8(499) 350-23-58 8(495) 249-26-57
Инженерная геология в окрестностнях с. Константиново Рязанской области
Долина р. Оки на этом участке врезана в среднечетвертичную моренную равнину, имеющую абсолютные отметки поверхности 140-150 м. Правый склон долины на протяжении 4 км поражен оползнями. Будут осмотрены центральная, а также восточная краевая часть оползневого участка, в пределах которой располагается гидроузел Кузьминское, построенный в начале XX в. по проекту Н.П. Пузыревского. Высота склона над урезом воды в р. Оке составляет 45-55 м, общая крутизна 10-12 град. На склоне четко выделяется верхняя крутая (до 30 град.) часть высотой до 22 м, являющаяся надоползневым уступом (стенкой срыва) описываемых оползней, см. рис.
Нижняя часть склона шириной до 250 м имеет превышение над урезом воды в р. Оке 35-37 м и общую крутизну всего в несколько градусов. Для нее характерен специфический бугристо-грядовый рельеф, хорошо прослеживаемый вследствие незалесенности склона.
Бугры длиной в несколько метров, располагаясь кулисообразно друг к другу и параллельно или под некоторым углом к реке, формируют три-четыре гряды или оползневые ступени. На большей части осматриваемого участка сохранился естественный рельеф. Лишь его восточный край при строительстве гидроузла и сопутствующих строений подвергая значительной планировке – поверхность нижней оползневой ступени была частично снивелирована и замощена бутовым камнем для предохранения от размыва.
Кроме того, судя по изменению конфигурации береговой линии и составу пород, вскрытых при бурении, была произведена отсыпка материала как на нижнюю ступень, так и в русло реки. При этом было достигнуто как выполаживание оползневого склона за счет отодвигания береговой линии, так и пригрузка его нижней части.
ОПОЛЗНЕВЫЕ ПРОЦЕССЫ
Оползни на участке Константиново-Кузьминское по механизму смещения относятся к оползням выдавливания, по строению тела – к блоковым. Основным деформирующимся горизонтом являются глины оксфордского яруса юрской системы. Они имеют монтмориллонитовый состав, удельная и объемная масса составляют соответственно 1.67-1.7 г/см3 и 2.66-2.78 г/см3; характерны высокие значения числа пластичности (42-44), пористости (39-52%) и естественной влажности (33-43%). По данным лабораторных исследований, проведенных по схеме медленного сдвига без предварительного улотнения, коэффициент внутреннего трения глин, находящегося в коренном залегании, превышает 20 град., а величина сцепления составляет 0.72-1.66*10 -5 паскаль (Па). В пределах оползневых блоков показатели прочностных свойств имели как меньшие значения (10-14 град и 0.3-0.92 *10 -5Па), так и близкие к отмеченным в несмещенных породах. В ряде случаев выше и ниже ослабленных прослоев залегали породы с высокими прочностными свойствами. Кроме того, наблюдалось увеличение мощностей ослабленных прослоев от верхних к нижней оползневой ступени. Однако следует отметить чрезвычайную изменчивость прочностных свойств глин даже в коренном залегании, что затрудняет при данной степени изученности геологического строения участка более конкретное выявление закономерностей изменчивости их свойств в результате участия в оползневом процессе. Глины оксфордского яруса центральных обласей Европейской части России обладают реологическими свойствами, обуславливающими склонность к ползучести уже при незначительных нагрузках и снижение прочности со временем.
ЛИТОЛОГИЧЕСКАЯ СТРУКТУРА ОПОЛЗНЕВОГО СКЛОНА
В нижней части склона залегают песчано-глинистые породы нижнекелловейского подъяруса мощностью 3-8 м и толщи карбонатных пород подольского горизонта каменноугольной системы, вскрытая на глубину до 10 м. Породы залегают горизонтально, но кровля и тех и других имеет неровную поверхность вследствие перерывов в осадконакоплении.
Породы, залегающие выше оксфордских глин, пассивно смещаются в ходе оползневого процесса. В их состав входят песчаные отложения волжского яруса (юра) и рязанского горизонта (меловой системы) мощностью до 6 м, содержащие желваки фосфоритов, а также суглинки днепровской морены (до 10 м) и покровные суглинки (свыше 20 м).
На поперечном геологическом разрезе участка (см. рис. ниже) четко видны специфические черты строения и оползневого склона: блоковая структура со взаимным смещением и запрокидыванием блоков в сторону коренного склона, опусканием поверхности смещения много ниже существующего базиса эрозии и выходом к нему в русле реки. Характерная также сильная перемятость и уменьшение мощности глин оксфордского яруса в головной части блока, иногда с увеличением мощности в языковой части. Мощности и сложение пород перекрывающей толщи, как правило, меняются в меньшей степени.
Помимо глубоких оползней, захватывающих склон на глубину 50-60 м, в верхней крутой части склона и в бортах оползневых ступеней развиты оползни поверхностного типа, захватывающие лишь четвертичные отложения и ранее смещенные глубокими оползнями юрские породы (см. рис. ниже). Мощность оползней этого типа не превышает нескольких метров; по механизму смещения они являются оползнями скольжения и течения.
ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ОБСТАНОВКА
В пределах оползневого склона и прибровочной части плато прослеживается три напорных водоносных горизонта – два в подстилающей толще (в трещиноватых известняках каменноугольной системы и в песчаных отложения келловейского яруса) и один – в перекрывающей толще (в песчаных отложениях волжского яруса и рязанского горизонта). Величины напора подольско-мячковского и келловейского горизонтов составляют соответственно 40 и 36 м, а амплитуда колебаний в течении года – 2.3 и 2.0 м. Уровень волжского горизонта располагается на глубине 2-20 м от поверхности, амплитуда годовых колебаний меняется в значительных пределах, увеличиваясь около реки и вблизи от поверхности земли.
ГЕОДЕЗИЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГ
На участке в течение десяти последних лет ведутся стационарные наблюдения за режимом оползневых процессов и основных оползнеобразующих факторов. Они включают:
- Визуальное обследование участка в весенний период, когда на поверхности четко прослеживаются оползневые трещины срыва и другие проявления деформирования склона;
- Геодезические наблюдения за плановым и высотным положением реперов, установленных в виде шести створов, перпендикулярных к реке;
- Наблюдение за отодвиганием бровки берегового уступа вследствие весеннего подмыва его рекой по 19 створам эрозионных реперов;
- Наблюдения за уровнем водоносных горизонтов по 6 скважинам;
Результаты проведенных наблюдений дополнили сведения о характере развития оползневых описываемых двух типов, полученные на аналогичных опорных участках центральной областей Европейской части России, и позволили выявить некоторые закономерности их развития и роль отдельных факторов.
Основным оползнеобразующим фактором для глубоких оползней является эрозионная деятельность водотоков в основании склона. Для них характерна стадийность развития. В стадию подготовки основного смещения, протекаующую длительное время (100-400 лет), происходит сначала медленные движения, выявляемые лишь многолетними высокоточными инструментальными наблюдениями. Отсутствие в это время деформаций на поверхности создает обманчивое впечатление стабильности склона. С течением времени скорости деформаций возрастают, и они проявляются на поверхности в виде трещин, срывов и т.д., развитие которых отмечается уже более простыми методами. Деформации зарождаются в нижней части склона и развиваются вглубь, что создает условия для перехода к стадии основного смещения, протекающей очень быстротечно (от нескольких часов до 1-2 суток). В это время происходит отрыв нового блока от плато и смещение его вниз, что вызывает деформирование расположенной ниже части склона, иногда с образованием вала выдавливания в реке. Цикл, состоящий их этих двух стадий, обычно многократно повторяется. Оползни такого типа имеют большие размеры при значительном превышении длины вдоль склона над длиной по оси движения.
Оползни второго типа возникают на подмываемых склонах под воздействием эрозионной деятельности рек и ручьев. Возникновение и активизация их происходит, как правило, весной. Размеры оползней в плане колеблются от нескольких метров до нескольких сот метров, форма в плане – преимущественно циркообразная.
Проведенные стационарные наблюдения позволили также оценить состояние осматриваемого склона. Восточная оконечность участка, где располагаются сооружения гидроузла, находится в стабильном состоянии – глубокие оползневые деформации не развиваются. Об этом свидетельствуют отсутствие горизонтальных смещений реперов, располагающихся на склоне в створе плотины. За весь период наблюдений изменение их положения не превысило точности геодезических наблюдений, составляющей -/+ 0.050-0.070 м. Стабильность склона объясняется выполнением при строительстве гидроузла мероприятий по уплотнению оползневого склона и защите его от размыва, предложенных Н.П. Пузыревским в годя, когда лишь начинались исследования оползней и отсутствовал какой-либо опыт борьбы с ними.
Часть склона, расположенная выше гидроузла, находится под эрозионным воздействием реки и поэтому деформируется. Отражением глубоких оползневых подвижек являются уступы, трещины и оползневые цирки, хорошо заметные в нижней части склона. Геодезические наблюдения выявили смещения реперов по горизонтали и вертикаи в нижней части склона со среднегодовыми скоростями 0.009-0.065 м/год (в плане), как правило, возрастающими в годы высоких паводков или непосредственно следующие за ними. Изменения положения реперов, расположенных в средней и верхней частях склонов, за годы наблюдений не выявлены.
Сравнение полученных данных с наблюденими на аналогичных участках позволяют предположить, что глубокие оползни, обусловливающие деформирование данного склона, находятся в первой части стадии подготовки основного смещения.
По материалам международного геологического конгресса, Москва 1984, В.М. Селезнев, М.Н. Парецкая