Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Обоснование пространственно-временной структуры литомониторинга крупных городов (на примере города Ханоя)

ВАК РФ 04.00.07, Инженерная геология, мерзлотоведение и грунтоведение

Автореферат диссертации по теме "Обоснование пространственно-временной структуры литомониторинга крупных городов (на примере города Ханоя)"

государственный комитет российской федерации по

' ВЫСШЕМУ ОБРАЗОВАНИЮ Московская государственная геологоразведочная академия

На правах рукописи УДК. 624.131

ЧАН МАНЬ ЛЬЕУ

обоснование пространственно-врменной структуры жтомонигоршга крупных городов

(на примере города Ханоя)

Г'Г

1 о

С:1

г

П

Специальность: 04.00.07 - инженерная геология, мерзлотоведение и грунтоведение

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

Москва, 1993

Диссертационная работа выполнена на кафедре инженерной геологии Московской государственной геологоразведочной академии.

Научные руководители: Заслуженный деятель науки России, доктор геолого-минералогических наук, профессор Г.К.Бондарик. Доктор геолого-минералогических наук Л.А.Ярг.

Официальные оппоненты:

Доктор геолого-минералогических наук, профессор

В.В.Кюнтцель

Кандидат геолого-минералогических наук В.С.Дроздов

Ведущая организация: Производственный научно-исследовательский

институт инженерных изысканий в строительстве (ПНИИШС)

Защита диссертации состоится 16 декабря 1993 г. в аудитории 645 в i ц часов на заседании специализированного совета К.063.55.04 в Московском геологоразведочном институте по адресу: Москва, ул.Миклухо-Маклая, дом 23.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке MITA. Автореферат разослан " ÍC " ноября 1993 г.

Ученый секретарь ь ,

специализированного совета, профессор В.М.Кононов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Среди природно-технических систем (ПТС), ПТС "городские агломерации" являются довольно сложными и динамичными. В их пределах на сравнительно небольшой площади сконцентрированы различные по интенсивности, распространению и по времени источники воздействия на геологическую среду. Компоненты-подсистемы таких ПТС, взаимодействуя между собой и другими звеньями экосистем, обусловливают разнообразные изменения геологической среды, которые часто оказываются не только неблагоприятными, но нередко даже опасными не только для функционирования ПТС города, но и в особенности для здоровья и деятельности человека. Вследствие этого, проблемы управления функционированием ПТС города в настоящее время являются одной из важнейших.

Город Ханой имеет длительную истории своего развития (с XI века). За это время техногенные, техноплагенные факторы постоянно или периодически усиливаются, взаимодействуют с геологической средой города, вызывают серьезные изменения ее состояния, соответствующие инженерно-геологические процессы, многие из которых принесли и могут принести огромный ущерб народному хозяйству. Например, во время паводка вода в Красной реке поднимается до максимальной отметки и может прорывать дамбу. При этом весь город оказывается затопленным. Глубина воды достигает 8-9 м. Последние прорывы дамб в периферийной части Ханоя в 1971 и 1986 гг. (когда уровень вода в Красной реке был 14,13 м л 12,35 м) принести народному хозяйству больше материальные потери и нарушили нормальную жизць миллионам местных жителей. Оседание поверхности земли города отмечено в разных районах. Оно происходит за счет застройки многоэтажных зданий и сооружений. 50 зданий за период от 2 до б лет эксплуатации осели на величину от 400 до 1320 мм. Некоторые из них находятся в аварийном состоянии и не эксплуатируются.

Постоянное возрастание дебита откачек и сильное снижение напора подземных вод тоже имеют аналогичный эффект. В 1990 году зафиксировано понижение напора на 30 м при откачке с дебитом SOO.OOO м3/сут. Намеченное к 2000 году увеличение дебита откачек подземных вод до 1000.000 м3/сут повлечет за собой соответствующее снижение напора. При этом оседание поверхности земли города за счет откачки будет весьма существенным.

Кроме этих процессов на территории города Ханоя нарастают неучтенные, но серьезные изменения геологической среды. Например, изменение режима температуры, влажности зоны зэрации, подтопление города за счет градостроительства, разжижение водонасшценных грунтов за счет динамического воздействия от системы транспорта города, загрязнения окружающей среда, в том числа и литооферы, за счет отходов сельского хозяйства и промышленности. Наряду с техническими следует считаться с эндогенными геологическими процессами, развивающимися в пределах города. К ним принадлежит трещинообрззование на земной поверхности за счет оживления глубинных разломов и речная эрозия. Они также могут нанести тяжелые потери городу. Например, в 1988 году при нарушении правого берега Красной реки в поселке Фукса погибло 20 человек.

Все рассмотренные выше геологические процессы и связанные с ними изменения геологической среды представляют собой реальную угрозу городу. Однако в настоящее время некоторым из них еще не уделяют достаточного внимания, хотя такие процессы как прорыв дамб, речная эрозия находятся в поле зрения специалистов. Нужно отметить, что и для этих процессов пока отсутстует комплекс обоснованных мероприятий. Поэтому проблема оптимизации состояния и функционирования ЛТС города и прежде всего, управление опасными для города инженерно-геологическими процессами, развивающимися в пределах территории Ханоя, является чрезвычайно важной. Все это определяет актуальность обоснования системы литомониторинга города Ханоя.

Цель работы. разработка методики организации литомониторинга города, проектирование на ее основе комплексной пространственно-временной системы режимных наблюдений за изменением ПТС и развитием опасных для города геологических процессов, развивающихся на территории города Ханоя.

Задачи исследования:

1. Разработка методики районирования территории города по:

а) условиям развития инженерно-геологических процессов;

б) видам взаимодействий;

в) интенсивности проявления и развития инженерно-геологических процессов.

2. Определение объема, параметров и размещения сшшнфов ЛТС города.

3. Районирование территории города Ханоя по интенсивности проявления и развития опасных для города геологических процессов.

4. Расчет объема, параметров и размещения сппинфов за изменением ЛТС города и развитием опасных для города Ханоя геологических процессов.

Защищаемые положения:

1. Методика обоснования пространственно-временной структуры литомониторинга города.

2. Система пунктов получения информации (сппинф) за изменением геологической среды и развитием опасных для города экзогенных и эндогенных геологических процессов, развивающихся на территории города Ханоя.

Научная новизна:

1. Составлена обща я схема организации литомониторинга города.

2. Предложен метод районирования территории города по:

- видам взаимодействия;

- условиям развития геологических процессов;

- интенсивности проявления и развития геологических процессов.

3. Разработана методика организации литомониторинга города.

4. Выполнены районирования территории города Ханоя по интенсивности процессов прорыва дамб, оседания поверхности земли города за счет застройки города и откачки подземных вод, ресной эрозии.

5. Предложена комплексная система режимных наблюдений за изменением геологической среды и развитием опасных для города геологических процессов, распространенных на территории города Ханоя.

Практическая ценность.

1. Разработанная методика организации литомониторинга города Ханоя может быть использована для других городов.

2. Карты районирования территории города Ханоя по интенсивности процессов и соответствукще им анали. тические карты (карты районирования по условиям процессов, видам взаимодействия) дают возможность проектировщикам и строителям получить наряду с информацией об инженерно-геологических условиях сведения о необходимости производства тех или иных мероприятий по инженерной подготовке и защите территории. Эти карты позволяют соответствующим организациям и службам города разработать обоснованные рекомендации по контролю,

оценке текущих состояний и охране сооружений на территории города Ханоя.

3. Разработанная автором комплексная система режимных наблюдений для города Ханоя позволяет получать всестороннюю и оптимальную информацию, необходимую для оценки текущего, состояния ПТС "город Ханой", а также для прогноза развития геологических процессов и изменения состояния ЛТС города. Эта информация обеспечивает оптимальное управление функционированием ЛТС города Ханоя.

Исходный материал .В диссертации использованы материалы, полученные и накопленные в институте наук о земле СРВ, Ханойской компании по инженерным изысканиям и геодезии, Ханойской гидрогеологической экспедиции Л 63, министерстве водного хозяйства, госкомитете по запасам сырья и полезных ископаемых, главном геологическом управлении СРВ. Использованы также материалы, полученные автором, который в течение 10 лет изучал инженерно-геологические и гидрогеологические условия города Ханоя применительно к обоснованию проектов различных объектов. Результаты научно-исследовательской деятельности автора обсуждались на республиканских, межотраслевых, отраслевых конференциях, семинарах и симпозиумах во Вьетнаме, а также на научных конференциях МГРИ.

Структура диссертации: Диссертация состоит из введения, 5 глав и выводов и рекомендаций. В первой главе освещены современное представление о лито-технической системе города, ее мониторинге, современное состояние вопроса и социально-экономические аспекты инженерной геологии города Ханоя. Во второй главе рассмотрена общая методика обоснования пространственно-временной структуры лито-мониторинга города. Третья глава содержит описание лито-технической системы города Ханоя, включающее характеристику инженерно-геологических условий, источников, видов техногенных, техноплагенных взаимодействий и геологических процессов на территории города Ханоя. В четвертой главе изложены результаты специальных райянирова-ний территории города по интенсивности проявления и развития геологических процессов. В пятой главе приведены обоснования и результаты расчета объема, параметров и размещения сппинфов за изменене-нием геологической среды и развитием опасных для города геологических процессов. Описана методика наблюдения. Диссертация заканчивается выводами об основных положениях диссертации и рекоменда-

циями по реализации результатов исследований, освещенных в диссертации.

Работа выполнена на кафедре инженерной геологии МГРИ подруководством заслуженного деятеля наук России, доктора геолого-минералогических наук, профессора Г.К.Бондарика, доктора геолого-минералогических наук Л.А.Ярг , которым автор выражает глубокую благодарность за научное руководство, высокую требовательность, ценные консультации, постоянное внимание и всестороннюю помощь.

Автор искренне благодарит профессора Е.М.Пашкина, профессора И.С.Комарова, профессора В.В.Дмитриева, доктора геолого-минералогических наук В.В.Пендина за отзывчивость и дружеское отношение, проявленное к диссертанту, за постоянное внимание и ценные советы.

Автор пользуется случаем поблагодарить профессорско-преподавательский состав и сотрудников кафедры инженерной геологии за поддержку, помощь, ценные совета и замечания.

Автор также благодаренвьетнамским коллегам Л.З.Хоангу, Д.Т. Тыонгу, В.К.Мини и всем сотрудникам отдела геотекники института наук а земле СРВ, которые многие годы совместно с автором работали на различных инженерно-геологических объектах города Ханоя, за помощь, поддержку при подготовке и выполнении диссертации.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОЩ

Глава I. Современное представление о литотехнической системе города и литомониторинге крупных городов. Состояние проблемы

Рассмотрена концепция литотехнической системы (ЛТС) города, ее структура, формирование, функционирование, устойчивость и управление функционированием, обсуждено понятие литомониторинга города, его цели, задачи, аксиомы и ее следствия.

Для оптимизации функционирования и обеспечения устойчивости ЛТС города в рамках области допустимых состояния, необходима информация о внешних и внутренних взаимодействиях в системе, о величине переменных, которые в совокупности характеризуют текущее состояние ЛТС и ее компонентов и информация о будущих состояниях ЛТС. Подобную информацию производит специальный блок, называемый мониторингом города. В специальном блоке, включающем управляющее и исполни-

тельное устройство (блок управления) информация,поступающая от мониторинга, трансформируется в сигналы управления. На основе сигналов управления изменяются управляющие взаимодействия. Принципиальная схема процесса оптимизации ЛТС города приведена на рис.1.

структура процесса

J идеальная продукция процесса

Рис.1. Принципиальная схема процесса оптимизации функционирования ЛТС города

Итак, под мониторингом города понимается направленная система наблюдения за состоянием и прогнозирование функционирования ЛТС города.

Мониторинг включает подсистемы режима и прогноза. Подсистема режима представляет упорядоченную в пространственно-временном отношении совокупность пунктов получения информации (сппинф). Порядок спшшфа - это число измеряемых параметров, объем, количество

\

пунктов получения информации. Параметр сппинфа - расстояние между пунктами получения информации.

В главе оценивается состояние разработок о мониторинге города и отмечается, что мониторинг - мобильное понятие. Оно введено в научную литературу в 1971 году и связано с именами ученых И.П.Герасимова, Ю.А.Израэля.

С 1981 года проблема литомониторинга стала актуальной для геологов. Она нашла отражение в работах Г.К.Бондарика, А.А.Бонда-ренко, В.В.Дмитриева, Ю.ОЗее.гофера, Ю.Ф.Захарова, И.С.Комарова, Е.А.Козловского, ГЛ.Коффа, В.В.Кюнтцеля, В.1 .Невечери, Е.М.Пашкина, В.В.Пендина, К.И.Сычева, В.Т.Трофимова, В.С.Федоренко, А.И.Ше-ко, В.И.Экзарьяна, Л.А.Ярг и др.

С 1983 года появилось ряд публикаций о принципах общей методики организации и ведения литомониторинга. Начиная с 1986 года, публикуются работы, посвященные специальной методике обоснования пространственно-временной структуры литомониторинга конкретных объектов: месторождения природного газа (Г.К.Бондарик, В.В.Пендин, В.Л.Невечеря и др.), нефтегазового комплекса (Ю.Ф.Захаров), АЭС (Г.К.Бондарик, Л.А.Ярг, В.В.Пендин, В.М.Кувшиников и др.), ансамб. лей памятников (В.Л.Невечеря, В.О..Лодборская).

Специальная методика работ в рамках мониторинга ПТС "городская агломерация" пока не разработана. Отсутствует комплексная схема режимных наблюдений и методика их проведения на активно изменяющихся городских территориях.

В главе рассмотрены социально-экономические аспекты инженерной геологии города Ханоя, отмечены ведущие факторы изменения геологической среды, показана острая необходимость организации литомониторинга города Ханоя, сформированы цели, задачи литомониторинга города Ханоя.

Глава 2. Методика обоснования пространственно-временной структуры литомониторинга города

Разработка пространственно-временной структуры литомониторинга города должна опираться на:

1. Сведения об инженерно-геологических условиях территории города.

2. Данные о величине и пространственном распределении и ре-

жиме техногенных и техноллагенных нагрузок (рис.2).

Комплексная система наблюдения за функционированием ITC города включает подсистему специальных наблюдений за отдельными опасными для города инженерно-геологическими процессами и подсистему общего наблвдения за изменением состояния ЛТС и соответствующими инженерно-геологическими процессами. В рамках последней подсистемы наблкщение выполняется в точках, расположенных относительно ранномерно по площади. Расстояние между пунктами получения информации зависят от сложности инженерно-геологических условий, конструкции сооружений и их пространственного расположения. Частота наблвдения зависит от климатического цикла. Проектирование систем специальных наблюдений за отдельными опасными для города инженер-но-геологкческими процессами должно исходить из районирования терриории города по условиям развития отдельных инженерно-геологических процессов и по видам взаимодействий. На основе анализа механизма процесса решается вопрос о том, какие компоненты геологической среды, факторы и индикаторы процесса следует наблюдать, поэтому районирование территории города по условиям процесса заключается в составлении карт полей компонентов геологической среды, необходимых при оценке активности процесса.

Основаниями районирования территории по взаимодействиям являются их виды, интенсивность и пространственное размещение. Интенсивность взаимодействий выражается в количественной форме. Взаимодействия должны выражаться в виде поля техногенных взаимоде* ствий города.

Интенсивность процесса оценивается показателем поля процесссс I « F ( В ; У| . Уг... ,Уа ; t ; где I - показатель поля процесса (интенсивность), В - техногенные взаимодействия, У< - условия процесса, t - время. В большинстве случаев f является детерминированной функцией. Пространственная структура показателя интенсивности процесса изображается в виде карты поля процесса. Она предусматривает разделение территории города на участки, однородные по особенностям и интенсивности проявления процесса. Путем наложения карт районирования территории по интенсивности отдельных процессов получают карту сводного районирования по интенсивности проявления различных процессов.

а

Рио.2. . Общая схема организации литомониторинга города

Системы пунктов получения информации (сппинф) об отдельных инженерно-геологических процессах проектируют на основе карт районирования по интенсивности процессов, по их условиям и по ввдам взаимодействий. Сппинф состоит из лучей и профилей наблюдения, которые ориентированы по главным направлениям изменчивости компонентов инженерно-геологических условий или по главным направлениям градиентов интенсивности проявления процесса. Объем и параметры сппинфов рассчитывают в соответствии с разработками концепции поля геологического параметра по формулам Г.К.Бондарика.

Комплексную систему наблюдения за функционированием ЛТС города (пространственно-временная структура литомониторига города) получают путем композиции всехсгшинфов об общем изменении состояли ЛТС города и об отдельных опасных для города инженерно-геологических процессах.

Глава 3. Литотехническая система города Ханоя

Приводится краткая характеристика инженерно-геологических условий территории города (орогидрография, история развития, геологическое строение, тектоническое строение, геоморфологические условия, свойства горных пород, гидрогеологические условия района). Освещаются источники и виды техногенных, техноплагенных взаимодействий, их интенсивность и пространственное распределение. Описываются экзогенные геологические процессы, проявление эндогенных геологических процессов с обсуждением их механизма.

Территория города Ханоя ровная, слабо наклонная с абсолютными отметками от 4 до II м, прорезанная долинами рек Красной и ее притока Дуонг. В пределах территории сформировалась мощная толща четвертичных отложений мощностью 40-120 м различного генезиса, минерального и гранулометрического состава. Аллювий представлен гравием, галечниками, песками ( ась.* . а а« . а а-?» ), суглинками и супесями ( а о?* ); аллювиально-морские отложения сложены песками (м о« ), глинистыми за торфованными осадками ( ма» ). Морские отложения - это преимущественно суглинки ( то... ) и глины т а й- . Толща прибрежно-болотных отложений сложена илами с залежами торфов ( Ьт о и ). Аллювиальные гравийные отложения, галечники и пески ( а о 1.11. аош ) представляют собой мощный регио-

нальный напорный водоносный горизонт, а пески лй'» - локальный; морские суглинки являются региональным водоупором и достаточно надежным основанием всех наземных сооружений. Прибрежно-болотные илы текучей консистенции сильно изменчивы по мощности. Они являются главной причиной дефорлации и аварий зданий и сооружений; легко размываемые супеси, залегающие на берегах рек, являются условием процесса речной эрозии.

Втехтоническом отношении территория города Ханоя находится в центре прогиба Бак Бо и принадлежит к динамической активной зоне, здесь установлено два глубинных живых разлома (Шонг-До, Винь-Нинь).

Водоносные горизонты распространены на всей территории города. Местами подземные воды расположены вблизи поверхности земли, особенно вдоль системы дамб, что благоприятствует развитию процессов, связанных с выпором грунтов, взвешивающим противодавлением и размывом грунтов в основании дамб при подпоре воды в реках.

Существенно влияющими на изменение геологической среды города техногенными, техноплагенными взаимодействиями являются статическое взаимодействие от ввеа наземных сооружений, от снижения напора подземных вод при откачке, гидродинамическое взаимодействие поверхностных вод рек и подземных вод в основании дамб во время паводка, динамическое взаимодействие системы глубинных разломов. Их интенсивность и распределение рассмотрены в диссертации.

Среди экзогенных, эндогенных геологических процессов как более существенными и опасными для города являются: прорыв дамб, обусловленный фильтрационным потоком подземных вод в нижнем • бьефе дамб и в результате оползневого процесса, оседание поверхности земли города за счет застройки., и вызванное откачкой подземных вод, речная эрозия, трещинообразование на поверхности земли. В работе освещены условия, факторы, режим, механизм, пространственное размещение и отношение процессов.

Глава 4. Специальные районирования территории города по интенсивности геологических процессов

Рассмотрены методика оценки, результаты расчета интенсивности экзогенных и эндогенных геологических процессов. Обсуждены пространственные структуры условий процессов и взаимодействий (районирование по условиям процессов и взаимодействиям); приведены результаты анализа пространственной структуры показателя интенсивности этих

процессов (районирование территории города по интенсивности процессов) . Выполнены следующие вида районирования территории города Ханоя.

1. Районирование по степени развития тектонических трещин на поверхности земли.

Ширина зон динамического влияния разломов рассчитана по методу С.И.Шермана (1983 г.) для сдвигов

М : К). Н

где М - ширина зоны динамического влияния сдвига, н - мощность деформируемых слоев, К1 - безразмерный коэффициент.

Для территории города Ханоя вдоль двух глубинных разломов Винь-Нинь и Шонг-Ло Нгуен Чонг Уемом и его коллегами установлены зависимости

М = £ И

где К - мощность осадочных отложений. Выделены две геодинамических зоны шириной 8-9 км.

2. Районирование территории города по степени осадки земной поверхности за счет веса зданий и сооружений.

Конечная осадка зданий рассчитана методом послойного суммирования. В ходе районирования территории по условиям процесса и взаимодействия автором использованы:

- карта районирования территории города Ханоя по типам естественных оснований; -

- карта поля мощности текучих илов;

- карта статических нагрузок от веса зданий и сооружений на грунт.

По результатам расчета конечной осадки построена карта ожидаемой осадки земной поверхности городов за счет нагрузки от веса зданий и сооружений. На карте по предельным величинам и особенностям осадки сооружений территория города Ханоя разделяется на три категории участков: участки практически не испытывают оседания земной поверхности ( 5« = 0-15 см); участки испытывающие оседание земной поверхности ( 5» = 15-40 см); участки испытывающие интенсивное оседание земной поверхности ( 5~> = 40-120 см), осадка неравномерная и длительно развивающаяся по времени.

3. Районирование территории города по степени устойчивости дамб от фильтрационных нарушений потоками подземных вод.

Фильтрационное нарушение основания дамб потоками подземных вод при паводках происходит по схеме: прорыв подземных вод — концентрация потоков подземных вод — разжижение и выпор несвязных

грунтов _„ оседание поверхности земли и дамб. Вследствие этого

устойчивость дамб по отношению к фильтрационным нарушениям потоками подземных вод оценена по устойчивости территории к прорыву подземных вод и выпору несвязных грунтов.

Прорыв подземных вод рассчитывается по формуле

к

т . V ПО род

Н . К

а выпор несвязных грунтов по формуле

ХбЗб

д н

I

где К - коэффициент устойчивости водоулора по отношению к прорыву подземных вод, 1ВЗВ - взвешивающий градиент восходящего потока,

- мощность водоупора (м), ^пород ~ объемная масса пород водоупора (т/м3), Н - напор подземных вод над кровлей водоносного плзста, *вод - плотность воды (т/м3), ДН _ превышение напора подземных вод над поверхностью земли (м), £ - мощность зоны в пределах которой существует восходящий фильтрационный поток (м).

При К = I водоупор находится в предельном состоянии, Кгс.1 водоупор не устойчив, К ^ I водоупор устойчив по отношению к прорыву подземных вод. При величине 1взв 0,4 грунты не устойчивы, 1ВЗВ 0,4 грунты устойчивы по отношению к выпору.

В процессе районирования территории города по условиям процесса и взаимодействия!,1 составлены:

- тренд-поверхность мощности водоупора,

- тренд-поверхность пьезометрического напора в нижнем бьефе

дамб.

Пьезометрический напор рассчитывается при условии максимального уровня воды в Красной реке во время паводка (отметка 14 м) и продолжительность его сохранения в течение 20 дней.

На основе этих карт с целью оценки интенсивности процесса составлены:

- карта поля коэффициента устойчивости водоупора по отношению к прорыву подземных вод,

- карта поля взвешивагацего градиента восходящего потока (коэффициент устойчивости от выпора грунтов).

Совместный анализ карт позволил выполнить корректное районирование территории города по устойчивости в отношении прорыва подземных вод и выпора грунтов. На территории, прилегающей к системе дамб, выделены: зоны весьма неустойчивые ( 1взв^.0,4, К ¿. I); неустойчивые зоны ( I взв^> 0,4, К I); устойчивые зоны ( I взв -¿0,4, К ^ I).

4. Районирование территории города по степени устойчивости дамб по отношению к оползневому процессу.

При оценке возможности прорыва дамб в результате оползневого процесса учтены величина конечной осадки дамб и появление в теле дамбы трещин.

Возможная конечная осадка дамб рассчитана методом послойного суммирования. При расчете осадок дамб на различных участках использованы составленные автором тренд-поверхность водоупора в нижнем бьефе дамб, карта поля мощности илов, карта районирования территории по типам основания. Конечная осадка дамб составляет от 10 до 50 см. По предельно допустимым величинам и характеристикам деформации оснований участки размещения дамб разделены на три категори: со слабо деформированным основанием ( S» = 7-15 см); с деформированным грунтовым основанием ( S« = 15-30 см), с сильно деформированным грунтовым основанием ( S« = 40-50 см).

По характеру и степени проявления трещин в теле дамбы на территории города Ханоя выделены: дамбы, в которых отсутствуют трещины, существенно влияющие на их устойчивость во время паводка; дамбы, для которых существует возможность возникновения трещин, связанных с оживлением глубинных разломов; дамбы с высокой вероятностью возникновения трещин, связанных с их неравномерной осадкой из-за присутствия в основании не очень мощных текучих илов (3 - 5 м); дамбы, в которых следует ожидать развития трещин, обусловленных их неравномерной осадкой, вызванной весьма существенным деформированием мощных текучих илов (15-20 м), залегающих в основании дамб и возможное проявление тектонических трещин.

5. Районирование территории города по степени оседания поверхности земли за счет откачек подземных вод.

Величина оседания поверхности земли, обусловленного откачкой подземных вод оценена по формулам:

) = ___^ дбэсг. I).

» . 6«Р ^

т . 9

Е. о

$>«>. - величина осадки (см) в момент времени ( 1 ) и при стабилизации, аср - коэффициент сжимаемости постоянной

6с|> - оценка среднего значения коэффициента пористости, пг -мощность сжимаемого слоя (см), Д б »с г. * ) - дополнительное эффективное напряжение (кг/см^); Ео - модуль деформации (кг/сьг),

Ч - возрастание природного давления за счет снижения напора при откачке (кг/см^).

В процессе расчета оседания поверхности на различных участках территории использованы карта районирования по типам естественных оснований, карта депрессионной поверхности подземных вод при откачке.

Расчет приведен Лэ Зуи Хоангом. При расчете дебит подземных вод при откачке был принят равным I млн .м3/сут. По результатам расчета оседания поверхности в различных пунктах территории города составлены:

- карта возможного оседания поверхности земли за счет откачек подземных вод с дебитом I млн.м3/сут. Максимальная конечная осадка составляет 90-100 см,

- карта районирования территории города по степени стабилизации осадки. На этой карте территория города Ханоя разделена на 5 групп участков. Это участки, на которых: осадка практически не проявляется; 1

стабилизация осадки ( ¿со ^ 85$ ) происходит через I год после начала откачки; стабилизация осадки достигается через 2 год после начала откачки; стабилизация осадки происходит через 5 лет после начала откачки; стабилизация осадки происходит через 8 лет после начала откачки;

6. Районирование территории города по степени устойчивости берегов рек к речной эрозии.

Пораженность речной эрозией и степень устойчивости берегов рек по отношению к ней оценивается обобщенным показателем (I) ком понентов (XI), влияющих на устойчивость берегов

2 я

I = _

п.

К XV

- нормированное значение компонента п - число компонентов

М- ах ЛI

о г. 1 4 1.0 чем больше значение I, тем более участок пораже] процеесом речной эрозии. .

Анализ практически постоянных и медленно изменяющихся коми нентов, влияющих на устойчивость берегов рек Красной и Дуонга по отношению к речной эрозии позволил автору в качестве значащих ш понентов выбрать высоту берега и крутизну склона. В пределах тер; тории Ханоя высота берегового склона колеблется в пределах 5-26 ] крутизна - 1-22,5°. Обобщенный показатель изменяется в пределах I 0,14 до 0,93. По его величине берега рек Ханоя разделены на 4 гр; пы участков (табл.1).

В заключение главы помещены результаты совместного анализа пространственной структуры всех процессов, обсуждены пространств ные отношения областей их развития. Эти отношения являются основ для размещения сппинфов.

Таблица I.

Номер группы; Обобщенный (Краткая характеристика участка участков • показатель •_

Участки временного русла заполняемого

1 ¿0,2 материалом потока

2 0,2-0,4 Участки аккумуляции наносов вдоль бере-

говой линии

3 0,4-0,6 Участки симметричного расположения бе-

регов относительно русла

4 ^0,6 Участки, на которых происходит подмыв

берегового склона

Глава 5. Объемы, параметры, размещение сппингоов о

геологических процессах. Методика наблюдений

Рассмотрены принципы размещения, результаты расчета объемов и параметров сщганфов о геологических процессах, а также методика наблюдения.

Совместный анализ задач, решаемых при проведении наблюдения, механизма, пространственного отношения процессов позволил автору определить состав комплексной системы наблюдения за режимом геологических процессов города Ханоя, который включает следующие системы - компоненты пунктов получения информации (сппинф): об уровне подземных вод и поверхностных вод в реках вдоль дамб при подпоре; о проявлениях фильтрационных процессов подземных вод у основания и на откосах дамб; о проявлениях трещин в дамбах; об осадке дамб; о крутизне и высоте склона и о скорости разрушения берегов рек; о величине понижения напора подземных вод при откачке; о суммарном оседании земной поверхности, вызванном откачкой подземных вод и застройкой города; о проявлении тектонических трещин на поверхности земли города;

I. Сппинф об уровнях подземных вод и поверхностных вод в реках представляет собой комплекс профилей, ориентированных перпендикулярно к реке. Местоположение профилей установлено на основе анализа карты районирования территории по степени устойчивости дамб по отношению к прорыву подземных вод и выпору грунтов в их основа-

нии, а также учитывая схему расположения областей динамического влияния глубинных разломов, комплекс включает II створов с общим числом наблюдательных скважин 55. Частота наблюдения при уровне воды в Красной реке превышает абсолютную отметку 9,5 м составляет 1 раза в сутки, а свыше 10,5 м - 2 раза в р*:гки

2. Сппинф о проявлениях трещин, в дамбах проектируется на основе районирования территории по степени развития трещин и осадки дамб. Наблюдение следует производить только на участках, где возможно развитие трещин за счет неравномерной осадки и тектонических трещин. Для получения информации используется метод электропрофилирования. Частота наблюдения I раз в год в межень. Общая протяженность дамб, на которых производится э.п. 62,5 км.

3. Частота наблюдений за проявлением фильтрационного процесса в основании и на склонах дамб и площадь, охватываемая ими, зависит от уровня воды в реках и результатов районирования территории по устойчивости дамб в отношении прорыва подземных вод, выпора грунтов, степени развития трещин в их теле и осадки.

В случае, если уровень воды в Красной реке превышает абсолютную отметку 11,5 м, наблюдение следует проводить на всем протяжении дамбы на склонах и у подножья: у подножья в пределах I зоны (К I, 1дЗВ ^ 0,4) I раз в час; в пределах П зоны (К ^ I, 0,4) I раз в сутки; на участке возможны проявления трещин в дамбе I раз в час, на остальных участках - I раз в сутки.

Если уровень воды в Красной реке находится на абсолютнойотмте свыше 10,5 м, наблюдение производится: у основания в пределах I/ зоны 2 раза в сутки; на склонах в пределах участков взмохного возникновения трещин в дамбе 2 раза в сутки.

Если уровень воды в Красной реке свыше абсолютной отметки 9,5 м, то наблюдение следует производить только в основании дамбы в пределах I зоны (К I, 1взв^ 0,4) I раз в сутки. В работе содержится обоснование общего объема наблюдений.

4. Сппинф об осадке дамб.

Наблюдения за осадкой дамб выполняют в пределах участков развития неравномерной и длительно развивающейся во времени осадки, где величина осадки существенно превышает допустимую предельную осадку. Наблюдения ведут методом геометрического нивелирования. Расстояние между реперами рассчитывается по формулам, при этом

бпр * 2 б*. . бк , i см (бпр - предельная ошибка измерения, бя -среднее квадратическое отклонение). Расстояние мевду реперами ориентировочно принято равным 200 м при одинаковой осадке. При неравномерной осадке расстояние между реперами колеблется от 25 до 200 м. Общая протяженность дамб, на которых производится наблвдение за осадкой,составляет 25 км, общее число реперов составляет 213. Частота наблюдения I раз в год в межеш..

5. Сппинф о крутизне, высоте склона и скорости обрушения берегов рек располагают на участках, где берега рек не устойчивы

(I ¿>0,6). Сппинф представляет собой систему, включающую 19 профилей, перпендикулярных к реке. Крутизна и Еысота берегового склона определяется методом тригонометрического нивелирования. Для определения отметок дна реки используется эхолот. Наблюдение за крутизной и высотой склона следует производить I раз в год, а за скоростью обрушения берегов 18 раз в год (с ноября по апрель замер берется I раз в месяц, с мая по октябрь 2 раза в месяц).

6. Сппинф об уровне подземных вод при откачке составляется на основе карт возможного оседания поверхности земли за счет откачек, районирования территории по степени стабилизации осадки. Сппинф включает профили, секучие мульды оседания по главным направлениям; дополнительные точки наблюдения, расположенные в местах сопряжения мульд. В пределах Ханоя проектируется б профилей, ориентированных в разных направлениях и 4 отдельные точки.

Число наблюдательных скважин и их пространственное размещение устанавливаются с учетом следующих соображений:

- поверхность подземных вод между двумя водозаборами или между границей (рекой) и водозаборами при откачке описывается уравнениями второго порядка, для ее установления требуется не более б скважин;

- каждая зона стабилизации осадки должна бытьохарактеризова-на не менее чем одной наблюдательной скважиной;

- общее число наблюдательных скважин составляет 80j наблюдение производится Z разав год в межень и при па»»ике

7. Наблюдение за проявлением тектонических трещин предусматривает: определение плотности трещин; оценку нарушенное™ поверхности, а также зданий и сооружений за. счет трещин; определение характеристик трещин. i

Плотность, нарушенность трещин определяется путем визуальных наблюдений в пределах зон динамического влияния глубинных разломов площадью 300 км**, наблюдение производится I раз в год в межень и после сейсмических толчков.

Характеристики трещин наблюдаются на двух эталонных участках площадью 25 км^где выполняют: измерение ширины трещин в сооружениях (не менее чем в 10 зданиях), частота наблюдений - 2 раза в месяц; смещение фундаментов измеряют методом угловой засечки для 10 зданий 2 раза в год в сухом и влажном сезонах; химический состав подземных вод анализируется I раз в год и берется из 10 колодцев.

8. Сппинф о суммарном оседании земной поверхности, вызванном откачкой подземных вод и застройкой города проектируется с учетом следующих положений:

а) на тренд-поверхности суммарной осадки мульды оседания и центры осадки (точки максимальной осадки в центрах аномалий) земной поверхности представлены аномалиями. Они должны найти отражение в структуре сппинфа, регистрирующего суммарное оседание земной поверхности;

б) сппинф о суммарных осадках состоит из профилей пунктов измерения осадки, которые должны быть ориентированы по главным направлениям изменчивости осадки;

в) профили пунктов измерения осадки должны происходить через участки оседания поверхности земли за счет откачек, участки застрой ки и области дх пересечения.

п. Число и местоположение реперов на профиле определяется, исходя из следующих соображений:

- расстояние между реперами определяется по различным формулам для каждого из профилей оседания поверхности земли за счет откачек и осадки за счет застройки, в результате чего получают гсппинфа. т. кладывая пространственные структуры сппинфов друг на друга и принимая наименьшее расстояние между реперами в качестве параметра, получаютсппинф о суммарной осадке земной поверхности города;

- каждая область стабилизации осадки при откачке подземных вод и неравномерной осадки при застройке города должна быть охарактеризована не менее, чем тремя реперами.

В соответствии с рассмотренными положениями проектируются 7 профилей измерения суммарной осадки по двум главным направлениям

север - юг и запад - восток.

Расстояние между реперами изменяется от 20 до 500 м, общее количество реперов изменяется от 852 при бпр - 2 6* до 673 при бпр * 3 бк . бк. = 1 см.

Измерение осадки производится методом геометрического нивелирования и г раза в год в межень и при паводке

Совмещение на территории города рассмотренных слпинфов дает единый комплексный сппинй - подсистему мониторинга города Ханоя.

ВЫВОДЫ И РЕШШЩАШ

Результаты проведенных работ и исследований, рассмотренных в диссертации, позволяют сделать следующие выводы и рекомендации:

1. Установлен механизм и особенности проявления экзогенных, в том числе и техногенных и эндогенных геологических процессов, которые в настоящее время развиваются на территории города Ханоя и вызывают существенное изменение как сооружений* так и геологической среды. Набор включает следующие процессы: прорыв дамбы, осадка земной поверхности, связанная с градостроительством; оседание земной поверхности под влиянием откачки подземных вод; речная эрозия; образование трещин на поверхности земли, обусловленное современным тектоническим процессом города.

2. Выявлены комплекс и пространственно-временная структура главных управляющих и возмущающих взаимодействий на территории города Ханоя: гидродинамическое взаимодействие подземных вод в основании дамб во время паводка и поверхностных вод Красной реки и ее притока - Дуонга; динамическое взаимодействие системы глубинных региональных разломов; статические нагрузки от веса наземных сооружений и понижения напора подземных вод, вызванного откачкой подземных вод.

3. Установлены и представлены в виде полей геологических параметров условий опасных эндогенных (в том числе теногенных) геологических процессов. Получены тренд-поверхности: мощности водоупора, пьезометрического напора в нижнем бьефе дамб при подпоре, поле мощности илов. Выполнено районирование территории города по типам естественных оснований.

4. На основе совместного анализа пространственной структур! взаимодействий и полей компонентов выполнены пространственный и временной прогноз геологических процессов и прогноз изменения г< логической среды города. Прогноз получил отображение на картах полей коэффициентов устойчивости дамб от прорыва подземных вод ] выпора несвязных грунтов; схеме осадки дамб; карте ожидаемой ос; ки земной поверхности, вызванной нагрузкой от веса зданий и сооружений; карте оседания земной поверхности, вызванные откачкой подземных вод; схеме поля обобщенного показателя поракенности б регов рек речной эрозией; схеме зон динамического влияния глуби: ных разломов.

5. На базе полей прогнозных оценок выполнены специальные районирования территории по интенсивности геологических процесс' Результаты районирования представлены в Еиде карт районирования территории города: по степени устойчивости дамб к прорыву подзе; ных вод и выпору грунтов в их основании; по характеру и степени проявления трещин в дамбе; по степени и характеристикам осадки земной поверхности города за счет веса зданий и сооружений; по степени стабилизации осадки поверхности земли, вызванной откачкой подземных вод; по пораженности берегов рек речной эрозией. Районирование территории города на основе прогнозных оценок раз вития некоторого процесса позволило обосновать объем и простран ственную структуру системы наблвдения за режимом этого процесса

6. На основе обобщения полученных районировании территории города по интенсивности геологических процессов обоснованы объе и пространственная структура комплексной системы пунктов получе ния информации (сщпшф) об изменении состояния ЛТС и развитии геологических процессов на территории Ханоя. Комплексная систем включает системы наблюдения за уровнем подземных вод и проверх-ностных вод в реках вдоль дамб при подпоре; за проявлением трещин в дамбе; за проявлением фильтрационных процессов вдоль дамб при подпоре; за уровнем подземных вод при откачке; за осадками земной поверхности, вызванными откачкой подземных вод и застрой кой города; за крутизной и высотой склона и скоростью нарушения берегов; за проявлением трещин,' обусловленных современным текто ническим процессом и их характеристиками.

7. Разработаны научные основы организации мониторинга ЛТС "городская агломерация". Основные принципы, определяющие мониторинг заключаются в следующем:

а) объем сшгкнйа пропорционален характеристикам неоднородности процессов и принятой вероятности оценок параметров,

б) пространственная структура сппинфа адекватна структуре полей геологических параметров, отражающих соответствующие процессы,

в) временная структура (режим наблюдения) пропорциональна режиму процессов, информация о которых получается с помощью мониторинга,

г) пространственно-временная структура и объем комплексного сппинфа должны отражать отношения областей распространения отдельных процессов.

8. Разработана методика организации сппинфа мониторинга. В диссертации рассмотрены последовательность и содержание операций по оценке объема, протсранственной структуры и режима наблюдения мониторинга.

9. Предлагаемая методика организации литомониторинга, основанная на выявлении и совместном анализе набора и пространственнее-временной структуры взаимодействий и условий геологических процессов, является научно обоснованной. Ее реализация применительно к ЛТС "городская агломерация" обеспечивает процесс получения минимально необходимого и достаточного объема инженерно-геологической. и технической информации, используемой для оптимального управления такой сложной в отношении структуры и взаимодействий ЛТС, кзкой является городская агломерация.

10. Составленный автором комплекс карт прогноза и районирования территории города Ханоя по интенсивности геологических процессов и спшшфы о развитии этих процессов рассматриваются как условие эффективного функционирования соответствующих городских организаций и служб (исполнительная власть, проектные, строительные, водного хозяйства, службы охраны дамб и т.д.), отвечающих

за развитие, эксплуатацию, управление функционированием всех элементарных ЛТС и локальной ЛТС города в целом.

Выполнение автором проработки, относящейся к обоснованию порядка, объема, пространственной структуры и режима работ в рам-

ках комплексного сппинфа мониторинга ПТС "город Ханой" следует рассматривать в качестве соответствующей части проекта мониторинге городской агломерации Ханоя.

Для эффективной реализации литомониторинга города рекомендуется создать специальную службу мониторинга города в качестве самостоятельной организации, подчненной госкомитету по охране природы и органам исполнительной власти города Ханоя.

II. Разработанная автором на примере города Ханоя методика может быть использована для организации литомониторинга других городов, промышленных комплексов и других локальных ЛТС.

Список

работ, опубликованных по теме диссертации

1. Изменение влажности грунтов зоны аэрации и его влияние на деформацию зданий, сооружений и поверхности земли на территории равнины Бак Бо. Труды НВДИ СРВ, Ханой,1983г. (в соавторстве).

2. Влияние инженерно-геологических условий на деформирование зданий, сооружений и дневной поверхности земли территории равнины Бак Бо. Пятил.т.гос.науч.программа й 48-02.01.1980-1985. Институт наук о земле НВДИ СРВ, Ханой,1986г. (в соавторстве).

3. Влияние современного трещинообразования на устойчивость системы дамб территории равнины Бак Бо. Патилет. во с. науч. про грамма й 48.02.07.1980-1985 институт наук о земле НЦНИ СРВ. Ханой, 1986 г. (в соавторстве).

4. Условия и причины прорыва дамб в Ханое в августе 1986 г. НЦНИ СРВ, И—во водн.хоз.СРВ, Ханой, 1986г. (в соавторстве).

5. Условия и механизм процесса аварии дамбы Шен-Чьеу Ханоя в августе 1986 г. НЦНИ СРВ, М-во водн.хоз.СРВ,Ханой, 1987 г.

(в соавторстве).

6. Причины и условия возникновения подземных фонтанов в озерах Западном, Чук Бак и их влияние на устойчивость дамбы Ханоя. НЦНИ СРВ, М~во водн.хоз.СРВ, Ханой ,1987г. (в соавторстве).

7. Возникновение усадочных трещин и их влияние на устойчивость дамбы. Материал I респуб.науч.конф.ло механике,Ханой, март 1988г.

8. Гидрогеомеханическая схема и характеристика деформации основания дамбы Ван Как Ханоя. НВДИ СРВ, М-во водн.хоз.СРВ,