№ 5 (2019)

В инженерной геологии районов покрытого карста наиболее актуальной и сложной проблемой является локальный прогноз провалообразования. Особенно остро она стоит там, где воронки провала и оседания отсутствуют, не зарегистрированы или плохо выражены в рельефе, т.е. в районах нереализованной (потенциальной, ожидаемой) провальной опасности. В статье обсуждается один из возможных подходов к решению этой проблемы. Он базируется на сравнении объема удаленных из покровной толщи несвязных и раздробленных связных грунтов с аккумуляционной емкостью закарстованного массива – объемом полого карстового пространства, способного принимать и накапливать обломочный материал. Самый общий результат выноса грунтов в трещинно-карстовые коллекторы − их разуплотнение в области деформирования-разрушения покровной толщи. Для трех канонических схем строения этой области из уравнения баланса массы грунтов до и после разрыхления получены критические значения объема обломочного материала, дальнейший вынос которого приведет к провалу земной поверхности. Рассмотрены некоторые приемы и способы оценки аккумуляционной емкости растворимых пород и показаны серьезные отличия в прогнозировании устойчивости закарстованных и подработанных территорий с помощью обсуждаемого расчетного метода. Полученные результаты и процедура оценки устойчивости массива пород раскрываются на примере площадки строительства основных сооружений Нижегородской АЭС, которая оказалась первой в мире атомной электростанцией, расположенной на территории интенсивного развития сульфатно-карбонатного карста.

Непрерывный длительный сейсмо-экологический мониторинг обменных волн от далеких землетрясений позволил получить данные о скоростном строении геологической среды Кавминводского полигона, расположенного в пределах сейсмоопасного Минераловодского региона в Приэльбрусье. В результате исследований получена 3-мерная модель показателя анизотропности γ и показателя напряженного состояния S на разных уровнях глубин. Установлено, что характер распределения γ и S непрерывно изменяется по глубине, латерали и во времени. При этом показатель S меняется циклично. На 3-мерной скоростной модели в геологической среде Кавминводского полигона выделена высокоскоростная изометричная структура, горизонтальные размеры которой не позволяют отнести ее к местной структуре, способной вызвать высокомагнитудное землетрясение.

На основе сравнения данных изысканий дается оценка влияния порта, возведенного вблизи устья р. Мзымты, на вдольбереговой поток галечных наносов и изменение контура берега. Рассматриваются процессы аккумуляции наносов в волновой камере проницаемого юго-западного оградительного мола порта, и оценивается возможность его обхода галечным материалом. Показывается, что перемещаемые вдоль мола наносы попадают в многочисленные отвершки каньонов и уходят на глубину.

В результате низового размыва, возникшего за портом, галечный пляж перед берего-защитным сооружением, защищающим набережную от воздействия волн, исчез на участке берега протяжением около 1 км, и его размыв продолжается. Отсутствие волногасящего галечного пляжа создает угрозу разрушения берегозащитного сооружения и набережной.

Рассматриваются научно-методические вопросы определения прочностных свойств глинистых грунтов. Показано, что многочисленные противоречия теоретических положений, результатов экспериментальных исследований и расчетов с реальным поведением грунтов под действием нагрузок не могут быть в полной мере объяснены положениями традиционной механики грунтов. Причина этого заключается в том, что современная теоретическая база исследований не рассматривает особенности внутреннего строения глин.

Строение глинистых грунтов и их прочность рассматриваются с позиций физико-химической теории реальных эффективных напряжений в грунтах. Это позволило разработать новый подход к пониманию сущности и природы устойчивости и проявления прочностных свойств глинистых грунтов как дисперсных систем.

В соответствии с положениями теории проведены экспериментальные исследования с целью характеристики реальной эффективной прочности глинистых грунтов. На основе полученных результатов дана характеристика контактов различного типа.

Определена взаимосвязь реальной эффективной прочности глинистых грунтов с показателями их прочности, определенными традиционными методами по различным схемам нагружения.

Цель настоящей статьи – показать подходы к количественной оценке природной опасности на основе материалов дистанционных съемок. Исследования выполнялись на примере эрозионно-термокарстовых равнин криолитозоны. Решение задачи получено с использованием математической модели морфологической структуры эрозионно-термокарстовых равнин, сформированной на основе подходов математической морфологии ландшафта для случая асинхронного старта термокарстовых процессов – постоянной генерации новых термокарстовых понижений.

Математический анализ допущений модели позволил получить закономерности строения морфологической структуры эрозионно-термокарстовых равнин – экспоненциальное распределение площадей хасыреев, интегрально-экспоненциальное распределение площадей озер, пуассоновское распределение числа хасыреев и числа озер на пробных площадках. Анализ развития территории на основе результатов математической морфологии ландшафта показал, что в случае асинхронного старта при весьма общих условиях при прошествии большего времени устанавливается динамическое равновесие в процессах генерации термокарстовых озер и превращения их в хасыреи. При этом плотность распределения очагов термокарстовых процессов, их размеры, пораженность процессом, а также размеры хасыреев приближаются к некоторым конечным уровням.

Результаты математического анализа экспериментально проверены на 17 ключевых участках. Эмпирическая проверка позволяет сделать вывод, что ситуация асинхронного старта для эрозионно-термокарстовых равнин реализуется в природе на достаточном количестве территорий, и теоретически полученные закономерности выполняются.

Установленные закономерности были использованы для математического решения задачи вероятности поражения линейного сооружения, пролегающего в пределах ландшафта эрозионно-термокарстовой равнины.

Современные системы геотехнического мониторинга и модели развития геокриологических процессов служат оценке и предупреждению опасных динамических воздействий на объекты инфраструктуры Арктики и Субарктики России. Уровень методических разработок и приборно-аппаратное обеспечение этих систем в России недооценены в условиях меняющегося климата, растущей техногенной нагрузки и снижающегося качества инженерных изысканий и проектирования, наблюдающихся в последние годы. Поровое давление успешно исследуется на уровне образца в лабораторных условиях и в поле при проведении статического зондирования, однако динамика порового давления и физические закономерности этой динамики в грунтовых массивах остаются недостаточно изученными. По теоретическим соображениям, поровое давление должно меняться под воздействием процессов, сопутствующих промерзанию и оттаиванию, и в свою очередь влиять на активность диссоциации газовых гидратов и механические свойства грунтов. Современная аппаратно-приборная технологическая база создает новые возможности для исследования динамики порового давления в грунтовом массиве. Это открывает перспективы для совершенствования систем геотехнического мониторинга с целью своевременной защиты объектов инфраструктуры от неблагоприятных природных и природно-техногенных воздействий.

В статье рассматривается точка зрения автора – академика В.И. Осипова – на проблему, поднятую заведующим кафедрой инженерной и экологической геологии МГУ проф. В.Т. Трофимовым на страницах журнала “Инженерная геология” о потерях инженерной геологии в послеперестроечные годы. Указываются как объективные, так и субъективные причины, приведшие к спаду в развитии инженерной геологии в последние десятилетия.