Физико-геологические модели оползневых склонов по данным электро- и сейсмотомографии тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 25.00.10, кандидат наук Бурлуцкий, Станислав Борисович

• Бурлуцкий, Станислав Борисович
• кандидат наук
• 2015

Оглавление диссертации кандидат наук Бурлуцкий, Станислав Борисович

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ОБОБЩЕННАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА И МЕТОДЫ ОЦЕНКИ СОСТОЯНИЯ ОПОЛЗНЕВЫХ СКЛОНОВ

1.1 Сущность оползневых явлений

1.2 Опасность воздействия оползневых процессов на объекты нефтяной и газовой промышленности

1.3 Причины образования оползней

1.4 Краткая характеристика инженерно-геологических методов

изучения оползней

1.4.1 Обобщенная классификация оползней

1.4.2 Инженерно-геологические методы изучения оползней

1.5 Основные геофизические методы, используемые при исследовании оползневых склонов

1.5.1 Оценка гидрогеологической обстановки по данным электроразведки

1.5.2 Изучение режима оползневого процесса с использованием сейсмических методов

1.5.2.1 Оценка напряженного состояния оползневого массива по данным сейсморазведки

1.5.2.2 Оценка прочностных характеристик сопротивления сдвигу глинистых грунтов по данным сейсморазведки

1.5.3 Существующие физико-геологические модели оползневых массивов

1.5.4 Синтез 20 комплексной физико-геологической модели

оползневых склонов

1.6 Выводы к главе 1

ГЛАВА 2. ОБОБЩЕННАЯ ПЕТРОФИЗИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ОПОЛЗНЕВЫХ СКЛОНОВ, СФОРМИРОВАННЫХ МАССИВАМИ ГЛИНИСТЫХ ПОРОД

2.1 Краткая характеристика изучаемых оползневых склонов

2.1.1 Физико-географические условия

2.1.2 Гидрогеологические условия

2.1.3 Геологическое строение

2.1.4 Инженерно-геологические условия

2.2 Инженерно-геологические факторы, определяющие ПФМ

оползневых склонов

2.3 Предпосылки применения электро- и сейсмотомографических методов для изучения влажности и прочностных характеристик сопротивления сдвигу глинистых пород

2.3.1 Оценка влажности глинистых пород по данным электротомографии

2.3.2 Изучение изменения показателей сопротивления пород сдвигу по данным сейсмической томографии

2.4 Обобщенная петрофизическая модель оползня асеквентного типа

2.8 Выводы к главе 2

ГЛАВА 3. ОБОСНОВАНИЕ ПРИМЕНЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ И СЕЙСМИЧЕСКОЙ ТОМОГРАФИИ ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ ОПОЛЗНЕВЫХ СКЛОНОВ

3.1 Компьютерное моделирование в методах ЭТ и СТ

3.2 Синтез электротомографических и сейсмотомографических разрезов оползневого склона

3.2.1 Результаты моделирования ЭТ разрезов

3.2.2 Результаты моделирования СТ разрезов

3.3. Применение электро- и сейсмотомографических исследований при изучении оползневых склонов Северо-Западного Кавказа

3.3.1 Электротомографические исследования пространственного изменения влажности глинистых пород оползневых склонов

3.3.2 Сейсмотомографические исследования пространственного изменения физико-механических характеристик пород оползневых массивов

3.3.2.1 Оценка изменения величины удельного сцепления глинистых пород оползневых склонов по данным СТ

3.3.2^2 Изучение характера изменения величины угла внутреннего трения глинистых пород оползневых склонов по данным СТ

3.4 Выводы к главе 3

ГЛАВА 4. ФОРМИРОВАНИЕ КОМПЛЕКСНОЙ ФИЗИКО-ГЕОЛОГИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ОПОЛЗНЯ НА ОСНОВЕ ДАННЫХ ЭЛЕКТРО- И СЕЙСМОТОМОГРАФИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ ОПОЛЗНЕВЫХ СКЛОНОВ СЕВЕРО-ЗАПАДНОГО КАВКАЗА

4.1 Применение комплексных электро- и сейсмотомографических исследований при изучении оползневых склонов Северо-Западного Кавказа по трассе проектируемого газопровода «Южный поток»

4.1.1 Методика проведения электро- и сейсмотомографических исследований

4.2 Комплексная интерпретация результатов ЭТ и СТ исследований

4.2.1 Результаты электроразведочных работ

4.2.2 Результаты сейсморазведочных работ

4.2.3 Обобщение результатов работ

4.3 Комплексная физико-геологическая модель

4.4 Выводы к главе 4

ГЛАВА 5. МОНИТОРИНГ ОПОЛЗНЕВЫХ ПРОЦЕССОВ ПО ДАННЫМ ЭЛЕКТРОТОМОГРАФИИ

5.1 Предпосылки проведения геоэлектрического мониторинга оползневых процессов

5.2 Динамическая геоэлектрическая модель оползневого склона

5.3 Электротомографический мониторинг оползневого склона левого берега

р. Тосны, в районе г. Никольское Ленинградской области

5.3.1 Геологическое строение исследуемого оползневого участка

5.3.2 Результаты электротомографического мониторинга

5.4 Выводы к главе 5

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Приложение А.

Фрагмент геологической карты исследуемых оползневых участков

Приложение Б.

Инженерно-геологический разрез оползневого склона по линии 4-4

Приложение В.

Электротомографические исследования оползневого склона (ПР11)

Приложение Г.

Инженерно-геологический разрез оползневого склона по линии 7-7

Приложение Д.

Сейсмотомографические исследования оползневого склона (ПР1, 4)

Приложение Е. Сейсмотомографические исследования распространения величины декремента поглощения поперечных волн (ПР4)

Приложение Ж. Карта фактического материала

Приложение И. Инженерно-геологические разрезы оползневого участка

Приложение К.

Электротомографические исследования оползневого склона (ПР1ЭТ)

Приложение Л.

Сейсмотомографические исследования оползневого склона (ПР1СТ)

Приложение М.

Электротомографические исследования оползневого склона (ПР2ЭТ)

Приложение Н.

Сейсмотомографические исследования оползневого склона (ПР2СТ)

Приложение П.

Электротомографические исследования оползневого склона (ПРЗЭТ)

Приложение Р.

Сейсмотомографические исследования оползневого склона (ПРЗСТ)

Приложение С.

Электротомографические исследования оползневого склона (ПР4ЭТ)

Приложение Т.

Сейсмотомографические исследования оползневого склона (ПР4СТ)

Приложение У.

Комплексные интерпретационные геолого-геофизические разрезы

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Физико-геологические модели оползневых склонов по данным электро- и сейсмотомографии»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы

В соответствии с Федеральным законом от 21 июля 1997 г. N 116-ФЗ "О промышленной безопасности опасных производственных объектов" магистральные газопроводы относятся к категории опасных производственных объектов. Согласно действующей нормативной документации при проектировании газопроводов в горной местности к особо опасным относятся участки, расположенные в местах проявления оползневых процессов. Размещение любого сооружения на оползне или внутри него, как правило, приводит к активизации оползня. Поэтому важно на стадии проектирования, в составе комплексных изысканий детально изучить строение и свойства грунтов оползневых массивов. Решение этих задач требуется для выбора интервала склонов, в пределах которых снижаются риски, связанные со строительством и последующей эксплуатацией газопроводов.

Значительный вклад в изучение оползневых процессов, структуры оползневых массивов и свойств слагающих их глинистых пород внесли Ф.П. Саваренский, В.Д. Ломтадзе, Е.П. Емельянова, В.И. Осипов, И.П. Иванов, Р.Э. Дашко, A.A. Огильви, Ю.А. Норватов, H.H. Горяинов, Ф.М. Ляховицкий, А.Г. Скворцов, О.П. Аникин, В.И. Бондарев, И.Г. Миндель и др.

В связи со сложностью проведения буровых работ на крутых оползневых склонах, инженерно-геологические исследования проводятся по сети, не позволяющей детально изучить неоднородную структуру оползня. Для повышения детальности изучения оползней, необходимо привлечение геофизических методов исследования.

В целях получения более достоверной и детальной информации, в состав инженерных изысканий для проектирования газопровода «Южный поток», на участках развития опасных оползневых процессов, включены методы электро-(ЭТ) и сейсмотомографии (CT).

Для повышения эффективности применения геофизических методов и извлечения информации о наличие зон ослабления в оползневом массиве,

выявления неоднородной структуры и контуров оползневого тела, требуется разработка детальной Ю комплексной физико-геологической модели (ФГМ), отражающей пространственное изменение основных параметров сопротивления пород сдвигу.

Разработанная по данным ЭТ и СТ комплексная 2Т> ФГМ должна обеспечивать детальное изучение оползневых склонов с целью уточнения и дополнения данных инженерно-геологических изысканий, что позволяет на стадии выполнения проектно-изыскательских работ осуществить выбор интервалов склона, в пределах которых снижаются риски, связанные со строительством и последующей эксплуатацией газопроводов и других инженерных сооружений.

Цель и задачи исследований

Цель работы сводится к повышению эффективности применения геофизических методов с целью детального изучения строения оползневых склонов и дополнения данных инженерно-геологических исследований, на основе разработки 2D физико-геологических моделей (ФГМ) оползней, базирующихся на результатах электрических и сейсмических исследований.

Для достижения поставленной цели в диссертационной работе решены следующие задачи:

1. Анализ и обобщение корреляционных связей влажности и прочностных характеристик сопротивления сдвигу глинистых грунтов с геоэлектрическими и сейсмическими свойствами.

2. Выявление особенностей строения электро- и сейсмотомографических разрезов в рамках комплексной ФГМ, указывающих на изменение физико-механических свойств глинистых пород, слагающих оползневые склоны.

3. Разработка типичной комплексной 2Б ФГМ оползневых склонов, сложенных глинистыми породами Северо-Западного Кавказа по трассе газопровода «Южный поток».

4. Обоснование мониторинга состояния оползневых склонов на основе разработки динамической электротомографической модели оползня, базирующейся на анализе изменения геоэлектрических параметров, обусловленных развитием гидродинамических процессов.

Научная новизна

• Разработана комплексная 2Э физико-геологическая модель оползневых склонов базирующаяся на ЭТ и СТ исследованиях и корреляционных связях влажности и прочностных характеристик сопротивления глинистых грунтов сдвигу с геоэлектрическими и сейсмическими характеристиками;

• Обоснована целесообразность проведения сейсмической амплитудной томографии для получения сейсмотомографических разрезов, характеризующих пространственное распределение декремента поглощения поперечных волн ()3\

• Установлена возможность мониторинга состояния оползневых склонов по данным электрической томографии;

• Сформулированы основные положения комплексной интерпретации данных сейсмической и электрической томографии с целью детального изучения строения оползневых склонов и получения данных, дополняющих результаты инженерно-геологических исследований.

Методы исследований.

Анализ и обобщение существующих корреляционных связей влажности и прочностных характеристик сопротивления сдвигу глинистых грунтов с геоэлектрическими и сейсмическими свойствами. Обобщение результатов геофизических и инженерно-геологических исследований типичных оползневых склонов Северо-Западного Кавказа. Компьютерное моделирование сейсмо- и электротомографических разрезов оползневых склонов. Томографическая обработка кинематических и динамических параметров волнового сейсмического поля. Комплексная инженерно-геологическая интерпретация данных ЭТ и СТ

исследований. Математическое моделирование изменения геоэлектрических параметров, обусловленных развитием гидродинамических процессов. Полевые работы по электротомографическому мониторингу оползневого склона.

Положения, выносимые на защиту

1. Анализ изменений величин удельных электрических сопротивлений, скоростей и декрементов поглощения поперечных волн, определенных по данным электро- и сейсмотомографических исследований, позволяет локализовать зоны, характеризующиеся повышенной влажностью, пониженными значениями удельного сцепления и угла внутреннего трения глинистых пород, слагающих оползневой склон.

2. Комплексная физико-геологическая модель, синтезированная на основе электро- и сейсмотомографических данных, обеспечивает оценку пространственного распределения физико-механических свойств грунтов, характеризующих состояние и устойчивость оползневого склона.

3. Динамическая модель оползневого склона, полученная по данным режимных электротомографических наблюдений, позволяет проследить формирование оползневых трещин и поверхности скольжения оползня на основе изменений параметров геоэлектрического разреза, обусловленных развитием гидродинамических процессов в теле оползня.

Достоверность результатов подтверждается представительным объемом компьютерного моделирования сейсмо- и электротомографических разрезов оползневых склонов; большим объемом экспериментальных данных и сопоставлением полученных результатов с данными инженерно-геологических исследований и результатами бурения скважин.

Практическая значимость работы

Разработанный подход к изучению оползневых структур, основанный на ЭТ и СТ наблюдений, обеспечивает детальное и всестороннее изучение неоднородных оползневых структур и дополняет данные инженерно-геологических изысканий. Геологическая интерпретация данных ЭТ и СТ методов, базирующаяся на 2Э комплексной физико-геологической и

динамической моделях оползневых склонов, является основой качественной оценки пространственного изменения физико-механических свойств слагающих их пород. Применение комплекса электрической и сейсмической томографии совместно с данными инженерно-геологических исследований позволяет осуществить выбор интервалов склона, в пределах которых снижаются риски, связанные со строительством и последующей эксплуатацией газопроводов и других инженерных сооружений.

Реализация выводов и рекомендаций.

Результаты, полученные в настоящей работе, применялись ОАО «Гипроспецгаз» при разработке проектной документации по объекту: «Расширение ЕСГ для обеспечения подачи газа в газопровод «Южный поток», 1 -й этап (западный коридор), для обеспечения подачи газа в объеме 31,5 млрд. м /год. Южно-Европейский газопровод. Участок Писаревка-Анапа».

Личный вклад автора заключается в анализе и обобщении корреляционных связей влажности и прочностных характеристик сопротивления сдвигу глинистых грунтов с геоэлектрическими и сейсмическими характеристиками; анализе материалов инженерно-геологических и инженерно-геофизических исследований; выполнении компьютерного моделирования электро- и сейсмотомографических разрезов оползневых склонов; разработке комплексной 2D физико-геологической модели; организации и выполнении работ по электротомографическому мониторингу, обработке материалов ЭТ и СТ исследований и геологической интерпретации результатов работ; разработке динамической электротомографической модели оползня.

Апробация работы.

Основные результаты диссертационной работы докладывались на международных конференциях и семинарах:

- XI международный геофизический научно-практический семинар «ПРИМЕНЕНИЕ СОВРЕМЕННЫХ ЭЛЕКТРОРАЗВЕДОЧНЫХ

ТЕХНОЛОГИЙ ПРИ ПОИСКАХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ», Санкт-Петербург, 2013г;

- 10-я международная научно-практическая конференция «ИНЖЕНЕРНАЯ ГЕОФИЗИКА - 2014», г. Геленджик, 2014г;

- XII международный геофизический научно-практический семинар «ПРИМЕНЕНИЕ СОВРЕМЕННЫХ ЭЛЕКТРОРАЗВЕДОЧНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ПРИ ПОИСКАХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ», Санкт-Петербург, 2015г.

Публикации.

По теме диссертации опубликовано 6 работ, в том числе 3 статьи в изданиях рекомендованных ВАК при Минобрнауки РФ.

Структура и объем работы.

Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав и заключения. Объем работы 201 страница машинописного текста, включая 43 рисунка и 1 таблицу, 17 приложений и библиографический список из 75 наименований.

ГЛАВА 1. ОБОБЩЕННАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА И МЕТОДЫ ОЦЕНКИ СОСТОЯНИЯ ОПОЛЗНЕВЫХ СКЛОНОВ

1.1 Сущность оползневых явлений

Оползень представляет собой массу горных пород, сползшую или сползающую вниз по склону или откосу. Образование оползня - это геологический экзогенный процесс, проявляющийся в смещении масс горных пород вследствие нарушения их устойчивости, под влиянием силы тяжести, когда касательные напряжения становятся больше сопротивления сдвигу. Кроме того, оползнем также называют участок смещенных горных пород, включая зоны отрыва, транзита и накопления. Оползни относятся к числу наиболее опасных геологических процессов, они представляют угрозу всем инженерным сооружениям. Оползни могут возникать по бортам карьеров, при разработке полезных ископаемых открытым способом. С оползневыми явлениями приходится сталкиваться довольно часто по берегам рек, озер, морей, а также в горной местности. По данным Р. Шустера, оползни приносят значительно больший суммарный ущерб, чем наводнения, ураганы, извержения вулканов и землетрясения [51].

В России крупные оползневые явления повсеместно наблюдаются в горных районах Кавказа и Крыма, а также в долинах крупных рек. Изучением оползневых явлений, на протяжении длительного периода времени, занималось большое количество исследователей [14; 15; 18; 28; 29; 30; 31; 34; 36; 37; 38; 40; 42; 48; 50; 51 и др.]. К настоящему времени, накоплен достаточный опыт по их изучению. Учитывая, что оползневой процесс протекает под действием различных факторов, были выработаны различные подходы к изучению оползней.

1.2 Опасность воздействия оползневых процессов на объекты нефтяной и

газовой промышленности

Размещение любого сооружения на оползне или внутри него, как правило, приводит к активизации оползня [18]. Известны случаи аварий на магистральных

газопроводах вследствие обрушений грунта вместе с трубопроводами (Рисунок 1.1). Ущерб от таких аварий составляет миллионы рублей.

Рисунок. 1.1. Оползень на газопроводах диаметром 530 мм

Подобного рода разрушения довольно часто происходят на крутых берегах рек и других водоемов в створах подводных переходов трубопроводов. Кроме того, возможна потеря устойчивости грунтовых масс, вследствие нарушения естественного равновесного состояния грунтов при устройстве «полок» на косогорных участках для прокладки трубопроводов [18]. Существует довольно большое количество примеров, как в России, так и за рубежом, указывающих на высокую степень опасности разрушения газопроводов, под воздействием смещения оползневых масс. Так, в августе 2014 г. в результате схода оползня и разрушения магистрального газопровода Северный Кавказ — Закавказье полностью остановилась подача российского газа потребителям Армении.

Оползневой процесс может возникнуть под воздействием сил, оказывающих даже несущественное влияние на устойчивость грунтовых масс, слагающих оползневой склон. Даже незначительные побудительные причины, такие как обводнение грунта, в результате дождей или сотрясение грунта от

проезжающей автотехники могут вызвать процесс движения оползневых масс. Вследствие этого, происходят изменения в структуре грунта и его состоянии, способствующие началу процесса потери его устойчивости. Оползень может формироваться на протяжении длительного периода времени. Иногда процесс потери устойчивости незаметен, иногда затихает и прекращается вообще, но это не значит, что под воздействием каких либо природных или техногенных факторов он не будет возобновлен и не приведет к катастрофическим последствиям. [18]

Для минимизации рисков потери устойчивости грунтовых масс, слагающих оползневой склон, важно еще на стадии проектирования, в составе комплексных изысканий изучить строение и физико-механические свойства грунтов, с целью прогноза развития оползневых процессов. Решения этих задач требуются для выбора интервала склонов, в пределах которых снижаются риски, связанные со строительством и последующей эксплуатацией газопроводов.

1.3 Причины образования оползней

Оползневое смещение масс горных пород происходит под воздействием

силы тяжести. Предельное равновесие масс горных пород будет нарушено, когда сдвигающая составляющая превысит прочность пород. Наиболее частые причины вызывающие нарушение равновесия на склонах или откосах носят как искусственный, так и природный характер [41]:

- увеличение крутизны склона или откоса при их подрезке, подработке или подмыве, а также при увеличении крутизны откосов;

- ослабление прочности пород из-за изменения их физического состояния вследствие их увлажнения, выветривания, оттаивания и др.;

- действие гидростатических и гидродинамических сил, развивающие фильтрационные деформации и взвешивающее действие;

- загрузка склона или откоса, микросейсмические и сейсмические колебания.

1.4 Краткая характеристика инженерно-геологических методов изучения

оползней

1.4.1 Обобщенная классификация оползней

Оползни могут классифицироваться по различным параметрам: по размерам, динамики оползневого процесса, строению, причинам образования, условиям возникновения и развития и др. В связи с огромным количеством рассматриваемых признаков и сложностью оползневых явлений, классификаций оползней предложено очень много. Одни из них очень детальные, стараются охватить всевозможные признаки, другие менее детальны, т.к. отражают, по мнению авторов, наиболее важные признаки оползней и свойства пород слагающих их. Так, например А.П. Павлов (1903г.) подразделял оползни на деляпсивные или соскальзывающие, и детрузивные, или толкающие. Исследователь полагал, что к первому типу относятся оползни, у которых движение масс горных пород начинается в нижней части склона, а затем и в верхних - потерявших опору нижележащих пород. Ко второму типу, А.П. Павлов относил оползни, у которых движение масс начинается в верхней части склона. Предлагались и другие типы классификаций: по типам движения горных пород и их составу (Дорожно-исследовательское бюро США, 1958г.); по строению и масштабу явлений (Г.С. Золотарев, 1965г.). В следующей классификации сочетаются несколько основных признаков: форма проявления и характер движения. Осипов В.И. [50] по этим признакам выделяет:

1. Сплывы - это небольшие по площади неглубокие смещения, преимущественно почвенного покрова и подстилающих грунтов. Объем этих смещений не превышает нескольких кубометров.

2. Оплывины - разновидность пластического смещения увлажненных делювиальных отложений, продуктов выветривания или иных поверхностных образований на склонах без четко выраженной депрессии.

3. Оползни-потоки (глетчеровидные оползни) - представляют собой пластическое движение ранее сместившихся оползневых масс по хорошо

выраженным в рельефе ложбинами. При проявлении данного вида оползней четко выражена нижняя граница (ложе оползня) пластических деформаций. Активизация этого вида оползней начинается в верхней, головной части склона.

4. Оползни-блоки - представляют собой скользящее, обычно медленное смещение масс горных пород в виде блоков по склону по определенным поверхностям с образованием оползневых ступеней, тыловых ложбин и валов выдавливания (выпирания).

5. Оползни-обвалы - переходная форма смещения горных пород на склоне от оползней к обвалам, когда, наряду со скольжением, проявляются и другие формы движения - перекрывание и свободное падение. Этот тип движения характеризуется полным нарушением первоначальной структуры и перемещением смещающих пород с большими скоростями движения.

Ф.П. Саваренский предложил классификацию оползневых явлений, в основе которых лежат вид, способ, особенности движения масс горных пород, их состояние, причины нарушения равновесия, и динамика явления.

Согласно [60] оползни разделяются по видам: структурные, пластические, структурно-пластические. В свою очередь структурные оползни разделяют на асеквентные, консеквентные и инсеквентные (Рисунок 1.2).

Асеквентные - оползни в однородных неслоистых породах (глины, суглинки, супеси). Поверхность скольжения вогнутая близкая к круглоцилиндрической. Массы горных пород сползают в виде блока. Поверхность скольжения устанавливается по плоскости трещины отрыва. Наиболее вероятная поверхность, та по которой коэффициент устойчивости оползня имеет наименьшую величину. Подошва приурочена к основанию склона.

Рисунок. 1.2. Схемы характерных типов строения оползней [41; 60].

а - асеквентный: 1 - в однородных глинистых породах, 2 - в трещиноватых твердых породах; б - консеквентный: 1 - делювия по коренным породам, 2 - в моноклинально-наклонных слоистых породах; в - инсеквентный.

Консеквентные - образуются в неоднородных, трещиноватых породах. Поверхность скольжения предопределена строением откоса. Сползание в виде блока или вязкой жидкости. Форма поверхности скольжения плоская, плосковолнистая. Такие оползни имеют самое широкое распространение.

Инсеквентные - расположены вкрест простирания пород. Поверхность скольжения пересекается и врезается в слои.

Согласно [41], пластические оползни - всегда консеквентные. Их можно разделить на:

- собственно оползни - движение масс по поверхности скольжения расположенной ниже поверхностных слоев;

- оползни потоки (сплывы) - движение масс по ложбинам;

- солифлюкционные подвижки - медленное течение поверхностных горных пород и почвенного слоя.

Структурно-пластические оползни представляют собой скольжение блоков горных пород, которые при движении разрушаются и превращаются в массу подобно вязкой жидкости.

Кроме такой классификации оползневые явления классифицируют по их динамике: активные, временно стабилизировавшиеся, стабилизировавшиеся, полностью стабилизировавшиеся, древние; и по размерам [41; 60].

1.4.2 Инженерно-геологические методы изучения оползней

Инженерно-геологические методы исследования оползней выполняются в соответствии с действующей нормативной документацией [8]. Для проведения оценки оползневой опасности требуется решение ряда вопросов относительно строения склона, условий залегания отдельных слоев и толщ горных пород, состояния и свойств коренных и перекрывающих их более молодых пород, режима подземных вод. Эти вопросы необходимо решить с учетом таких факторов как климат и гидрогеологические условия, история развития оползня, инженерная деятельность человека.

К традиционным методам оценки оползневой опасности относятся инженерно-геологические методы. Каждый оползень имеет определенную подвижность, которая зависит от состояния равновесия слагающих его пород и проявляется в рельефе оползневого участка, в изменении его внутреннего строения и нарушении устойчивости местности и сооружений. Таким образом, инженерно-геологические методы оценки оползневой опасности основываются на изучении [41]:

1. морфологии;

2. строения (структуры оползня);

3. обводнённости и физико-механических свойств пород слагающих оползень;

4. сопутствующих геологических процессов и явлений;

5. динамики развития оползневых явлений;

6. соотношения усилий (сдвигающих и удерживающих), определяющих равновесие масс горных пород слагающих оползень.

При использовании позиций, основанных на геологическом описании, для оценки устойчивости оползней следует учитывать, что в отличие от стабилизировавшихся оползней, активные оползни, как правило, имеют свежие следы движения, которые проявляются резкими очертаниями рельефа (выступы, уступы, валы, дерновый покров разорван, наблюдаются многочисленные водопроявления). Анализ структуры таких оползней указывает на неблагоприятно ориентированные поверхности и зоны ослабления.

Изучение закономерностей изменения величины и скорости смещения оползня (динамики) является эффективным методом оценки. С целью проведения таких исследований, на оползневом участке устанавливают сеть реперов (маркеров) по которым ведут наблюдения за изменением их высотного и пространственного положения. Такие наблюдения указывают на тенденцию развития или затухания оползневого процесса. Они позволяют судить о скорости, равномерности и масштабах смещения всего оползня или его частей. Сопоставляя динамику развития оползня с различными факторами (естественными и искусственными), воздействующими на оползневой участок, можно составить заключение об его устойчивости.

Окончательная и основная инженерно-геологическая оценка устойчивости оползня основывается на изучении равновесия масс горных пород. Такая оценка основывается на методах расчета устойчивости оползня. Расчетные методы применяют на стадии детального изучения оползней и обязательно в комплексе с методами геологического описания и изучения динамики их развития. Основой расчета устойчивости оползней является соотношение сдвигающих и удерживающих усилий, действующих на оползень. [31; 41; 42; 60] Это соотношение называют коэффициентом устойчивости оползня г].

, = (1.1)

£ сдвиг

X удерж. - сумма сопротивлений сдвигу пород по существующей или намечаемой поверхности скольжения;

X удерж. - сумма сдвигающих усилий по этой же поверхности.

Для выполнения расчета устойчивости оползня необходимы следующие данные [41]:

1. Детальный геологический разрез по оси оползня, отражающий структуру оползня с установленными или предполагаемыми поверхностями скольжения, условия залегания водоносных горизонтов. На геологическом разрезе необходимо детально отразить рельеф, особенно в местах выхода поверхности скольжения на дневную поверхность.

2. Обоснованные расчетные данные [41], характеризующие плотность горных пород, слагающих оползень; физико-механические свойства пород, определяющие сопротивление их сдвигу по установленным или предполагаемым поверхностям или зонам скольжения; величину градиентов напора подземных вод.

3. Динамика развития и режимы существования оползня в моменты наиболее неблагоприятной ситуации для его устойчивости.

4. Метод расчета, приемлемый для конкретных геологических условий рассматриваемого оползневого участка. Метод расчета определяется, прежде всего, формой выявленной или намечаемой поверхности скольжения.

Как правило, для расчета устойчивости оползня применяют два основных метода:

1. для оползней имеющих наклонную поверхность скольжения;

2. для оползней имеющих вогнутую (условно круглоцилиндрическую) поверхность скольжения.

Первый метод применим для оползней с плоской, плоскоступенчатой или волнистой наклонной поверхности скольжения.

Второй - применим для оползней имеющих вогнутую, плавновогнутую, условно круглоцилиндрическую поверхность скольжения.

Исходя из анализа инженерно-геологических методов оценки состояния оползневых склонов, можно сделать следующие выводы:

- инженерно-геологические методы оценки состояния оползней базируются на принципах механики грунтов, а также достаточно точных лабораторных методах определения физико-механических свойств пород;

- они позволяют определить устойчивость оползневых склонов и дать ее количественную характеристику.

В то же время, инженерно-геологические методы оценки состояния оползней имеют ряд недостатков, которые не позволяют в полной мере охарактеризовать неоднородное строение оползневых тел и тем самым допустить ошибки в определении расположения основных элементов оползня и расчетах устойчивости оползневых массивов. К этим недостаткам можно отнести высокую стоимость бурения и лабораторных испытаний образцов, а также сложность проведения буровых работ на крутых оползневых склонах. Кроме того, в связи со сложностью определения поверхности скольжения оползня, в расчетах могут использоваться завышенные значения физико-механических свойств пород. В связи с этим, величина коэффициента устойчивости склона также будет завышена.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Бурлуцкий, Станислав Борисович, 2015 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. О промышленной безопасности опасных производственных объектов: [федер. закон: принят Гос. Думой 20 июн. 1997 г.: по состоянию на 01 янв. 2014 г.]. - М.: ЗАО НТЦПБ, 2014.-48 с.

2. ГОСТ 12071-2000 Грунты. Отбор, упаковка, транспортирование и хранение образцов. - М.: ГУЛ ЦПП, 2001. - 21 с.

3. ГОСТ 5180-84 Грунты. Методы лабораторного определения физических характеристик. - М.: Издательство стандартов, 1985. - 24 с.

4. ГОСТ 12248-2010 Грунты. Методы лабораторного определения характеристик прочности и деформируемости. - М.: Стандартинформ, 2011. — 77 с.

5. ГОСТ 12536-79 Грунты. Методы лабораторного определения гранулометрического (зернового) и микроагрегатного состава. - М.: Издательство стандартов, 1980. - 24 с.

6. ГОСТ 31861-2012 Вода. Общие требования к отбору проб. - М.: Стандартинформ, 2013.-30 с.

7. СНиП 22-01-95 Геофизика опасных природных воздействий. - М.: Минстрой России, 1996.-9 с.

8. СП 11-105-97 Инженерно-геологические изыскания для строительства: в 6 ч. - М.: ПНИИИС Госстроя России, 2000. - 93 с. - ч.2.

9. СП 11-105-97 Инженерно-геологические изыскания для строительства: в 6 ч. - М.: ПНИИИС Госстроя России, 2000. - 50 с. - ч.б.

10.РСН 64-87 Инженерные изыскания для строительства. Технические требования к производству геофизических работ. Электроразведка. - М.: Госстрой РСФСР, 1987.-33 с.

11.РСН 66-87 Инженерные изыскания для строительства. Технические требования к производству геофизических работ. Сейсморазведка. - М.: Госстрой РСФСР, 1987.-54 с.

12.СТО Газпром 2-2.1-249-2008 Магистральные газопроводы. - М.: ООО «ИРЦ Газпром», 2008. - 150 с.

1 З.Аникин, О.П. Методические рекомендации по определению состава, состояния и свойств грунтов сейсмоакустическими методами / О.П. Аникин, Ю.В. Горшенин. - М.: Изд. ЦНИИС, 1985. - 65 с.

14.Баборыкин, М.Ю. Методика проведения мониторинга на объекте «Южный поток» / М.Ю. Баборыкин, Е.В. Жидиляева // Сфера. Нефть и Газ. - 2014. - №3 - С. 16 -27.

15.Баборыкин, М.Ю. Мониторинг опасных геологических процессов на линейных объектах / М.Ю. Баборыкин // Инженерные изыскания. - 2013. - № 10-11 - С. 4650.

16.Бондарев, В.И. О взаимосвязи сейсмических и физико-механических свойств песчано-глинистых грунтов / В.И. Бондарев // Изв. вузов Сер. Геология и разведка. - 1983. -№2 - С. 84 - 91.

17.Бондарев, В.И. Сейсмический метод определения физико-механических свойств нескальных грунтов: Научное издание / В.И. Бондарев. - Екатеринбург: Изд-во УГГГА, 1997.-220 с.

18.Бородавкин, П.П. Механика грунтов: Учеб. для вузов / П.П. Бородавкин. - М.: ООО «Недра-Бизнесцентр», 2003. - 349 с.

19.Бурлуцкий, С.Б. Комплексная интерпретация данных электротомографических и сейсмотомографических исследований для прогноза устойчивости оползневых склонов [Электронный ресурс] / С.Б. Бурлуцкий, В.В. Глазунов // Инженерная геофизика-2014: сб. тр. науч.-практич. конф. - Геленджик: EAGE - 2014. - Режим доступа: http://earthdoc.eage.org/publication/publicationdetails/?publication=75019. (Дата обращения: 01.04.2015)

20.Вахромеев, Г.С. Моделирование в разведочной геофизике / Г.С. Вахромеев А.Ю. Давыденко. - М.: Недра, 1987. - 192 с.

21.Глазунов, В.В. Выявление структурных элементов оползня по данным комплексной интерпретации результатов сейсмо- и электротомографических

исследований / B.B. Глазунов, С.Б. Бурлуцкий // Инженерная геология. - 2014. -№3. -С. 20-29.

22.Глазунов, В.В. Мониторинг ранних стадий формирования и развития оползневых процессов с помощью метода электрической томографии [Электронный ресурс] / В.В. Глазунов, С.Б. Бурлуцкий // Применение современных электроразведочных технологий при поисках месторождений полезных ископаемых: сб. тр. науч.-практич. семинара. - СПб: Горный университет - 2015. - Режим доступа: http://catalog.inforeg.ru/Inet/GetEzineBvID/305217. (Дата обращения: 01.06.2015)

23.Глазунов, В.В. Обоснование применения метода электротомографии для мониторинга развития гидродинамических процессов в теле оползня /

B.В.Глазунов, С.Б. Бурлуцкий // Инженерные изыскания. - 2014. - №13-14. -

C. 68-74.

24.Глазунов, В.В. Оценка устойчивости оползневых склонов по трассе проектируемого газопровода «Южный поток» по данным томографических технологий инженерной геофизики / В.В. Глазунов, С.Б. Бурлуцкий // Инженерные изыскания. - 2014. - №3. - С. 28-34.

25.Глазунов, В.В. Оценка состояния оползнеопасных склонов на основе комплексной инженерно-геологической интерпретации данных электротомографических и сейсмотомографических исследований [Электронный ресурс] / В.В. Глазунов, С.Б. Бурлуцкий, H.H. Ефимова // Применение современных электроразведочных технологий при поисках месторождений полезных ископаемых: сб. тр. науч.-практич. семинара. - СПб: Горный университет - 2013. - Режим доступа: http://www■twiфx.com/file/1281229/. (Дата обращения: 01.04.2015)

26.Глушко, В.Т. Геофизический контроль в угольных шахтах / В.Т. Глушко, B.C. Ямщиков, A.A. Яланский. - Киев: Наукова думка, 1978. - 224 с.

27.Горяинов, H.H. Опыт применения сейсмических методов при прогнозировании оползневых процессов / H.H. Горяинов, А.Г. Скворцов // ЭИ Гидрогеол. и инж. геология, изд. ВИЭМС. - 1978. - №10. - С. 1-7.

28.Горяинов, H.H. Сейсмоакустические методы при инженерно-геологических исследованиях рыхлых пород (методические рекомендации) / H.H. Горяинов. -М.: ВСЕГИНГЕО, 1977. -19 с.

29.Горяинов, H.H. Сейсмические методы в инженерной геологии / H.H. Горяинов, Ф.М. Ляховицкий. -М.: Недра, 1979. - 143 с.

30.Григорян, М.А. Исследование оползней на естественных склонах геофизическими методами (на примерах оползневых участков Армении) : автореф. дис. ... канд. reo лого-минерал, наук : 04.00.12 / Григорян Марат Арисович. - Ереван, 1973. -19 с.

31.Дашко, Р.Э. Механика грунтов в инженерно-геологической практике / Р.Э. Дашко, A.A. Каган. - М.: Недра, 1977. - 237 с.

32.Дашко, Р.Э. Роль микробиоты при изучении состояния и свойств дисперсных грунтов и развитии инженерно-геологических процессов (на примере Санкт-Петербурга) / Р.Э. Дашко, Я.А. Карпова // Грунтоведение. - 2012. - №1. - С. 3843.

33.Добрынин, В.М. Петрофизика (Физика горных пород) / В.М. Добрынин, Б.Ю. Венделыптейн, Д.А. Кожевников. - М.: Изд. Нефть и газ, 2004. - 367 с.

34. Емельянова, Е.П. Основные закономерности оползневых процессов / Е.П. Емельянова. - М.: Недра, 1972. - 308 с.

35.3инченко, B.C. Петрофизические основы гидрогеологической и инженерно-геологической интерпретации геофизических данных: Учебное пособие для студентов вузов / B.C. Зинченко. - М.- Тверь: Изд. АИС, 2005. - 392 с.

36. Иванов, И.П. Инженерная геодинамика / И.П. Иванов, Ю.Б. Тржциинский. -СПб.: Наука, 2000.-416 с.

37.Изучение оползней геофизическими методами / H.H. Горяинов, А.Н. Боголюбов, Н.М. Варламов [и др.] - М.: Недра, 1987. - 157 с.

38. Калинин, И.В. Оценка структурно-тектонического строения оползневых откосов угольных разрезов с применением электрической томографии (на примере Лучегорского буроугольного разреза) : автореф. дис. ... канд. тех. наук : 25.00.16 / Калинин Игорь Владимирович. - Владивосток, 2007. - 22 с.

39. Карпов, Р.Б. Электрическое сопротивление горных пород и факторы на него влияющие [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www. georazrez.ru/download/2013/13/Кафоу-

Elektricheskoe soprotivlenie_gornykh_porod_i_vliyayuschie_na_nego_faktory.pdf, свободный. (Дата обращения: 29.03.2014).

40.Кригер, Н.И. Сейсмические свойства дисперсных пород (Сейсмолитоэкологический подход) / Н.И. Кригер, А. Д. Кожевников, И.Г. Миндель. М.: МТИР, 1994. - 195 с.

41.Ломтадзе, В.Д. Инженерная геология. Инженерная геодинамика / В.Д. Ломтадзе. -Л.: Недра, 1977.-479 с.

42.Маслов, H.H. Основы инженерной геологии и механики грунтов: Учебник для вузов / H.H. Маслов. М.: Высшая школа, 1982. - 511 с.

43.Мохнач, М.Ф. Методическое пособие по учебной геологической практике / М.Ф. Мохнач, Т.И. Прокофьева. - СПб.: Изд-во РГГМУ, 2007, - 56 с.

44.Многоэлектродные электрические зондирования в условиях горизонтально-неоднородных сред / A.A. Бобачев [и др.] // Разведочная геофизика. Обзор. АОЗТ "Геоинформмарк". Выпуск 2. - М., 1996, 50 с.

45.Никитин, В.Н. Основы инженерной сейсмики / В.Н. Никитин. - М.: Изд-во МГУ, 1981.-176 с.

46.Никитин, A.A. Комплексирование геофизических методов: Учебник для вузов / A.A. Никитин, В.К. Хмелевской. Тверь: ООО «Издательство ГЕРС», 2004. - 294 с.

47.Новые подходы к электрическим зондированиям горизонтально-неоднородных сред / A.A. Бобачев [и др.] // Физика Земли. - 1995. - N 12 - С.79-90.

48.0гильви, A.A. Основы инженерной геофизики / A.A. Огильви; под ред. В.А. Богословского. - М.: Недра, 1990. - 502 с.

49,Омуралиев, С.Б. Влияние влажности на прочностные свойства суглинистых грунтов при плоском сдвиге [Электронный ресурс] - Режим доступа: http://vestnik.kazntu.kz/files/newspapers/57/l 856/1856.pdf, свободный. (Дата обращения: 04.03.2014).

50.Опасные экзогенные процессы / В.И. Осипов [и др.]; под ред. В.И. Осипова. - М.: ГЕОС, 1999.-290 с.

51.Оползни: Исследование и укрепление / Под ред. Р. Шустера, Р. Кризека; Пер. с англ.: A.A. Варги, P.P. Тизделя. - М.: Мир, 1981. - 368 с.

52.Определение механических потерь и внутреннего трения [Электронный ресурс]. -Режим доступа: http://pashkaska.ru/!699.html, свободный. (Дата обращения: 16.04.2014).

53. Оценка современной активности инженерно-геодинамической обстановки территории Большого Сочи / B.C. Круподеров [и др.] // Разведка и охрана недр. -2013. -№3.- С. 34-38.

54.Прогноз гравитационных процессов на южных островах Курильской гряды / Б.М. Крестин [и др.] // Разведка и охрана недр. - 2013. - №3. - С. 39-43.

5 5. Применение сейсмоакустических методов в гидрогеологии и инженерной геологии / Мин-во геол. СССР; Всесоюз. науч.-исслед. ин-т гидрогеол. и инж. геол; Под ред. H.H. Горяинова. - М.: Недра, 1992. - 264 с.

56.Программа двумерной интерпретации данных метода сопротивлений и вызванной поляризации ZONDRes2D: руководство пользователя [Электронный ресурс]. -Режим доступа: http://zond-geo.ru/zfiles/Zondres2d.zip, свободный. (Дата обращения: 12.01.2015).

57.Программа двумерной обработки и интерпретации данных сейсмотомографии ZONDST2D: руководство пользователя [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://zond-geo,ru/zfiles/ZondST2D.zip. свободный. (Дата обращения: 12.01.2015).

58.Рекомендации по изучению напряженного состояния пород сейсмоакустическими методами / Под ред. А.И. Савича, Б.Д. Куюнджича. - М. - Белград: изд. Гидропроект, 1986. - 86 с.

59. Рынская, Г.О. Разработка методики учета влияния набухания глин на петрофизические свойства песчано-глинистых пород): дис. ... канд. геолого-минералогических наук : 04.00.12 / Рынская Галина Олеговна -М., 1985. - 187 с.

60.Саваренский, Ф.П. Инженерная геология / Ф.П. Саваренский. - 2-е изд. - М.: ГОНТИ, 1939.-488 с.

61. Турчанинов, И.А. Инженерные геофизические методы определения и контроля напряженно-деформированного состояния массивов пород / И.А. Турчанинов, В.И. Панин. - Л.: Наука, 1975. - 112 с.

62.Шарапанов, Н.Н. Методика геофизических исследований при гидрогеологических съемках с целью мелиорации земель / Н.Н. Шарапанов, Г.Я. Черняк, В.А. Барон. -М.: Недра, 1974.- 173 с.

63.Шевнин, В.А. Оценка петрофизических параметров грунтов по данным метода сопротивлений / В.А. Шевнин, А.А. Рыжов, О. Делгадо-Родригес // Геофизика. -2006.-№4.-С. 37-43.

64.Электротомография: аппаратура, методика и опыт применения [Электронный ресурс] / Балков Е.В. [и др.]. - Режим доступа: http://www.nemfis.ru/etom.pdf. свободный. (Дата обращения: 25.01.2015).

65.Электротомография методом сопротивлений и вызванной поляризации / А.А. Бобачев [и др.] // Приборы и системы разведочной геофизики - 2006. - N2 - С. 14-17.

66.Geoelectrical monitoring: an innovative method to supplement landslide surveillance and early warning / R. Supper [и др.] // Near Surface Geophysics. - 2014. - №12. -p.133-150.

67.Jongmans, D. Geophysical investigation of landslides: a review / D. Jongmans, S. Garambois // Bulletin de la Societe Geologique de France. - 2007. - №178(2) - p. 101112.

68.Loke, M. H. Rapid least-squares inversion of apparent resistivity pseudosections by a quasi-Newton method / M. H. Loke, R. D. Barker // Geophysical Prospecting. - 1996. - №44(1).-p. 131-152.

69.Loke, M.H. Tutorial: 2-D and 3-D electrical imaging [Электронный ресурс]. - Режим доступа: - http://www.hs.umt.edu/geosciences/faculty/sheriff/495-subsurface%20imaging%20in%20archaeology/Sources/Loke elect_tutorial.pdf, свободный. (Дата обращения: 12.04.2015).

Фондовые источники

70.Геологическая карта СССР масштаба 1:200000: объяснительная записка / ред. М.В. Муратов. - М.: Недра, 1971. - 63 с. - сер. Кавказская, л. Ь-37-ХХУ1-ХХХИ

71.Расширение ЕСГ для обеспечения подачи газа в газопровод «Южный поток», 1 -й этап (западный коридор), для обеспечения подачи газа в объеме 31,5 млрд. м3 /год. КС Казачья: тех. отчет / ОАО «Гипроспецгаз». - СПб, 2012. - 653 с. - Т. 19, Ч. 2, Кн. 2.

72.Расширение ЕСГ для обеспечения подачи газа в газопровод «Южный поток», 1 -й этап (западный коридор), для обеспечения подачи газа в объеме 31,5 млрд. м3 /год. КС Русская: тех. отчет / ОАО «Гипроспецгаз». - СПб, 2012. - 653 с. - Т. 20, Ч. 2, Кн. 1.

73.Расширение ЕСГ для обеспечения подачи газа в газопровод «Южный поток», 1 -й этап (западный коридор), для обеспечения подачи газа в объеме 31,5 млрд. м3 /год. Южно-Европейский газопровод. Участок Писаревка-Анапа. Участок №1: тех. отчет / ОАО «Гипроспецгаз». - СПб, 2013. - 238 с. - Т. 4, Ч. 1, Кн. 1.

74.Расширение ЕСГ для обеспечения подачи газа в газопровод «Южный поток», 1 -й этап (западный коридор), для обеспечения подачи газа в объеме 31,5 млрд. м3 /год. Южно-Европейский газопровод. Участок Писаревка-Анапа. Участок №8: тех. отчет / ОАО «Гипроспецгаз». - СПб, 2013. - 218 с. - Т. 4, Ч. 8, Кн. 1.

75.Расширение ЕСГ для обеспечения подачи газа в газопровод «Южный поток», 1 -й этап (западный коридор), для обеспечения подачи газа в объеме 31,5 млрд. м3 /год. Южно-Европейский газопровод. Участок Писаревка-Анапа. Участок №9: тех. отчет / ОАО «Гипроспецгаз». - СПб, 2013. - 214 с. - Т. 4, Ч. 9, Кн. 1.