книги из ГПНТБ / Опыт оценки устойчивости склонов сложного геологического строения методом конечных элементов и экспериментами на моделях

пород в районе

створа плотины в ы д е р ж а н ы

по

простира­

нию, но мощности их варьируют, наблюдается

з а м е щ е ­

ние

одной литологической разности другой,

выклинива­

ние

прослойков

глин и другие фациальные

изменения,

пность

массива .

Н а

размытой

поверхности палеозойских

глинистых

пород

з а л е г а е т

слой

мелких

глинистых

глауконитовых

плотных

рыхлосцементированных песков

сеномана

р а з л и ­

чной

мощности, от 2-3 м на

правом д о

5-6

м

на

левом

берегу Д н е с т р а .

Выше з а л е г а е т т о л щ а

ж е л т о в а т о - с е р ы х

слоистых мергелей сеномана, и н о г д а песчанистых

и о ж е -

лезненных ,

со

стяжениями

кремней мощностью

д о 4 0 -

45 м .

В ы ш е л е ж а щ и е нижненеогеновые отложения в ниж­

ней

части

представлены серыми мелкими

и з в е с т к о в и с -

тыми

и глинистыми

песками

с тонкими

линзами

тыми

конкрециями

общей мощностью от 5-6 м

на л е ­

вом

д о

20 м

на

правом

берегу

Д н е с т р а ( рис.

6-1).

Верхняяя

часть

нижнего

неогена

представлена

ж е л т о в а ­

ского яруса,

неясно - слоистыми,

средней

прочности, м о ­

щностью от

нескольких д о

20

и

более метров

в

з а в и с и ­

мости от величины р а з м ы в а их кровли в последующее

плиоценовое

и четвертичное

время .

В отличие от палеозойских и протерозойских

толщ

залегание сеноманских и нижненеогеновых пород

х а р а к ­

теризуется общим падением в сторону левого

берега .

Так в створе

плотины п о д о ш в а

тортонских

известняков

на правом берегу Д н е с т р а

на 6

м

выше, чем

на

левом,

следующими

номерами:

протерозойские от №46

в осно ­

вании д о

№34 вкл.; палеозойские №Nç 33 и 32:

верхне ­

меловые

№№ 29-28

и нижненеогеновые № № 21

и 20.

Слои от

№

27 д о

№ 22

и д р у г и е отсутствуют,

в р а з р е -

з е

мезокайнозойских пород

данного

района.

В

гранитах

архея, глинистых

и песчаниковых

поро­

д а х

протерозоя и в карбонатных

толщах

сеномана

и

тортона

развиты

тектонические

трещины: а)

почти

в е р т и ­

кальные, четко выраженные, 2-х преобладающих

систем

простирания: первая СЗ - 40 - 60

и

вторая СВ - 320 -

330

и б) 2 системы узких наклонных трещин с углами

падения

4 0 - 45 ,

почти

перпендикулярные

д р у г д р у г у .

К р о м е того в породах

широко

распространены

л и т о г е -

нетические трещины . В песчаниках тектонические

т р е щ и ­

ны

прослеживаются отчетливо, имеют

наибольшую

ш и р и ­

ну,

в то время как в аргиллитах,

алевролитах

и м е р г е ­

лях

наиболее

крупные

вертикальные

тектонические

т р е ­

щины

рассекают

массив пород,

примерно, через 20 - 3 0 м,

а узкие

трещины

встречаются

через

3- 5 м .

В

зонах

разгрузки напряжений

и

выветривания

т е ­

ктонические трещины и в меньшей

степени

л и т о г е н е т и -

ческие расширены и преобразованы.

У поьорхности

скло ­

нов

трещины

в

песчаниках

достигают

ширины

д о

10 -

20

см ;

глубина

экзогенного изменения

пород и

о б р а з о ­

вания

глинистых

продуктов

выветривания

по крупным в е ­

ртикальным

трещинам

значительная,

вероятно,

несколько

д е с я т к о в

метров .

Плиедено^ые_и_чет^е£тичные

от^о^сения_и__тер£асьі_

р_.Днестр. Приводораздельные склоны

с

поверхности

с л о ­

ж е н ы бурыми пылеватыми делювиальными

суглинками

мощностью

от 1-2 д о

6-8 м и более,

подстилаемыми

песками и глинами плиоцена. Кровля плиоценовых

о т л о ­

жений расположена в пределах возвышенностей,

приле ­

гающих

к долине

Днестра, на 160-170 м

над

его

у р е ­

зом; Распространение и мощности плиоценовых

о т л о ж е ­

ний ~не

установлены, так как они вскрыты

единичными

скважинами на небольшую глубину. Например, на п р а ­

вом берегу

Д н е с т р а они имеют

мощность

около 8 - Ю м

( скв.

3646

и др . ) .. Расположение

речной

сети

плиоцено­

вого

времени

и соответствующих

отложений

с у щ е с т в е н ­

но

иное, чем

в

четвертичных;

д л я

описываемого

р а й о ­

на

не

выявлено,

была

ли и

г д е

неогеновая

переуглублен­

ная

долина

Д н е с т р а . Плиоценовые

отложения

п р е д с т а в -

лены вверху

серо-желтыми, пестро окрашенными м е л к и ­

ми песками

с галькой,

подстилаемыми

з е л е н о в а т о - с е ­

рыми слоистыми пластичными глинами.

Характерной

особенностью

залегания

аллювиальных

четвертичных отложений

долины

Д н е с т р а

в описываемом

районе является

высокое положение их л о ж а ; все н а д ­

альных

толщ

представлены

песчано-галечниковыми

о б ­

разованиями,

а верхние - суглинисто-лессовыми

п о р о д а ­

ми, причем

степень

их облессования

значительно

увеличи­

вается

на

древних

террасах .

Н а склонах

р . Д н е с т р

ш и р о ­

ко

распространены

оползневые,

осыпные

и делювиальные

четвертичные

отложения. Схема

геологического

строения

долины

Д н е с т р а представлена

на рис. 6—1.

Данные

Великанова В.А.(1968),

Укргидропроек-

т а

(1Ѳ69),

И . Д . Гофштейна (I960.) и других о строении

террас Д н е с т р а в описываемом

районе

представлены в

таблице

6-1.

Д р у г о й

характерной

геоморфологической

особенно­

стью

долины

Д н е с т р а является

смена цокольных

н а д ­

пойменных террас обвально-осыпными или оползневыми

склонами,

обусловленная

попеременными

п о д м ы ­

вами разных берегов Д н е с т р а .

Анализ

строения,

высот

и распространения

четвертичных

и плиоценовых

т е р р а с

Д н е с т р а позволяет

с д е л а т ь

вывод

об

энергичных

н е о т е ­

ктонических неравномерных поднятиях и интенсивном

размыве русла и основания оклонов на отдельных

участ ­

ках

долины,

что приводило

к формированию

крупных

оползней,

которые

в последующее

время

перерабатыва ­

лись процессами смыва и перекрывались

делювием .

ХІод^е^лньіе воды^ В протерозойских и палеозойских

отложениях распространены подземные воды п л а с т о в о -

трещинного

типа,

участками

обладающие

небольшими

вролитах и .по-видимому, обладают

затрудненной " г и д ­

равлической

связьда.

Однако " э т а ж н о с т ь " в

распростра­

нении подземных вод

- типичная

гидрогеологическая

особенность

района.

Карбонатные

отложения

верхнего

м е ла

и тортона

являются

обводненными, на

отдельных

участках расходы

родников,

приуроченных к ним,

д о с т и ­

гают

2,5 л / с е к .

В

присклоновых зонах

трещины выветривания

и р а з ­

грузки

оказывают

дренирующее

влияние на п о д з е м н ы е

воды

в ы ш е л е ж а щ и х пачек,

что

обусловливает

низкое

основании,

и дренированы

оврагами, особенно

на л е в о б е ­

р е ж ь е Д н е с т р а .

Основными

особенностями геологического

строения

и истории

формирования

долины р . Д н е с т р в

районе

проектируемой

плотины, оказывающими

существенное

влияние на

развитие оползней и современную

устойчи­

вость склонов,

являются

литологически

разнообразные

комплексы

слоистых протерозойских, палеозойских . м е ­

зозойских

и кайнозойских

пород, широко

распространен ­

гидрогеологические

условия,

интенсивные

неравномерные

неотектонические д в и ж е н и я ,

обусловившие

цокольный

тип

террас Д н е с т р а ,

отсутствие переуглублений Д н е с т ­

ра,

типичных

д л я

других

районов и рек

Русской

пла­

тформы .

Оползни и

современная „ у с т о й ч и в о с т ь с к л ш ю в

Д н е -

достаточно прочных

и трещиноватых

терригенных поро­

д а х протерозоя и палеозоя

происходит

в своеобразных

условиях,

что определяет

их типы, историю и механизм

развития .

В ы ш е л е ж а щ и е карбонатные е

и рыхлосцементи -

рованные

песчаные

породы

сеномана

и

неогена скорее

всего являлись пригрузкой,

с о з д а в а я высокие н а п р я ж е ­

ния в прослоях глин протерозоя; они вовлекались в опо ­

лзневое смещение . Н а

крутых (30 - 4 0 ) обвально - осып -

ных склонах происходит

отчленение отдельных глыб и

блоков

известняков тортона и их

последующее

с к а т

ы ­

вание

или

медленное перемещение ( с м . р а з р е з ы

П ; 1

,

на рис . 6 - 2)

. В рассматриваемом

районе долины

Д н

е с т -

AR + + -+ +-+ Архей: граниты серо-розовые,

трещиноватые;

отдельные

крупные глыбы известняков;

водоносные

пласты;

трещины крупные: а) экзогенные (отпора, выветривания);

б) тектонические (основные),

почти_,вертикальные, прости­

Т а б л и ц а

6-1

Террасы

Высота над

Полохение

Возраст аллювия

Днестра

урезом Днестра,

цоколя тер-

слагающих

террас

м

расы(по-

допгеы аллю­

вия) над

урезом, н

Пойма

5-6

- 3; +2

голоденовый

1-я надпоймен­

0 ;+ 3

русловые фации,

ная

10-12

верхнеплейстоце-

новы й^-голоцено вый-

рных подвижках на относительно

пологих склонах

возни­

кают

оползни

меньших размеров,

представленные

п а к е ­

тами и глыбами песчаников, мергелей, известняков и

алевролитов с

гнездами и линзами увлажненных щ е б н и с т о -

глинистых перемятых м а с с . Кроме

того,

встречаются

сплывы и оплывины щебнисто-глинистых

м а с с

на

о б в о д ­

ненных крутых частях

склонов.

Общая устойчивость высоких

склонов

Д н е с т р а

м о ­

жет быть нарушена крупными оползнями-блоками и поэ­

тому

анализ условий и факторов их возникновения

и

м е ­

ханизм развития имеет большое

значение. К

элементам

геологической

среды

и действующим факторам, о п р е д е ­

ляющим возникновение крупных оползней в терригенных

толщах протерозоя и палеозоя ,

следует

отнести:

-

частое чередование слоев

алевролитов,

аргиллитов

и песчаников, среди которых на участке створа обнару ­

жено

более 20

тонких

прослоев

(от

1-2

д о

15-20

смі

серо-зеленых

и фиолетово-коричневых

глин;

-

наличие

толщи (мощностью более ЗОм) пород

о е -

номана и тортона и большая высота склона (ISO

в

б о ­

лее

м е т р о в ) ,

обусловливающих

значительные

е с т е с т в е н ­

ные

напряжения в породах протерозоя;

валами в

несколько

д е с я т к о в

метров, более частыми

у з ­

кими

наклонными

(

i~ 40 - 50

)

почтя

взаимно

перпенди ­

кулярными и тонкими прерывистыми трещинами,

п р о т я ж е н ­

ностью д о

Ю - 20

м ;

-

выветриваемость

пород

протерозоя

и палеозоя,

особенно глинистых,

а т а к ж е

мергелей

сеномана

как

с

поверхности, т а к

н

по

тектоническим

трещинам

и с л о и с ­

тости,

что

влечет

значительное

снижение

их прочности;

-

расширение

тектонических

трещин

и

общее

р а з у п л о ­

тнение массива пород в результате

процессов

р а з г р у з ­

ки естественных

напряжений

и

выветривания при

э р о з н -

онных врезах и подмывах склонов,

что вызывает

и з м е ­

нение механических

свойств

толщи

и

перераспределение

напряжений;

-

увлажнение подземными

водами

поверхностей

и

з а ­

полнителя

многочисленных

трещин напластования

и т е к ­

тонических, расширенных

экзогенными

процессами,

и

прослоев

глин,в результате которого

происходит

резкое

снижение

прочности

массива

пород по

сложной

п р о с т р а н ­

ственной

системе

контактов;

-

интенсивный

односторонне-направленны й подмыв

б е ­

р е г а

Д н е с т р а в ливневые

и

весенние

паводки, а

т а к ж е

развитие

глубоких

оврагов,

что вызывает

увеличение

крутизны

высокого

склона

и

м о ж е т

привести в

условиях

слоисто-блочного строения массива пород к локальным

зонам

с

высокими

значениями

скалывающих

напряжений.

В

долине Д н е с т р а ,

на

протяжении

нескольких

д е с я ­

тков

километров встречаются

130— ISO

метровой высоты

осыпные, оползневые, смыва и делювиальные,

н а х о д я щ и ­

еся

на

различных стадиях формирования и с разной

с т е ­

пенью

устойчивости.

Характерные

примеры склонов

р а з ­

ных

типов

приведены

на

совмещенных

разрезах

(рис . 6-2)

и на

р а з р е з е

оползневого

правого

берега Д н е с т р а

у

Малого

оврага

(рис.

6-3).

Д е т а л ь н о е

инженерно - геологи ­

ческое

картирование

показало,

что

подмываемый у ч а с ­

ток

правого

берега Д н е с т р а , характеризуемы^

разрезом

1 , имеет среднюю крутизну склона

около

40

и р а з в и ­

вается

как обвально-осыпной.Другой

п о д м ы в а е м ы й

участок

на

левобережье

Д н е с т р а

( р а з р е з

П . рис . 6-2)

при

той

же

высоте

и

аналогичных

породах,

но

со

средней

крути ­

зной

28-30

,

формируется

как

оползневой

с

2 - м я

о с ­

новными генерациями верхнеплейстоценовых и голоцено-

вых оползней. Сопоставление геологических

р а з р е з о в

склонов

выявило , что на первом

правобережном

у ч а с т ­

ке,

г д е

нет оползней, отсутствуют

прослои

серо - зеленых

и

фиолетовокоричневых глин и

обводненность

м а с с и в а

пород

значительно

м е н ь ш е , так

как

подземные

воды

дренируются

глубокими оврагами . Н а 2 - м

левобережном

у ч а с т к е , г д е

развиты

оползни.отмечены

прослои глин

и боль -

ш а я обводненность

пород.

Вблизи

створа

плотины

строение и морфология пра ­

вобережного

склона

Д н е с т р а

150 - метровой высоты су ­

щественно отличается

от вышеописанных ( р а з р е з Ш,

рис. 6-2). Склон имеет однообразный профиль и

среднюю

. г-О

крутизну около 15 ; под делювием скважинами

вскрыты

остатки верхнеплейстоценовых

блоковых оползней. Н а

менной

террасы Д н е с т р а или высокой поймы.

Обращает

внимание, что оползневые

т е л а представлены

п р е и м у щ е ­

ственно

смещенными

пакетами и глыбами и

щ е б н и с т о -

глинистыми массами

из

разрушенных терригенных по ­

чаных

пород сеномана

и тортона очень

мало .

Н а

смежном

со створом участке

у

Малого

оврага

( рис. 6-3) правый

склон

Д н е с т р а имеет

высоту

80

м >

среднюю

крутизну

около

ЗО

и сложен

терригенными

по ­

родами

протерозоя

и палеозоя. Н а нем четко

выделяются

д в е

оползневые

ступени,

к

нижней из

которых

к о е - г д е

прислонен верхнечетвертичный и голоценовый аллювий

Р а з ­

ведочными скважинами установлено, что оползни

сформи ­

ровались

в терригенных породах протерозоя

и

палеозоя

и

имеют

мощность

д о

20-25

м. Следов

современных

по ­

д в и ж е к

на этом склоне

не

обнаружено.

П о д ы т о ж и в а я

имеющиеся

данные

о

строении,

типах

и

развитии склонов

Д н е с т р а

в

описываемом

районе

м о ж ­

но

высказать следующие

предположения.

1. При отсутствии или единичных прослоях

глин

с р е ­

ди

протерозойских

терригенных

пород

и относительно

ма ­

лой

обводненности

в результате дренирования

подземных

вод глубокими оврагами и в условиях

интенсивного

р е ч ­

ного подмыва формируются обвально-осыпные

склоны,вы­

сотой

130-150

м

и максимальной средней

крутизной

д о

40

;

оползней

на таких

склонах нет. Они находятся

в

состоянии близком

к предельному равновесию,

на них п е ­

риодически происходят

обвалы

малых

глыб

известняков

и

почти

непрерывные

осыпи

выветрелых. мергелей,

а л е ­

вролитов и песчаников . Такие

обвально-осыпные

склоны

( р а з р е з

1, рис. 6-2

) следует

отнести

к

потенциально