
- •Раздел I
- •Теоретические основы инженерной геодинамики
- •Глава 1
- •Глава 2
- •Техногенные геологические процессы и явления
- •Подготовительные и определяющие процессы и явления
- •Глава 4
- •Геологические системы и их модели, по а. А. Махорину (Теоретические основы..., 1985)
- •Глава 5
- •Классификация (сопоставление) природных геологических и инженерно-геологических процессов (по и. В. Попову, 1951)
- •Глава 6
- •Раздел II
- •Эндогенные геологические процессы и явления
- •Глава 7 сейсмические явления
- •Природные землетрясения
- •Причины землетрясений
- •Оценка силы землетрясений
- •Глава 8
- •Глава 9
- •Раздел III
- •Природные и техногенные экзодинамические процессы и явления
- •Глава 10
- •Глава 1 1
- •Переработка берегов
- •Глава 12 эрозионные процессы
- •Средние скорости течения рек, по г. П. Горшкову и л. Ф. Якушевой (Горшков, 1982)
- •Глава 13
- •Глава 14
- •I группа факторов, изменяющих свойства горных пород, слагающих склон или откос
- •II группа факторов, изменяющих напряженное состояние горных пород прноткосного массива
- •Характерные признаки оползневого процесса на отдельных стадиях его развития
- •I. Подготовительная стадия
- •Методы прогнозов оползневых процессов (по Современные методы»., 1981)
- •1 Фактическое число проявлений по годам; 2 — их прогнозное значение.
- •Глава15
- •I Преобладает пылеватая фракция (0.05-0.002 мм) с содержанием более 50 %. Глинистая фракция (диаметром менее 0.002 мм) не превышает 25-30 %
- •Глава 16 карстовые явления
- •I, II, III и IV — вертикальные; а,БиВ — горизонтальные
- •Оценка закарстованности и прогноз устойчивости территорий и сооружений
- •Глава 17
- •Глава 18
- •Глава 19
- •Глава 20
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
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
29Глава 4
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;