|
|
Источник: находится в печати
В настоящих тезисах отражены геоэкологические проблемы освоения территорий, склонных к оползнеобразованию, природные и техногенные факторы образования оползней и их распространение в пределах Донецкой области.
У цих тезах відображені геоекологічні проблеми освоєння територій, схильних до зсувоутворення, природні та техногенні фактори утворення зсувів та їх поширення в межах Донецької області.
In this thesis reflects the geo-ecological problems of development areas prone to landslide, natural and manmade factors of formation of landslides and their distribution within the Donetsk region.
Современные экзогенные гравитационные геодинамические процессы имеют широкое развитие в пределах Украины, в том числе и на территории Донецкой области.
Прогноз возникновения и развития этих процессов, а также разработка мероприятий по их предотвращению, приобрёл особую актуальность после ряда экологических катастроф, охвативших Западную Украину на протяжении последних десятилетий, а также многочисленных оползневых явлений вдоль Черноморского побережья в районе г. Одессы, Крымского полуострова, вдоль Днепровского склона в Киеве, Днепропетровске и ряде других регионов Украины.
Не менее актуальной эта проблема является и для Донецкой области, имеющей широкий выход к Азовскому побережью и отличающейся довольно сложными геологическими условиями.
Географическое положение и обеспеченность материальными ресурсами, особенно энергетическим сырьём, сделали Донецкую область наиболее промышленно развитым и густо населённым регионом Украины. Выход к Азовскому морю обеспечивает широкие международные транспортные связи, сбыт промышленной продукции, вырабатываемой предприятиями области, развитие рыбного хозяйства, а главное строительство и эксплуатацию многочисленных здравиц для трудящихся Донбасса, особенно для детей.
Интенсивное развитие инфраструктуры морского пароходства в городе Мариуполе, жилое строительство а также строительство многочисленных пансионатов и детских здравиц привели к дополнительной техногенной нагрузке морского побережья и без того осложнённого многочисленными оползневыми процессами, получившими широкое развитие в г. Мариуполе, посёлках Ялта, Урзуфе, Юрьевке, Милекино, Новоазовске и др.
Изменение гидрогеологических условий, связанное с резким повышением уровня грунтовых вод в пределах освоенных территорий, является актуальной проблемой во всем мире, в том числе и на Украине. Повышение уровня грунтовых вод связано с нарушением влажностного режима в пределах застроенных территорий, накоплением влаги под сооружениями, асфальтовыми и бетонными покрытиями, ухудшением условий дренирования подземных вод, подпором грунтовых вод фундаментами сооружений, утечкой из водонесущих коммуникаций, достигающей 30–40%, строительством гидротехнических сооружений и гидромелиоративных систем, а также широким применением промышленных технологий, связанных с мокрым технологическим циклом и большим водопотреблением.
Для Донецкой области процесс подтопления застроенных территорий грунтовыми водами приобретает особую актуальность в связи с реструктуризацией предприятий горной промышленности. Уже в настоящее время закрытие шахт «Кочегарка» в г. Горловке, шахт «Панфиловской», «Заперевальной», «Мушкетовской» и других в г. Донецке, а также в других городах и поселках области привело к резкому повышению уровня грунтовых вод на прилегающих территориях.
Водонасыщение горных пород способствует резкой потере структурных связей и несущей способности грунтов, утяжелению откосов, увеличению касательных напряжений, превышающих сопротивление грунтов сдвигу, приводит к нарушению динамического равновесия склонов и образованию оползней.
Таким примером может служить развитие оползневых явлений вдоль Часов-Ярского участка канала Северский Донец–Донбасс, где образованию и развитию оползней способствовало подтопление участка водами канала, близким к поверхности залеганием неогеновых глин, а также отсутствием в пределах участка берегозащитных мероприятий. Принятые меры по выполаживанию склона при помощи берм без комплексного закрепления береговой зоны не исключают подвижек, что может поставить под угрозу эксплуатацию основной магистрали, обеспечивающей водоснабжение г. Донецка и Донецкой области.
Особый интерес представляют оползни, возникающие в результате формирования техногенного водоносного горизонта при некачественном ведении строительных работ. Ярким примером является ситуация, сложившаяся на территории участка промышленной базы треста «Донуглемашстрой» в г. Дружковка.
Оползни могут разрушать отдельные жилища и подвергать опасности целые населенные пункты. Они угрожают сельхозугодьям, губят их и затрудняют обработку. Они создают опасность при добыче полезных ископаемых. Повреждают дороги, туннели, трубопроводы, телефонные и электрические сети; угрожают водохозяйственным сооружениям, главным образом, плотинам. Они могут перегородить долину, образовывать озера и способствовать наводнениям, а также порождать губительные волны в озерах и заливах. Подводные оползни рвут кабели.
Негативное влияние оползневых явлений, происходящих на естественных склонах и искусственных откосах, по величине социально–экономического ущерба, наносимого природе и обществу, сравнимо с действием землетрясений, вулканических извержений и наводнений.
Интенсивность оползневых процессов неуклонно возрастает вместе с освоением склонов и развитием на них строительства. Изучение оползневых явлений, их причин и последствий проводится в целях разработки обоснованных мероприятий по их предотвращению.
Причины возникновения оползней, как правило, многофакторны, подчас накладываются и усиливают друг друга. Но во всех случаях они связаны с нарушением динамического равновесия горных пород на склонах и откосах искусственных сооружений, связанным с увеличением касательных напряжений, превышающих сопротивление пород сдвигу [2].
Нарушение устойчивости склона может происходить под воздействием ряда факторов, приводящих к увеличению активных сдвигающих сил и одновременному уменьшению сопротивления сдвигу горных пород и потере их прочности.
Условно можно выделить следующие факторы [3]:
1) геоэкологические условия;
2) водно–физическое и физико–механическое состояние массива;
3) антропогенное влияние.
Анализ перечисленных факторов позволит правильно определить объемы методику инженерно–геологических изысканий, обеспечивающих возможность проведения строительных работ с применением противооползневых мероприятий, позволяющих укрепить склон и обеспечить надежную эксплуатацию инженерных сооружений и коммуникаций.
Региональные особенности развития современных гравитационных геодинамических процессов обусловлены геоморфологией и геологическим строением региона, а также литологическим составом горных пород, слагающих верхнюю часть земной коры.
Геоморфологическое строение — рельеф, гидрографическая и овражно-балочная сеть сформировались на базисе основных геологических структур Донецкой области. Именно расчлененный рельеф с резким перепадом абсолютных отметок под воздействием внешних факторов — выветривание, действия поверхностных и подземных вод создает условие нарушения геодинамического равновесия земляных масс, вызывая развитие гравитационных процессов и явлений.
Поскольку гравитационные геодинамические процессы приурочены к присклоновым участкам, наиболее опасными с точки зрения развития этих процессов являются зона Азовского побережья, речная и овражно–балочная сеть, искусственные водохранилища, созданные зарегулированных поймах рек и балок, а также канал Северский Донец-Донбасс, снабжающий питьевой водой жителей Донецкой области.
С геологической точки зрения наиболее опасными для развития гравитационных геодинамических процессов, особенно оползневых явлений, следует считать регионы развития пермских глин и палеоген–неогеновых песчано–глинистых отложений, прикрытых с поверхности четвертичными делювиальными, реже пролювиальными отложениями. Участки близкого от дневной поверхности залегания пермских глин наблюдаются в пределах Бахмутскои котловины вдоль реки Бахмутки в районе г. Артемовска и южнее до выходов на дневную поверхность каменноугольных отложений Главной Антиклинали Донбасса.
Палеоген–неогеновые песчано–глинистые отложения имеют более широкое распространение и встречены в верхней части земной коры в пределах Бахмутской и Кальмиус–Торецкой котловин, а также Приазовской и Конско–Ялынской впадины.
Менее распространенными являются гравитационные геодинамические процессы в виде обвалов, опрокидываний, сколов и осыпей в районе выхода на дневную поверхность скальных пород. Это территории распространения магматических пород Приазовского кристаллического массива, каменноугольной толщи Главной Антиклинали Донбасса, Зуевско–Амвросиевского купола, а также мело–мергельной толщи слагающей правый склон реки Северский Донец на севере области.
Наиболее опасными считаются участки пересечения расчлененного рельефа с горными породами, способными снижать прочностные свойства в условиях обводнения, что приводит к резкому нарушению геодинамического равновесия земляных масс и смещению их по склону.
При этом потенциально опасными могут быть участки не только речной, но и балочной сети, находящиеся в состоянии геодинамического покоя, если в процессе их освоения будет нарушено предельное равновесие за счет дополнительной нагрузки присклоновых территорий, особенно в условиях подтопления поверхностными или подземными водами.
Но основные опасные территории, связанные с развитием гравитационных геодинамических процессов, приурочены к Азовскому побережью, а также к склонам и террасам речных долин и искусственных водоемов.
Донецкая область расположена в пределах юго–восточной части Днепровско–Донецкой впадины. Геологическое строение и геоморфология территории области как бы предопределением ее водораздельное положение между реками, впадающими на западе в Днепр, на севере и востоке — в Дон, а на юге — в Азовское море.
При этом наибольшая расчлененность рельефа наблюдается с юго–запада на северо–восток по линии максимальных отметок, связанных с выходом на поверхность скальных пород Приазовского кристаллического щита, Кальмиус–Торецкой котловины и Главной Антиклинали Донбасса, где скальные отложения каменноугольной толщи либо выходят на дневную поверхность, либо залегают на отметках близких к дневной поверхности и прикрытых чехлом четвертичных образований.
Наиболее крупными реками Донецкой области являются Северский Донец и Кальмиус. Только эти реки имеют довольно широкую речную долину, осложненную многочисленными речными террасами, сложенными чередующей толщей разнозернистых песков и ленточных глин. На пути пересечения этих рек с участками, сложенными скальными и полускальными породами наблюдается большой перепад отметок от 30,0 до 60,0 м, что создает условия, благоприятные для развития гравитационных геодинамических процессов, особенно оползней.
Более мелкими, но не менее опасными в оползневом отношении являются реки Бахмутка, Кривой и Казенный Торец, текущие на север и впадающие в Северский Донец, реки Крынка, Кальчик, Грузской Еланчик, текущие на юг, а также реки западного направления — Самара, Бык, Волчья, Мокрые и Сухие Ялы и другие, более мелкие.
При этом необходимо учитывать, что оползнеопасным является не только более крутой преимущественно западный склон реки, но восточный, где, как правило, формируются речные террасы с частым чередованием песчаных и глинистых отложений.
Необходимо также учитывать и то, что большинство рек центральной части Донбасса сформировались вдоль геологических нарушений — сбросов и надвигов, вопреки наличию сил Кориолиса правило более высокого западного склона не всегда соблюдается.
Особое положение в нарушении динамики склонов занимают канал Северский Донец–Донбасс и многочисленные искусственные водохранилища в поймах относительно больших и малых рек: Краснооскальское, Углегорское, Клебан–Быкское, Карловское, Кураховское, Зуевское, Старобешевское, Павлопольское, Кальчикское и другие более мелкие, но не менее опасные с точки зрения возможности развития оползневых процессов. Подтопление прилегающих территорий за счет поверхностных вод привело к водонасыщению горных пород, ослаблению их прочностных свойств, утяжелению склонов, а, следовательно, и уменьшению коэффициента устойчивости земляных масс, что либо уже привело к развитию оползневых процессов, либо создало условия для их потенциального развития.
Необходимо отметить, что и в крупных городах, и в сельской местности регулируются поймы рек и даже небольших балок, где создаются многочисленные пруды, которые используются как для производственных целей, так и в качестве зоны отдыха. Чаще всего склоны таких прудов застроены, в них сбрасываются ливневые, а подчас и канализационные стоки, что приводит к ослаблению склонов, на многих участках наблюдается потеря устойчивости и многочисленные небольшие подвижки. Даже при небольшом пере увлажнении за счет атмосферных осадков или подтопления территорий грунтовыми водами процесс оползнеобразования может стать серьезной угрозой эксплуатации прилегающей застройки.
Систематическое изучение гравитационных геодинамических процессов, получивших широкое развитие в Донецкой области, не производилось. Детально изучены лишь отдельные оползневые массивы в зоне освоенных или вновь застраиваемых территорий. Несколько детальнее изучены оползневые явления вдоль побережья Азовского моря. Изучение этих оползневых массивов связано с освоением зоны отдыха, а также с развитием производственной базы Мариупольского морского пароходства.
Поэтому районирование Донецкой области по характеру развития гравитационных геодинамических процессов производилось не столько по материалам исследований существующих оползневых массивов, сколько по совокупности геоэкологических условий, создающих потенциальные возможности развития этих процессов.
При этом учитывались не только природные факторы — геоморфология, орогидрография, геологическое строение и гидрогеологические условия области, но и характер освоения территории — размещение жилой и промышленной застройки, инженерных коммуникаций, гидротехническое и сельскохозяйственное строительство.
Резюмируя все выше сказанное, основные оползневые зоны в Донецкой области приурочены к побережью Азовского моря и бассейну реки Северский Донец (Приторецкая промышленная зона, канал Сев. Донец–Донбасс и Нитриусский участок). И если в пределах Азовского побережья и Нитриусского участка привалируют природные условия, то развитие оползней вдоль канала Сев. Донец–Донбасс и Приторецкой промышленной зоне обусловлено в первую очередь техногенными факторами [3].
Поскольку развитие оползней в Приторецкой промышленной зоне является предметом исследования в моей магистерской работе, хочу остановиться на оползневых процессах, приуроченных к промышленной площадке треста «Донуглемашстрой» в г. Дружковке Донецкой области.
Территория проектируемого строительства расположена на юго-западной окраине г. Дружковки на левом водораздельном склоне р. Казенный Торец, севернее Дружковского фарфорового завода.
Размеры участка 1,1х0,6 км, общий уклон с ЗСЗ на ВЮВ колеблется в пределах от 60 до 90, что не превышает относительной величины 0,1. Участок осложнен густой овражно–балочной сетью, впадающей в р. Казенный Торец. Вдоль участка на западе и востоке расположены автомобильная и железная дороги.
Территория застройки находится на стыке Бахмутской и Кальмиус–Торецкой котловин, осложнена многочисленными тектоническими нарушениями, в зоне которых и сформировались реки Кривой и Казенный Торец.
На глубину бурения участок сложен выветрелыми алевролитами палеогена, неогеновыми глинами с тонкими прослоями песков, четвертичными пылеватыми песками и эолово–делювиальными суглинками.
Водоносные горизонты приурочены к четвертичным пылеватым пескам и песчаным прослоям в неогеновых глинах. Областью разгрузки водоносных горизонтов является овражно–балочная сеть и сама река Казенный Торец [4].
Согласно расчетам коэффициент устойчивости склона значительно превышал допустимые пределы. Учитывая геоморфологические особенности участка, наличие многочисленных прослоев песков в неогеновых глинах, а также динамическое воздействие на массив автомобильной и железной дорог, для сохранения физико–механических свойств грунтов и осушения массива проектом было предусмотрено строительство головного дренажа и регулирование поверхностных вод атмосферных осадков, что при качественной планировке и строительстве должно было обеспечить надежную устойчивость склона.
Однако в процессе проектирования и строительства были допущены ряд ошибок. С целью увеличения рабочей площади террас высота откоса была увеличена в 1,5 раза, угол откоса в 2,0–2,5 раза, а уступ бровки над второй террасой отсыпан насыпным грунтом, состоящим из суглинка, почвенного слоя, глины и строительного мусора. Отсыпка производилась без уплотнения, плотность насыпи была значительно меньше допустимой.
При срезке, достигающей 8–12 м, высота подпорных стенок составила всего 2 м. Стенки построены без пристенного дренажа, балки засыпаны без укладки дренажных труб, головной дренаж не был построен. Строительство развернулось по всему склону. Открытые котлованы были оставлены на зиму. За счет морозной пучинистости произошло дополнительное разрыхление глин. При снеготаянии котлованы заполнились водой. Скопление строительного мусора и строительных материалов затруднило поверхностный сток, что привело к образованию техногенного водоносного горизонта, резкому водонасыщению, ухудшению прочностных характеристик грунтов. Начавшееся сползание оползневых масс привело к порыву водонесущих коммуникаций, что дополнительно усугубило состояние склона. Оползневые массы заполнили нижнюю террасу, а местами перевалили через подпорную стенку и достигли железной дороги. При этом откос верхней террасы, сложенный коренными глинами не пострадал.
Необходимо отметить, что расчет устойчивости откосов, как при разработке генплана, так и при изменении генплана в процессе строительства, не производился [1].
Контрольные расчеты, выполненные в процессе изучения причин оползнеобразования показали, что при нагрузке от собственного веса массива без учета дополнительной нагрузки от сооружений откос верхней террасы превышает пределы устойчивости массива. Откос нижней террасы, где угол естественного откоса значительно превышает допустимый, даже в коренных глинах не отвечает требованиям устойчивости. А так как откос сложен насыпными грунтами, фактический коэффициент устойчивости составляет 0,7–0,8, что значительно меньше допустимого.
Использование математической модели расчета устойчивости откоса показало, что основной причиной образования оползней в пределах промплощадки послужили техногенные факторы.
Основная цель инженерно–геологических исследований состоит в геоэкологической оценке динамики геологической среды под влиянием природных и техногенных факторов.
Сказанное особенно важно, когда речь идет о городах, для которых, с одной стороны, характерна высокая плотность населения, а с другой — аномально высокая «плотность» активного воздействия человека на геологическую среду.
Современная геоэкология, особенно активно развивающаяся в последние десятилетия, в основе своей — наука системная и базируется на самых различных подходах к изучению экзосферы Земли. Вместе с тем, во многих работах геоэкологической направленности главное внимание сосредоточено на изучении загрязнений внешних геосфер — атмосферы, гидросферы, биосферы и литосферы — как среды обитания человека. Поэтому иногда может создаваться впечатление, что геоэкология — это наука исключительно о химическом загрязнении окружающей среды. Понятно, что такой аспект принципиально важен и, несомненно, должен быть неотъемлемой составляющей изучения и мониторинга любой геосистемы. Однако ряд исследований последних десятилетий показывает, что при таком одностороннем подходе обычно упускается из виду еще одна сторона геоэкологического анализа, — не менее важная, чем загрязнение среды, — современная активная динамика самой верхней зоны литосферы. Сейчас уже ясно, что недооценка геодинамической, геоструктурной и «геовещественной» составляющих природно–технических систем чревата серьезными (а иногда и принципиальными) ошибками при оценке инженерно–геологических русловий, особенно при освоении территорий, склонных к оползнеобразованию.
Научный руководитель — Л. Богун, ст. преподаватель ДонНТУ, г. Донецк
Автор — М. Шилова, студентка ДонНТУ, г. Донецк
Geoenvironmental problems of landslide in the Donetsk region
|
|
