Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
MISCELLANEOUS / Engineering Geodynamics / geokniga-inzhenernaya-geodinamika.doc
Скачиваний:
31
Добавлен:
03.05.2023
Размер:
8.31 Mб
Скачать
  • медленное (не всегда заметное в физическом времени) из­менение состояния и свойств геологической среды и форм рель­ефа.

    Вторая категория геологических процессов, названных нами определяющими геодинамическую обстановку территорий, прежде всего характеризуется большими масштабами, захватом больших объемов разнородных породных массивов, эффектом угрожаемос- ти и неожиданности, большой Пораженностью и разрушением тер­риторий, зданий и сооружений, иногда с человеческими жертвами, возникновением в результате нарушения природного равновесия и


    Таблица 2.2


    Подготовительные и определяющие процессы и явления


    Подготовительные


    Определяющие


    Выветривание, разуплотнение, набуха­ние, рельефообразующие процессы, реч­ная эрозия, морская абразия

    Заболачивание, подтопление

    Растворение воднорастворимых пород, трещинообразование

    Затопление

    Сейсмичность (природная и техноген­ная)

    Изменение напряженного состояния в геологической среде при откачке воды, нефти и газа


    Гравитационные процессы и явления иа естественных склонах и искусствен­ных откосах (оползни, оплывины, обва­лы, вывалы, сели)

    Просадочные явления в лессах Карст, суффозия

    Переработка берегов водохранилищ Землетрясения, гравитационные явле­ния, тиксотропия Оседание земной поверхности (уплот­нение)


    23



    формирования нового. В современных условиях интенсивного тех­ногенеза эта категория процессов и явлений часто называется «опасной» и всегда связана с определенной степенью угрозы и риска для жизнедеятельности на осваиваемых территориях.

    ГЛАВА з

    УСЛОВИЯ И ФАКТОРЫ ГЕОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ И ЯВЛЕНИЙ

    При изучении любых геологических процессов основополагаю­щей позицией является положение о том, что все они происходят в земной коре, а чаще всего в той ее части, которую мы называем геологической средой. Второй по важности следует считать пози­цию о том, что любой процесс возникает в результате взаимодей­ствия между разными средами (динамическое взаимодействие) или между компонентами одной среды (функциональное взаимодейст­вие). При этом можно выделить среду (или компоненты среды), оказывающую воздействие, и среду (компоненты среды), воспри­нимающую воздействие. На примере геологических процессов это легко показать. Абразия возникает и развивается в результате ди­намического взаимодействия литосферы с гидросферой (моря, океаны, искусственные водохранилища); последняя является сре­дой воздействующей, а литосфера — средой, воспринимающей воздействие. Процесс разрушения горных пород возникает на кон­такте взаимодействующих сред. Карст, как известно, возникает в результате функционального взаимодействия между двумя компо­нентами геологической среды — воднорастворимыми горными по­родами и подземными водами, содержащимися в этих породах и играющими роль воздействующего компонента. Горные же породы воспринимают воздействие и становятся местом формирования карстовых пустот.

    Таким образом, для возникновения геологического процесса нужна обстановка (геологические условия), в которой это собы­тие возможно при условии существования определенного воздей­ствия. Обстановка может быть более или менее благоприятной, поэтому процесс может возникнуть с разной интенсивностью, по­вторяемостью, масштабом. Эта обстановка может быть подготов­лена другими воздействиями, и это находит отражение в ее составе, состоянии и свойствах. Тогда можно говорить о чувствительности (подготовленности) обстановки к возникновению конкретного процесса при конкретном воздействии. Отсюда следует, что под условиями любого геологического процесса (природного или тех­ногенного) следует понимать набор (комплекс) признаков геологи­ческой среды, в которой его возникновение и развитие возможны. Однако этот комплекс признаков необходим, но недостаточен для

    24

    возникновения процесса. Для этого, как мы показали выше, долж­но существовать воздействие. Одно из условий возникновения оползня — это наличие природного склона или искусственного (техногенного) откоса. При отсутствии этого (назовем его непре­менным, или обязательным) условия отпадает и сама проблема возникновения оползневого процесса. Наличие же склона или от­коса далеко не всегда, однако, предполагает развитие оползневых явлений. Для этого нужны еще благоприятные условия — слабые горные породы или слабые контакты в них, подземные воды, оп­ределенная геологическая структура и т. д. Условия могут быть и неблагоприятными для возникновения оползня (скальные горные породы, отсутствие слабых контактов и подземных вод). Но и бла­гоприятные условия являются только необходимыми, но недоста­точными для возникновения процесса. Для этого опять же нужно воздействие, как правило, в виде другого процесса.

    По мнению Г. К. Бондарика (1981), в качестве условий геоло­гического (приповерхностного) процесса выступает «фиксирован­ный для конкретного процесса набор структур и свойств геологи­ческой среды, необходимый (но недостаточный) для его возникно­вения и развития». Область геологической среды, в пределах которой происходит взаимодействие и возникает процесс, названа им областью с неустойчивой структурой. Ее можно еще назвать областью, в которой условия для конкретного процесса являются благоприятными. Территории, в которых имеются подобные об­ласти, следует считать чувствительными (в разной степени) к воз­никновению и развитию конкретных процессов, что особенно важно при оценке и прогнозировании инженерно-геологических условий их освоения.

    Региональные закономерности природных геологических про­цессов и явлений определяются в первую очередь геологическими условиями территорий, т. е. их геологическим строением, геологи­ческой историей развития, тектоническими структурами, гидрогео­логическими, а также климато-гидрологическими и рельефными особенностями. Одна из известных особенностей природных гео­логических процессов и явлений — это неравномерность их рас­пространения по земной поверхности, которая связана с неравно­мерностью развития вышеперечисленных условий. Что же касает­ся техногенных аналогов природных геологических процессов и явлений, то для них очень важна следующая специфическая осо­бенность, часто нарушающая отмеченные выше закономерности, а именно приуроченность к районам интенсивного преобразования геологических условий, в которых ранее не наблюдались геологи­ческие явления: а) искусственные откосы котлованов, выемок, карьеров, дорожных насыпей, плотин, дамб и т. п.; б) искусствен­ные обнажения, сформированные с помощью буровзрывных работ и другой техники, являющиеся объектом агентов выветривания со всеми вытекающими отсюда последствиями; в) абразия речных склонов в связи с формированием искусственных водохранилищ;

    25

    г) карст в воднорастворимых породах, залегающих в основании напорных гидротехнических сооружений, которые ранее не под­вергались растворению и выщелачиванию; д) наведенная сейсмич­ность и оседание земной поверхности в районах строительства крупных искусственных водохранилищ и больших откачек воды, нефти и газа из недр и т. п. Эта специфика имеет огромное значе­ние при прогнозировании геологических процессов и явлений на осваиваемых территориях, где часто бывает справедливым выска­зывание: «событие произошло на ровном месте», т. е. раньше та­кого в данном районе не наблюдали, ибо он известен своей устой­чивой структурой.

    Проблема изучения, оценки и прогноза факторов геологичес­ких процессов как природных, так и их техногенных аналогов представляется наиболее сложной в инженерной геологии. Начнем с известного в специальной литературе и инженерной практике утверждения о том, что геологический процесс является весьма сложным и многофакторным объектом научных и прикладных ис­следований. К термину «фактор» практически всегда добавляется определение «действующий», тогда как условия обычно «сущест­вуют». Сам термин «фактор» довольно свободно трактуется и ис­пользуется. Во многих специальных источниках информации часто смешиваются понятия «фактор» и «условие», отождествля­ются понятия «фактор» и «причина», «фактор» и «агент», «фак­тор» и «процесс». Что же такое фактор? В переводе с латыни factor означает причину, но это же слово может переводиться, кроме того, как движущая сила, воздействие, вызывающее дви­жение, изменение, процесс. Влияние человеческой деятельности на природную обстановку увязывается с воздействием разнообраз­ных техногенных факторов. Вспомним первую классификацию Ф. П. Саваренского, в которой он выделил девять классов физико­геологических явлений по главной причине их возникновения, по деятельности того или другого основного фактора. Этот подход был принят впоследствии И. В. Поповым, Н. В. Коломенским, В. Д. Ломтадзе, Г. С. Золотаревым И многими другими исследовате­лями. Практическая ценность такого подхода заключается в том, что он позволяет наметить конкретные мероприятия, ограничива­ющие влияние данного фактора. И последнее замечание. Заполняя карточку любого явления (при кадастре, районировании и т. п.), нельзя не ответить четко на следующие вопросы: где (в каких ус­ловиях) произошло явление, почему (по какой причине, в резуль­тате чего), когда (современное оно или древнее).

    Итак, под факторами геологического процесса (природного или техногенного) следует понимать набор воздействий, под влия­нием которых возникает и развивается этот процесс, происходит разрушение геосреды и переход к новому равновесному ее состоя­нию. Среди этого набора есть такой фактор, который играет глав­ную роль, и его можно назвать основной причиной или спусковым механизмом (курком) проявления процесса. Без него не возникает

    26

    явления. Например, на естественном склоне долины реки массив песчано-глинистых горных пород подвергается воздействию раз­ных факторов, уменьшающих степень устойчивости склона или его части. Это выветривание, эрозия, изменение напряженного со­стояния в период паводков или ливневых дождей, вырубка лесов и т. п. На общем фоне влияния перечисленных и других факторов склон оставался внешне устойчивым. В связи с освоением терри­тории, прилегающей к долине реки, была построена магистраль­ная автодорога для грузового транспорта, которая на одном из своих участков длиной в 3 км была проложена вдоль речного склона на расстоянии не более 30 м. В первые же месяцы эксплу­атации дороги именно на этом участке произошел оползень. Экс­пертная комиссия установила, что основной причиной возникно­вения оползня явилась дополнительная динамическая нагрузка от тяжелого автотранспорта, курсирующего вдоль верхней бровки склона. Почему было нарушено равновесие природного склона, в результате которого произошел оползень, мы узнаем позже, в третьем разделе.

    В инженерно-геологических оценках и прогнозах все чаще ис­пользуются количественные показатели, характеризующие состо­яние и свойства геологической среды и силу, энергию воздейству­ющих факторов. В различных случаях и для разных процессов и явлений приходится использовать именно те показатели воздейст­вующих факторов, которые используются в существующих меха­нико-математических моделях и расчетных схемах. Известно, что подавляющее большинство природных экзодинамических процес­сов обеспечивается за счет поступления солнечной энергии и внутреннего тепла Земли, однако в наших расчетах удобнее поль­зоваться количественными показателями результатов взаимодейст­вия этих источников энергии с другими средами (атмосферой, гид­росферой, биосферой), которые нам наиболее доступны. Приве­дем простой пример. Глинистые породы набухают в результате их взаимодействия с большим количеством факторов разной приро­ды, но в качестве подготовительного процесса оползней, осадок и других явлений набухание характеризуется показателями изменен­ной прочности и деформируемости (сцеплением, коэффициентом внутреннего трения, модулем деформации). Сама же способность к набуханию, зависящая от большого числа факторов, оценивается величиной относительного набухания, которая используется в ка­честве классификационного показателя.

    В этой связи все факторы, воздействующие на геологическую среду в целом или на отдельные ее элементы, с точки зрения оцен­ки и прогноза их влияния на возникновение и развитие конкрет­ного (исследуемого) процесса или явления, можно разделить на следующие группы: факторы-агенты, факторы-процессы и фак­торы-посредники.

    К первой группе следует отнести такие факторы, воздействие которых учитывается непосредственно в подготовке и развитии

    27

    Виды техногенного воздействия на геологическую среду

    Основные действующие факторы

    Статические нагрузки от инженерных

    Давление

    сооружений

    Динамические нагрузки (взрывы, рабо­

    Колебания

    та механизмов)

    Строительные выемки, карьеры

    Изменение напряженного состояния и

    Создание подземных полостей

    гидрологических условий массивов

    Земляные сооружения (насыпи, отва­

    Давление, изменение поверхностного

    лы)

    стока

    Создание водохранилищ

    Давление воды, энергия волнения, из­менение режима подземных вод

    Создание каналов

    Эрозия, промачивание грунта

    Групповые водозаборы, добыча нефти

    Понижение уровня грунтовых вод

    и газа

    Орошение земель

    Изменение режима и состава подзем­

    Сброс и складирование промышлен­

    ных вод

    ных вод и отходов

    Нарушение растительного и почвенно­

    Изменение радиационного и влажност­

    го покрова

    ного баланса

    исследуемого процесса. Для процесса выветривания, например, таким факторами являются температура воздуха и воды, кислород, углекислый газ, органическое вещество, живые организмы. Ко вто­рой группе относятся: эрозия, абразия и выветривание, приводя­щие к развитию гравитационных процессов; подтопление, вызыва­ющее опасные явления просадки лёссовых пород на застроенных территориях. И наконец, к группе факторов-посредников следует отнести: орошение территории, посредством которого происходит увлажнение, и вследствие этого просадки в лёссах и суффозия; изменение температуры мерзлых пород, в результате которого происходит их оттаивание, и впоследствии просадка мерзлых пород и деформации зданий и сооружений, построенных с сохра­нением вечной мерзлоты. Более полная информация о трех груп­пах факторов приведена в табл.3.1.

    28

    Глава 4

    ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ГЕОСРЕДЫ С ТЕХНОГЕННЫМИ ФАКТОРАМИ.

    ПРОГНОЗ ТЕХНОГЕННЫХ ГЕОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ И ЯВЛЕНИЙ

    ИЗМЕНЕНИЯ УСЛОВИЙ ГЕОСРЕДЫ

    Все изложенное в предыдущих главах дает основание особо подчеркнуть роль человека на современном этапе развития циви­лизации в динамике земной коры. Эта роль определяет следующие направления в инженерно-геологическом преобразовании условий освоения геологической среды: 1) изменение интенсивности, мас­штабности, механизма, динамики, а иногда распространенности и направленности природных геологических процессов и явлений в связи с деятельностью человека; 2) возникновение угрожаемое™ жизнедеятельности на освоенных территориях при развитии при­родных геологических процессов; 3) развитие новых и активиза­ция древних геологических процессов в результате взаимодействия геологической среды с техногенной средой; 4) необходимость раз­работки методики управления факторами геологических процес­сов с целью ограничения их негативного влияния на устойчивость зданий и сооружений, а также с целью уменьшения ущерба, нано­симого окружающей среде; 5) изучение возможностей человека как геологической силы к искусственному созданию набора фак­торов для развития техногенных процессов, направленных на уменьшение угрожаемое™ (риска, опасности) нормальному функ­ционированию жизнедеятельности на интенсивно осваиваемых территориях со стороны природных и техногенных процессов и явлений (или, иначе, необходимость разработки методики инже­нерной защиты); 6) ухудшение инженерно-геологаческих условий освоения территорий в связи с ростом интенсивности геологачес- ких процессов и явлений, загрязнение окружающей среды и фор­мирование новых источников негативного воздействия на нее.

    О масштабах техногенных воздействий на геологическую среду можно судить по известным примерам из технической литературы. Приведем несколько из них. На южном берегу Крыма в 1980 году активизировалось большое количество крупных оползней, из которых 83 % были связаны с воздействием техногенных факто­ров. В долине реки Ангрен (Узбекистан) в связи с разработкой угольного месторождения произошли громадные оползни, два из которых (Атчинский и Затосанский) привели в движение массив горных пород общим объемом более 800 млн м3. Под влиянием гидротехнического строительства произошло большое количество оползней, просадок в лёссах, наведенных землетрясений и активи­зация карста. В горнодобывающих районах под влиянием техно­генных факторов произошли крупные оползни, оседания земной

    29

    поверхности, заболачивание, загрязнение поверхностных и под­земных вод и т. д.

    Наиболее полно техногенные процессы и явления были описа­ны Ф. В. Котловым (1978). Он выделил среди них 94 вида. При составлении атласа карт изменения геологической среды под вли­янием деятельности человека на территории Восточной Европы в масштабе 1 : 250Q000 техногенное воздействие связывалось с гор­ным делом, гидротехническим и транспортным строительством, а также со строительством промышленйых и гражданских зданий и сооружений. Это воздействие может быть направлено на активиза­цию существующих геологических процессов и на возникновение новых (даже таких, которых ранее в данном районе не было) в результате взаимодействия техногенных факторов новых сооруже­ний с геологической обстановкой. И те и другие рассматриваются как угроза для жизнедеятельности на данной территории, но неко­торые специалисты считают, что более опасными являются геоло­гические процессы, активизированные техногенными факторами. Это положение нам кажется спорным, так как активизацию всегда можно прогнозировать, а возникновение нового процесса обладает очень опасными эффектами — неожиданностью и риском. Надо выделить здесь и третий случай, когда воздействие, будучи запла­нированным (преднамеренным), может улучшить геодинамичес- кую обстановку. А. А. Махорин выделил 11 видов техногенного воздействия, активизирующих происходящие в геологической среде процессы и явления (см. табл. 3.1).

    Взаимодействие геологической среды с техногенными факто­рами приводит к процессам, обладающим определенной специ­фикой. Сама геологическая среда, в которой происходят эти про­цессы, тоже претерпевает изменения. Г. С. Золотарев (Теорети­ческие основы..., 1985) отмечает следующие особенности этого взаимодействия: во-первых, все процессы характеризуются неста­ционарным режимом; во-вторых, геологическая среда по-разному реагирует на каждое воздействие человека и стремится к адапта­ции, соответствующей силе и области воздействия; в-третьих, возникающим процессам присущи необратимость и унаследован- ность; в-четвертых, изменения отдельных компонентов геологи­ческой среды и возникновение различных процессов происходят не изолированно друг от друга, а во взаимосвязи и взаимообус­ловленности.

    Отметим, что подобные черты наблюдаются в некоторых при­родных геологических процессах и явлениях. И если факторы, вызывающие разные процессы или изменения в геологической об­становке, как правило, можно отличить по характеру, природе и интенсивности оказываемого воздействия, то для процессов, воз­никающих под влиянием природных или техногенных факторов, гораздо сложнее найти специфические черты, определяющие фак­тор (воздействие).

    30

    ПРОБЛЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ И ПРОГНОЗИРОВАНИЯ

    Нам представляется, что управлять процессами геологической природы, развивающимися под влиянием большого количества факторов естественного или искусственного происхождения, очень трудно и малопродуктивно, а главное не всегда безопасно для человека. Насколько успешно можно управлять селем, ополз­нем, обвалом, карстом, просадкой и т. п.? Если и можно изменить ход данного процесса, то необходимо приступать к этому на на­чальных (подготовительных) стадиях его развития. Совсем другое дело — управление факторами, а еще лучше — главным факто­ром, основным источником энергии, под воздействием которого развивается процесс и возникает результат его взаимодействия с геологической средой или отдельным ее компонентом. Например:

    а) управление техногенным воздействием в виде изменения напря­женного состояния склонового или откосного массива, вызванного его подрезкой или загрузкой; б) управление подъемом уровня грун­товых вод, приводящего к просадке лёссовой толщи на застроен­ной территории; в) управление формированием гидравлического градиента фильтрационного потока, вызывающего суффозию в не­однородных песках или создающего дополнительное гидравличес­кое давление в откосном массиве, которое приведет к его сполза­нию и т. д. Можно согласиться с утверждением о том, что управ­ление природой д!ля человека — это утопия. Но нужно говорить о пределах допустимых воздействий на природу, т. е. о так называе­мой «красной черте» (Кожевина, 1999).

    Под управляющим воздействием (термин, используемый в рабо­те Г. К. Бондарика (1981)), о котором по существу здесь идет речь, имеется в виду воздействие человека на геологическую среду, в результате которого происходят целенаправленные ее изменения. По-видимому, надо различать взаимодействия управляемые и уп­равляющие. Первая группа — это такие взаимодействия, в кото­рых сравнительно просто можно усилить или ослабить влияние главных факторов и в результате получить требуемый эффект. На­пример, взаимодействие между толщей горных пород и напорным водоносным горизонтом, в результате которого при проходке под­земного сооружения может произойти водный прорыв, является легко управляемым, ибо для уменьшения угрожаемости этого про­рыва необходимо провести снижение напора воды до безопасной величины. Управляющие взаимодействия обязательно предполага­ют преднамеренность, планомерность, прогноз (как правило, ко­личественный) ожидаемого результата и его эффективности.

    Управляющие функции любого взаимодействия закладываются в первую очередь в воздействующие факторы и реже в процессы, направленные на изменение состояния и свойств геологической среды или отдельных ее компонентов. Как правило, эти функции имеют защитный характер, направленный на обеспечение эколо­гической безопасности жизнедеятельности (устойчивость зданий,

    31

    сооружений, территорий, охрана ресурсов недр, растительного и животного мира), и как исключение они могут иметь разрушитель­ный характер, главным образом строительные и горные работы, предназначенные для решения конкретных хозяйственных и инже­нерных задач. Примером последних могут служить направленные взрывы для разрушения пород и строительства насыпных сооруже­ний (плотин, дамб, дорог и др.).

    Отсюда вытекает еще один важный вывод о том, что нужно прогнозировать, оценивая опасность (угрожаемость) геологичес­ких процессов и явлений на освоенных и осваиваемых территори­ях. Здесь мы разделили эти два типа территорий не случайно. Из­вестно, что в ряде случаев освоение территории практически за­кончено. Построен гидроузел (водохранилище и ГЭС), дороги к нему, населенные пункты, заводы, фабрики, функционируют водо­снабжение, канализация и т. д. Идет нормальная жизнедеятель­ность, но она находится под угрозой тех процессов, наблюдения за которыми уже прекратились, инженерная защита приостановлена в силу различных причин, а сами процессы вошли в стадию режи­ма затухания. Как показывает практика, в подобных районах «не­ожиданно» происходят незаметные, подготовительные изменения, которые заканчиваются активизацией некоторых процессов с весьма неблагоприятными последствиями. Заработал опять какой- то из ранее действовавших факторов, появился новый фактор как следствие жизнедеятельности человека, растительности и живых организмов. Далее мы покажем эти изменения на конкретных при­мерах.

    Интенсивно осваиваемые территории находятся все время под влиянием техногенных факторов в действии или в проектах. Здесь проводятся инженерные изыскания, научные исследования и на­блюдения, разрабатываются защитные мероприятия, идет рекуль­тивация земель и т. д. На таких территориях применяются совре­менные технологии строительства, что предполагает эффективные и совершенные методы рационального использования природных ресурсов и охраны окружающей среды. В этих условиях борьба с последствиями техногенного воздействия на геологическую среду может проходить легче.

    Исследования сложных процессов, без сомнения, представляют большой интерес для формирования теоретических представлений о них как о многофакторной системе, где все связано воедино, взаимообусловлено и подчиняется определенным законам и зако­номерностям, многие из которых мы еще не знаем, но стремимся выявить для решения фундаментальных задач, стоящих перед ин­женерной Оологией в целом. С другой стороны, возрастает риск, что интенсивный техногенез, развивающийся по закономерностям, отличным от большинства природных, создает определенную опасность для жизнедеятельности. Достаточно вспомнить, как рас­тет распространенность и интенсивность техногенных процессов разной природы в общей экосистеме, чтобы прийти к выводу о

    32

    совместном развитии фундаментальных исследований и исследова­ний, нацеленных на ограничение негативного техногенного воз­действия на окружающую среду. Это, как нам кажется, возможно сделать в области инженерной (экологической) геодинамики, уси­лив научно-прикладное направление, связанное с разработкой основ методов прогнозирования воздействия отдельных техноген­ных факторов на развитие геологических процессов с целью уп­равления ими в нужном русле для решения задач защиты террито­рий как среды для жизнедеятельности человеческого общества без природных бедствий и чрезвычайных ситуаций.

    Действительно, если взять на вооружение известный принцип JIe-Шателье, в соответствии с которым любая система считается устойчивой (жизнеспособной), если в ответ на внешнее воздейст­вие, дестабилизирующее ее состояние, в ней возникнут процессы (реакция противодействия), ликвидирующие неблагоприятные последствия, то, развивая далее мысль о процессах противодейст­вия, можно утверждать, что они могут возникнуть под влиянием запланированной (преднамеренной) деятельности человека. И это вполне вписывается в задачи управления факторами, защищающи­ми систему от дестабилизирующего воздействия. Считается, что геосреда является одним из многих абиотических компонентов экосистемы. Устойчивость последней обеспечивается результата­ми взаимодействия трех сред: техногенной, биологической и гео­логической. Коэффициент устойчивости экосистемы Ка принима­ется как произведение коэффициентов устойчивости трех сред (техногенной Кт, биологической К5 и геологической Кг), т. е. Кэ = Кт - К6 - Кг2. 1. При этом Кт < 1, а Кб ■ Кг > 1 (Кожевина, 1999).

    Природная экосистема, как и любая природная система, стре­мится сохранить устойчивое равновесное состояние, и ее деструк­ция (разрушение) происходит под воздействием техногенеза. Таким образом, деятельность человека, по мнению многих иссле­дователей, является деструктивной, а ответная реакция природы, приводящая к разрушению техносферы, является процессом кон­структивным (созидательным). Но это верно только в том случае, если человек обладает разрушительной силой, соизмеримой с гео­логической. Здесь мы старались показать деятельность человека как результат работы «сферы разума», т. е. как созидание и защи­ту, способные усилить защитные функции природы при управле­нии факторами-воздействиями.

    ЗАДАЧИ И МЕТОДЫ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ТЕХНОГЕННЫХ ГЕОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

    По итогам проведенного анализа современного состояния гео­логической среды в результате ее взаимодействия с другими среда­ми основными задачами инженерной (экологической) геодинами­ки можно считать:

    33

    • исследования с последующей оценкой геодинамической об­становки перспективных районов интенсивного освоения челове­ком;

    • оценка изменений инженерно-геологических условий осво­енных территорий в результате техногенных воздействий;

  • установление основных закономерностей развития техно­генных геологических процессов и явлений;

  • определение основных причин аварийных и чрезвычайных ситуаций;

  • разработка методов оценки угрожаемости окружающей среды при эксплуатации инженерных сооружений;

  • разработка методов оценки чувствительности к техноген­ным воздействиям и потенциальной защищенности территории от них;

  • развитие методов исследований и наблюдений на геодина- мических мониторингах разного масштаба;

  • разработка основ теории взаимодействия геологической среды с инженерными сооружениями, строительными и горными работами.

    Конечная цель решения поставленных задач определена многи­ми известными специалистами в области инженерной геологии, и, хотя ее формулировка менялась с развитием науки, общая принци­пиальная направленность этой цели сохранилась и сводится к сле­дующему: обеспечение экологической безопасности жизнедеятель­ности в условиях интенсивного воздействия на геологическую среду различных природных и техногенных факторов, вызываю­щих геологические процессы и явления. Это может быть осущес­твлено при направленности человеческой деятельности на управ­ление ее результатами в сфере ограничения масштабов факторов воздействий и проявлений опасных геологических процессов, а также на улучшение методов и качества инженерных изысканий, проводящихся на осваиваемых территориях, на организацию и функционирование геодинамических мониторингов разных масш­табов.

    Для решения поставленных задач и достижения конечной цели инженерная геодинамика должная иметь хорошо разработанную систему инженерно-геологического прогнозирования изменений, возникающих в геологической среде в виде геологических процес­сов и явлений под воздействием различных факторов природного и техногенного происхождения. Информация, получаемая в ре­зультате выполнения прогнозов, используется для решения ответ­ственных задач по определению характера, масштабов и сроков ожидаемой угрожаемости и риска данного процесса для конкрет­ных сооружений и объектов жизнедеятельности на конкретной территории. Поэтому эта информация должна быть объективной, достоверной, надежной и выраженной в количественной форме. Главной проблемой инженерной геодинамики Е. М. Сергеев (1971) считает «количественный прогноз экзогенных и эндогенных про­


    34



    цессов в пространстве и времени и по их интенсивности с целью предотвращения возникновения или уменьшения их вредного вли­яния». Известно, что в настоящее время качественные прогнозы играют положительную роль в работе изыскателей и проектиров­щиков на начальных стадиях проектных разработок. Что же каса­ется количественных показателей, отвечающих на такие важные вопросы, как: когда, с какой интенсивностью и в каких масшта­бах, то надо признать, что выдаваемые результаты обладают невы­сокой точностью и надежностью. Более двадцати лет назад в спе­циальной литературе отмечалось следующее (Ломтадзе, 1977): «Разработка основ и методов такого прогнозирования (имеется в виду прогнозирование геологических процессов и изменение ин­женерно-геологических условий территории. — И. И.) пока нахо­дится на самых начальных стадиях и не вышла за пределы осоз­нанной необходимости». За эти двадцать лет многое изменилось в инженерной геологии, в том числе и в прогнозировании геологи­ческих процессов и явлений. Это нашло отражение в научных ис­следованиях ВСЕГИНГЕО, ПНИИИС, РАН, Гидропроекта и дру­гих, в ряде монографий и статей. Свидетельством определенного прогресса может послужить статья сотрудника «Гидропроекта» В. В. Кочкина, в которой ставится вопрос о прогнозе чрезвычай­ных ситуаций и обеспечении безопасности объектов на примере оползневых процессов техногенного происхождения с применени­ем синергетического подхода. Он строит свой прогноз на базе изу­чения режима развития процесса по некоторому показателю, изме­няющемуся во времени (рис. 4.1). По существу этот график анало­гичен графику реологического процесса в глинистых породах. Те же характерные стадии и тот же результат — два варианта разви­тия последней стадии: прогрессирующая или затухающая ползу-

    Рис. 4.1. Пример анализа изменения режима оползневого процесса во времени (по В. В. Каякину, 1999).

    R =fit), где R — некоторый показатель процесса. Участок 1—2 — линейный устой­чивый режим; участок 2—3 — нелинейный неустойчивый режим; точка 2 — флукту­ация, точка 3 — бифуркация (разрушение); Кс — критерий стабильности, Кб — кри­терий безопасности, К3 — критерий экстремальности; а — вариант разрушения сис­темы, б — вариант затухания процесса.

    35

    честь. Подход правильный и не новый, но для его применения необходимы прежде всего стационарные наблюдения.

    О важности проблемы прогнозирования свидетельствует моно­графия А. В. Садова (1988), посвященная аэрокосмическим мето­дам в инженерной геодинамике. Отметим интересный опыт автора изменить сугубо отрицательное отношение специалистов (геоло­гов, строителей, горняков и др.) к геологическим процессам и яв­лениям, считающих главной задачей науки обоснование методов борьбы с их вредными последствиями. Многие процессы, по мне­нию А. В. Садова, особенно те из них, которые развиваются под влиянием человека, имеют положительный эффект. По всей веро­ятности, к ним следует отнести процессы, возникающие в резуль­тате управляющего взаимодействия геологической среды с предна­меренной, планомерной, защитной деятельностью человека.

    Прогнозирование геологических процессов и явлений является очень важной и сложной частью инженерно-геологического про­гнозирования при изучении территорий. Как известно, по масшта­бу прогнозы делятся на глобальные, региональные (для больших территорий) и локальные (для конкретных строительных объек­тов), по времени прогнозируемого события — на футурологичес­кие (перспективные), долгосрочные и краткосрочные, по степени достоверности — на ориентировочные и детальные (точные), по способу выражения — на качественные и количественные. Для большинства техногенных процессов используется комплекс ло­кальных краткосрочных детальных количественных прогнозов. Это происходит не потому, что так лучше и эффективнее, а из-за систематического отсутствия своевременной востребованности прогнозов геодинамически* процессов. Чаще их приходится раз­рабатывать в «пожарном порядке» в местах аварийных событий или катастрофических последствий.

    Особо следует изложить состояние методического и материаль­ного обеспечения геодинамических прогнозов. При этом отметим, что отделение процесса разработки прогнозов от других видов работ при изучении инженерно-геологических условий конкрет­ной территории весьма условно. Не случайно об одной и той же информации говорят как об оценке, прогнозной оценке, прогнозе, рекомендации и т. п. Собственно прогноз означает предвидение, предсказание некоторого события. Основные задачи прогноза могут быть сформулированы следующим образом:

    • обоснование возможности возникновения определенного процесса (или процессов) на исследуемой территории;

  • определение мест (районов, участков) возникновения раз­ных процессов, их приуроченность к определенным геолого-гео- морфологическим структурам и элементам;

  • составление прогнозных моделей процессов с указанием механизма, морфологии, размеров;

  • определение времени возможного возникновения процессов и их стадийность;


    36



    • определение интенсивности (скорости, динамики) отдель­ных типов прогнозируемых процессов;

    • обозначение объектов, которые могут оказаться в сфере влияния прогнозируемых процессов, степень угрожаемое™ и ин­женерного риска;

  • Соседние файлы в папке Engineering Geodynamics