Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Оценка геолого-физических свойств грунтов оползневого склона на основе радоновых съемок

ВАК РФ 25.00.36, Геоэкология

Автореферат диссертации по теме "Оценка геолого-физических свойств грунтов оползневого склона на основе радоновых съемок"

На правах рукописи

ииииь4231

и •■•• - _____

НГУЕН ХАНЬ ЛАН

ОЦЕНКА ГЕОЛОГО-ФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ГРУНТОВ ОПОЛЗНЕВОГО СКЛОНА НА ОСНОВЕ РАДОНОВЫХ СЪЕМОК

Специальность 25.00.36 - Геоэкология

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание учёной степени кандидата геолого-минералогических наук

Москва

-2007

003054231

Работа выполнена на кафедре геоэкологии и безопасности жизнедеятельности Российского государственного геологоразведочного университета.

Научный руководитель:

Доктор технических наук, профессор. Дёмин Николай Владимирович.

Официальные оппоненты:

Доктор технических наук, профессор. Бондаренко Владимир Михайлович.

Кандидат технических наук. Крампит Игорь Александрович.

Ведущая организация:

Российский университет дружбы народов.

Зашита состоится « 18 » января 2007 года в 15 ч. 00 мин. на заседании специализированного диссертационного совета Д. 212.121.04 при Российском государственном геологоразведочном университете имени С. Орджоникидзе по адресу: 117997, ГСП-7, Москва, ул. Миклухо-Маклая, д. 23, геологический факультет, аудитория 5-48.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Российского государственного геологоразведочного университета имени С. Орджоникидзе.

Автореферат разослан « 17 » декабря 2006 года.

Отзывы на автореферат (в двух экземплярах, заверенных печатью) просим направлять по адресу: 117997, ГСП-7, Москва, ул. Миклухо-Маклая, д. 23, Российский государственный геологоразведочный университет, ученому секретарю диссертационного совета Д. 212.121.04 Телефон: (495) 433-65-44 (добавочный 11-06)

Ученый секретарь диссертационного совета Кандидат геолого-минералогических наук, доцент

Л.А. Дорожкина

1. ОЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы.

По данным организации ЮНЕСКО, оползни стали одними из самых разрушительных стихийных бедствий. Между тем за последнее 50 лет их число выросло почти в шесть раз. Эксперты ООН и ЮНЕСКО объясняют активизацию оползневых явлений наряду с увеличением числа и интенсивности штормов, тайфунов и ураганов глобальным изменением климата на Земле. Особенно остро стоит проблема в развивающихся странах, где ведется усиленная сельскохозяйственная обработка земель, в том числе на склонах гор и холмов. Сход оползня в филиппинской деревне Гуинсаугон 17-февраля 2006 года унес из жизни около 2000 человек. ЮНЕСКО объявила об активизации борьбы с оползнями и, по планам ЮНЕСКО, 2007 год будет объявлен годом оползней.

Три четверти площади Вьетнама занимают горы и холмы. В последние годы экономика Вьетнама бурно развивается. В большинстве случаев строительство новых дорог, ГЭС и плотин ведется на горных территориях. Миллионы гектаров лесов используются для сельскохозяйственных и других нужд. Нарушая естественное природное и геологическое равновесие, геологические катастрофы в целом и оползни в частности увеличиваются и по количеству и по масштабу. Они широко развиты в северно-западной (Тау-Вас-Во) и серединной части Вьетнама и угрожают хозяйственным, промышленным, культурным объектам и населенным пунктам.

В декабре 2005 года, в результате ливневых дождей, оползень с объемом 30.000м3, на 1360-километровом отрезке перевала Deo-ca провинции Phu-yen перекрыв главную магистраль 1 А, идущую вдоль страны, в течение 7 дней. На новой магистрали Хошимин, которая была открыта в конце 2004 года, также наблюдается активизация оползней. По данным министерства транспорта Вьетнама (2004 г.) вдоль этой магистрали располагается 1539 потенциально оползневых участков с общей протяженностью 130 км. Зачастую оползни становятся причиной нарушения дорожного движения и угрозой человеческой жизни. Активизация оползневых явлений объясняется выемкой пород склона при строительстве магистралей и неэффективными противооползневыми мероприятиями.

Одним из наиболее опасных участков магистрали Хошимин является участок от Dak-to до перевала Lo-xo протяженностью 100км, имеющий сложное геологическое и геоморфологическое строение с высокогорными склонами до сотни метров и углом наклона от 35° до 70°. В этом районе широко распространены метаморфические породы протерозойского возраста. Породы сильно выветривались и образуют коры выветривания с мощностью от 1 до 60 м. Большинство оползневых явлений происходит в сезоне дождей именно в этой коре выветривания.

Предупреждение природных катастроф и уменьшение от них ущербов, среди которых особое место занимает борьба с оползнями, является одной из главных приоритетных задач Вьетнамского правительства в программе всестороннего и устойчивого развития страны. Для изучения и прогноза оползневых явлений привлекаются специалисты из различных организаций. Однако в настоящее время во Вьетнаме не существует специальной службы по наблюдению и изучению оползней. Редкие исследовательские работы ориентируются на региональные прогнозы, а большинство ограничивается внешними наблюдениями. В этой связи без комплексного и локального изучения и прогноза оползней противооползневые мероприятия часто являются неэффективными.

Одним из важнейших направлений в изучение оползневых процессов является оценка напряженно-деформационного состояния оползневого склона. Она определяется тем, что оползневое явление является результатом нарушения равновесия напряженно-деформационного состояния горного массива склона под воздействием природных и техногенных явлений.

Однако в настоящие время отсутствует эффективный метод измерения и оценки этого фактора. Непосредственное измерение традиционными методами действующих напряжений в естественном залегании оползневого массива представляет слишком сложную и трудоемкую задачу. Применение для этих целей различных геофизических методов далеко ие всегда приводит к удачному прогностическому результату.

В то же время напряженно-деформационное состояние оползневого склона характеризуется определенными геолого-физическими свойствами горных пород такими, как литология, плотность, трещиноватость, обводненность, пространственное положение геологических блоков массива и др. По этим причинам представляется необходимым разработать и внедрить новые эффективные и производительные методы оценки геолого-физического состояния грунтов оползневого склона. К числу таких методов относится радоновый метод, который используется в работе. Этот метод хорошо показал себя в решениях геодинамических задач, при прогнозах землетрясений, горных ударов, картировании карстовых полостей, оползневых склонов.

Целью диссертационной работы является создание методических основ оценки радоновым методом геолого-физических свойств грунтов оползневого склона для обоснования его напряженно-деформационного состояния.

Задачи исследований сводились к следующему:

1. Обобщение и анализ результатов исследований геодинамических процессов на оползневом склоне.

2. Построение физико-геологической модели деформации пород,

слагающих оползневой склон и ее отображение в поле радона.

3. Анализ результатов радоновых исследований на оползневом склоне для разработки основ оценки геолого-физических свойств горного массива оползня.

4. Геостатистический анализ пространственных вариации поля радона для выделения геологических структур и характерных по однородности блоков.

5. Обоснование методики радоновой съемки для структурно-физического картирования горного массива оползневого склона.

Научная новизна работы заключается в следующем:

- анализ статистической обработки результатов крупномасштабной радоновой съемки на действующем оползневом склоне позволил выявить критерии (дисперсия, вариационные кривые) для выделения основных структурных элементов оползневого склона.

- впервые на основе выявленных статистических критериев, примененных к данным измерений объемной активности подпочвенного радона, удалось выделить основные структурные элементы (вероятные трещины отрыва) и геологические блоки.

- дана оценка устойчивости и степени опасности проявления оползневых процессов на основе структурных геолого-физических особенностей пород оползневого склона.

Научные положения, выносимые на защиту:

- Распределение радонового поля в приповерхностной части оползневого склона определяется не только физическими свойствами пород, слагающих оползень, но и его деформационно-напряженным состоянием.

- Одиночные трещины отрыва и серия трещин оползневого тела, морфология которых зависит от физических свойств горного массива и деформационных процессов надежно картируются глубокими локальными минимумами объемной концентрации радона.

- Пространственные вариации концентраций радона с учетом морфологии оползневого склона достаточно надежно дают сравнительную оценку физического состояния отдельных геологических блоков, слагающих оползневой склон, что позволяет прогнозировать его устойчивость.

Практическая значимость рабо гы заключается в разработке технологии исследования геолого-физического состояния оползневых склонов радоновой съемкой.

Объем и структура работы.

Работа изложена на 125 страницах машинописного текста, содержит 21 иллюстраций и 3 таблиц и состоит из введения, заключения, 5 глав и списка

I I

литературы из 92 наименований.

Достоверность и обоснованность научных положений и выводов подтверждается корректной постановкой задачи исследований, использованием современных методов анализа и обработки экспериментальных данных исследований.

Диссертационная работа выполнена под руководством доктора технических наук, профессора Н.В. Дёмина, которому автор приносит искреннюю благодарность за постоянное внимание и всестороннюю помощь.

Автор пользуется случаем выразить глубокую признательность преподавателям, сотрудникам кафедры геоэкологии и безопасности жизнедеятельности за неизменное доброжелательное и теплое отношение. Автор глубоко благодарен ректору РГТРУ профессору Л.Г. Грабчаку, проректору РГТРУ по международным связям М.А. Емелину, декану по работе с иностранными учащимися Ж.В. Бунину и сотрудникам деканата, оказавшим помощь в процессе обучения в РГТРУ.

2. СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Глава 1. Оценка существующих методов изучения напряженно-деформированного состояния оползневых склонов.

Проведен анализ существующих методов изучения напряженно-деформированного состояния оползневых склонов с их оценкой.

Натурные методы, осуществляемые с помощью различного рода датчиков, закладываемых в горком массиве, являются довольно трудоемкими, но они позволяют выделить зоны сжатия, растяжения.

Из всех геофизических методов, приметаемых для оценки оползневых склонов, наиболее эффективным является радиоволновой. Этот метод позволяет выделить локальные напряжения участки горных пород, обводненность грунтов. Электроразведочные методы ЕП, ВЭЗ, КЭП выделяет контрастные по УЭС литологические разности горных пород, их анизотропность.

Лабораторное моделирование предполагает создание модели склонов и изучение в них напряжений и деформаций (методы оптические, тензометрические, центробежные, модель из эквивалентных материалов, метод ЭКДА и т.д.) Однако методы моделирования не в состоянии дать оценку напряженного состояния горного массива оползневого склона сложного строения.

Большинство методов связанно с большими затратами на бурение скважин, установку оборудования и т.д.

Глава 2. Радоновые методы изучения иапряженпо-деформационного состояния горных массивов.

Проанализирована возможность радоновых методов в изучении геодинамических процессов.

Эманационные ореолы формируются над всеми зонами повышенной и пониженной газопроницаемости, которые существенно зависят от напряженно-деформированного состояния массива. Следовательно, пространственно-временное изменение концентрации радона будут отражать изменения напряженно-деформированного состояния горного массива.

Одной из основных геодинамических задач, решаемых в настоящее время радоновым методом, является прогноз землетрясений. В результате исследований дается ответ на три основных вопроса прогноза: где, когда, какова магнитуда.

Изучение горных ударов показало, что динамические изменения напряженного состояния горного массива вызывают изменения во времени величины эксгаляции радона. Обнаружение зональности изменения концентрации радона перед горным ударом относительно координат будущего горного удара отмечено как одно из крупных научных достижений Российской АН за 1994 год.

Радоновый метод хорошо зарекомендовал себя при решении задач обнаружения зон разломных нарушений, имеется незначительный опыт по исследованию оползней, обнаружению старых подземных пустот, карстово-суффозионных участков.

Глава 3. Физико-геологическая модель оползпеоого склона.

Проведено модельное обоснование деформационно-структурных процессов напряженного состояния оползневого склона и формирование ими особенностей радонового поля.

На поверхности оползневого склона, горные породы делятся трещинами на отдельные блоки разных размеров. Предложена модель развития деформаций вблизи трещин и их отображения в радоновом поле, которая подтверждена экспериментальными работами. Аналогическое моделирование проведено для отдельных зон, характеризующихся определенными параметрами физического состояния тела оползня.

При сжатии горного массива происходит уплотнение. В этом случае, естественно, должна увеличиваться концентрация радона в почвенном воздухе. Для глинистых и песчаных грунтов, в следующей стадии деформации, вдет процесс консолидации грунтов с уменьшением радоногенерирующей поверхности, поэтому концентрация радона будет уменьшаться.

Распределение напряженного состояния горного массива в пределах оползневых склонов является довольно сложным и малоизученным. Могут возникать преимущественно растягивающие и сжимающие напряжения или сдвиг.

Оценка динамических процессов в оползневом склоне только за счет радоновых исследований не может дать достаточно четкого ответа о характере напряженного состояния оползневого склона, но позволяет дать оценку физического состояния горного массива оползня.

Глава 4. Исследование радонового поля оползневого склона.

Представлено геологическое строение экспериментального участка на береге реки Кама в районе г. Сарапул и проведен анализ результатов радоновых съемок, выполненных на этом участке.

В геологическом строении территории исследований принимают участие отложения татарского яруса верхней Перми (РгО, слагающие коренной массив правобережного склона р. Кама. Выходы пород татарского яруса приурочены к правому борту развивающегося оврага и в верхней части берегового склона над автодорожным спуском. Общая мощность татарского яруса - 80-90 м. Вся толща сильно выветрена, трещиноватая, иногда раздроблена до дресвы и щебня, и в значительной своей части в пределах склона может быть отнесена к элювию.

По условиям залегания и литологическим признакам отложения татарского яруса (РгО представлены моноклинально залегающей красноцветной толщей с чередованием глин, алевритов, мергелей, известняков, песчаников и песков.

Геолого-литологаческая неоднородность склона определила выделение на участке (по фронту) двух подрайонов с условной границей. В первом подрайоне (по левому фронту) в разрезе отложений татарского яруса преобладают песчано-алевритовые разности. Во втором подрайоне (по правому фронту) преобладают глинистые отложения с маломощными прослоями алевролитов, песчаников и песков.

Современные делювиальные отложения (dQ¡v) представлены рыхлыми продуктами разрушения отложения татарской свиты. lía плато и в верхней части берегового склона их мощность не превышает 1,0-1,5 м, в средней и нижней части колеблется от 2,6 м до 5,2 м. Современные техногенные отложения (tQiv) развиты повсеместно. В основании берегового склона, вдоль берега реки, проведена отсыпка каменной призмы шириной 10,0-15,0м.

Гидрогеологические условия участка сложные. К толще пород татарского яруса (P2t) приурочен водоносный комплекс, в котором выделено 4 водоносных прослоя. Подземные воды из трех верхних горизонтов разгружаются непосредственно в современные оползневые образования на оползневом склоне. Четвертый водоносный горизонт имеет

гидравлическую связь с р. Камой. Питание водоносных горизонтов происходит за пределами исследуемой территории.

Общая длина всех профилей составляет около 4500 м, количество отобранных проб воздуха в почвенном слое более 550. По данным радоновых съемок была построена карта-схема, в которой нанесены вариации концентрации радона в почвенном воздухе по основным профилям, пройденным на оползневом склоне. Радоновое поле в пределах оползневого склона неоднозначно, но позволяет выделить несколько характерных зон (Рис.1).

Равнинная зона, находящаяся в равнинной части склона (плато), имеет самые высокие средние концентрации радона (790 имп./мин). Прибровочная зона, находящаяся в прибровочной части склона, имеет минимальные концентрации радона (180 имп./мин) и большую контрастность по концентрации радона с соседними зонами. Наклонная зона, находящаяся в наклонной части склона, характеризуется ■ разнообразной формой ландшафта и блоками со средней концентрацией радона (410 имп./мин). Языковая зона, находящаяся на языковой части склона, имеет минимальные концентрации радона (150 имп./мин).

Наличие минимально аномальных локальных значений концентраций радона по профилю позволяет выделить границы структурных блоков, в которых широко развиты различного рода деформации грунта. Корреляция с подобными аномалиями на соседних профилях позволяет построить границы оползневых блоков.

Глава 5. Структурно - деформационная оценка оползневого склона по данным радоновой съемки.

Проведены анализы структурных особенностей и оценка физического состояния горного массива оползневого склона.

Картирование границ структурных элементов осуществлялось минимально аномальными значениями концентраций радона на поперечных и продольных профилях. Статистическая обработка в виде изучения пространственных вариаций концентрации радона позволила выделить отдельные геологические блоки с однородным полем, характеризующиеся специфическими значениями дисперсии.

По результату радоновых исследований установлено, что наиболее динамичной является центральная часть склона. Северная часть склона не представляет оползневую угрозу.

3. ЗАЩИЩАЕМЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Певвое защищаемое положение.

Распределение радонового поля приповерхностной части оползневого склона определяется не только физическими свойствами пород, слагающих оползень, но и его деформационно-напряженным

состоянием.

Повышенные концентрации радона в почвенном воздухе имеют место в основном в равнинной части склона, особенно в зонах нетронутого оползнем массива горных пород. Наблюдается тенденция понижения средней концентрации радона с южного по северной части плата. Эта тенденция объясниться изменением напряженного состояния массива.

Рис. I. Карга - схема распределении особенностей радонового поля на потенциально оползневом склоне.

По мере развития деформации в оползневом склоне и увеличения трещиноватости, эмалирование в равнинной части склона уменьшается (рис.1). Снижается эманирование в равнинной части оползня с переходом крутого склона (юг оползня) к пологой части (север оползня).

Это объясняется тем, что северная и южная часть оползня являются его границами, но в отличие от южной части в северной части горный массив в большей степени подвержен деформации.

В равнинной части склона высокие концентрации радона резко уменьшаются при переходе к зоне линии срыва оползня. Концентрация радона в почвенном воздухе в этой зоне колеблется незначительно, а сама зона в отдельных местах доходит до бровки склона (рис. 1).

Резкое понижение концентрации радона в этой зоне связано с образованием стенки срыва в результате растягивающих и тангенциальных напряжений и образованием линии скольжения. В этой связи горный массив в этой части склона сильно нарушен, что, естественно, проводит к снижению концентрации радона в почвенном воздухе.

Характер радонового поля в наклонной и языковой части оползня неоднозначен и определяется морфологией склона и деформационными процессами, связанными с устойчивостью оползня. Большое значение имеет наличие зон разломов, нарушающих массив и связанных с устойчивостью склона. В наклонной части оползня большую площадь занимают ослабленные зоны, слабоактивные и зоны, примыкающие к разлому (рис.5).

Второе защищаемое положение.

Одиночные трещины отрыва н серия трещин оползневого тела, морфология которых зависит от физических свойств горного массива и деформационных процессов, надежно картируются глубокими локальными минимумами объемной концентрации радона.

На поверхности оползневого склона деформации, которые происходят циклично и с различной скоростью, сопровождаются образованием оползневых трещин различного характера и происхождения. Открытые поверхностные и глубинные трещины представляют собой единую систему, отражающую развитие напряжений в оползневом теле. Оползневый массив горных пород в этом случае разбивается на отдельные блоки разных размеров. Поверхностные трещины, вследствие процессов выветривания, смыва поверхностного слоя земли потоками воды, быстро исчезают, заполняясь раздробленной горной массой.

С точки зрения морфология на оползневом склоне в принципе можно выделить 3 типа трещин:

- Одиночные трещины, рассекающие отдельные геологические блоки.

- Пилообразные трещины в геологических блоках.

- Куполообразные трещины между блоками.

В свою очередь пилообразные трещины можно разделить по частоте на единицу площади. На рисунке 2 представлены наиболее характерные типы трещин и их модель на радоновом поле.

Характер аномалии радона над трещиной подтверждается экспериментальными исследованиями и представленной модели изменения напряженного состояния горных пород.

В результате образования трещины происходит перераспределение напряжений в области, примыкающей к ней. С точки зрения механики горных пород в стенках трещины возникают радиальиые и нормальные напряжения. Образуются зона начального смещения, где породы смещаются достаточно быстро, и зона прогрессирующего смещения, где процесс отрыва частиц грунта происходит медленнее (Рие.З). В этом случае поток радона в разрыхленной части трещины увеличивается, а концентрация радона в почвенном, приповерхностном слое будет уменьшаться.

а. Одиночная трещина

б. Пилообразная трещиноватость

Швг зщ-'Л

шш

в. Куполообразная трещиноватость Рис, 2. Типы радоновых аномалий над трещинами

^ С Ни

ЛЛ/

О' С' В' в с п

777А Зона начального смещения

Е88&1 Зона прогрессирующего смещения

Рис. 3. Модель развития деформационных процессов вокруг трещины

Изложенное подтверждается экспериментальными исследованиями по изучению радонового поля вблизи трещины (рис.4).

В равнинной части оползня концентрация радона в почвенном слое по обе стороны трещин должна быть практически одинаковая как по форме, так и своим численным значениям.

В том случае, когда одна из стенок трещины переместилась по отношению к другой, характер и величины концентрации радона будут иными. Такие трещины характеризуются, согласно классификацией Тер-степанян, как опускные трещины растяжения. Эти трещины довольно часто располагается в верхней части оползня. Они могут быть результатом образования стенки срыва оползня.

На участке образования опускной трещины кривая распределения концентрация радона будет крайне неравномерной: повышенные значения объемной активности радона в ненарушенной части стенки и пониженные в ослабленной части грунта, примыкающего к трещине, где резко подают сжимающие горизонтальные напряжения.

В равнинной части склона (плато) наиболее распространены вертикальные трещины растяжения. Генезис этих трещин связан с деформациями разрыва плотности монолитного грунта, поэтому стенки трещин и зона, примыкающая к ним, находятся в одинаковом напряженном состоянии. В зоне таких трещин, радоновое поле будет отличаться резкой контрастностью на границах обнаженной стенки трещины, пространство

которой занимает раздробленная горная масса. В том случае, когда на определенном участке интенсивно развивается процесс трещинообразования то вариационная кривая концентраций радона имеет характер пилообразной кривой (рис.2).

С„п, имп./мин. 500 -1 400 -300 -200 -100 -0 -

ЧГ 4 £ Номер пикетов

I—1—Г

л—|—I—1—г

12 16

1 I, т

0 4 8 12 16 20

/ / / / / у/ш/ /////////

Рис. 4. Радоновая съемка в районе трещнпы.

Важное значение для оценки устойчивости оползневого склона имеют особенности радонового поля на границе между движущимся массивом горных пород оползня и неподвижным бортом. Такие случаи имеют место внутри оползня при движении отдельных блоков. Для трещин такого типа характерно развитие как нормальных, так и касательных напряжений. В этом случае, график концентрации радона будет иметь вид положительной аномалии.

Опущенные трещины проявляются на границе равнинной части оползня и срыва массива горных пород (рис. 2.). Поднятые трещины имеют место на оползне в языковой части, когда массив грунта надвигается на искусственные противооползневые конструкции. В опущенных и поднятых трещинах проявляется растягивающие и касательные напряжения.

В наклонной части оползня в основном проявляются растягивающие напряжения, которые сопровождаются образованием горизонтальных трещин двух видов: узких либо широких. В свою очередь трещины могут

быть одиночными либо групповыми.

Раскрытие одиночных трещин может быть различным. При небольшом раскрытии аномалия фиксируется одной точной. При увеличении раскрытия трещины она может определена аномалией включающая совокупность близлежащих точек.

Типизация локальных точек на радоновых профилях позволяет перейти к составлению структурной карты оползня. В основу составленной карты оползневых трещин лежит проведение линеаментов по однородным аномальным точкам радоновых профилей. Структурная карта - схема представлена на рисунке 5. В ее основе лежат продольные и поперечные линеаменты.

Третье защищаемое положение.

Пространственные вариации концентраций радона с учетом морфологии оползневого склона достаточно надежно дают сравнительную оценку физического состояния отдельных геологических блоков, слагающих оползневой склон, что позволяет прогнозировать его устойчивость.

Многочисленными наблюдениями установлено, что оползневой склон характеризуется сложным напряженным состоянием. В зависимости от вида и распределения давления в массиве горных пород могут возникать преимущественно растягивающие и сжимающие напряжения или сдвиг.

Механизм переноса радона в горных породах является достаточно сложным, поэтому не существует единых моделей этого процесса, описывающих воздействие на него всех изученных к настоящему времени природных факторов. В литературе приводятся разрозненные и зачастую противоречивые сведения о наличии подобных влияний и связанных с ними аномальных эффектах. Направление с повышенной пористостью и трешиноватостыо и соответственно повышенной подвижностью жидкой и газообразной фазы являются избирательными путями для перемещения эманаций. Эти свойства среды существенно зависят от напряженно-деформированного состояния массива.

При сжатии горного массива происходит уплотнение, т.е. уменьшение пористости пород. В этом случае увеличивается концентрация радона в почвенном воздухе.

При сжатии массива его проницаемость снижается, а при разгрузке увеличивается. Соответственно изменяется эффективный коэффициент диффузии - фильтрации. Следовательно, пространственные вариационные изменения концентрации радона в приповерхностном слое почвы будут отражать распределения напряженно-деформированного состояния горного массива в значительном объеме.

С точки зрения физического состояния горных пород, слагающих оползневой склон можно выделить достаточно плотный, сильно и слабо трещиноватый и ослабленный массивы. Каждый выделенный массив имеет свой характерные особенности, главными из которых является трещиноватость горных пород и вариации концентрации радона.

Эффективным способом оценки пространственных вариаций концентраций радона, а следовательно, и физического состояния горного массива является статистический метод. Обработка результатов измерения концентраций радона по профилям показала, что вариационные кривые распределение радона отвечают нормальному распределению с положительной асимметрией.

Таблица 1. Характеристика зон деформации и их дисперсии.

Характерно тика пород

Вариация концешрации радона

№ Профиля

Диспдкия,х103

Интервальное значение

Среднее значение позоне

43.7 27,1

68.8

(В в

141.0 213,7

170.1 117,0

в я ы

Э

\сэ о « С. « о <2 В

12

4,2 10,8 4,8 9,6 40,3 4,0

Вариационные кривые распределения концентраций радона в центральной и южной частях склона подобны и имеют небольшие максимумы. В северной части оползня гистограмма имеет увеличенный максимум, а в поперечных профилях максимум характеризуются отрицательной асимметрией. Этот факт может быть объяснен тем, что на этих участках дополнительно к растягивающим добавляются тангенциальные напряжения.

Статистическая оценка радонового поля в виде средних дисперсий проводилась для трех выделенных зон, характеризующих плотные, трещиноватые и ослабленные породы. В основе выделения характерных по своей однородности зон лежат физические свойства пород и средние величины дисперсии (Таблица 1).

Анализ таблицы 1 показывает, что три типа указанных разновидностей пород надежно различаются по средним величинам дисперсии. Максимальные дисперсии наблюдаются в зонах трещиноватых пород, а минимальные в области развития ослабленных пород.

Основываясь на характеристиках отдельных зон и их дисперсий, была построена карта-схема напряженно-деформированного состояния оползневого склона (рис. 5). Из рисунка 5 видно, что напряженно-деформированное состояние оползневого склона не однородно.

Равнинная часть оползня в районе профиля №4 представляет собой монолитный (без трещин) массив. Это часть оползня соответствует первой стадии механико-статической модели деформации горных пород. Концентрация радона в почвенном воздухе стабильна. Блок, испытывая сжимающие напряжения, является границей оползневого склона. Средняя дисперсия по этому блоку равняется 43,7.103. Вниз по склону блок заканчивается линией срыва, которая упирается в линию внешней границы оползня.

По мере перемещения на север плотный массив грунтов испытывает растягивающие напряжения с образованием серии трещин. Величина дисперсии резко увеличивается и составляет 213,7.103. Серия трещин постепенно переходит в зону ослабленных пород с образованием провала, отмеченного на профиле №2. Северная граница оползня характеризуется плотным массивом пород.

В целом на равнинной части оползня выделяются блоки плотных пород на границе оползня, переходящие в средней части, раздробленные трещинами. Эта часть оползня является наиболее активной и опасной с точки зрения устойчивости оползня. Равнинная зона ограничивается крайней трещиной срыва оползня, которая простирается от северной до южной границы оползня. Дисперсия в этой зоне очень низкая и в среднем равна 13,5 Л О3.

О 50 100 150 м

Рис. 5. Карта-схема наиряженно-дсформироваиного состояния оползневого склона: 1- Линия профиля; 2- Линия бровки; Граница оползня первач* ийрадкй, 4- Риалом; 5: Трещины; 6- Монолитный масснп; 7- Трещинйвэтый массив; 8- Ослабленный массив; 9- Блочно-эрещиноватый массив; 10- Железно-бетонная штата;

В наклонной части оползневого тела довольно четко прослеживается блок ослабленных пород сс средней дисперсией равной 12,3- Ш5. Зола сжатия наблюдаемся в языковой части оползня перед опорными бетонными плитами.

В остальной части ополз не по го склона наблюдает закономерное формирование зон с разными напряженными состояниями, чередующихся с

повышенными и пониженными концентрациями радона в почвенном воздухе, что обусловлено либо наличием террас, либо зонами сжатия -растяжения. Специфическая форма кривой изменения концентрации радона в почвенном воздухе на профили №2 характеризуется сложное напряженно -сжимающее состояние пород со сдвиговым смещением.

Заключение

Структурно-деформационная оценка пород массива позволяет получить общую картину формирования и развития оползней.

Дифференциация радонового поля оползневого склона и четкая выраженность в нем структурно-деформационных зон показывают что, изучаемый оползень является сложным и находится в активизированном (возбужденном) состоянии.

Наиболее четкая картина распределения радонового поля наблюдается на южной равнинной части склона (по профилю №4), в равнинном массиве пород которого не наблюдаются процессы трещинообразования и отчленения, так как этот массив не участвует в развитии оползневого процесса на наклонной части по этому профилю. Испытываемое им состояние сжатия является результатом реактивных напряжений от соседних блоков (от центральной части плато). Этот равнинный массив может считаться устойчивым. Оползневое явление на наклонной части склона имеет самостоятельный характер (оползень сдвига с последовательными блоками плоского скольжения). По мере уменьшения угла наклона к северной части оползневого склона, данная картина наблюдается на остальных участках с уменьшающей тенденцией.

Наиболее динамичным является центральная часть склона (по профилю №2, №3). Горный массив расчленен на отдельные блоки. В оползневой системе эти блоки обычно играют главную роль в развитии оползневого процесса. По форме трещин отчленения и деформированию прибровочных массивов северно-восточное направление является наиболее вероятным направлением смещения этих блоков.

Новое отчленение массива на равнинной части склона является "катастрофическим" признаком для изучаемого склона. По ходу смещения в сторону борта, эти блоки, создающие дополнительное давление на боковой массив склона, могут стать главной причиной, угрожающей устойчивости склона (нарушить относительное равновесие этой части). На профилях №2, №3 в районе горизонталей 110-115м ожидается выход новой поверхности скольжения оползня.

В северной части склона (от профиля №6 и севернее) оползневое явление не развито и не представляет оползневую угрозу. Для полной и достоверной оценки устойчивости оползневого склона необходимо иметь результаты комплексных изучений другими методами.

Проведенные исследования и их оценка свидетельствуют о том, что радоновый метод явдкется достаточно эффективным средством для решения задач, связанных с оценкой структурно-напряженного состояния оползневых склонов. Изучение характеристик радонового поля позволяет- выделить и закартировать структурные элементы, зоны повышенных и пониженных напряжений горных пород оползневого склона.

Важные значения для структурно-деформационной оценки оползня играют тектонические разломы, определяющие границы выделенных блоков, зоны трещиноватости и разуплотнения горного массива. По характеру вариационных кривых концентраций радона в почвенном воздухе радоновые исследования позволяют картировать плотные и трещиноватые зоны, области, не затронутые напряжением горных пород, области, в которых развиваются растягивающие и сжимающие напряжения горных пород, а также зоны ослабленных пород.

Полученные результаты исследований позволяют осуществить на оползневых склонах мониторинг развития напряженно-деформационных процессов и, в конечном счете, оценку устойчивости оползневого склона.

В качестве процедуры, позволяющей сравнить однородные по своему физическому состоянию блоки, предлагается использовать средние дисперсии, полученные при обработке пространственных вариаций концентрации радона в почвенном воздухе по профилям.

Список работ, опублнковаппых по теме диссертации:

■ Дёмин Н.В., Нгуен Хань Лан. Изучение структурных и геодинамических особенностей оползневых склонов эманационным методом. Известия Вузов. Геология и разведка, 2006. №6.

■ Дёмин Н.В., Нгуен Хань Лан, Мягких Д.В. Изучение устойчивости оползневого склона МГ через реку Кама на основе эманационного метода. Отчет по НИР РГГРУ, 2006 г.

Подписано в печать 0 2006 г. Объем -/.О пл. Тираж 1С1 экз. Заказ №

Редакционно-издательский отдел РГТРУ Москва, ул. Миклухо-Маклая, 23