| FR 
| |
ДонНТУ
| Портал
магістрів ДонНТУ RUS
| FR
| |
ДонНТУ
| Портал
магістрів ДонНТУ
Бурхливий промисловий розвиток і пов'язане з ним глобальне освоєння територій, викликане інтенсивною розробкою родовищ корисних копалин, масовим промисловим, цивільним, гідротехнічним і іншими видами будівництва, призвело до розвитку геологічних процесів, що змінюють існуючу геоекологічну обстановку та викликають деформацію, а часом і повне руйнування інженерних споруд.
Особливо широке поширення в усьому світі отримали екзогенні гравітаційні геодинамічні процеси, які проявляються в вигляді ерозійних відколів, обвалень і зсувів. Зсувні процеси мають широке розповсюдження і на території України.
Проблема зсувоутворення є актуальною і для Донецької області, що має широкий вихід до Азовського узбережжя та відрізняється складними геологічними умовами. Географічне положення та забезпеченість матеріальними ресурсами, особливо енергетичною сировиною, зробили Донецьку область найбільш промислово розвиненим і густо населеним регіоном України.
Зсуви становлять велику загрозу існуванню цивільних і промислових споруд, інженерних комунікацій, залізничних і автомобільних доріг, ліній електропередач та інших інженерних споруд, завдають великої матеріальної шкоди та вимагають величезних економічних витрат на ліквідацію наслідків руйнування та розробку протизсувних заходів.
При цьому масштаби зсувних явищ, розміри та форма зсувів, характер і швидкість переміщення зсувних мас, а також фактори, що їх зумовили можуть бути різними. Тому вивчення цих факторів — актуально.
Проблеми розвитку зсувів мають місце в запровадженій Кабміном Комплексній програмі протизсувних заходів на 2005-2014 роки, а також у навчальному процесі при вивченні предметів «Загальна геологія», «Інженерна геологія» та «Катастрофічні процеси», кафедрою геології розроблена тема «Вивчення природних та антропогенних факторів гравітаційних екзодинамічних процесів на території Донецької обл.», виконані інженерно–геологічні дослідження в зсувонебезпечних зонах Донецької області, студентами виконано ряд курсових, дипломних проектів та наукових робіт.
Метою цієї магістерської роботи є вивчення причин і закономірностей розвитку зсувів на території Донецької області.
Завдання:
Об’єктом дослідження являється територія промислової бази тресту «Донвуглемашбуд» в м. Дружківка, де зсуви захопили значні території.
Предметом дослідження являються природні та техногенні фактори формування зсувів.
а) Встановлено основні показники динаміки стійкості схилу;
б) Модель формування зсувів для різного літологічного складу основи схилу.
Розроблена модель може бути рекомендована для прогнозування зсувних процесів у подібних геологічних умовах.
Виконані дослідження можуть бути використані:
а) для коригування вишукувальних та проектних рішень у процесі їх розробки;
б) при складанні нормативної технічної документації для виконання планувальних робіт в умовах присклонових територій слід застосовувати розрахунок стійкості схилів і укосів замість типових укосів, рекомендованих діючої нормативної літературою [СП 11–105–97] для різних літологічних різниць порід;
в) при розробці протизсувних заходів і виборі методу технічної меліорації грунтів;
г) при складанні програми моніторингу в умовах зсувонебезпечних зон з урахуванням розробки та застосування заходів, що забезпечують захист інженерних споруд та навколишнього середовища;
Автором здійснено:
а) вибір математичної моделі для геологічних умов зсувонебезпечного схилу виробничої бази тресту «Донвуглемашбуд» у м. Дружківці;
б) визначено основні показники фізико–механічних властивостей грунтів, які впливають на динаміку схилу;
в) виконана статистична обробка фізико–механічних властивостей грунтів на період виконання інженерно–геологічних досліджень до будівництва та після утворення зсуву;
г) виконана порівняльна оцінка стійкості схилу в природному і спланованому стані для умов динамічного і гранично допустимого стану стійкості схилу.
Виступ у квітні 2009 року з доповіддю на II Всеукраїнській молодіжній конференції «Сучасні проблеми геологічних наук», яка проходила в Київському національному університеті імені Тараса Шевченко.
Наукова стаття «Лесові грунти Донбасу та проблеми будівництва в межах їх розповсюдження» (автори: Богун Л. Д., Таранець В. І., Меринова Я. В., Шилова М. С.) на V Всеукраїнській науково–практичній конференції «Сучасні тенденції наукової парадигми географічної освіти України», 9 грудня 2009 р., ДІСО, Донецьк. Джерело: Сучасні тенденції наукової парадигми географічної освіти України: Збірник наукових статей V Всеукраїнської науково–практичної конференції 9 грудня 2009 року. — Донецьк: ДІСО, 2009. — С. 96–99.
Наукова стаття «Парадигма формування геоекологічних проблем в умовах освоєних територій» (автори: Богун Л. Д., Таранець В. І., Заборін М. С., Шилова М. С.) на VI межвузівській науково–практичнійй конференції «Сучасні тенденції наукової парадигми географічної освіти України», 9 грудня 2010 р., ДІСО, Донецьк. Джерело: Сучасні тенденції наукової парадигми географічної освіти України: Збірник наукових статей VI міжвузівської науково–практичної конференції 9 грудня 2010 року. — Донецьк: ДІСО, 2010. — С. 103–105.
Тези доповіді «Геоэкологические проблемы освоения Азовского побережья» (автори: Шилова М. С., Богун Л. Д.) на II Всеукраїнській науковій конференції молодих вчених «Сучасні проблеми геологічних наук», 12–15 квітня 2010 р., Київський національний університет імені Тараса Шевченко, Київ. Джерело: Современные проблемы геологических наук: Сборник тезисов в формате PDF на компакт–диске II Всеукраинской научной конференции–школы молодых ученых 12–15 апреля 2010 года. — Киев: КНУ им. Тараса Шевченко, 2010.
Тези доповіді «Роль техногенных факторов в формировании и развитии оползневых процессов на территории производственной базы треста «Донуглемашстрой» в г. Дружковке Донецкой области» (автори: Шилова М. С., Богун Л. Д.) на IV Всеукраїнській науковій конференції студентів і молодих вчених «Географічна освіта і національна самосвідомість: актуальні проблеми їх формування», 31 березня 2011 р., ДІСО, Донецьк. Джерело: Географічна освіта і національна самосвідомість: актуальні проблеми їх формування: Збірник статей Всеукраїнської науково–практичної конференції студентів і молодих учених 31 березня 2011 року. — Донецьк: ДІСО, 2011. — С. 237–239.
Тези доповіді «Геоэкологические проблемы оползнеобразования в Донецкой области» (автор: Шилова М. С.) на III Всеукраїнській науковій конференції–школі «Сучасні проблеми геологічних наук» 17–20 травня 2011 року, Київський національний університет імені Тараса Шевченко. Джерело: знаходиться в друку.
Початок досліджень причин зсувних процесів належить до першої половини XX століття.
Павлов А. П. у 1903 році писав про нестачу фактичного матеріалу для вивчення зсувних явищ [1], а в 1904 році опублікував посібник для технічного нагляду за станом місцевості, по якій пролягає шлях Тімірязєве-Нижегородської лінії Московсько-Казанської залізниці. Це була перша інструкція для спостережень за зсувним районом [2]. У 1930 році вийшла в світ Інструкція з тривалого спостереження за зсувами, складена Голинец Ф. Ф. [3]. Вона містить опис візуальних методів досліджень і не втратила своєї значимості і сьогодні. Опису зсувних процесів присвячені роботи ряду дослідників: Кнорре М. Е. [4], Золотарьова Р. С. [5], Петрової Н. Ф. [6], Ємельянової Є. П. [7], Шадунц К. Ш. [8] та інших.
Питанням вивчення зсувів інструментальними методами присвячено великий ряд робіт: Патоева Г. М. [9], Келлі Н. Г. [10], Ємельянової Є. П. [11], Шеко А. І. [12], Григоренко А. Г. [13], Постоева Г. П. [14], Тихвинського І. О. [15], Брайта П. І. [16], Тер–Степаняна Г. І. [17] та інших.
Вперше в СРСР зсувна станція була організована в 1930 році на Кучук–Койскому зсуві в Криму. До 1956 року кількість зсувних станцій збільшилася. Вони були в системах міністерств геології та охорони надр, шляхів сполучення, вугільної промисловості та інших. ВСЕГІНГЕО протягом ряду років здійснював науково–методичне керівництво зсувними станціями Міністерства геології та охорони надр СРСР, розробив науково–методичні керівництва по стаціонарному вивченню зсувів.
У ВСЕГІНГЕО постійно ведуться дослідження з розробки та вдосконалення методів і технічних засобів вивчення зсувних процесів. У результаті цього в останні роки зроблено крок вперед щодо регіонального вивчення режиму зсувних процесів: розроблені та випробувані методика стереофотограмметричних вимірювань різних параметрів зсувів, у тому числі з застосуванням перспективної великомасштабної аерофотозйомки; методика вивчення зсувних деформацій за допомогою глибинних реперів; методика вимірювання тиску за допомогою датчиків грунтового тиску; сейсмоакустичні та електророзвідувальні методи вивчення режиму та прогнозу зсувних зміщень; глобальна супутникова мережа.
При стаціонарних спостереженнях з'ясовуються закономірності розвитку зсувних явищ в часі, а також проводиться уточнення просторових закономірностей. Стаціонарні спостереження включають вивчення сучасної природної обстановки в процесі комплексного інженерно–геологічного картування [18]. Великомасштабне та дрібномасштабне картування зсувів супроводжується розвідувальними роботами, вивченням властивостей порід. У процесі попереднього вивчення та картування використовуються геофізичні методи, зокрема, електророзвідка [19] та інші. Ряд робіт був присвячений аналітичним методам дослідження зсувів, серед них праця Рогачевського І. А. [20], та інших.
На моделях зсуви вивчали Рац М. В. [21], Беспалова О. М. [22], Нефедов Л. І. [23], Іваник Є. М. [24] та інші. Ці роботи зводилися в основному до виявлення математичної залежності між окремими параметрами зсувів.
Механізму прояви зсувних процесів присвятили свої роботи такі вчені: Золотарьов Г. С. [25], Тихвинський І. О. [26], Путікова М. О. [27] та інші.
Ряд робіт присвячено методам вивчення тріщин: Мушкетова І. В. [28], Голинец Ф. Ф. [3], Ніфантова А. П. [29], Рогозіна І. С. [30], Тер–Степаняна Г. І. [31] та інші.
Важливе місце належить дослідженню фізико–механічних властивостей грунтів, проблемами яких свого часу займалися Васильєв А. М. [32], Гольдштеін М. Н. [33], Рижов А. М. [34], Вознесенський Є. А. [35], [36], [37], [38], а також інші не менш відомі вчені.
Розроблено комплекс рекомендацій щодо кількісної оцінки стійкості зсувних схилів [39], комплексним заходам захисту будівель і споруд на зсувонебезпечних схилах [40], визначення параметрів повзучості та консолідації грунтів лабораторними методами [41].
Питання захисту територій від зсувів, зміцнення укосів, проектування та будівництва протизсувних конструкцій, методики зміцнення фундаментів висвітлювалися багатьма вченими, серед них вагомий внесок зробили такі діячі науки як Гінзбург Л. К. [42], Даревский В. Е. [43], Єгоров А. І. [44], Львович Ю. М. [45], Федотов В. С. [46], Кнорре М. Є. [47], Рогачевський І. А. [48].
Однак, на сьогоднішній день в існуючій нормативній документації по будівництву на геодинамічно небезпечних територіях [49, 18], а також моніторингу на таких ділянках [50, 51] немає чітко розробленої та обгрунтованої методики. Розробка такої методики дозволить вибрати надійне проектне рішення.
Безліч робіт присвячено розробці класифікацій зсувів.
Класифікації зсувів можна розділити на три групи: загальні, приватні, регіональні. Існуючі загальні класифікації, прийняті в різних країнах, засновані на ознаках, що характеризують особливості самого зсувного процесу. Приватні класифікації засновані на ознаках, які враховують значення в розвитку зсувів окремих факторів. Регіональні класифікації засновані на ознаках, які характеризують регіональні умови їх виникнення.
Зсуви — гравітаційні екзодінамічні процеси, пов'язані з переміщенням мас гірських порід по схилу під впливом сили тяжіння.
Причини виникнення зсувів, як правило, багатофакторні, часом накладаються і підсилюють один одного. Але у всіх випадках вони пов'язані з порушенням динамічної рівноваги гірських порід на схилах і укосах штучних споруд, пов'язаних із збільшенням дотичних напружень, що перевищують опір порід зрушенню.
Під умовами, які сприяють утворенню зсувів, слід розуміти всю сукупність природних і штучних умов, що полегшують дію сил, що порушують рівновагу мас гірських порід. Наприклад, поверхні та зони ослаблення, що мають нахил до основи схилу, полегшують дію зсувних зусиль і, навпаки, нахилені всередину схилу ускладнюють або не сприяють такій дії. Місцевості з пересіченим рельєфом сприятливі для розвитку зсувів і, навпаки, рівнинні менш сприятливі. У районах з вологим кліматом зсуви зустрічаються частіше, ніж у районах з посушливим кліматом. У межах водосховищ в глибоководній (пригреблевій) їх зоні утворення зсувів більш імовірно в порівнянні з зоною виклинювання підпору при рівних геологічних умовах і так далі [52].
Отже, причини утворення зсувів і умови, що сприяють цьому явищу, не одне й те ж. Таке розчленовування понять може здатися до деякої міри умовним, однак, як показує досвід вивчення зсувів, воно вкрай необхідне та логічно правомірне, тому що полегшує аналіз явищ, прогноз процесів і вибір напряму захисних інженерних заходів [52].
Нами теоретично вивчені і виділені умови, які найбільш часто сприяють утворенню зсувів. Ряд дослідників, серед них [52], також відзначили значення впливу наступних природних і техногенних факторів:
У практиці проектування будинків та споруд на схилах звичайно не обмежуються загальною геологічною оцінкою їх стійкості. Необхідно створити модель формування зсуву, яка дозволить прогнозувати його швидкість і площа розповсюдження. Одним з етапів моделювання є оцінка стійкості схилу шляхом розрахунку, з використанням деяких показників фізико–механічних властивостей порід, з яких складається схил.
Є багато способів розрахунку стійкості схилів. Одні з них складніші, вони вимагають великих обчислюваних операцій, інші — менш складні. Однак, якщо зважити на те, що показники опору порід зсувові, що входять у розрахунки, встановлюються в лабораторіях і тому не цілком відбивають природні умови, то стає очевидним, що виправдують себе тільки найпростіші методи й розв'язання.
Вимога щодо потреби достатньої простоти розрахунку диктується й тим, що польова обстановка завжди вносить у розрахункові схеми істотні корективи. Слід завжди пам'ятати, що будь–який механіко–математичний спосіб оцінки стійкості схилу може лише з більшим чи меншим наближенням відбити реальну обстановку і є завжди тільки допоміжним засобом у загальному інженерно–геологічному аналізі природних умов. Це дає підставу стверджувати, що для розв'язання практичних питань найприйнятніші наближені способи розрахунку, зокрема графоаналітичні, які ми й розглянемо.
Розрахунок стійкості схилу зводиться до визначення суми сил, які намагаються зрушити масив порід (∑Т), і суми сил, що чинять опір зрушенню (∑R); це є, як уже говорено, сили зчіплювання і тертя. Як показник стійкості схилу використовується відношення Кст=(∑R)/(∑Т), тобто відношення сил, що удержують масив у рівновазі, до сил, які намагаються викликати зрушення у схилі. При К=1 схил знаходиться у стані граничної рівновага, при К<1 схил перебуває в нестійкому стані, бо ∑R менше за ∑Т, і навпаки.
Далі ми розглянемо умови стійкості деяких найтиповіших випадків геологічної будови схилу [53].
Схил складається з товщі чергованих глинястих та піщаних порід, похилених у бік схилу (рис. 2.1).
Рисунок 2.1 — Схема перевірного розрахунку стійкості схилу при похилому заляганні пластів
Умови стійкості схилу в даному разі подібні до умов рівноваги тіла, що лежить на похилій площині.
Щоб вияснити стійкість масиву, розкладімо силу Q, яка виражає вагу масиву в шарі 1 м завширшки, на складаючі: нормальну N і паралельну до схилу Т. Ці сили по–різному діють на масив: перша притискає його до укосу, а друга намагається зрушити його вздовж укосу вниз, чому заважають сили тертя і зчіплювання.
Умови стійкості схилу будуть:
T<Ntgφ+cL;
де tgφ — коефіцієнт внутрішнього тертя породи;
φ — називають кутом внутрішнього тертя;
с — величина зчіплювання в Т на 1 м2;
L — довжина контакту сповзаючого масиву з поверхнею зсування (аb).
Величини коефицієнта і кута внутрішнього тертя ГЛИНЯСТИХ порід загалом малі і швидко зменшуються при підвищенні вологості порід, змінюючись, наприклад, від 0,4–0,5 (кут 20–25°) у глин та суглинків, що знаходяться в твердому стані, до 0,25–0,30 (кут 14–17°) у м'якопластичних глин та суглинків.
Схил, складений з однорідної глинястої зв'язної породи
Поверхня ковзання приймається за круглоциліндричну. Зсування масиву
відбувається під впливом сили ваги, яку зобразимо прикладеною до центра
ваги сповзаючого масиву у вигляді відрізка Q (рис. 2.2).
Переміщуванню
масиву породи перешкоджає в даному разі сила зчіплювання; силу тертя, з
огляду на її незначність, нехтуємо.
Рисунок 2.2 — Схема перевірного розрахунку ступеня стійкості схилу, складеного з однорідної пластичної глини, що має тільки зчіплювання
Довжину ковзання позначимо через L, при чому ширину сповзаючого масиву для простоти розрахунку приймемо за рівну 1 метр. Якщо С являє собою середню силу зчіплювання по всій поверхні ковзання, то загальна сила зчіплювання виразиться через СL. З центра кривизни О проведімо вертикальну лінію і розгляньмо співвідношення сил.
Моментом сили ваги буде добуток з величини сили на плече, тоб–то Q*АС. Моментом другої сили, яка перешкоджає зміщенню масиву, буде сила зчіплювання СL, помножена на плече, яким є радіус R. Звідси умова граничної рівноваги: Q * АС = СL * R.
Цілком очевидно, що збільшення сили ваги, наприклад, за рахунок зволоження схилу або за рахунок штучного привантаження на схил приведе до порушення стійкості схилу. Рівновага порушиться також три зменшенні сили зчіплювання під ВПЛИВОМ надмірного зволоження порід.
Схил, складений з порід, що мають і зчіплювання і тертя. тобто випадок, який найчастіш зустрічається на практиці
Поверхня ковзання приймається також за круглоциліндричну.
Щоб скласти рівняння стійкості схилу сповзаючий масив розбивають вертикальними площинами на окремі призми (рис. 2.3).
Рисунок 2.3 — Схема перевірного розрахунку ступеня стійкості схилу з урахуванням сил тертя
Із точки О проводять радіуси до точок в, г, д, е, що знаходяться на середині кривої ковзання кожної призми. З цих точок відкладають вагу кожної призми g і сили, що її складають N і T.
Умова рівноваги для кожної призми буде:
T=Ntgφ+cL
де Т — сила, що зрушує масив;
N — нормальне тиснення;
φ — кут внутрішнього тертя породи;
с — зчіплювання породи.
Тоді границя стійкості всього масиву виразиться рівнянням ΣT=ΣNtgφ+ΣcL.
Це рівняння є рівнянням стійкої рівноваги схилу і показує, що при збільшенні сил, які намагаються зрушити масив, він втрачає рівновагу і зсувається.
Ступінь стійкості схилу визначається коефіцієнтом стійкості:
Кст=(ΣNtgφ+ΣcL)/(ΣT),
що виражає відношення всіх сил, які удержуть масив, до сил, що намагаються його зрушити.
Очевидно, що при значенні Кст=1 масив знаходитиметься в стані нестійкої (граничної) рівноваги, і тільки при Кст>1 рівновага буде стійкою. При розрахунках звичайно коефіцієнт стійкості приймають із запасом, рівним від 1,2 до 1,5.
Розрахунок, як видно, сам по собі досить простий, але певні утруднення становить визначення центра поверхні ковзання, що вимагає тривалого часу (методика подається в курсах механіки грунтів).
Такі є найпростіші способи перевірного розрахунку стійкості природних схилів. Проте, для розв'язання питання про вибір найбільш економічної і найменш складної з технічного погляду схеми протизсувних заходів самої тільки оцінки стійкості схилу не досить. У цьому випадку є потреба побудувати профіль укосу, що знаходиться в стані рівноваги.
Найпростіший і в той же час такий, що дає цілком задовільний збіг з реальними умовами, є спосіб, розроблений М. М. Масловим, названий ним методом рівноміцного укосу (метод Fp).
Цей метод базується на уявленні автора, що кутом природного укосу для зв'язної породи є кут опору зрушенню даної породи ψ, який визначається в лабораторії за допомогою приладів. Кут опору зрушенню залежить від навантаження, тому його треба визначати в лабораторії при тисках, рівних тискам вищележачих порід у кожній точці природного схилу. Звідси виходить, що укіс в стадії рівноваги матиме змінний кут по висоті.
Виходячи з цих висновків, М. М. Маслов дає таку розрахункову формулу:
Fp=tgφ+c/P,
де Fp — тангенс кута укосу, що знаходиться в стійкому стані, тобто: Fp=tgα=tgψ;
φ — кут внутрішнього тертя породи;
с — зчіплювання;
Р — нормальний тиск, ототожнюваний з природним тисненням.
Побудова профілю стійкого укосу зводиться до таких операцій:
Коефіцієнт запасу стійкості можна обчислити для будь–якої точки укосу.
Метод рівноміцного укосу дозволяє побудувати профіль для будь–якого значення коефіцієнта запасу.
Таким чином, наведені методи розрахунку стійкості схилу мають математичне рішення, а ефективність їх використання визначається фаціальними та просторовими умовами формування схилу.
Велика частина інженерно–геологічних досліджень виконується для прогнозу результатів дії сучасних геологічних процесів, що мають інженерне рішення. Для достовірності прогноз повинен враховувати всі найважливіші фактори і умови, відповідати сучасному теоретичному рівню науки, містити не тільки якісні, а й кількісні оцінки.
У різних наукових напрямах прогнозування аналізується типізація та групування різних ознак.
У практиці інженерно–геологічних досліджень і прогнозування різних країн застосування загальнонаукових методів має деяку специфіку. Так, наприклад, при інженерно–геологічному картуванні в країнах СНД одним із найбільш поширених і специфічних методів якісного прогнозу зсувів у геології є застосування таких способів оцінки масивів гірських порід [55]:
Безпосередньо сам процес виконання різного виду зйомок і подальше складання відповідних карт, включає ряд прогнозних дій. Інтерполяція даних, отриманих у відносно невеликій кількості пунктів — відслоненнях, свердловинах, точках спостережень, на проміжній площі являє собою одну з форм якісного прогнозу. Крім того, зйомка території є підставою для прогнозу дії сучасних геодинамічних процесів. По суті будь–яка інженерно–геологічна карта являє собою в тій чи іншій мірі прогнозну карту.
Донецька область розташована в південно–східній частині України. Вона межує на півночі з Харківською областю, на сході з Луганською та Ростовською, а на заході із Запорізькою таДніпропетровською, а на півдні омивається Азовським морем.
Клімат Донецької області помірно–континентальний. У липні, серпні спостерігаються максимальні температури, які становлять +35 °С. Мінімальні — у січні, лютому –25 °С. Середня річна температура +5 °С. Кількість опадів в середньому становить 400–600 мм на рік. Глибина промерзання грунту близько 0,5–1 метра до 1,5 метра на вододілах. Напрямок вітру, в основному, південно–східний.
Донбас являє собою пагористу степову рівнину, з максимальними відмітками, приуроченими до Донецького кряжу та Приазовського кристалічного щита. Рельєф Донбасу ускладнений системою річкових долин і густою яружно–балочною мережею. Найбільш великими річками Донбасу є Північний Донець, Кривий Торець, Казенний Торець, Кальчик, Кальміус, Бахмутка, Вовча, Мокрі Яли та інші. Заплави багатьох річок і балок зарегульовані.
Територія Донбасу розташована в районах розвитку двох геотектонічних структур — Донецького прогину і Приазовського кристалічного масиву, останній є крайнім східним блоком українського кристалічного щита. У межах приазовського кристалічного масиву виділяються:
У північному напрямку кристалічні породи Приазовського щита занурюються на велику глибину, створюючи Донецький прогин і західну частину Дніпровсько–Донецької западини, заповнену потужною товщею осадових відкладень різного віку від девонського до четвертинного періодів.
Основними елементами цієї тектонічної структури є:
Між головною антиклиналлю та Зуївсько–Амвросіївською купольною системою простежується Чистяково–Сніжнянська синклинальна складка. Кути падіння осадових товщ складають 10°–20° за винятком головної антикліналі, що має падіння крил до 60°–70°. Крім великих складчастих форм, осадова товщина має ряд значних розломів із амплітудами від 400 до 1000 метрів.
Тектонічні порушення простежуються як в широтному, так і в меридіанному напрямках. Найбільш великими порушеннями є Криворізько–Павлівський, Володимирський скиди, а також Красноармійський, Центральний і Селидівський насуви, розташовані на заході, Суліна–Костянтинівський, Персіанскій, Мушкетівський, Калінінський, Французький насуви та їх апофізи, розташовані в центральній частині Донецького масиву. Тектонічна будова багато в чому формує розміщення основних гірських промислових районів Донбасу, серед яких виділяються:
В геологічній будові Донбасу беруть участь кристалічні та осадові породи, пов'язані з відкладенням докембрійського, девонського, кам'яновугільного, пермського, тріасового, юрського, крейдового, палеогенового та четвертинного віку.
Докембрійські відклади представлені виверженнями та метаморфічними породами архею протерозою. Ці відклади представлені гнейсами, сиєнітамі порфірітами, діабазами та гранітами. Кристалічні породи складають Приазовський кристалічний щит і виходять під четвертинні відкладення на півдні Донбасу.
Девонські відкладення представлені осадово–ефузивною товщею верхнього девону. Ці відкладення потужністю 600–800 метрів представлені пісковиком, сланцями, вапняками, конгломератами та поширені в південно–західній частині району на стику з Приазовським масивом.
Кам'яновугільні відкладення розвинені на великій площі центральної частини області і представлені товщею, що чергуються пісковиками, аргілітами, алевролітами, вапняками, вугіллям. Загальна потужність по області коливається в середньому від 4,5 тис. м до 10,5 тис. м (потужність товщі з північного заходу на південний схід).Найбільший розвиток мають аргіліти, алевроліти (69%), пісковики (40%) і у меншій мірі вапняки та вугілля (1%). У районі головної антикліналі кам'яновугільні відкладення підняті та виходять на денну поверхню або прикриті четвертинними відкладеннями малої потужності. У бік Кальміус–Торецької, Бахмутської котловин кам'яновугільні відкладення йдуть на глибину та прикриті пермськими відкладеннями.
Пермські відклади мають досить широкі розповсюдження та найбільш розвинені в північній частині в межах Бахмутської котловини. Пермські відклади представлені пісковиками, вапняками, ангідритом, а також строкато–кольоровою товщею піщано–глинистих опадів загальною потужністю 800–2500 метрів.
Тріасові відклади мають обмежене поширення і представлені вапняками, пісковиками, глинами та пісками. Поширені на півночі області, потужність. 180–400 метрів.
Юрські відкладення мають також обмежене поширення в основному на півночі області. Відклади представлені пісковиками, глинами потужністю 300–450 метрів.
Крейдяні відкладення розвинені в північному та частково в південно-західному і південно–східному районах і представлені крейдою, мергелем, піщано–глинистою товщею. Потужність крейдяних відкладень 450–600 метрів.
Палеогенові відкладення добре вскриті по долинах річок і схилах балок на території всієї області. Вони представлені пісковиками та пісками, глинами, мергелями. Загальна потужність 45–60 метрів.
Неогенові відклади вскриті в західній, південній, південно–східній частинах області. Вони представлені дрібнозернистими пісками з прошарками глин, в Приазов'ї — морськими чорними глинами, пісковиками, вапняками. Потужність відкладень 25–45 метрів.
Четвертинні відкладення характеризуються майже суцільним поширенням на території області, геологічно представлені лесовидними суглинками, червоно–бурими глинами, піщано–глинистими відкладеннями, потужністю 1–2 метра в межах головної антикліналі Донбасу, а район Приазовського щита — до 60 метрів, на півночі Донбасу досягає 10–12 метрів. Середня потужність четвертинних відкладень в межах вододільних просторів складає 10–15 метрів.
Гідрологічні умови Донецької області визначаються геолого–структурною будовою та літологічним складом відкладень, які беруть участь у геологічній будові, а також гідрогеологічними особливостями області. Водоносні горизонти приурочені до вивітреної товщі докембрійських утворень, до відкладів девону, кам'яновугільних товщ Пермі, тріасу, палеогену та четвертинним відкладенням.
Докембрійський водний горизонт розташований в південній частині області і міститься в тріщинуватій товщі кристалічних порід.
Водоносні горизонти девонських відкладів розвинені вузькою смугою вздовж північного кордону Приазовського масиву, приурочені до піщаників.
Водоносні горизонти кам'яновугільних відкладень поширені широким поясом із північного заходу на південний схід області та приурочені до тріщинуватої зони пісковиків.
Водоносні горизонти пермських відкладень мають обмежене поширення. Вони поширені в основному на півночі області та приурочені до піщаників, доломітів і вапняків, розвинених в Бахмутській і в меншій мірі в Кальміус–Торецькій котловинах.
Водоносний горизонт тріасових і юрських відкладів приурочений до піщаників і вапняків.
Водоносні горизонти крейдяних відкладень мають широкі поширення в межах Бахмутської котловини, Кінсько–Ялинської западини та Амвросіївського району.
Водоносні горизонти палеоген–неогенових відкладень мають поширення на південно–заході та півдні Донецької області, і використовується для водопостачання сільськими споживачами.
Водоносний горизонт четвертинних відкладень приурочений до річок і балок, і в меншій мірі до суглинистих відкладів вододілів.
Підземні води містяться в тріщинуватій зоні мергельної товщі, мають хорошу якість і великі запаси, що забезпечує питне водопостачання основних промислових регіонів Донецької області.
У межах Донецької області виявлено більше 50 різноманітних корисних копалин, багато з яких розробляються та використовуються в народному господарстві. Такими видами сировини як вугілля, кам'яна сіль, доломіт, кам'яні будівельні матеріали, будівельні піски, крейда, гіпс, формувальні піски, флюсовий вапняк, тугоплавкі та цегляно–черепичні глини промисловість Донецької області повністю забезпечена в даний момент і на подальші роки. Поряд з цим спостерігається дефіцит деяких рудних і нерудних корисних копалин: фосфатної сировини, сірки, азбесту, графіту та деяких інших. В область завозиться залізна руда, магнезит, боксити, хроміти, польовий шпат, тальк та інша сировина. Це пояснюється тим, що деякі види сировини на території області в промислових масштабах ще не виявлені, а освоєння ряду знайдених родовищ здійснюється дуже повільно через брак коштів. Ресурси Донецької області поділяються на:
Незважаючи на все зростаючу роль нафти та газу в балансі нашої держави, як і раніше вугілля залишається основним джерелом енергетичних і паливних ресурсів. У Донецькій області з рудних родовищ використовуються тільки ртутні руди. Інші корисні поклади (залізна руда, руда кольорових металів, алюмінієва сировина) знаходиться на стадії розвідки. На території Донецької області відомі великі родовища кам'яної солі, крейди, доломіту і флюсових вапняків, вогнетривких і тугоплавких глин, формових пісків та інші. На базі цих родовищ споруджені та працюють великі гірничодобувні підприємства. В області існують великі перспективи виявлення промислових родовищ калійних солей, графіту, а також вогнетривких глин. Донецька область виключно багата різноманітним комплексом будівельних матеріалів. Тут розвідані та експлуатуються великі родовища цементної сировини, гіпсу, скляних і будівельних пісків, крейди, пісковика. В області є перспективи для організації видобутку та використання промисловістю облицювальних матеріалів (граніту, мармуру).
Розділ знаходиться на стадії доопрацювання та буде включати в себе такі пункти: «Методика інженерно–геологічного картування», «Результати інженерно–геологічного картування», «Еколого–геологічний опис виділених районів»
Механізм техногенних зсувів аналогічний дії природних. Їх чинниками виникнення, які сприяють розвитку геологічних процесів і явищ, є інженерна діяльність людини.
Предметом дослідження в моїй магістерській роботі є розвиток зсувів у Пріторецькій промисловій зоні, приурочених до промислової площадки тресту «Донвуглемашбуд» у м. Дружківці Донецької області.
Територія проектованого будівництва розташована на південно–західній околиці м. Дружківки на лівому вододільному схилі р. Казенний Торець, на північ від Дружківського порцелянового заводу.
Розміри ділянки 1,1х0,6 км, загальний ухил з ЗПівнЗ на СПівдС коливається в межах від 60 до 90, що не перевищує відносної величини 0,1. Ділянка ускладнена густою яружно-балочною мережею, що впадає в р. Казенний Торець. Уздовж ділянки на заході та сході розташовані автомобільна та залізна дороги.
Територія забудови знаходиться на стику Бахмутської та Кальміус–Торецької котловин, ускладнена численними тектонічними порушеннями, у зоні яких і сформувалися річки Кривий і Казенний Торець.
На глибину буріння ділянка складна вивітрілими алевролітами палеогену, неогеновими глинами з тонкими прошарками пісків, четвертинними пилуватими пісками та еолово–делювіальними суглинками.
Водоносні горизонти приурочені до четвертинних пилуватих пісків і піщаним прошаркам в неогенових глинах. Областю розвантаження водоносних горизонтів є яружно–балочна мережа та сама ріка Казенний Торець [56].
Згідно з розрахунками коефіцієнт стійкості схилу значно перевищував допустимі межі. Враховуючи геоморфологічні особливості ділянки, наявність численних прошарків пісків у неогенових глинах, а також динамічний вплив на масив автомобільної та залізної доріг, для збереження фізико–механічних властивостей грунтів і осушення масиву проектом було передбачено будівництво головного дренажу та регулювання поверхневих вод атмосферних опадів, що при якісному плануванні та будівництві повинно було забезпечити надійну стійкість схилу.
Однак у процесі проектування та будівництва було допущено ряд помилок. Із метою збільшення робочої площі терас висота укосу була збільшена в 1,5 рази, кут укосу в 2,0–2,5 рази, а уступ бровки над другою терасою відсипаний насипним грунтом, що складається з суглинку, грунтового шару, глини та будівельного сміття. Відсипання проводилося без ущільнення, щільність насипу була значно менше допустимої.
При зрізці, що досягала 8–12 м, висота підпірних стінок склала всього 2 м. Стінки побудовані без пристінного дренажу, балки засипані без укладання дренажних труб, головний дренаж не був побудований. Будівництво розгорнулося по всьому схилу. Відкриті котловани були залишені на зиму. За рахунок морозної сдимистості відбулося додаткове розпушення глин. При сніготаненні котловани заповнилися водою. Скупчення будівельного сміття та будівельних матеріалів ускладнило поверхневий стік, що призвело до утворення техногенного водоносного горизонту, різкого водонасичення, погіршення міцнісних характеристик грунтів. Сповзання зсувних мас призвело до пориву водонесучих комунікацій, що додатково посилило стан схилу. Зсувні маси заповнили нижню терасу, а місцями перевалили через підпірну стінку та досягли залізниці. При цьому укіс верхньої тераси, складений корінними глинами не постраждав.
При обробці існуючих лабораторних даних фізико–механічних властивостей грунтів за періоди до будівництва (1977–1981г.г.) і після утворення зсувів (1983–1989р.р.), методом математичної статистики визначені основні показники фізико-механічних властивостей грунтів, що впливають на зміну динаміки схилу (щільність, вологість і міцність) (рис. 3.1, рис. 3.2, рис. 3.3).
Рисунок 3.1 — Вологісні характеристики
W — вологість грунту в природному стані, частки одиниці;
Sr — ступінь вологості, частки одиниці;
1 — за лабораторними даними за 1977–1981р.р. (до будівництва);
2 — за лабораторними даними за 1983–1989р.р. (після утворення зсуву).
Рисунок 3.2 — Характеристики щільності
ρ — щільність грунту в природному стані, г/см3;
ρd — щільність сухого грунту, г/см3;
1 — за лабораторними даними за 1977–1981р.р. (до будівництва);
2 — за лабораторними даними за 1983–1989р.р. (після утворення зсуву).
Рисунок 3.3 — Характеристики міцності
φ — кут внутрішнього тертя, градус;
С — питоме зчеплення, МПа;
1 — за лабораторними даними за 1977–1981р.р. (до будівництва);
2 — за лабораторними даними за 1983–1989р.р. (після утворення зсуву).
Необхідно зазначити, що розрахунок стійкості укосів, як при розробці генплану, так і при зміні генплану в процесі будівництва не здійснювався [57].
Контрольні розрахунки, виконані в процесі вивчення причин зсувоутворення, показали, що при навантаженні від власної ваги масиву без урахування додаткової навантаження від споруд укіс верхньої тераси перевищує межі стійкості масиву. Укіс нижньої тераси, де кут природного укосу значно перевищує допустимий, навіть у корінних глинах не відповідає вимогам стійкості. А так як укіс складний насипними грунтами, фактичний коефіцієнт стійкості становить 0,7–0,8, що значно менше допустимого.
Використання математичної моделі розрахунку стійкості укосу показало, що основною причиною утворення зсувів в межах промплощадки послужили техногенні фактори.
Запропонований метод аналізу може бути використаний службою моніторингу присклонових територій, а також передбачено технічними нормативами для проектування будівництва в межах природних схилів і штучних укосів.
Управління зсувним ризиком вирішує задачу вибору та узгодження заходів, що запобігають (або що знижують) зсувній небезпеці, з вартістю та технологією їх будівництва, а також експлуатаційними заходами для безпеки людей, об'єктів, що захищаються, і природного середовища.
Нами був розроблений комплекс захисних протизсувних заходів ознайомитися з яким, а також з іншими розділами магістерської роботи можна бужет по завершенню її написання (січень 2012 року).
|
|
