Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Механизм и закономерности развития глубоких оползневых подвижек в г. Москве в фазу катастрофической активизации оползневого процесса

ВАК РФ 25.00.08, Инженерная геология, мерзлотоведение и грунтоведение

Автореферат диссертации по теме "Механизм и закономерности развития глубоких оползневых подвижек в г. Москве в фазу катастрофической активизации оползневого процесса"

На нравах рукописи

005016192

ЬСАЗЕЕВ АНДРЕЙ ИГОРЕВИЧ

МЕХАНИЗМ И ЗАКОНОМЕРНОСТИ РАЗВИТИЯ ГЛУБОКИХ ОПОЛЗНЕВЫХ ПОДВИЖЕК В Г. МОСКВЕ В ФАЗУ КАТАСТРОФИЧЕСКОЙ АКТИВИЗАЦИИ 0 ^бПОЛЗНЕВОГО ПРОЦЕССА

Специальность 25.00.08 —

Инженерная геология, мерзлотоведение и грунтоведение

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

3 МАЯ Ш1

Москва - 2012

005016192

Диссертационная работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном учреждении науки Институте геоэкологии им. Е.М. Сергеева РАН

доктор технических наук, доцент Постоев Герман Павлович

Дмитриев Виктор Викторович

доктор геолого-минералогических наук, профессор, РГГРУ, кафедра инженерной геологии, профессор

Хоситашвили Гиви Романович

кандидат геолого-минералогических наук, доцент, ОАО «Росстройизыскания», главный специалист

ФГУП Всероссийский научно-исследовательский институт гидрогеологии и инженерной геологии (ВСЕГИНГЕО)

Защита состоится «-^ ^» мая 2012 г. в часов на заседании

диссертационного совета Д 002.048.01 при Федеральном государственном бюджетном учреждении науки Институте геоэкологии им. Е.М. Сергеева РАН по адресу: 109004, Москва, ул. Николоямская, д. 51. <'■

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Федерального государственного бюджетного учреждения науки Институте геоэкологии им. Е.М. Сергеева РАН по адресу: 101000, Москва, Уланский пер., д. 13, стр. 2.

Автореферат разослан «

¿3 » апреля 2012 г.

Ученый секретарь кандвдаутеблого-минералогических наук

диссертационного совета Батрак Глеб Игоревич

Научный руководитель -

Официальные оппоненты:

Ведущая организация -

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ДИССЕРТАЦИИ

Актуальность работы. Оползневые процессы ежегодно наносят территории России огромный экономический, социальный и экологический ущербы. На территории Москвы существует 15 крупных участков развития глубоких оползней. В последнее время происходит их активизация, в некоторых случаях напрямую связанная с инженерно-хозяйственной деятельностью человека.

Глубокие оползни представляют основную опасность для городской инфраструктуры. Они имеют сложный механизм развития, обладают огромной массой, вызывая большие проблемы при осуществлении противооползневых мероприятий.

Выполняемые противооползневые мероприятия, как в предыдущие годы, так и в настоящее время, на участках с развитием глубоких оползневых подвижек в Москве, как правило, не являются достаточно эффективными, о чем свидетельствует продолжающееся развитие деформаций на склонах (на участках Воробьевы горы, Фили-Кунцево, Коломенское, Хорошево-2).

В последние годы (2006-2009 гг.) произошли две катастрофические активизации глубоких блоковых оползней в Москве на участках Хорошево и Москворечье с проявлением разрушительных смещений на протяжении 220330 м по протяжению берега р. Москвы. Существует угроза активизации оползневого процесса и на других оползневых участках.

Таким образом, актуальность работы, направленной на изучение механизма подготовки катастрофической фазы развития глубоких оползневых подвижек в Москве, закономерностей ее развития, определение участков с критическим состоянием устойчивости, обусловлена необходимостью своевременного предупреждения катастрофических ситуаций на оползневых участках, организации мониторинга оползневого процесса и принятия мер по эффективной защите городских сооружений в оползнеопасной зоне.

Целью работы является изучение механизма и закономерностей катастрофической активизации глубоких блоковых оползней на территории Москвы, выявление условий ее проявления и обоснование мероприятий по контролю и защите.

Основные задачи исследования:

— Изучить механизм развития глубоких блоковых оползней и оценить роль катастрофической фазы развития в оползневом цикле.

- Изучить условия проявления глубоких оползневых подвижек в Москве, особенности механизма.

- Выявить условия подготовки и развития этапа катастрофической активизации глубоких оползневых подвижек (стадии основного смещения).

- Оценить роль юрских глин в оползневом процессе.

- Исследовать причины катастрофической активизации глубоких оползневых подвижек в условиях Москвы.

- Выявить участки возможного нарушения устойчивости краевой части плато и проявления катастрофической активизации оползневого процесса.

- Разработать рекомендации по защите и предотвращению катастрофического развития оползневого процесса.

Методы исследований. Для решения этих задач рассмотрены особенности механизма глубоких блоковых оползней, проводились систематизация и анализ данных по инженерно-геологическим условиям территории развития глубоких оползней Москвы, изучение масштабов и динамики деформирования, выявление глубины поверхности скольжения в полевых условиях, натурные обследования склонов, моделирование напряженно-деформированного состояния и расчеты устойчивости склонов, анализ причин активизаций глубоких подвижек 2006 и 2009 гг. в Москве. С применением новой разработанной технологии расчетным способом выполнено определение глубины залегания потенциально деформируемых горизонтов.

Научная новизна диссертационной работы состоит в следующем:

- Исследованы закономерности проявлений глубоких оползней. Впервые установлено критическое соотношение морфологических параметров (высоты склона и высоты оползневой террасы, высоты склона и критической высоты надоползневого уступа) для склонов р. Москвы.

- Проведен анализ защитных мероприятий, вытекающих из учета особенностей механизма развития оползневых деформаций. Установлено, что наиболее уязвимым и активным участком краевой части плато является осевая часть оползневого цирка.

- Расчетным способом были определены глубины залегания потенциально деформирующегося горизонта (образования поверхности скольжения) для участков развития глубоких оползней Москвы.

- Разработаны способы повышения устойчивости наиболее уязвимой краевой части плато и снижения риска катастрофической активизации путем образования врезающей выемки (патент РФ № 2413056), а также способ определения расчетным путем положения потенциальной

поверхности скольжения (основного деформирующегося слоя) в массиве краевой части плато (патент РФ № 2412305).

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Глубокие блоковые оползни в долине р. Москвы полностью проявляют типичные черты оползней сжатия-выдавливания. Их распространение, состояние и активное развитие на склоновой территории г. Москвы характеризуется как крутизной склона на оползневом участке, так и геологическими и геоморфологическими условиями деформирования юрских глин вследствие их гравитационного сжатия.

2. Основной причиной проявления катастрофической активизации глубоких оползней на склонах р. Москвы является достижение предельного состояния устойчивости надоползневого уступа (краевой части плато).

3. Эффективными мероприятиями по предотвращению катастрофической активизации глубоких оползневых подвижек являются снижение гравитационного давления на юрские глины в надоползневом уступе и повышение его локальной устойчивости в наиболее уязвимых сечениях в оползневом цирке; эффективный контроль состояния оползневого участка может быть обеспечен автоматизированными наблюдениями за оползневыми смещениями по осевому створу.

Достоверность и обоснованность научных положений и результатов исследований подтверждаются натурными исследованиями на участках развития глубоких оползней в Москве и, главным образом, на участках катастрофических активизаций 2006 и 2009 гг., проведением и обработкой результатов комплексных режимных наблюдений на участке Хорошево-1, а также результатами выполненного моделирования напряженно-деформированного состояния и расчетов устойчивости краевой части плато на данном оползневом участке.

Практическая значимость работы. Получены новые данные о механизме подготовки и развития катастрофической активизации глубоких оползневых подвижек. Технология выявления поверхности скольжения глубокого оползня и повышения локальной устойчивости оползнеопасных участков массива надоползневого уступа реализованы в виде технических решений в патентах на изобретения РФ № 2412305 и № 2413056. Результаты исследований использованы при разработке «Рекомендаций по учету особенностей развития оползневого процесса в расчетном обосновании проекта мероприятий по предотвращению оползневых процессов на участке между Карамышевским и Хорошевским спрямлениями реки Москвы» -М.: ИГЭ РАН, 2007, а также могут быть использованы на территориях с

возможной активизацией глубоких оползневых подвижек с целью предотвращения катастрофического развития оползневого процесса.

Личный вклад автора:

1. Анализ теоретических и экспериментальных исследований глубоких блоковых оползней, в т.ч. по опубликованным и фондовым материалам.

2. Натурные исследования на оползневых участках Москвы с оценкой оползневой обстановки, анализом данных мониторинга, выявлением особенностей механизма и закономерностей развития глубоких оползней.

3. Проведение расчетов устойчивости и оценка состояния массива надоползневого уступа в Хорошево-1 перед активизацией по трем технологиям оценки напряженно-деформированного состояния.

4. Проведение измерений по тензометрическому и тросовому глубинным реперам (Хорошево-1, Коломенское). Освоение инклинометрического контроля оползневых деформаций.

5. Разработка способа укрепления оползнеопасного массива и способа определения положения в массиве поверхности скольжения глубокого оползня (патент РФ № 2412305, соавтор Постоев Г.П.; патент РФ № 2413056, соавтор Постоев Г.П.).

Апробация работы. Содержание и основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на научных конференциях и семинарах в России и за рубежом (Болгария и Италия - на английском языке): Международной научно-технической конференции «Современные проблемы проектирования, строительства и эксплуатации железнодорожного пути» (Москва, МИИТ, 2007); Научной конференции «Ломоносовские чтения-2009» (Москва, МГУ им. М.В. Ломоносова, 2009); выступление в Международной школе «Оценка оползневого риска и защитные мероприятия» - «ЬАЯАМ-2009» (г. Равелло, Италия, 2008); выступление на научном семинаре в ИГЭ РАН на тему «Оценка и снижение оползневого риска» (Москва, 2009); Международной междисциплинарной научной конференции БСЕМ-2009 (г. Албена, Болгария, 2009); Международной конференции «Инженерная защита территорий и безопасность населения: роль и задачи геоэкологии, инженерной геологии и изысканий» (Егщеорго-2011) (Москва, 2011).

Публикации. Основные результаты диссертационной работы содержатся в 26 публикациях (статьи в журналах и тезисы на конференции), в том числе 6 статей в журналах, входящих в Перечень, рекомендованный ВАК Минобрнауки РФ, 5 публикаций на английском языке. За время написания работы было получено 2 патента РФ на изобретения:

- № 2413056 «Способ укрепления оползнеопасного массива склона»

(соавтор Постоев Г.П.).

- № 2412305 «Способ определения глубины заложения в оползнеопасном коренном массиве потенциально деформирующегося горизонта» (соавтор Постоев Г.П.).

Стпустура и объем работы.

Диссертация изложена на 218 страницах, состоит из введения, 5 глав с выводами, заключения, списка используемых источников (113 наименований), включает 76 рисунков и 20 таблиц, 4 приложения.

Автор выражает благодарность своему научному руководителю д.т.н. Постоеву Герману Павловичу за руководство работой и полученные знания в области оползневедения, профессору Калинину Э.В., Панасьян Л.Л., сотрудникам лаборатории Молодых И.И., Лапочкину Б.К., Мамаеву Ю.А., а также Андрианову М.А.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ В первой главе рассматривается понятийная база, включая определения используемых в работе терминов, таких как «оползень», «механизм оползневого процесса», «оползень сжатия-выдавливания» (раздавливания, выдавливания), «блоковый оползень», «глубокий оползень», понятие «катастрофическая активизация» и другие.

Изучением механизма глубоких блоковых оползней выдавливания в разные годы занимались А.Н. Богомолов, Д. Варнес, К.А. Гулакян, A.M. Демин, Н.Я. Денисов, Е.П. Емельянова, И.Ф. Ерыш, И.П. Зелинский, Г.С.Золотарев, И.П. Иванов, Э.В. Калинин, Д. Крюден, В.В. Кюнтцель, H.H. Маслов, С.И. Маций, П.Н. Науменко, А.П. Павлов, М.Н. Парецкая, Л.П. Петрова-Ясюнас, И.А. Печеркин, И.В. Попов, Г.П. Постоев, И.С. Рогозин, Г.И. Рудько, З.Г. Тер-Мартеросян, Г.И. Тер-Степанян, К. Терцаги, И.О. Тихвинский, Ю.Б. Тржцинский, Г.Л. Фисенко, Д.Хатчинсон, Г.Р. Хоситашвили, М.В. Чуринов, КШ. Шадунц, Г.М. Шахунянц, Н.Л. Шешеня и др.

Сопоставляются различные представления о механизме развития глубоких блоковых оползней сжатия-выдавливания: Д. Варнеса (Варнес, 1978, 1996), Е.П. Емельяновой (Емельянова, 1972), В.В. Кюнтцеля (Кюнтцель, 1980), Н.Ф.Петрова (Петров, 1987), Г.П. Постоева (Постоев,

2001) и других. Рассматриваются общие закономерности развития глубоких оползней выдавливания, включая механизм подготовки и смещения оползня.

Подготовительный этап развития глубоких блоковых оползней происходит по схеме сжатия, когда под весом покрывающих пластов «раздавливается» горизонт, структурная прочность грунта которого меньше действующего вертикального давления (Постоев 1977, 1996, 2001). В существующем оползневом цирке новый оползневой блок формируется в надоползневом уступе. Крутая криволинейная поверхность скольжения нового блока переходит в почти горизонтальную унаследованную поверхность сдвига ранее сместившихся блоков оползневого тела, слагающих оползневую террасу в нижней части склона (Кюнтцель, Постоев, 1984; Постоев 2001).

Развитие глубоких блоковых оползней в катастрофическую фазу характеризуется определенными особенностями: формированием трех зон в оползневом теле, отличающихся по характеру происходящих деформаций (Кюнтцель, Постоев, 1984; Постоев 2001); образованием валов выдавливания как в пределах оползневой террасы с перераспределением мощностей слоев в пределах оползневых блоков, так и в языковой части оползня (Науменко 1970, 1977; Емельянова 1971; Постоев, 1996 и др.); поступательным и вращательным движением блоков; формированием основной горизонтальной поверхности скольжения; выполнением условий фронтальности и критерия устойчивости надоползневого уступа (Постоев, 2001); возможным проявлением свойства «саморазвития» и других.

Отдельное внимание уделено рассмотрению места катастрофической фазы в оползневом цикле развития глубоких блоковых оползней сжатия-выдавливания (по Е.П. Емельяновой, В.В. Кюнтцелю и Г.П. Постоеву). В период действия именно этой фазы проявляются особенности механизма оползней рассматриваемого типа.

Рассмотрен ряд типичных примеров развития глубоких оползней сжатия-выдавливания в фазу катастрофического смещения, имевших место как на естественных склонах: Одесса (1964 г.), Саратов (1968 г.), Ульяновск (1979 г.), Нижний Новгород (1980 г.), так и искусственных, например, в бортах карьеров. Необходимо отметить, что имелись существенные расхождения в представлениях о причинах и механизме катастрофической активизации упомянутых глубоких оползневых подвижек.

Катастрофическому смещению предшествует достижение значительной высоты уступа, в котором начинается в дальнейшем разрушительный деформационный процесс.

Во второй главе рассматриваются современные представления о развитии и активизации глубоких оползней в Москве.

Глубокие оползни выявлены в настоящее время на 13 участках долины реки Москвы (Щукино, Серебряный бор, Хорошево-1, Фили-Кунцево, Н. Мневники, Хорошево-2, Поклонная гора, Воробьевы горы, Коломенское, Москворечье, Сабурово, Чагино, Капотня) и на 2-х в долине р. Сходни (Сходня, Тушино).

Размеры оползневых цирков по протяженности склонов достигают 3,0 - 3,5 км, по ширине участка (в направлении движения оползня) - до 350400 м, высоте склона - до 70 м, глубине захвата пород - до 100 м.

Основным деформирующим горизонтом являются юрские глины. Они залегают на различном уровне по отношению к урезу воды в реке - от 8-12 м ниже уровня до почти полного сложения всего склона ими, что обуславливает некоторые особенности механизма оползней на склонах разных типов.

Развитие глубоких оползней в Москве характеризуется проявлением всех особенностей развития, присущих глубоким блоковым оползням сжатия-выдавливания.

На стадии основного смещения, а именно в катастрофическую фазу, протекающую в течение короткого периода времени, происходит окончательное оформление границ нового оползневого блока, отделение его от плато и смещение вниз, вызывающее деформирование нижерасположенной части склона. При этом новая криволинейная поверхность скольжения переходит в почти горизонтальную, унаследованную от предыдущих смещений, а вновь образованный оползневой блок со временем опускается до уровня нижней оползневой террасы (при завершении оползневого цикла).

На склоне смещенные породы залегают в виде системы блоков, запрокинутых под разными углами. Поверхность скольжения глубоких оползней Москвы, как правило, проходит в юрских глинах, ниже уреза воды в реке. Это объясняют слабой прочностью юрских глин (П.Н. Панюков; М.В. Чуринов), склонностью к ползучести глин оксфордского яруса (М.Н. Парецкая), предрасположенностью к деформированию (ОДГ по В.В. Кюнтцелю) и пр. Другими словами, единого мнения, объясняющего эту закономерность, нет.

Причиной же образования глубоких блоковых оползней в разные годы считали: негативное воздействие подземных вод, с второстепенным фактором - подмывом реки (Даньшин, 1937); способность к пластическим движениям юрских глинистых отложений под влиянием веса

вышележащих пород и разгрузка (разуплотнение) пород в русле (Чуринов, 1957); изменение свойств и состояния глин за счет разбухания и выветривания (Панюков, 1948); глубокий размыв, базис которого был значительно ниже современного (Смирницкий, 1956); наличие ослабленных зон, связанных с планетарной трещиноватостью (Тихонов, 2011) и др.

Несмотря на продолжительное время изучения глубоких оползней Москвы, остаются мало изученными механизм и закономерности образования новых оползневых блоков с катастрофической активизацией оползневого процесса. С одной стороны, исследователи считали, что такая активизация в современный период маловероятна, тем более, если произведено берегоукрепление склона с сооружением набережной. С другой стороны, полагали существование ослабленных зон, по которым отделяются от коренного массива плато новые оползневые блоки.

Кроме того, разрушительные деформации на краевой части плато и образование нового оползневого блока в Хорошево (2006 г.) вызвали обширную дискуссию о механизме и причине возникших оползневых деформаций.

В третьей главе приводится краткая характеристика особенностей геологического строения оползневых участков с характеристикой условий залегания волжских и оксфордских глинистых отложений.

По данным О.И. Игнатовой (2009 г.), прочностные характеристики юрских глин на территории Москвы изменяются в пределах: угол внутреннего трения ф - от 16° до 27°, сцепление с — от 15 кПа до 80 кПа.

Соответственно получено, что структурная прочность ст51г на сжатие (соответствует предельной прочности на одноосное сжатие) юрских глин изменяется в диапазоне от 56 кПа до 224 кПа (табл. 1).

Бытовое давление на юрские глины на уровне уреза реки на оползневых участках Москвы значительно превышает astr (табл. 2), вызывая их раздавливание и, в условиях влияния склона, возможность развития пластических деформаций и глубоких оползневых подвижек.

Из анализа геоморфологических данных по 15 оползневым участкам Москвы получены зависимости между:

- заложением L и высотой Н оползневого склона (L=5,20H) -критерий по Е.П. Емельяновой;

- высотой Н склона и высотой hcr оползневой террасы (H=2,62hcr);

- высотой склона Н и критической высотой надоползневого уступа Нсг (Н=1,57НСГ) (рис.1).

Все зависимости линейные и достаточно тесно отражают связь между высотой оползневого склона, его заложением и значениями высоты оползневой террасы и высоты надоползневого уступа.

Таблица 1

Прочностные показатели юрских глинистых отложений

(по данным О.И. Игнатовой).

Геологический индекс Свойства грунта средн. знач. я5(г*, кПа

<р, град с, кН/м2 У, кН/м3 кПа

22 65 20 193 116

23 50 151

20 55 157

27 25 82

21 40 116

19 45 126

22 15 44

19 20 56

^ох 22 65 20 193 172

20 70 200

19 80 224

20 55 157

18 60 165

17 70 189

19 45 126

17 50 135

16 60 159

* аяг = 2с-/£(45+ (¡>/2)

Таблица 2

Нагрузка на грунты на уровне уреза р. Москвы_

Оползневой участок Высота склона, м Бытовое давление на уровне уреза реки, кПа

Серебряный бор, Н.Мневники, Чагино 13...15 260...300

Капотня, Москворечье, Сабурово, Хорошево-1, Тушино 19...23 380...460

Хорошево-2, Поклонная гора 25...27,5 500...550

Коломенское, Сходня, Фили-Кунцево, Воробьевы горы 40...68 800...1360

Для оценки возможности катастрофической активизации на оползневом участке следует контролировать состояние как оползневого склона, так и коренного массива, где в катастрофическую фазу образуется новый оползневой блок.

о -I-1-.-1-.-

О 10 20 30 40 50

превышение плато над оползневой террасой Her, м

_ у = 1.5792Х

♦ Оползневой участок-линия тренда (линейная) | R2 = о 9328

Рис. I. График зависимости между высотой склона и критической высотой

надоползневого уступа на участках с развитием глубоких оползней в Москве.

Существующие подходы по оценке состояния оползневого участка по крутизне склона (по соотношению его высоты и заложения) характеризуют в большей степени состояние смещенного оползневого тела.

Предложенные зависимости HN/}(hcr) и Н^/з(Нсг) позволяют получить дополнительную информацию, отражающую механизм развития глубоких оползней и, в частности, взаимодействие существующего оползневого тела и коренного массива надоползневого уступа, особенно важное для контроля процесса подготовки катастрофической активизации оползневого процесса.

В четвертой главе приводятся результаты исследований механизма образования глубоких блоковых оползней Москвы на примере катастрофической активизации 2006-2007 гг. в Хорошево и менее детально 2009 г. в Москворечье.

Дается подробная характеристика инженерно-геологических условий участка катастрофической активизации оползня в Хорошево, являющегося типичным участком развития глубоких подвижек в Москве.

При исследовании оползня на Карамышевской набережной был проведен целый комплекс работ, включающий натурные обследования, полевые работы по оборудованию наблюдательных скважин с последующими режимными наблюдениями по глубинным реперам для выявления поверхности скольжения в оползневом массиве и получения информации о динамике развития оползневых деформаций на склоне в стадию основного смещения оползня. Выполнен анализ данных режимных геодезических наблюдений. Проведены компьютерное моделирование напряженно-деформированного состояния склона вариационно-разностным

методом, инженерно-геологические расчеты и моделирование по методике ИГЭ РАН (Постоев, 2011) и по программе AKNARK.

В катастрофическую фазу активизации оползня в Хорошево в верхней части склона образовался новый оползневой блок длиной около 280 м. На протяжении 180 м блок захватил прибровочную часть плато полосой до 12м. Общая протяженность участка активизации оползневого процесса составила 330м. Ширина нового оползневого блока составляла порядка 30-35м.

В результате анализа данных смещений реперов за период наблюдений в катастрофическую фазу развития оползневого процесса по этапам режимных наблюдений, были выделены три зоны в пределах оползневого тела с различным характером развития оползневых деформаций (рис. 2):

- 1 зона - оседания блока и формирования области выпора-сжатия в тыловой части оползня;

- 2 зона - поступательного горизонтального смещения;

- 3 зона — поступательного смещения и выпора-сжатия во фронтальной части оползня.

Рис. 2 Карты суммарных плановых (А) и вертикальных (Б) смещений реперов на склоне за период с 18.01.07 по 05.06.07 (по данным измерений ГУП «Мосгоргеотрест»),

Оползневые деформации в катастрофическую фазу начались и локализовались на первом этапе (ноябрь-декабрь 2006 г.) в верхней части склона (зона 1). При этом смещение нового блока (преимущественно оседание) происходило по крутой криволинейной поверхности скольжения, которая имела выход на поверхность склона в виде поднятой трещины сжатия на поверхности выпора (вала) ниже блока. В дальнейшем (с января 2007 г.) пошло поступательное перемещение и старого оползневого тела

(зоны 2 и 3), причем языковая часть (зона 3) находилась в области сжатия, т.е. наблюдались признаки выпора и у берегового откоса. Активизация и рост интенсивности смещений происходили сверху вниз, определяя отсутствие связи на этом этапе развития оползневого процесса с воздействием р. Москвы. За период наблюдений общее смещение в зоне 1 составило 264 см, в зонах 2 и 3, соответственно, 15 см и 17 см.

В юрских глинах, преимущественно волжского яруса, обнаружены валы выдавливания, определяющие границы оползневых блоков (рис. 3). Но в целом характер рельефа оползневой террасы практически не изменился.

Важным обстоятельством является тот факт, что высота надоползневого уступа на момент активизации оползневого процесса достигала критического значения Нсг, а массив уступа - предельного состояния. Таким образом, участок был полностью подготовлен к нарушению устойчивости надоползневого уступа и активизации оползневого процесса.

Зона опускания Зона выпора Зона горизонтального Зона выпора

Рис. 3 Разрез оползневого склона на участке Хорошево-1 (на основе геологических данных ГСПИ). Красными стрелками показано преобладающее направление оползневых деформаций; черной жирной линией - валы сжатия-выдавливания юрских глин под

оползневыми блоками.

По данным наблюдений за оползневыми деформациями по трем глубинным комплексам тензометрическими измерениями установлено, что поверхность скольжения оползневого тела по осевому створу находится на отметках 116-117 м, что на 9-10 м ниже уреза воды в реке. Эти результаты подтверждены также инклинометрическими измерениями ИФЗ РАН. Повышение интенсивности подвижки по установленной основной (унаследованной) поверхности скольжения началось со второй декады

января 2007 г. В языковой части оползневого тела сформировалась зона сжатия (выпора).

Общая глубина развития оползневых деформаций на активизировавшемся участке составила 31 м (разность отметок бровки склона и выположенной части поверхности скольжения).

Выполнено исследование напряженно-деформированного состояния склона вариационно-разностным методом по методике Э.В. Калинина. В результате выполненных расчетов получено, что в основании откоса надоползневого уступа в неустойчивом состоянии оказывается достаточно протяженная горизонтальная область в слое оксфордских глин (в 2-3 метрах ниже кровли отложений оксфордского яруса). Примерно в этой же зоне выявлена поверхность скольжения оползня на исследуемом участке активизации.

Выполнена оценка предельного состояния коренного оползнеопасного массива по методике Г.П. Постоева, основанной на критерии формирования предельного состояния в грунтовом массиве. Проведенные расчеты показали, что краевая часть плато (надоползневой уступ) на момент начала активизации находилась в неустойчивом состоянии с коэффициентом устойчивости К=0,9.

Поскольку начальная фаза активизации оползневого процесса имела место только в пределах надоползневого уступа, расчетами по программам AKNARK (основанным на использовании методов расчета Терцаги, Маслова-Беррера и Шахунянца), в первую очередь, исследовались причины нарушения устойчивости именно в этой части склона.

Установлено, что наиболее уязвимой (с наименьшей устойчивостью, где в первую очередь достигается предельное состояние) является центральная часть (у оси цирка) надоползневого уступа. Расчетная длина наиболее уязвимого участка (надоползневого уступа) составляет 63 м. По центру цирка формируется и ядро деформаций с затуханием величин смещений к бортам участка.

Рассмотрены условия и характер протекания оползневых деформаций на участке катастрофической активизации глубокого оползня в Москворечье в 2009 г. Активные оползневые деформации на данном участке проявлялись и ранее. Приводится анализ данных о динамике изменения ширины реки и величин заложения склона за период с 2000-2010 гг., полученных по серии космических снимков.

Смещения в период катастрофической фазы развития оползня на участках Хорошево и Москворечье составили соответственно 3-10"2 и 5-10"2,

что важно для оценки опасности возможной катастрофической активизации оползневого процесса на других оползневых участках Москвы.

В пятой главе даются рекомендации по предотвращению и контролю активизации глубоких оползневых подвижек.

Эффективные защитные мероприятия и рациональное освоение склоновой территории на участках возможного развития глубоких оползневых подвижек должны базироваться на учете особенностей механизма формирования и развития глубоких блоковых оползней (рис. 4.).

Особенности механизма, которые необходимо учитывать:

1. Активность оползневых смешений в очаге (цирке) обеспечивается высоким положением молодых оползневых блоков, примыкающих к стенке срыва оползневого склона (рис. 4.1). Смещение оползневого тела вызывается оседанием молодого оползневого блока и его силовым воздействием на остальную часть оползневого массива в очаге. Эту важную закономерность глубоких блоковых оползней необходимо учитывать в случаях строительства на территории их развития и прилегающей акватории водоемов, несмотря на возможное отсутствие внешних признаков деформации на склоне.

3)

оползня (2), (1) - коренной массив:

1) Высокое положение верхнего оползневого блока, регламентирующего оползневое смещение (3).

2) Поступательное и вращательное движения блоков ((4) - маркирующий жесткий слой).

3) Бугор сжатия (5) в оползневом теле.

4) Образование «подрезающей» трещины (6) у основания стенки срыва и «закольной» трещины (7) в оползнеопасном коренном массиве.

5) Предельное состояние коренного массива у стенки срыва с бровкой (8) радиусом Я и подготовка нового оползневого блока (9); (10) - поверхность скольжения.

2. Поступательное и вращательное движения оползневых блоков

являются специфическим свойством оползней рассматриваемого типа (рис. 4.2). Следствием данной закономерности развития оползневого процесса является необходимость учета разноплановых движений блоков при строительстве сооружений на любом участке оползневого склона.

3. Образование «бугра сжатия». В произвольной части оползневого склона под давлением нового блока может образоваться выпор. Данное положение регламентирует требования к использованию и размещению удерживающих сооружений (рис. 4.3).

4. Эффект «саморазвития». Опущенная трещина растяжения, появляющаяся в процессе оседания нового блока, «подрезает» прилегающий оползнеопасный коренной массив, образуя «закольные» трещины на его верхней площадке (рис. 4.4), свидетельствующие о начале процесса снижения его устойчивости и подготовке нового оползневого блока. Данную особенность механизма необходимо иметь в виду при проектировании противооползневых мероприятий.

5. Механизм катастрофической активизации оползневого процесса. Развитие оползневого процесса в виде глубоких блоковых подвижек затухает когда образуется ровная оползневая терраса (рис. 4.5).

Таким образом, важнейшими задачами противооползневых мероприятий на участке развития глубоких блоковых оползней являются: своевременное выявление участков оползнеопасного коренного массива с близким к предельному состоянием; определение местоположения поверхности скольжения в массиве и разработка эффективных способов повышения устойчивости выявленных участков с предельным состоянием для предотвращения образования новых оползневых блоков и развития разрушительных оползневых деформаций.

В результате проведенного мониторинга на участке Хорошево-1, а также выполненного анализа напряженно-деформированного состояния и устойчивости надоползневого массива получено: наиболее уязвимой частью надоползневого уступа в оползневом цирке является его центральная зона. Ядро деформаций во время основного смещения концентрируется по оси (центральной части) оползня, с затуханием деформаций к его бортам. В связи с этим, предложено оборудовать сеть мониторинга на оползневых участках в первую очередь по центральным осевым створам.

Рассмотрены некоторые эффективные методы инженерной защиты территорий с развитием глубоких блоковых оползней, направленные на снижение опасности катастрофической их активизации. Для повышения устойчивости коренного массива надоползневого уступа в наиболее

уязвимой его части и снижения риска возможной катастрофической активизации оползневого процесса предложен новый способ укрепления оползнеопасного массива (патент РФ №2340729, соавтор Постоев Г.П.), позволяющий, путем образования в массиве врезающей выемки с расчетными размерами, повысить устойчивость оползнеопасного массива до требуемого уровня (рис. 5).

Указанная выемка в коренном массиве надоползневого уступа разгружает гравитационное давление на деформирующийся горизонт в узкой зоне, за счет ограниченной ширины выемки образуются новые искусственные бортовые границы, которые изменяют взаимодействие между коренным массивом и оползневым цирком в сторону повышения устойчивости в данной локальной зоне. Кроме того, выемка рассекает надоползневой уступ в наиболее опасном сечении, где возможно формирование наиболее массивной части нового оползневого блока, устраняя условие «фронтальности» развития блоковых оползней. В выемке может быть расположено подземное сооружение с жестким каркасом, что также повышает устойчивость на участке выемки.

Рис. 5. Повышение локальной устойчивости оползнеопасного массива путем создания врезающей выемки.

1 - коренной массив; 2 - потенциально деформирующийся слой; 3 - поверхность скольжения; 4 - выемка; 5 - новый оползневой блок.

Предложен способ определения расчетным путем положения в разрезе поверхности скольжения глубоких оползневых блоков (патент РФ № 2412305, соавтор Постоев Г.П.).

В соответствии с патентом № 2412305 и технологией, описанной в главе 4, определены ориентировочные значения глубины залегания

поверхности скольжения (рис. 6) и выполнена оценка устойчивости надоползневого уступа на 15 оползневых участках (табл. 3).

Рис. 6. Схема исходной модели для расчета глубины до поверхности скольжения и коэффициента устойчивости коренного массива.

1 - коренной массив надоползневого уступа по осевому створу оползневого участка; 2 - тело оползня; 3, 4, 5 - соответственно принятые горизонтальные положения дневной поверхности прибровочной части плато, блока примыкающего к надоползневому уступу и оползневой террасы; 6 - поверхность скольжения; 7 - потенциально деформирующийся горизонт слоя грунта со структурной прочностью

Состояние коренного массива надоползневого уступа оценивается по близости к расчетному предельному. Для двух участков, где уже произошла катастрофическая активизация, получено, что с учетом условий, предшествующих активизации, расчетный коэффициент устойчивости также равен единице (предельное состояние). Еще для трех участков коэффициент устойчивости находится в интервале 1,07-1,19 (табл. 3).

Для этих участков в первую очередь необходимо провести дополнительные исследования с уточнением морфометрических параметров оползневого склона, геологического строения и прочностных свойств грунтов, в частности, юрских глин.

Своевременное выявление наиболее уязвимых и оползнеопасных участков позволит заблаговременно организовать работы: по уточнению масштабов возможной угрозы, определению риска опасного деформирования существующих сооружений, построек города, попадающих в зону возможной активизации, по мониторингу состояния оползневых и оползнеопасных грунтовых массивов, по изучению особенностей механизма развития оползневых деформаций на участке, по проектированию и осуществлению защитных мероприятий для предотвращения катастрофической активизации на участке.

Таблица 3

Предварительные результаты по выявлению поверхности скольжения и оценке устойчивости (степени близости к предельному состоянию) коренного массива надоползневого уступа на участках развития глубоких оползней Москвы.

Критиче- Расчетное Коэффи-

Фактиче- ская значение Расчетная циент

№ Название оползневого ская высота глубины отметка устойчи-

п/п высота надополз- поверхнос- поверхнос- вости

участка откоса Hf, невого ти ти скольже- надополз-

м уступа Her, М скольжения Zj¿y м ния, м невого уступа К*

1 2 3 4 5 6 7

1 Сходня 10 23 46 127 1,56

2 Тушино 11 15 25,5 126,5 1,37

3 Щукино 7 13 20,5 130,5 1,80

4 Серебряный бор 8,5 10 13 129 1,55

5 Хорошево-1: - кат. акт-ции 2006г. - 17,3 17,1 31,2 117 0,99

56 Нижний уч-к 20 21,5 42,5 112,5 1,07

6 Фили-Кунцево 25 32 69,7 1103 1,19

7 Нижние Мневники 8 13 21 118 1,67

8 Хорошево-2 7 12 18 120 1,85

9 Поклонная гора (ул. Кульнева) 12,5 19,5 37 110,5 1,39

10 Воробьевы горы (Смотровая площадка) 47 40 90 91 1,32

11 Коломенское 19 27 57 97 1,27

12 Москворечье 21 21 41 101 1

13 Сабурово 14 15 26 114 1,09

14 Чагино 8 12 18 114 1,68

15 Капотня 10 13 20,5 111,5 1,40

* к= ZJ~Hf . отношение мощностей примыкающего к плато оползневого

zd _ Нсг

блока и оползневых отложений террасы.

Заключение

Основные научные и практические результаты исследований: 1. Проведен анализ условий, механизма и закономерностей развития глубоких блоковых оползней сжатия-выдавливания в Москве. Установлено, что деформирование юрских глин при образовании оползневого блока с формированием основной поверхности скольжения оползневого массива связано с действием высокого гравитационного давления в коренном массиве на пласт юрских глин, превышающего их структурную прочность на сжатие.

Получены зависимости между высотой склона, критической высотой стенки срыва (надоползневого уступа) и высотой оползневой террасы, которые являются более информативными характеристиками развития оползневого процесса, чем отношение высоты склона к его заложению.

2. Проведены теоретические и экспериментальные исследования этапа катастрофического развития глубоких подвижек на территории города. Показано, что катастрофическая активизация с образованием нового оползневого блока происходит в массиве краевой части плато, когда в результате развития оползневого процесса на участке (в оползневом цирке) достигнуто его предельное состояние. Этот вывод основан на анализе многих известных случаев катастрофического развития глубоких оползневых подвижек, на данных мониторинга на участке Хорошево-1, расчетах напряженно-деформированного состояния и устойчивости склона на участке Хорошево-1 по методике проф. Э.В. Калинина и др. (моделирование вариационно-разностными методами); по методике Г.П. Постоева (по сопоставлению расчетной предельной и фактической пригрузки на потенциально деформирующийся горизонт склоновых оползневых масс, примыкающих к надоползневому уступу); по программам АКЫАЯК, использующим широко известные методы Терцаги, Маслова-Беррера и Шахунянца.

3. Установлено, что наиболее уязвимым участком надоползневого уступа в оползневом цирке является массив, находящийся по осевому створу цирка. На протяжении 0,3511 (где Я - радиус кривизны бровки цирка) в центральной части уступа в первую очередь достигается предельное состояние устойчивости уступа. Согласно данным мониторинга в центральной части цирка зафиксированы наибольшие размеры нового оползневого блока, а на оползневом склоне — концентрация наибольших величин смещений в фазу катастрофического развития оползневого процесса.

4. Разработан способ определения расчетным путем глубины положения в массиве основной (горизонтальной) поверхности скольжения оползневых блоков (патент РФ № 2412305, соавтор Постоев Г.П.). Определены 7а для Хорошево-1 (подтверждена инклинометрическими измерениями) и для ряда других оползневых участков Москвы.

5. По предварительным данным об условиях развития смещений на оползневых участках Москвы произведены: определение глубины до горизонтальной поверхности скольжения (деформирующегося горизонта) в соответствии с Патентом № 2412305 и оценка состояния надоползневого уступа, определяющего степень подготовки массива к образованию нового оползневого блока при катастрофической активизации глубоких подвижек.

6. Разработан способ повышения локальной устойчивости надоползневого массива путем сооружения секущей выемки заданных размеров в уязвимых местах оползневого цирка (патент РФ № 2413056,

соавтор Постоев Г.П.).

7. Даны рекомендации по мониторингу и эффективному использованию оползневых склонов с развитием глубоких оползней, учитывающие механизм и закономерности глубоких подвижек.

Список опубликованных работ по теме диссертации

Публикации в журналах, входящих в Перечень, рекомендованный ВАК Минобрнауки РФ:

1. Казеев А.И., Постоев Г.П., Лапочкин Б.К. и др. Оценка оползневой опасности на строительных площадках // Геоэкология. -2008. -№ 6. -С. 547-557.

2. Казеев А.И., Постоев Г.П., Лапочкин Б.К. Экологическая опасность оползневых деформаций на трассах магистральных трубопроводов // Экология промышленного пр-ва. -2009.-№ 1. -С. 11-16.

3. Казеев А.И., Постоев Г.П., Лапочкин Б.К. Опыт изучения оползневых деформаций на линиях магистральных трубопроводов // Геоэкология. -2010. - № 6. -С.532-543.

4. Казеев А.И., Постоев Г.П., Лапочкин Б.К. Исследование оползневых деформаций для обеспечения экологической безопасности хозяйственно-бытовых объектов оздоровительного комплекса в г. Сочи // Экология промышленного производства. -2010. -№3. -С. 2-6.

5. Казеев А.И., Постоев Г.П., Лапочкин Б.К. Оценка предельного состояния оползнеопасных грунтовых массивов для обеспечения экологической безопасности работ при освоении склоновой территории // Экология промышленного производства. -2010. -№1.-С. 6-9.

6. Казеев А.И., Постоев Г.П., Лапочкин Б.К. Оценка оползневой опасности для хозяйственных объектов (требования к составу работ и информации) // Экология промышленного производства -2011. -№3. -С. 9-13.

Публикации в других изданиях и материалах конференций:

7. Казеев А.И., Постоев Г.П. Крестин Б.М. Тензометрический мониторинг оползневой опасности // Современные проблемы путевого комплекса. Повышение качества подготовки специалистов и уровня научных исследований: тр. научн.-техн. конф. -М.: МИИТ, 2006.

8. Казеев А.И., Постоев Г.П., Лапочкин Б.К. Оползневое деформирование инженерных объектов // Строительный инжиниринг. -2007. -№10. -С. 62-69.

9. Казеев А.И., Постоев Г.П. Оценка оползневой опасности при проектировании мостового перехода // Современные проблемы проектирования, строительства и эксплуатации железнодорожного пути: тр. междунар. научн.-техн. конф. -М.: МИИТ, 2007.

10. Казеев A.M., Постоев Г.П., Лапочкин Б.К. Большие проблемы от мелких оползней // Геоэкологические и инженерно-геологические проблемы развития гражданского и промышленного комплексов города Москвы: матер, научн.-практ. конф. -М: РГГРУ, 2008.

11. Казеев А.И., Постоев Г.П. Развитие оползневого процесса в районе нового мостового перехода через р. Волгу в г. Ульяновске // Современные проблемы проектирования, строительства и эксплуатации железнодорожного пути: тр. пятой науч,-техн. конф., посвященной памяти Г.М. Шахунянца. -М.: МИИТ, 2008.

12. Казеев А.И., Калинин Э.В. К вопросу о механизме развития глубоких оползней на территории г. Москвы // Тр. Междунар. науч. конф. «Многообразие современных геол. процессов и их инженерно-геологическая оценка» (Москва, 29-30 янв., 2009). -М.: Изд-во Моск. ун-та, 2009. -С. 145-146.

13. Казеев А.И., Лапочкин Б.К., Постоев Г.П. Особенности компьютерного моделирования устойчивости оползневых склонов по программе AKNARK // Сергеевские чтения. Вып. 11.-М.: ГЕОС, 2009. -С. 296-301.

14. Казеев А.И. Оползневая опасность и риск в зарубежной теории и практике (по семинару «LARAM», г. Равелло, Италия, 2008) // Матер, междунар. научн.-практич. конф. «Геориск-2009». -2009. Т. 2. -С. 348-353.

15. Kazeev A., Postoev G. Theoretical solutions for an effective pit edge stability management / Modern management of mine producing, geology and environmental protection: conf. proceeding. SGEM-2009. Vol. 1, P. 301-307.

16. Казеев А.И., Постоев Г.П., Лапочкин Б.К. Оползневые проблемы на территории храма Троицы Живоначальной в Хорошево // Природные условия строительства и сохранения храмов православной Руси: матер. 4-го междунар. научн.-практич. симп. -Сергиев Посад, 2009.

17. Kazeev Andrey, Fedotova Ksenia. Mechanism of Dangerous Deep Landslide Activization in Moscow //. First World Y.E.S. Congress 2009 (Китай). -2009. -Vol. 16. -P. 54.

18. Казеев А.И., Постоев Г.П., Лапочкин Б.К. Оценка оползневой опасности при реконструкции объектов оздоровительного комплекса «Дагомыс» // Сергеевские чтения. Выпуск 12. Матер, годич. сессии Научного совета РАН по проблемам геоэкологии, инженерной геологии и гидрогеологии. -М.: РУДН, 2010. -С. 171-176.

19. Казеев А.И., Постоев Г.П., Лапочкин Б.К. Геотехнический анализ возможности развития глубоких оползневых подвижек на участке храма Троицы Живоначальной в Хорошево // Природные условия строительства и сохранения храмов Православной Руси: Тр. 4-го Междунар. научн.-практич. Симп. -2010.

20. Казеев А.И. Причины и механизм катастрофической активизации глубоких блоковых оползней в г. Москве // Городские агломерации на оползневых территориях. -Волгоград: ВолгГАСУ, 2010. С. 57-64.

21. A.I. Kazeev, G.P. Postoev. About protection strategy on territories with deep landslides II Environmental Geosciences and engineering survey for territory protection and population safety: abstracts to proceeding, EngeoPro-2011. -Moscow: I.E. Kiseleva N.V., 2011. -P. 108109.

22. A.I. Kazeev, G.P. Postoev. A new technology of defining critical values of parameters and landslide massif state // Second World Landslide Forum WLF2. Italy, Rome, 2011. -P. 330.

23. Kazeev A., Postoev G., Fedotova K. An experimental landslide monitoring on a project of Olympic building "Sochi-2014" // Second World Landslide Forum WLF2. Italy, Rome, 2011.

-P. 218.

24. Казеев А.И., Постоев Г.П., Лапочкин Б.К. Об учете особенностей развития оползневого процесса при строительстве на склоновых территориях // Сергеевские чтения. Выпуск 14. Матер, годич. сессии Научного совета РАН по проблемам геоэкологии, инженерной геологии и гидрогеологии. -М.: РУДН, 2012. -С. 208-212.

25. Казеев А.И., Постоев Г.П. Способ укрепления оползнеопасного массива склона. Патент на изобретение РФ № 2413056. -27.02.2011. -Бюл.№6.

26. Казеев А.И., Постоев Г.П. Способ определения глубины заложения в оползнеопасном коренном массиве потенциально деформирующегося горизонта. Патент на изобретение РФ№2412305. -20.02.2011. -Бюл.№5.

Подписано в печать:

18.04.2012

Заказ № 7217 Тираж - 120 экз. Печать трафаретная. Типография «11-й ФОРМАТ» ИНН 7726330900 115230, Москва, Варшавское ш., 36 (499) 788-78-56 www. autoreferat. ru

Текст научной работыДиссертация по наукам о земле, кандидата геолого-минералогических наук, Казеев, Андрей Игоревич, Москва

61 12-4/108

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ

УЧРЕЖДЕНИЕ НАУКИ Институт геоэкологии им. Е.М. Сергеева РАН

вах рукописи

КАЗЕЕВ АНДРЕЙ ИГОРЕВИ1

МЕХАНИЗМ И ЗАКОНОМЕРНОСТИ РАЗВИТИЯ ГЛУБОКИХ ОПОЛЗНЕВЫХ ПОДВИЖЕК В Г. МОСКВЕ В ФАЗУ КАТАСТРОФИЧЕСКОЙ АКТИВИЗАЦИИ ОПОЛЗНЕВОГО ПРОЦЕССА

Специальность 25.00.08 - Инженерная геология,

мерзлотоведение и грунтоведение

ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

Научный руководитель: д.т.н. Постоев Г.П.

Москва - 2012

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ.....................................................................................................................4

ГЛАВА 1 СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ РАЗВИТИЯ ГЛУБОКИХ ПОДВИЖЕК И КАТАСТРОФИЧЕСКОЙ ФАЗЫ В ОПОЛЗНЕВОМ ПРОЦЕССЕ..................................................................................................................12

1.1 Анализ механизма развития и катастрофической активизации глубоких оползней.......................................................................................................................12

1.2 Катастрофическая фаза в оползневом процессе..................................................26

1.3 Анализ примеров катастрофического развития глубоких оползневых

подвижек......................................................................................................................35

Выводы по главе 1.......................................................................................................50

ГЛАВА 2 СОВРЕМЕННЫЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О РАЗВИТИИ И АКТИВИЗАЦИИ ГЛУБОКИХ ОПОЛЗНЕЙ В МОСКВЕ....................................52

2.1 Характеристика участков развития глубоких оползней.....................................52

2.2 История изучения оползней..................................................................................57

Выводы по главе 2.......................................................................................................63

ГЛАВА 3 ХАРАКТЕРИСТИКА И АНАЛИЗ УСЛОВИЙ РАЗВИТИЯ (И КАТАСТРОФИЧЕСКОЙ АКТИВИЗАЦИИ) ГЛУБОКИХ БЛОКОВЫХ ОПОЛЗНЕЙ В МОСКВЕ............................................................................................65

3.1 Физико-географический очерк.............................................................................65

3.2 Геологическое строение и закономерности распространения оползней...........67

Выводы по главе 3.......................................................................................................84

ГЛАВА 4 ОСОБЕННОСТИ ПОДГОТОВКИ И ПРОТЕКАНИЯ КАТАСТРОФИЧЕСКОЙ ФАЗЫ РАЗВИТИЯ ОПОЛЗНЕВОГО ПРОЦЕССА

В УСЛОВИЯХ МОСКВЫ..........................................................................................86

4.1 Инженерно-геологические условия левобережной оползневой территории района Хорошево........................................................................................................86

4.1.1 Стратиграфия...................................................................................................86

4.1.2 Тектоника.........................................................................................................93

4.1.3 Геоморфология................................................................................................95

4.1.4 Подземные воды..............................................................................................97

4.2 Катастрофическая активизация глубокого оползня в Хорошево в 20062007 гг........................................................................................................................102

4.2.1 Методика исследований................................................................................102

4.2.2 Характеристика активизации оползневого процесса 2006 г.......................108

4.2.3 Динамика развития деформаций..................................................................112

4.3 Анализ напряженно-деформированного состояния и устойчивости массива

при подготовке катастрофической активизации оползневых деформаций...........129

4.3.1 Схематизация исходных условий.................................................................129

4.3.2 Расчеты предельного напряженно-деформированного состояния и выявление причин активизации вариационно-разностным методом.................135

4.3.3 Оценка устойчивости склона по методике ИГЭ РАН путем сопоставления предельного и фактического состояний грунта в массиве.........145

4.3.4 Расчеты устойчивости склона по программам AKNARK..........................154

4.4 Основные результаты исследований оползневого склона в Хорошево...........161

4.5 Об активизации оползневого процесса в Москворечье в 2009 г......................167

Выводы по главе 4....................................................................................................173

ГЛАВА 5 РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПРЕДОТВРАЩЕНИЮ И КОНТРОЛЮ АКТИВИЗАЦИИ ГЛУБОКИХ ОПОЛЗНЕВЫХ ПОДВИЖЕК..........................175

5.1 Регламентирующие следствия закономерностей и механизма........................175

5.2 Мероприятия по повышению эффективности работ по предотвращению катастрофической активизации глубоких оползневых подвижек..........................186

5.3 Рекомендации по мониторингу оползневых деформаций................................198

5.4 Предварительный анализ возможности проявления катастрофической

активизации деформаций на оползневых участках Москвы..................................202

Выводы по главе 5.....................................................................................................206

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.........................................................................................................209

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ...............................................211

ПРИЛОЖЕНИЯ:

Приложение 1 Методика и результаты наблюдений посредством глубинных комплексов на оползневом склоне в Хорошево

Приложение 2 Патент на изобретение №2412305 Способ определения глубины заложения в оползнеопасном коренном массиве потенциально деформирующегося горизонта Приложение 3 Патент на изобретение №2413056 Способ укрепления оползнеопасного массива склона

Приложение 4 Результаты компьютерной обработки вариантов расчета устойчивости склона на Карамышевской набережной по программе /\KNARK

ВВЕДЕНИЕ

Оползневые процессы ежегодно наносят территории России огромный экономический, социальный и экологический ущербы. На территориях крупных городов, как правило, имеется значительное количество опасных площадей, в пределах которых возможна активизация оползневых деформаций, порождающих воздействие оползающих грунтовых массивов на близрасположенные инженерные объекты различного назначения.

На территории Москвы существует 15 крупных участков развития глубоких оползней. В последнее время происходит их активизация, в некоторых случаях напрямую связанная с инженерно-хозяйственной деятельностью человека. Глубокие оползни представляют основную опасность для городской инфраструктуры. Они имеют сложный механизм развития, обладают огромной массой, вызывая большие проблемы при осуществлении противооползневых мероприятий.

В пределах города склоновые территории представляют собой как благоустроенные заповедные и парковые природные зоны (Серебряный бор, Воробьевы горы, Коломенское), так и необустроенные заповедные зоны (Хорошево-1, Москворечье). Зачастую на таких территориях вблизи крутых высоких откосов располагаются различные инженерные сооружения спортивного или историко-культурного значения, транспортные пути и инженерные коммуникации. Примером могут служить комплекс трамплинов и спортивных объектов, а также метромост на Воробьевых горах, Храм Троицы Живоначальной в Хорошево (участок Хорошево-1), церковь Вознесения Господня в Коломенском и другие.

Выполняемые противооползневые мероприятия как в предыдущие годы, так и в настоящее время, на участках с развитием глубоких оползневых подвижек в Москве, как правило, не являются достаточно эффективными, о

чем свидетельствуют продолжающееся развитие деформаций на склонах (на участках Воробьевы горы, Фили-Кунцево, Коломенское, Хорошево).

В последние годы (2006-2009 гг.) произошли две катастрофические активизации глубоких блоковых оползней в Москве на участках Хорошево и Москворечье с проявлением разрушительных смещений на протяжении 220330 м по протяжению берега р. Москвы. Существует угроза подобной активизации оползневого процесса и на других оползневых участках.

Таким образом, актуальность работы, направленной на изучение механизма подготовки катастрофической фазы развития глубоких оползневых подвижек в Москве, закономерностей ее развития, определение участков с критическим состоянием устойчивости, обусловлена необходимостью своевременного предупреждения катастрофических ситуаций на оползневых участках, организации мониторинга оползневого процесса и принятия мер по эффективной защите городских сооружений в оползнеопасной зоне.

Целью данной работы является изучение механизма и закономерностей катастрофической активизации глубоких блоковых оползней на территории Москвы, выявление условий ее проявления и обоснование мероприятий по контролю и защите.

Основные задачи исследования:

- Изучить механизм развития глубоких блоковых оползней в Москве и оценить роль катастрофической фазы развития в оползневом цикле.

- Изучить условия проявления глубоких оползневых подвижек на территории Москвы.

- Выявить условия подготовки и развития этапа катастрофической активизации глубоких оползневых подвижек (стадии основного смещения).

- Оценить роль юрских глин в оползневом процессе.

- Исследовать причины катастрофической активизации глубоких оползневых подвижек в условиях Москвы.

- Выявить участки возможного нарушения устойчивости краевой части плато и проявления катастрофической активизации оползневого процесса.

- Разработать рекомендации по защите и предотвращению катастрофического развития оползневого процесса.

Методы исследований. Для решения этих задач проводилась систематизация и анализ данных по инженерно-геологическим условиям (стратиграфии, тектонике, подземным водам, свойствам грунтов и геоморфологии) территории развития глубоких оползней Москвы. Проводилось изучение масштабов и динамики деформирования, а также определение глубины поверхности скольжения на некоторых участках в полевых условиях (натурные обследования и мониторинг по комплексу глубинных реперов в Коломенском и на участке Хорошево-1), натурные обследования оползневых склонов в Митино, на р. Сходня, Воробьевы горы, Москворечье, Сабурово). С применением новой разработанной технологии расчетным способом выполнено определение глубины залегания горизонтальной поверхности скольжения для участков развития глубоких оползневых подвижек. Выполнено моделирование напряженно-деформированного состояния оползневых массивов и проведены расчеты устойчивости склонов, сделан анализ причин катастрофической активизации глубоких подвижек 2006 года в Хорошево и 2009 г. в Москворечье.

В работе рассмотрены особенности механизма глубоких блоковых оползней, история изучения данного типа оползней и изменения представлений о механизме применительно к условиям Москвы.

Отдельная глава диссертации посвящена детальным исследованиям механизма и динамики развития оползня, произошедшего в 2006-2007 гг. на

одном из типичных (как будет показано в работе) участков развития глубоких оползней в районе Хорошево на Карамышевской набережной. Имело место уникальное для Москвы событие - основное (катастрофическое) смещение глубокого оползня на фронте около 330м с захватом новым оползневым блоком части плато на территории жилого поселка и Храма Животворящей Троицы (памятник 16го века). Автор принимал непосредственное участие в полевых исследованиях на всех этапах развития деформаций (в том числе осуществлял тензометрические измерения глубинных деформаций [65]), обработке материалов, расчетах устойчивости и напряженно-деформированного состояния склона, подготовке результатов исследований для разработки проекта защитных мероприятий.

Новизна диссертационной работы состоит в следующем:

1. Исследованы закономерности проявлений глубоких оползней. Впервые установлено критическое соотношение морфологических параметров (высоты склона и высоты оползневой террасы) для склонов р. Москвы.

2. Проведен анализ защитных мероприятий, вытекающих из учета особенностей механизма развития оползневых деформаций. Установлено, что наиболее уязвимым и активным участком краевой части плато является центральная часть оползневого цирка.

3. Установлены участки с критической ситуацией на существующих оползневых цирках, где подготовлены условия для проявления катастрофической активизации оползневого процесса.

4. В процессе выполнения данной работы был разработан способ повышения устойчивости наиболее уязвимой краевой части плато и снижения риска катастрофической активизации путем образования врезающей выемки (патент на изобретение № 2413056 Способ укрепления оползнеопасного массива склона (соавтор Постоев Г.П.))

5. Разработан способ определения расчетным путем глубины поверхности скольжения глубокого блокового оползня - основной информации, необходимой для проектирования защитных мероприятий (патент на изобретение № 2412305 Способ определения глубины заложения в оползнеопасном коренном массиве потенциально деформирующегося горизонта (соавтор Постоев Г.П.))

6. Расчетным способом были определены глубины залегания поверхности скольжения для участков развития глубоких оползней Москвы.

Защищаемые положения

1. Глубокие блоковые оползни в долине р. Москвы полностью проявляют типичные черты оползней сжатия-выдавливания. Их распространение, состояние и активное развитие на склоновой территории г. Москвы характеризуется как крутизной склона на оползневом участке, так и геологическими и геоморфологическими условиями деформирования юрских глин вследствие их гравитационного сжатия.

2. Основной причиной проявления катастрофической активизации глубоких оползневых подвижек на береговых склонах р. Москвы является достижение предельного состояния устойчивости надоползневого уступа (краевой части плато).

3. Эффективными мероприятиями по предотвращению катастрофической активизации глубоких оползневых подвижек являются снижение гравитационного давления на юрские глины в надоползневом уступе и повышение его локальной устойчивости в наиболее уязвимых сечениях в оползневом цирке; эффективный контроль состояния оползневого участка может быть обеспечен автоматизированными наблюдениями за оползневыми смещениями по осевому створу.

Достоверность и обоснованность научных положений и результатов исследований подтверждаются натурными исследованиями на участках развития глубоких оползней в Москве и, главным образом, на участках

катастрофических активизаций 2006 и 2009 гг., проведением и обработкой результатов комплексных режимных наблюдений на участке Хорошево-1, а также результатами выполненного моделирования и расчетов устойчивости краевой части плато на данном оползневом участке.

Практическая значимость работы.

Получены новые данные о механизме подготовки и развития катастрофической активизации глубоких оползневых подвижек. Технология выявления поверхности скольжения глубокого оползня и повышения локальной устойчивости оползнеопасных участков массива надоползневого уступа реализованы в виде технических решений в патентах на изобретения РФ № 2412305 и № 2413056. Результаты исследований использованы при разработке «Рекомендаций по учету особенностей развития оползневого процесса в расчетном обосновании проекта мероприятий по предотвращению оползневых процессов на участке между Карамышевским и Хорошевским спрямлениями реки Москвы» М.: ИГЭ РАН. 2007 г., а также могут быть использованы на территориях с возможной активизацией глубоких оползневых подвижек с целью предотвращения катастрофического развития оползневого процесса.

Личный вклад автора

1. Анализ теоретических и экспериментальных исследований глубоких блоковых оползней по опубликованным и фондовым материалам.

2. Натурные исследования на оползневых и оползнеопасных участках г. Москвы с оценкой оползневой обстановки (Коломенское, Воробьевы горы, Москворечье, Хорошево-1, Сходня, Поклонная гора (ул. Кульнева), берег р. Сетунь и др.), с анализом данных мониторинга, расчетами напряженно-деформированного состояния и устойчивости склонов, выявлением особенностей механизма и закономерностей развития глубоких блоковых

> оползней.

3. Освоение расчетных процедур по трем технологиям оценки напряженно-деформированного состояния и проведение расчетов устойчивости и состояния массива надоползневого уступа в Хорошево-1 перед активизацией.

4. Проведение измерений по тензометрическому и тросовому глубинным реперам (Хорошево-1, Коломенское). Освоение инклинометрического контроля оползневых деформаций.

5. Анализ условий повышения эффективности защитных мероприятий, в том числе предотвращения (снижения риска) катастрофических активизаций. Разработка способов укрепления оползнеопасного массива и определения положения в массиве поверхности скольжения глубокого оползня (патент РФ № 2412305, соавтор Постоев Г.П.; патент РФ № 2413056, соавтор Постоев Г.П.).

Апробация работы. Содержание и основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на научных конференциях и семинарах в России и за рубежом (Болгария и Италия - на английском языке):

-Международной научно-технической конференции "Современные проблемы проектирования, строительства и эксплуатации железнодорожного пути", 07-08 Ноября 2007 г. Москва, МИИТ;

-Научной конференции «Ломоносовские чтения - 2009», Москва, 30 января 2009 г.

-в Международной школе «Оценка оползневого риска и защитные мероприятия», «ЪАЯАМ-2009», г. Равелло,