскому плато базальтов, где преобладающими геологическими процессами являют ся оползневые. В этом районе был организован стационар №1, дальнейшие наши исследо вания были посвящены изучению оползней как наиболее опасных геологических процес сов. Южная часть исследуемого района относится в орографическом отношении к Хасан ско-Барабашскому району, на территории которого широко развиты процессы эрозии и за болачивания. На стационаре №2 в целях изучения процессов плоскостного смыва были использованы дендрохронологические методы.

СТАЦИОНАР № 1. На стационаре проводились следующие виды работ: топографиче ская съёмка, геофизические исследования и инженерно-геологическая съёмка с описанием и опробованием горных пород. В лаборатории ДВГУПС было проведено определение фи зико-механических свойств пород.

В геологическом строении района задействованы в основном три комплекса пород:

вулканогенные образования, молассовые отложения и оползневые накопления. В местах, где плиоценовые базальты залегают на верхнемиоценовых глинах, а именно вдоль кромки базальтовых покровов Борисовского плато, на его склонах ниже кромки в бортах долин рек, врезанных в залегающие под базальтами нелитифицированные отложения, широко развиты оползневые накопления.

Условия оползневых процессов следующие: климатические особенности района;

спе цифический рельеф, наличие многочисленных западин и других мест скопления дождевых вод;

флексурообразный перегиб, обусловленный воздыманием западного борта грабена долины р. Раздольной относительно ее днища;

неудовлетворительное содержание водо пропускных и водоотводных устройств. Причинами возникновения как было установле но при проведении детальных исследований на стационаре – является следующее: ослаб ление прочности глинистых пород вследствие изменения их физического состояния при увлажнении;

динамическое воздействие железнодорожного и автомобильного транспорта.

Суглинки, представляющие оползневые накопления, наклонно залегают на серых ли тифицированных глинах. Положение поверхности скольжения оползневой толщи было получено геофизическим методом и подтверждено бурением. Исследуемые оползни явля ются современными, вязкопластическими оползнями течения (по Г.С. Золотареву).

Наиболее активно оползневые деформации проявляются на участке, где они угро жают безопасной эксплуатации одновременно двух транспортных федеральных магистра лей. На местности наблюдается множество оползневых признаков: наклон старых теле графных столбов;

деформации автодорожного полотна;

смещение оси железнодорожного пути на мостах;

нарушение типового поперечного очертания выемок и повышенная бугри стость склона (рис. 2).

Проектная ось ж.-д. пути и моста Ось автодороги Существующая ось ж.-д. пути Фе дер а ль ная авт одо р ога Существующая ось ж.-д. пути - Хаса н я ни ле ав од ог ев зн ол оп а юр Эп Бара н овск ий Рис. 2. Опасность проявления вязкопластичных оползней-потоков на стационаре № 1:

– суглинки;

– глины При вероятностной оценке надёжности оползневого склона (Ноп), учитывающей дейст вие атмосферных осадков, в качестве критерия устойчивости склонов был принят коэффи циент устойчивости Куст. Рассматривалось влияние на устойчивость двух факторов: на чальной влажности грунтового массива и количества выпавших осадков. Под надёжностью понимается способность оползневого склона воспринимать всю совокупность внешних и внутренних воздействий и процессов и сохранять при этом безопасные условия эксплуата ции расположенных в его пределах сооружений. Решение задачи по определению зависи мости Куст от каждого фактора в отдельности выполнялось в три этапа:

1) К у с т =f(W 0 );

2) К у с т =f(H);

3) К у с т =f(W 0,H).

Приняты следующие допущения: горные породы оползневого массива однородный материал с однородной начальной влажностью. Влияние воды на склоны проявляется только после большой продолжительности или очень большой интенсивности дождя, сле довательно, для практических целей дождь рассматривается как явление с некоторой рас четной постоянной продолжительностью и расчетной интенсивностью, так как время из менения интенсивности от минимума до какой-то постоянной величины относительно не велико. Рассматривается случай, характерный для климата Юго-Западного Приморья: дли тельные дожди небольшой интенсивности, при которых практически вся масса воды ин фильтруется в грунт. Интенсивность инфильтрации в этом случае будет меньше или рав ной интенсивности дождя. Поверхностное течение воды, как правило, не наблюдается.

На первом этапе была определена зависимость коэффициента устойчивости от содер жания влаги. Для этого были проведены лабораторные исследования суглинков, отобран ных в оползневых накоплениях Борисовского плато, с целью определения зависимости ос новных прочностных показателей от влажности: С=f(W) и =f(W). За теоретическую ос нову была принята теория «плотности-влажности» Н.Н. Маслова. Испытания выполнялись на автоматизированной информационно-измерительной системе АСИС, установленной в геолаборатории ДВГУПС, последовательно в нескольких сериях по нагрузке. По результа там испытаний получена зависимость прочностных характеристик от влажности (рис. 3).

0,08 15, 0,07 13, Угол внутреннего трения, град 0,06 11, Сцепление, МПа 0,05 9, =f() 0,04 7, 0,03 5, 0,02 3, С=f() 0,01 1, 0 -1, 25 27 29 31 33 35 Влажность, % Рис. 3. График зависимости угла внутреннего трения и сцепления делювиальных суглинков Борисовского плато от влажности Полученные графики являются промежуточным результатом, однако они имеют само стоятельное значение. С их помощью может осуществляться проектирование противо оползневых мероприятий и решение такого экономически важного вопроса, как необходи мость возведения защитных конструкций.

Для ряда показателей влажности были использованы данные графика (рис. 3) и опре делена устойчивость оползневого массива. На периферии Борисовского плато был выбран наиболее опасный оползневой участок. По результатам вычислений коэффициента устой чивости получена зависимость К у = 0.0189W0 - 1.5075W0 + 30.159. (1) На втором этапе определялась зависимость коэффициента устойчивости от количества атмосферных осадков при расчетной интенсивности. Расчетная интенсивность дождя при нята постоянной и равной 1 мм/мин. Рассматривалась серия осадков различной дискретной продолжительности, количество выпавших за серию осадков равно произведению суммар ной продолжительности дождей (Т) за серию на расчетную интенсивность дождя (а). Ин тенсивность инфильтрации определялась по эмпирической формуле Н.Н. Биндемана, так как она учитывает характеристики грунта. На основе расчетов получена зависимость ко эффициента устойчивости и количества атмосферных осадков:

К у = 0.0003Н 2 - 0.0564Н + 1.9282. (2) Далее, в соответствии с математическими законами, определено совместное влияние на устойчивость начальной влажности (W0) и количества атмосферных осадков (H):

Н (0.0003 Н 0.564 ) + W0 (0.0189 W0 1.5075 ) + 16.0436.

К у ( H, W0 ) = (3) 2 По результатам расчетов построена область благоприятных значений s (рис. 4). Таким образом, вероятность того, что устойчивость оползневого склона не достигла критического значения (Куст=1), равна вероятности попадания случайной точки с координатами (W0, H) в серую треугольную область, ограниченную линией (W0, H)=1, при этом возможные зна чения принадлежат прямоугольнику площадью S (рис. 4).

S Осадки, мм К 50 у (W 0, H) = s 20% 21% 22% 23% 24% 25% 26% 27% 28% 29% 30% 31% 32% 33% Влажность, % Рис. 4. График условной вероятности активизации оползневых процессов при двухфакторном ана лизе: S – область возможных значений;

s – область благоприятных значений Величина благоприятствующей площади s равна площади фигуры, ограниченной ли нией: H=-648.88W0+212.98. Следовательно, вероятностная надёжность оползневого склона определится как s Н оп = = 0.43. (4) S В целях совершенствования предложенной модели надёжность оползневого склона рассматривалась в объёмной (пространственной) постановке. Для этого учитывались три фактора: 1) начальная влажность грунтового массива;

2) количество выпавших осадков;

3) интенсивность осадков, соответствующая затяжным дождям, без образования стока. В этом случае область благоприятных значений (Куст1) ограничивается поверхностью, от несенной к прямоугольной системе координат (рис. 5).

Интенсивность дождя, мм/мин Атмосферные осадки, мм % ь, ст но аж Вл Рис. 5. График условной вероятности активизации оползневых процессов при трехфакторном анализе По результатам вычислений была получена надежность оползневого склона при воз действии трёх факторов, которая составила 0,64. При учёте трёх факторов надёжность оползневого массива оказалась выше, однако, несмотря на это, она недостаточно высока, что свидетельствует о наличии оползневой опасности.

Для ряда показателей влажности грунтового массива на основе анализа была опреде лена устойчивость оползневого склона в зависимости от таких показателей, как начальная влажность, количество осадков и их интенсивность:

K уст = 8 1012 (0,1684 а Н 0.0007 Н + W0 ) 8.4935. (5) СТАЦИОНАР № 2. На территории Приморского края изучением эрозионных процес сов занимались В.С. Рынков и С.М. Сумароков, однако они рассматривали только овраж но-балочные явления, на этом основании автором изучались процессы плоскостного смы ва. Методика измерения величины плоскостного смыва дендрохронологическими метода ми, теоретически и практически обоснованная Е.А. Толстых и А.А. Клюкиным, была усо вершенствована автором.

Особенность отложения годичных колец, заключающаяся в их асимметрии, позволяет датировать ЭГП. Для того чтобы выявить те годы, когда климатические условия были наи более неблагоприятными и способствующими активизации денудационных процессов, был использован метод «по наклону». Совмещение результатов этого метода, с результа тами, полученными с помощью метода «по обнаженным корням», позволяют более точно определять величину среднегодовой денудации.

После расчета коэффициента крена строился соответствующий график, на котором была показана величина изменения коэффициента крена последовательно: от даты начала жизни дерева к дате спила (рис. 6).

Рис. 6. График коэффициент крена:

- приращение коэффициента крена;

- коэффициент крена Отображению подлежат только те годы, в которых значения коэффициента крена были больше единицы и увеличивались по сравнению с предыдущим значением. Именно таким образом выявлялись годы с неблагоприятными климатическими условиями. Следователь но, имея такую информацию, можно более достоверно определять среднегодовую скорость денудационных процессов, распределяя величину денудации пропорционально изменени ям значений коэффициента крена. Кроме того, усовершенствованная методика позволяет установить максимальную величину денудации.

По результатам распределения полной величины денудации пропорционально изме нению величины коэффициента крена получены среднегодовые скорости денудации для каждого модельного дерева. В таблице 1 приведены численные результаты измерения ско рости денудации вышеописанным методом.

Таблица Величины денудации Год, соответствующий максимальной денудации Скорость 1975 1982 1982 1982 1985 Среднегодовая, см 0,82 0,74 0,73 1,06 1,05 0, Максимальная, см 8,11 4,41 5,52 9,42 6,56 4, Небольшое количество образцов объясняется тем, что в Юго-Западном Приморье хвойные деревья встречаются очень редко, а широко распространенный дуб (вследствие климатических особенностей) мало пригоден для проведения лабораторных исследований.

Среднегодовая скорость денудации для Юго-Западного Приморья составляет 0,9 см/год. Процессы эрозии активно развиваются в зонах техногенного освоения, в есте ственных условиях особенности климата способствуют образованию густой растительно сти, препятствующей эрозии.

ГЛАВА 3. РАЙОНИРОВАНИЕ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОЙ ЛИНИИ ПО КАТЕГОРИЯМ ОПАСНОСТИ ГЕОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ Для каждой территории, имеющей определенные, закономерные инженерно геологические условия, характерны определенные типы геологических процессов, для за щиты от которых существуют соответствующие мероприятия. Степень защиты сооруже ний определяется характером развития ЭГП: интенсивностью проявления, площадной по раженностью, объёмом и скоростью процесса и др. По этим параметрам выявляются опас ные и потенциально опасные процессы путем установления категории опасности. Исходя из этого, по известной категории опасности, возможно предварительное назначение степе ни необходимой инженерной защиты. Умеренно опасные процессы требуют профилакти ческих мероприятий, опасные типовых решений, а весьма и чрезвычайно опасные – ин дивидуальных решений инженерной защиты.

В ближайшем будущем на линии БарановскийХасан планируется реконструкция, но, учитывая большое количество участков, подверженных воздействию ЭГП и деформациям, предполагается и множество проектов по инженерной защите сооружений. В этой связи, в целях упрощения процесса выбора и назначения защитных мероприятий, необходимо рай онирование линии по степени опасности геологических процессов, с указанием требуемого типа мероприятия. В соответствии со СНиП 22-01-95 «Геофизика опасных природных процессов» автор произвел разделение экзогенных геологических процессов на четыре ка тегории опасности (рис. 7).

Венивитино Провалово Приморская Оленевод Барановский П 60 10 20 30 Категория опасности ЭГП IV(Z) I(R) IV(E) II(P) IV(Z) I(R) I(P) III(E) IV(Z) I(P) IV(E) IV(Z) IV(R) IV(Z) I(P) IV(R) II(P) IV(R) Рис. 7. Фрагмент схемы районирования территории линии БарановскийХасан Назначение категории опасности осуществлялось на основе фондовых материалов о состоянии геологической среды. В качестве показателя, используемого при оценке степени опасности ЭГП, принята площадная поражённость территории. По результатам райониро вания территории линии выявлены перегоны (участки), получившие первую и вторую ка тегории опасности, следовательно, для защиты от ЭГП на этих участках требуются инди видуальные решения (рис. 7).

ГЛАВА 4. РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ИНЖЕНЕРНОЙ ЗАЩИТЕ ТРАНСПОРТНЫХ СООРУЖЕНИЙ В результате анализа установлено, что актуальными для исследуемого района являют ся следующие традиционные мероприятия инженерной защиты: термическое закрепление грунтов, свайные подпорные стены и применение укрепляющих композиций на основе минеральных вяжущих веществ. Имеющиеся прогрессивные технологии, где используют ся новые геоматериалы, лишены многих недостатков, присущих традиционным способам защиты. Накопленный опыт работы прогрессивных геоконструкций в условиях Дальнево сточного региона свидетельствует об эффективности их применения в проектных решениях.

Результаты исследований были апробированы на примере 52-го километра линии Ба рановскийХасан. Установлено, что участок ВенивитиноПровалово, согласно райониро ванию линии, имеет первую категорию опасности оползневых процессов (чрезвычайно опасная). Следовательно, для защиты транспортного сооружения типового проекта проти вооползневых мероприятий недостаточно. Это было подтверждено деформациями как же лезнодорожного пути, так и контрбанкета, отсыпанного для остановки оползня.

Для стабилизации оползневого участка был разработан индивидуальный проект. В нем предусматривалась организация поверхностного стока с верховой стороны насыпи, а также устройство комплексной гравитационной конструкции в виде армированного контрбанкета на свайном основании (рис. 8).

Рис. 8. Инженерная противооползневая защита железнодорожного пути:

- насыпной грунт;

- ядро насыпи (глина полутвердая);

- глина текучепластичная;

- глина тугопластичная с обломками базальтов;

- поверхность скольжения;

- уро вень грунтовых вод Причем только индивидуальное, а не типовое решение позволило стабилизировать оползень. Эффективность инженерной защиты, с применением индивидуального проект ного решения, была подтверждена уже после нескольких месяцев эксплуатации, когда в нескольких метрах от армогрунтовой конструкции в неармированном контрбанкете начали образовываться трещины.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ Территория Юго-Западного Приморья характеризуется инженерно-геологическими ус ловиями, представляющими сложность для транспортного освоения территории. В основу разработанной методики комплексной оценки инженерно-геологических условий положе на шкала критериев, согласно которой производится определение пригодных, малопригод ных и условно пригодных территорий. Это позволяет не только выделить районы, отли чающиеся сложностью инженерно-геологических условий, но и определять устойчивость грунтовых оснований транспортных и промышленно-гражданских сооружений В Юго-Западном Приморье оползни являются наиболее опасным геологическим про цессом, представляющим угрозу как для существующих, так и перспективных транспорт ных магистралей. Разработанная методика определения устойчивости оползневых склонов, с учетом атмосферных осадков, позволяет установить их надежность. В данных климати ческих условиях этого района предложенная методика является наиболее актуальной.

К другим, потенциально опасным процессам на этой территории, следует отнести эро зионные. Были усовершенствованы дендрохронологические методы получения количест венных показателей ЭГП, с помощью которых определена скорость развития процессов плоскостной эрозии. Установлено, что скорость развития эрозионных процессов в иссле дуемом районе значительна, в связи с этим необходимы профилактические мероприятия.

Для существующей транспортной магистрали выполнено районирование по интенсив ности развития геологических процессов путем выделения категории их опасности, позво ляющее определить степень необходимой инженерной защиты. На основе этого возможно принятие предварительных решений о назначении типовых или индивидуальных меро приятий.

По результатам анализа рекомендованы конструкции инженерной защиты транспорт ных сооружений, эффективно работающие в сложных инженерно-геологических условиях Юго-Западного Приморья. Кроме традиционных, предложены прогрессивные конструк ции, основанные на новых геоматериалах, имеющих широкий спектр применения.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ:

1. Квашук С. В., Малеев Д. Ю., Пересторонин А.Н., Федоренко Е.В. Оползневая опас ность на Шуфанском плато//Тектоника, глубинное строение и геодинамика Востока Азии (IV Косыгинские чтения)/Хабаровск, изд-во: ИТиГ, 2003. - С. 190-195.

2. Федоренко Е.В. Выявление зависимости между сдвиговыми характеристиками и влажностью оползневых грунтов Борисовского плато//62-я межвуз. науч.-техн. конф. твор ческой молодежи/Хабаровск, изд-во: ДВГУПС, 2004. - Т. 1. - С. 80-83.

3. Федоренко Е.В. Закономерности развития оползневых процессов на Борисовском плато (Приморский край)//Международный форум по проблемам науки, техники и образо вания/Москва, изд-во: Академия наук о Земле, 2004. – Т. 3. – С. 101-103.

4. Федоренко Е.В. Анализ инженерно-геологических условий Борисовского плато и методы эффективной противооползневой защиты // XXI Всероссийская молодежная кон ференция / Иркутск, изд-во: Институт Земной Коры СО РАН, 2005. – С. 27-39.

5. Квашук С.В., Полоз В.Н., Федоренко Е.В. Особенности проектирования и строи тельства скальных выемок и полувыемок на обвалоопасных участках ДВЖД // 44-я Всерос.

науч.-практ. конф. ученых трансп. Вузов / Хабаровск, изд-во: ДВГУПС, 2006. - Т.2. - С. 64-67.

6. Козырева Е.А., Тржцинский Ю.Б., Труфанов А.В., Федоренко Е.В. Катастрофиче ская активизация оползней – результат техногенных воздействий на геологическую среду // Современная геодинамика и опасные природные процессы в Центральной Азии/ Ир кутск, изд-во: Институт Земной Коры СО РАН, 2006. – Вып. 5. – С. 138-149.

7. Пиотрович А.А., Федоренко Е.В. Берегозащитные мероприятия с применением со временных геотехнологий // Наука, инновации и образование: актуальные проблемы раз вития транспортного комплекса России / Екатеринбург, изд-во: УрГУПС, 2006. – С. 224-226.

8. Квашук С.В., Федоренко Е.В., Шестернина В.В. Геодинамические факторы сложных условий работы железных дорог в Дальневосточном регионе // Вестник ИрГТУ, 2006. - №4(28). – С. 71-74.

9. Квашук С.В., Федоренко Е.В. К вопросу об определении сложности инженерно геологических условий (на опыте Дальневосточного региона) // Тенденции и перспективы развития гидрогеологии и инженерной геологии в современных экономических условиях России (XII Толстихинские чтения) / Санкт-Петербург, изд-во: СПГГИ, 2007. – Т. 155.

10. Федоренко Е.В. Применение современных геоматериалов для защиты объектов транспортной сети от экзогенных геологических процессов на Дальнем Востоке // Опасные природные и техноприродные экзогенные процессы: закономерности развития, мониторинг и инженерная защита территорий (Сергеевские чтения – IX) / М.: Геос, 2007. – Вып. 9.

11. Perestoronin A.N. Fedorenko E.V. Influence of engineering-geological conditions on development of transport network Hasanskogo and Nadegdenskogo district // Fifth International Young Scholars Forum of the Asia-Pacific Region Countries / Владивосток, изд-во: ДВГТУ, 2003. – Ч. 1. / - С. 312-314.

Сдано в набор 21.05.2007 г. Подписано в печать 23.05.2007 г.

Формат 60841/16. Бумага тип. № 2. Гарнитура Times. Печать Riso.

Усл. печ. л. 1,0. Зак. 210. Тираж 100 экз.

————––––––––————————————————————————— Издательство ДВГУПС 680021, г. Хабаровск, ул. Серышева, 47.



 

Похожие работы:





 
2013 www.netess.ru - «Бесплатная библиотека авторефератов кандидатских и докторских диссертаций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.