ISSN 1993-5056 ИНЖЕНЕРНАЯ ГЕОЛОГИЯ ... · Мы должны победить коррупцию ... дентом, как сейчас, а Советом Государственной

АИИС

Реклама

ИНЖЕНЕРНАЯГЕОЛОГИЯ

Февраль 1/2012

ISSN 1993-5056

ИН

ЖЕН

ЕРН

АЯ

ГЕО

ЛО

ГИ

Я •

Февраль 1

/2012

ПРИ ПОДДЕРЖКЕ

ООО «Гео-Сервис

Нижегородский»

НЕТ.МАЛО!НЕТ.МАЛО!

Чиновник!Свои интересы бди!Честь чиновничью блюди!

Иммунопатол

инфектология

Имущественные отношения в Российской

Федерации

Индоевропейское языкознание

и классическая филология

Инженерная геология

Инженерная физика

Инженерная экология

Инженер-нефтяник

Инженерные изыскания

Инновации

Инновации в образовании.

Инновации и инвестиции.

Инновационный вестник Регион.

Иностранные языки в школе

Институт стоматологии

Интеграл *

Интеграция образования.

Интеллектуальная собственность.

Авторское право и смежные права *


Промышленная собственность *

Интеллектуальные системы*

Интеллигенция и мир.

Интернет-вестник ВолгГАСУ (электронный жур-

Иммунопато



Федерации








Инновации






Интеграл *









Решением Президиума Высшей аттестационной комиссии Минобрнауки России

от 19 февраля 2010 года № 6/6 утверждена новая редакция

Перечня ведущих рецензируемых научных журналов и изданий

В перечень включены журналы, выпускаемые ООО «Геомаркетинг»:

«Инженерные изыскания»«Инженерная геология»

«ГеоРиск»

Приглашаем авторов к сотрудничеству. Научно-технические статьи публикуются

в журналах бесплатно.

Реклама

ПРАВИЛА ДЛЯ АВТОРОВ

Принимаются оригинальные статьи по широкой тематике и основным теоретическим разделам

инженерной геологии: грунтоведению, инженерной геодинамике, региональной инженерной геологии,

а также статьи по механике грунтов, гидрогеологии и геокриологии, мониторингу геологических

и литотехнических систем, технической мелиорации грунтов, методике и методам

инженерно-геологических исследований, истории и методологии инженерной геологии.

• Статьи принимаются в печатном или электронном виде (по электронной почте) объемом до 1 авторского

листа (40 тыс. печатных знаков с пробелами или 10–12 страниц текста, набранного на компьютере

и напечатанного шрифтом 12-го кегля с одиночным интервалом).

• Статьи сопровождаются аннотациями (до 100–150 слов) на русском и английском языках, а также списком

ключевых слов (5–10 слов) также на русском и английском языках.

• Название статьи, фамилия и инициалы автора даются на русском и английском языках.

• Фамилия автора сопровождается должностью, местом его работы и электронным адресом.

• Структура статьи должна по возможности включать введение (цель, задачи работы), методику (методы)

исследования, характеристику объекта исследования, результаты и выводы (заключение).

• Статья сопровождается списком цитируемой литературы, оформленным в соответствии с ГОСТ 7.1-2003,

составленным по алфавиту (сначала русский, затем иностранный).

• Ссылки на литературу в статье даются по номерам алфавитного списка в квадратных скобках,

например, [2], [4–6] и т.п.

• Рисунки (цветные или черно-белые фотографии, штриховые рисунки, диаграммы, графики и т.п.)

принимаются в электронном виде в формате jpeg, tiff или eps с разрешением не менее 300 пикселей

на дюйм (или 300 dpi). Цветные карты принимаются с разрешением не менее 600 dpi.

• Рисунки сопровождаются подрисуночными подписями и нумерацией.

• Размерность физических величин и параметров дается в системе СИ.

• Таблицы сопровождаются названиями и нумерацией.

• Статьи проходят обязательное внутреннее и внешнее рецензирование, техническую редакцию,

после чего автору высылается верстка для окончательной проверки.

• После публикации статьи в журнале автору высылается по e-mail электронная

версия опубликованной статьи в формате pdf. После выхода номера

в свет автор может бесплатно получить в редакции

до трех экземпляров журнала.

• С аспирантов плата за статьи не взимается.

Адрес редакции:

105187, Москва, Окружной проезд, д. 18.

Тел./факс: +7 (495) 366-2684, 366-2095.

E-mail: [email protected]

РЕДАКЦИОННАЯ КОЛЛЕГИЯ

БОГДАНОВ М.И.главный редактор, генеральный директор ОАО «ПНИИИС»,канд. геол.-минерал. наук

АМАРЯН Л.С.заведующий отделом ОАО «ПНИИИС», д-р техн. наук, проф.

ЗИАНГИРОВ Р.С.главный геолог ГУП «Мосгоргеотрест», д-р геол.-минерал. наук, проф.

КАСИМОВ Н.С.декан географического ф-та МГУ, академик РАН, проф.

КОЗЛОВСКИЙ С.В.заместитель генерального директора ООО «Геоинжсервис», канд. геол.-минерал. наук

КОНИЩЕВ В.Н.заведующий кафедрой криолитологии и гляциологиигеографического ф-та МГУ, д-р географ. наук, проф.

КОРОЛЕВ В.А.профессор кафедры инженерной и экологической геологиигеологического ф-та МГУ, д-р геол.-минерал. наук

МАЙОРОВ С.Г.первый заместитель управляющего трестом,главный инженер ГУП «Мосгоргеотрест»

ПАВЛОВА О.П.ученый секретарь, заведующая отделом ОАО «ПНИИИС»,канд. геол.-минерал. наук

ПЕНДИН В.В.декан гидрогеологического факультета РГГРУ, зав. кафедрой инженерной геологии РГГРУ, д-р геол.-минерал. наук, проф.

ТЕР-МАРТИРОСЯН З.Г.заведующий кафедрой механики грунтов, оснований и фундаментов МГСУ, д-р техн. наук, проф.

ТРОФИМОВ В.Т.заведующий кафедрой инженерной и экологической геологиигеологического ф-та МГУ, д-р геол.-минерал. наук, проф.

ХОМЕНКО В.П.заместитель главного редактора, главный научный сотрудникОАО «ПНИИИС», д-р геол.-минерал. наук

ШАМАНОВА И.И.заведующая отделом ОАО «ПНИИИС», канд. географ. наук

ШЕШЕНЯ Н.Л.заведующий отделом ОАО «ПНИИИС»,д-р геол.-минерал. наук

ЭКЗАРЬЯН В.Н.заведующий кафедрой экологии и природопользования РГГРУ,д-р геол.-минерал. наук, проф.

РЕДАКЦИЯ105187, Москва, Окружной проезд, д. 18Тел.: +7 (495) 366-2684, 366-2095. Факс: +7 (495) 366-2684Email: [email protected]

АНАНКО ВИКТОРответственный редактор [email protected]

ВОЙЦИЦКАЯ ЛИЛИЯруководитель сектора распространения и рекламы [email protected]

ШИРОКОВА АННА,

ИСАЙКИНА ОЛЬГА,

СТРЕЛКОВА ОЛЬГА

сектор распространения и рекламы [email protected]

КАШИН ДМИТРИЙменеджер по рекламе [email protected]

АПТИКАЕВА ГАЛИНАлитературный редактор

ШАТУЛИН АЛЕКСАНДР

художник

СМИРНОВ МАКСИМ

дизайнер

Редакция может не разделять точку зрения автора.

За содержание рекламных материалов редакция

ответственности не несет.

Подписано в печать 27.02.2012. Тираж 1500 экз.

Свидетельство о регистрации средства массовой

информации ПИ № ФС7734993 от 19.01.2009 г.

Подписной индекс ОАО Агентство «Роспечать» 36611

ВМЕСТО КОЛОНКИ ГЛАВНОГО РЕДАКТОРА

Поддержим власть в борьбе с коррупцией 4

ИСТОРИЯ, ТЕОРИЯ И МЕТОДОЛОГИЯ

Шибакова В.С.

Плотина Медео и защита г. Алма-Аты от селей.

К истории сотрудничества Научного совета

АН СССР по инженерной геологии

и гидрогеологии с Казглавселезащитой 6

Королев В.А.

Идеи М.В. Ломоносова в инженерной

геологии 16

ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГ

Ревзон А.Л.

Аэрокосмический мониторинг состояния

линейных природно-технических систем 24

ИНЖЕНЕРНАЯ ГЕОДИНАМИКА

Достовалов В.Б., Королев А.А.

Опасные смещения в массивах

аллювиальных отложений Бестяхской

террасы реки Лены 38

Лаврусевич А.А., Крашенинников В.С., Лаврусевич И.А.

Лессовый псевдокарст и опыт укрепления

лессовых массивов и откосов

искусственными посадками растений

(на примере Лессового плато

в провинциях Ганьсу и Шэньси, Китай) 44

МЕХАНИКА ГРУНТОВ

Фролова Ю.В., Аракчеева Я.А.

Влияние условий испытаний

на прочность образцов известняка

при одноосном сжатии 56

Книжное обозрение 68

Перечень предстоящих конференций,

семинаров, выставок 70

INSTEAD OF COLUMN OF EDITOR IN CHIEF

Let`s confirm our government

in fight against corruption 4

HISTORY, THEORY AND METHODOLOGY

Shibakova V.S.

The Medeo Dam and mud flow protection

of Alma-Ata. On the cooperation history

of the Scientific Сouncil of the AS USSR

on Engineering Geology and Hydrogeology

and the Chief Department for Constructing

and Operating Mud Flow Structures under

the Council of Ministers of the Kazakh SSR 6

Korolev V.A.

M.V. Lomonosov’s ideas in engineering geology 16

ENGINEERING-GEOLOGICAL MONITORING

Revzon A.L.

Aerospace monitoring for linear

natural-technical system 24

ENGINEERING GEODYNAMICS

Lavrusevich A.A., Krasheninnikov V.S., Lavrusevich I.A.

Loess pseudokarst and experience of stabilizing

loess massives and slopes with artificial plantings

(by the example of the Loess Plateau

in the Provinces of Gansu and Shanxi, China) 38

Dostovalov V.B., Korolev A.A.

Hazardous displacements in the alluvial

massives of the Bestyakh Terrace

of the Lena River 44

SOIL MECHANICS

Frolova Ju.V., Arakcheeva Ya.A.

Influence of uniaxial compressive

test conditions on the strength

of limestone samples 56

Book review 68

List of the coming conferences,

workshops and exhibitons 70

НОМЕР ВЫПУЩЕН ПРИ ПОДДЕРЖКЕ:

ООО «ГЕО-СЕРВИС НИЖЕГОРОДСКИЙ»

Директор: СОЛОХИН Геннадий Алексеевич

Адрес: 603057, г. Нижний Новгород,

ул. Бекетова, д. 3Б, оф. 260


Тел.: +7 (831) 412-13-05, 415-18-72

ООО «НПП ГЕОФИЗИКА»

Директор: СИРОТИН Сергей Александрович

Адрес: 614033 г. Пермь, ул. Васильева,3


Tел./факс: +7 (342) 227-54-07, 227-55-68

ОАО «ПНИИИС»

Директор: БОГДАНОВ Михаил Игоревич

Адрес: 105187, Москва, Окружной проезд, д. 18


Тел./факс: +7 (495) 366-31-89

НП «СРО «АИИС»

Директор: МАТРОСОВА Альбина Владимировна

Адрес: 105187, Москва, Окружной проезд, д. 18


Тел./факс: +7 (495) 228-08-68, 366-13-28

ИЗ СТАТЕЙ В.В. ПУТИНА (почти к выборам)

Мы должны победить коррупцию

«Административные процедуры, бюрократияисторически никогда не были в России предметомнациональной гордости. Известен разговор Нико-

лая I с Бенкендорфом, в котором царь грозился«каленым железом искоренить мздоимство», начто получил ответ: «С кем останетесь, государь?»

Разговоры о коррупции в России банальны. Естьисторический соблазн победить коррупцию путемрепрессий — борьба с коррупцией, безусловно,предполагает применение репрессивных мер. Тем

не менее проблема здесь принципиально глубже.Это проблема прозрачности и подконтрольностиобществу институтов государства (о чем говорилвыше) и проблема мотивации чиновников — лю-дей на службе государства. И с этим, на нашвзгляд, существуют огромные трудности.

Известны социологические данные: подростки,в «лихие 90-е» мечтавшие делать карьеру олигар-ха, теперь массово выбирают карьеру госчиновни-ка. Для многих она представляется источником бы-строй и легкой наживы. С такой доминирующеймотивацией любые «чистки» бесполезны: еслигосслужба рассматривается не как служение, а каккормление, то на место одних разоблаченных во-ров придут другие.

Для победы над системной коррупцией нужноразделить не только власть и собственность, но ис-полнительную власть и контроль за ней. Полити-ческую ответственность за борьбу с коррупциейдолжны совместно нести и власть, и оппозиция.

Было бы правильно законодательно закрепить но-вый порядок выдвижения кандидатур на должностипредседателя и аудиторов Счетной палаты, форми-рования списка назначаемой части Общественнойпалаты. Кандидаты должны выдвигаться не прези-дентом, как сейчас, а Советом Государственной Ду-мы на основе согласия с кандидатурой всех фракций.

Считаю, что парламентариям надо подумать наднаполнением реальным содержанием заложеннойв законе процедуры парламентских расследований.

4 ИНЖЕНЕРНАЯ ГЕОЛОГИЯ Февраль 2012


ПОДДЕРЖИМВЛАСТЬВ БОРЬБЕ С КОРРУПЦИЕЙ

«МЫ БУДЕМ РЕШИТЕЛЬНО ПРЕСЕКАТЬ КОРРУПЦИЮ В ВОЕННОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ И ВООРУЖЕННЫХСИЛАХ, НЕУКЛОННО СЛЕДУЯ ПРИНЦИПУНЕОТВРАТИМОСТИ НАКАЗАНИЯ. КОРРУПЦИЯ В СФЕРЕНАЦИОНАЛЬНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ — ЭТО, ПО СУТИ,ГОСУДАРСТВЕННАЯ ИЗМЕНА»

Эта колонка должна была быть посвящена теме, которая волнуетвсех. Когда мы начали подбирать материалы с изложением позициипервых лиц государства по проблеме коррупции, я понял, что мне самому ничего писать не придется. Достаточно прочитатьстатьи Председателя Правительства Российской Федерации. Но вот то, что мы с вами можем сделать — это выделить на страницах журналов место для публикациисообщений о коррупции в нашей отрасли.Мы приглашаем всех направлять нам информацию о тех тендерах и договорах, которые вызывают сомнения с точки зрения их коррупционности.

«НАМ НАДО БЫЛО ВОЗРОЖДАТЬ АВТОРИТЕТ И СИЛУГОСУДАРСТВА КАК ТАКОВОГО. ВОЗРОЖДАТЬ, НЕ ИМЕЯГЛУБОКО УКОРЕНИВШИХСЯ ДЕМОКРАТИЧЕСКИХТРАДИЦИЙ, МАССОВЫХ ПОЛИТИЧЕСКИХ ПАРТИЙ И ЗРЕЛОГО ГРАЖДАНСКОГО ОБЩЕСТВА — И ПРИ ЭТОМ СТАЛКИВАЯСЬ С РЕГИОНАЛЬНЫМСЕПАРАТИЗМОМ, ЗАСИЛЬЕМ ОЛИГАРХИИ,КОРРУПЦИЕЙ, А ПОДЧАС И С ПРИСУТСТВИЕМОТКРОВЕННОГО КРИМИНАЛА В ОРГАНАХ ВЛАСТИ»

НЕТ.МАЛО!Чиновник!Свои интересы бди!Честь чиновничью блюди!

Борьба с коррупцией должна стать подлиннообщенациональным делом, а не предметом поли-тических спекуляций, полем для популизма, по-литической эксплуатации, кампанейщины и вбро-са примитивных решений, например призывов кмассовым репрессиям. Те, кто громче всех кричато засилье коррупции и требуют репрессий, одно-го не понимают: в условиях коррупции репрессиитоже могут стать предметом коррупции. И ещекаким. Мало никому не покажется.

Мы предлагаем реальные, системные решения.Они позволят нам с гораздо большим эффектомпровести необходимую санацию государствен-ных институтов. Внедрить новые принципы вкадровой политике — в системе отбора чиновни-ков, их ротации, их вознаграждения. В итоге мыдолжны добиться, чтобы репутационные, финан-совые, материальные и другие риски делали быкоррупцию невыгодной.

Предлагаю выделить коррупционно опасныедолжности как в аппарате исполнительной вла-сти, так и в менеджменте госкорпораций, зани-мающий их чиновник должен получать высокуюзарплату, но соглашаться на абсолютную про-зрачность, включая расходы и крупные приобре-тения семьи. Включить в рассмотрение еще и та-кие вопросы, как место фактического прожива-ния, источники оплаты отдыха и пр. Здесь по-лезно посмотреть на антикоррупционные прак-тики стран Европы — они умеют отслеживатьтакие вещи.

На «вопрос Бенкендорфа» мы сегодня можемдать ответ: мы знаем, с кем мы останемся. Такиелюди есть, их немало — и в госаппарате, и за егопределами.

В государственных, муниципальных органах исегодня работает множество профессионалов, ко-торые всю жизнь живут на одну зарплату. Их ос-корбляет, когда журналисты бездумно ставят ихна одну доску с коррупционерами. А сколькихчестных и эффективных людей мы таким образомотталкиваем от работы на государство?

Думаю — общество, СМИ обязаны восстано-вить справедливость в отношении честных госу-дарственных работников. Фокус общественноговнимания должен сосредоточиться на доказатель-ных обвинениях в коррупции. Это поможет дово-дить такие дела до конца.

Переход от слов к делу в борьбе с «большой»коррупцией поможет преодолеть коррупцию и втех сферах, с которыми граждане встречаются всвоей повседневной жизни — в полиции, судеб-

ной системе, в управлении жилищным фондом иЖКХ, медицине и образовании.

Мы будем действовать последовательно, осмыс-ленно и решительно. Устраняя фундаментальныепричины коррупции и карая конкретных корруп-

ционеров. Создавая мотивацию для тех людей, ко-торые готовы служить России верой и правдой. Та-ких людей у нас в стране традиционно много. Онибудут востребованы.

Мы справились с олигархией, справимся и с кор-рупцией.»

5ИНЖЕНЕРНАЯ ГЕОЛОГИЯ Февраль 2012


«ГЛАВНАЯ ПРОБЛЕМА — НЕДОСТАТОК ПРОЗРАЧНОСТИИ ПОДКОНТРОЛЬНОСТИ ОБЩЕСТВУ В РАБОТЕПРЕДСТАВИТЕЛЕЙ ГОСУДАРСТВА — ОТ ТАМОЖЕННЫХИ НАЛОГОВЫХ СЛУЖБ ДО СУДЕБНОЙ И ПРАВООХРАНИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ. ЕСЛИ НАЗЫВАТЬВЕЩИ СВОИМИ ИМЕНАМИ, РЕЧЬ ИДЕТ О СИСТЕМНОЙКОРРУПЦИИ. ИЗДЕРЖКИ ДЛЯ БИЗНЕСА МОГУТКОЛЕБАТЬСЯ — ТЫ МОЖЕШЬ ЗАПЛАТИТЬ БОЛЬШЕИЛИ МЕНЬШЕ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ «СТЕПЕНИРАСПОЛОЖЕНИЯ» К ТЕБЕ ОПРЕДЕЛЕННЫХ ЛЮДЕЙВНУТРИ ГОСУДАРСТВЕННОГО МЕХАНИЗМА.РАЦИОНАЛЬНОЕ ПОВЕДЕНИЕ ДЛЯ ПРЕДПРИНИМАТЕЛЯВ ЭТОМ СЛУЧАЕ — НЕ СОБЛЮДАТЬ ЗАКОН, А НАЙТИ ПОКРОВИТЕЛЕЙ, ДОГОВОРИТЬСЯ»

НЕОБХОДИМО «СНИЖАТЬ СТОИМОСТЬСТРОИТЕЛЬСТВА, И НЕ ЗА СЧЕТ ЗАРАБОТНОЙ ПЛАТЫ И ОХРАНЫ ТРУДА РАБОЧИХ, А ЗА СЧЕТ СНИЖЕНИЯ ЦЕННА СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ, ПРЕКРАЩЕНИЯРАЗДУВАНИЯ ЦЕН ИЗ-ЗА КОРРУПЦИОННОЙ НАГРУЗКИНА СТРОИТЕЛЬНЫЙ БИЗНЕС. ОН СЕГОДНЯ БУКВАЛЬНОТОНЕТ В СОГЛАСОВАНИЯХ. НАВЕРНОЕ, ДВЕ ТРЕТИУСИЛИЙ И ЗАТРАТ СПЕЦИАЛИСТОВ СТРОИТЕЛЬНЫХФИРМ ПРИХОДЯТСЯ НА ПРОХОЖДЕНИЕРАЗНООБРАЗНО ВЫСТРОЕННЫХ БЮРОКРАТИЧЕСКИХБАРЬЕРОВ, А НЕ НА ОРГАНИЗАЦИЮ ПРОИЗВОДСТВА»

В данном материале содержатся фрагменты статей В.В. Путина

Россия сосредотачивается — вызовы, на которые мы должны ответить //

Известия. 2012. № 5 (16.01.2012).

О наших экономических задачах / Владимир Путин:

«Нам нужна новая экономика» // Ведомости. 2012. № 15 (3029).

Демократия и качество государства // Коммерсант. 2012. №20/П (4805)

(6.02.2012)

Быть сильными: гарантии национальной безопасности для России //

Российская газета. 2012. №5708 (35) (20.02.2012)

Строительство справедливости. Социальная политика для России //

Комсомольская правда. 13.02.2012

ПРИСЫЛАЙТЕ ДЛЯ ПУБЛИКАЦИИ ИНФОРМАЦИЮ О ВОЗМОЖНОЙ КОРРУПЦИИ В ИНЖЕНЕРНЫХ ИЗЫСКАНИЯХ

В70-х гг. прошлого столетия в Советском Союзеочень остро встала проблема защиты г. Алма-Аты, столицы Казахстана, и соседних с ним

населенных пунктов от селевых потоков. Научныйсовет АН СССР по инженерной геологии и грун-товедению оказался причастным к этой проблемеблагодаря селевой комиссии, которая активно ра-ботала в составе совета с момента его создания в1966 г. Ее председатель С.М. Флейшман (и позднееЮ.Б. Виноградов) и ученый секретарь И.А. Мос-саковская регулярно представляли отчеты о работекомиссии руководству Научного совета.

Город Алма-Ата (с 1993 г. официально называе-мый Алматы) расположен в селеопасном районе,у подножия самого северного хребта Тянь-Шаня— Заилийского Алатау. Через Алма-Ату проте-кают две селеопасные реки — Малая и БольшаяАлмаатинки, а в связи с расширением города назапад добавилась и река Каргалинка. В верховьяхэтих рек находится 20 ледников общей площадью80 км2 и 13 селевых очагов.

Город всегда хранил память о грозном ливневомселе, ворвавшемся в него ночью 8 августа 1921 г.двумя потоками — по реке Малой Алматинке и еерукаву Весновке. Эти потоки обладали скоростью4–6 м/с и двигались валами высотой до 6 м, пере-мещая валуны размером до 3–5 м. За 5 часов значи-тельная часть Алма-Аты была превращена в руиныи залита грязекаменной массой. Погибло более500 человек. Более чем через полвека, в 1960–1970-х гг., при рытье котлованов на центральныхулицах Алма-Аты строители натыкались на огром-ные валуны и стволы тяньшанских елей из горныхлесов и бревна, вырванные из стен домов.

7 июля 1963 г. в 53 км к востоку от Алма-Аты извозникшего под языком Жорсайского ледника гор-ного паводка образовался мощный гляциальный



ПЛОТИНА МЕДЕО И ЗАЩИТА г. АЛМА-АТЫ ОТ СЕЛЕЙ. К ИСТОРИИ СОТРУДНИЧЕСТВА НАУЧНОГО СОВЕТА АН СССР ПО ИНЖЕНЕРНОЙ ГЕОЛОГИИ И ГИДРОГЕОЛОГИИ С КАЗГЛАВСЕЛЕЗАЩИТОЙ

THE MEDEO DAM AND MUD FLOW PROTECTION OF ALMA-ATA. ON THE COOPERATIONHISTORY OF THE SCIENTIFIC СOUNCIL OF THE AS USSR ON ENGINEERING GEOLOGY AND HYDROGEOLOGY AND THE CHIEF DEPARTMENT FOR CONSTRUCTING AND OPERATINGMUD FLOW STRUCTURES UNDER THE COUNCIL OF MINISTERS OF THE KAZAKH SSR

ШИБАКОВА В.С. Старший научный сотрудник Геологического института РАН, г. Москва,[email protected]

SHIBAKOVA V.S. A senior staff scientist of the Geological Institute of the RAS, Moscow,[email protected]

Аннотация

В статье приводятся воспоминания автора осотрудничестве Научного совета АН СССР по инженернойгеологии и гидрогеологии с Главным управлением построительству и эксплуатации селезащитных сооружениипри Совете Министров Казахской ССР(Казглавселезащитой) по проблеме защиты города Алма-Ата от селевых потоков после прохождениякатастрофического селя в июле 1973 года. Даннаяпубликация продолжает серию статей В.С. Шибаковой одеятельности Научного совета, опубликованных в журнале«Инженерная геология» ранее.

Abstract

The article presents its author’s reminiscences aboutcooperation between the Scientific сouncil of the AS USSR onengineering geology and hydrogeology and the ChiefDepartment for Constructing and Operating Sill Structuresunder the Council of Ministers of the Kazakh SSR(Kazglavselezaschita) on the problem of the protection ofAlma-Ata from mudflows aftwer occurrence of the disastrousmudflow in July 1973. This publication continues the series ofarticles by V.S. Shibakova devoted to the activities of theScientific Council (they were published in the «EngineeringGeology» journal before).

Ключевые слова: Научный совет АН СССР по инженерной геологии игидрогеологии; Главное управление по строительству иэксплуатации селезащитных сооружении при СоветеМинистров Казахской ССР (Казглавселезащита,Казселезащита); г. Алма-Ата (Алматы); плотина Медео; катокМедео; сель; река Малая Алмаатинка; река БольшаяАлмаатинка; озеро Иссык; ледник; морена.

Key words:Scientific сouncil of the AS USSR on engineering geology andhydrogeology; Chief Department for Constructing and OperatingMud Flow Structures under the Council of Ministers of theKazakh SSR (Kazglavselezaschita, Kazselezaschita); Alma-Ata(Almaty); Medeo Dam; Medeo Skating-Rink; mud flow; MalayaAlmaatinka River; Bolshaya Almaatinka River; Issyk Lake;glacier; moraine.

сель. По ущелью Жорсай и долине реки Иссык ондостиг красивейшего высокогорного озера Иссык,зоны отдыха местных жителей, в т.ч. алмаатинцев.Выше озера сель прошел 12 валами, отдельные изкоторых достигали высоты 7 м, двигаясь со скоро-стью 5–6 м/с и перемещая огромные валуны. Подвоздействием селя в течение 8 часов была разруше-на естественная плотина, существовавшая 8 тыс.лет, и озеро Иссык было уничтожено. Погибло мно-го отдыхавших на нем людей, была также уничто-жена часть поселка Иссык (ныне это город Есик).

Иссыкский сель 1963 г. стал еще одним гроз-ным напоминанием Алма-Ате о необходимостизащиты от стихийных явлений. Его масштаб по-казал, что существовавшая система селезащитныхсооружений Алма-Аты в случае прохождения по-добного селя по долине р. Малой Алмаатинки мо-жет оказаться ненадежной. Поэтому было приняторешение защитить город, построив высотную се-лезащитную плотину Медео (теперь Медеу).

Урочище Медео, расположенное в 12 км от г. Алма-Аты вверх по течению р. Малой Алма-атинки, было широко известно своим высокогор-ным катком и мировыми рекордами конькобеж-цев, установленными на нем. Плотину решили со-оружать выше катка, который также подлежал ре-конструкции. Она создавалась по расчетам акаде-миков М.А. Лаврентьева и М.А. Садовского мето-дом направленного взрыва.

Начало строительства плотины Медео было за-фиксировано сейсмостанциями многих стран. Дванаправленных взрыва в 1966 и 1967 гг. обрушили2,2 млн м3 грунта со склонов урочища на дно

ущелья — в основание будущей плотины. Затемее строили насыпным способом: грунт привозилии укладывали в тело плотины, поднимавшейся допроектной отметки 110 м на протяжении несколь-ких лет. Толщина плотины у основания составила620 м3, длина по гребню — 530 м, объем тела —5,3 млн м3. Емкость получившегося селехранили-ща достигла 6,2 млн м3. В 1972 г. строительствоплотины было завершено. Она была уникальна посвоим масштабам. При разработке вопросов ееустойчивости институтом «Гидропроект» им. С.Я. Жука были приняты параметры с огромнымзапасом прочности — как для плотин 1-го класса.



Рис. 1. Плотина Медео, остановившая катастрофический сель 1973 г. Снимок сделан с трибуны катка Медео

в начале апреля 1977 г.: в горах еще лежит снег, низкая облачность. На плотине начаты работы

по ее реконструкции — наращивание высоты и прокладка новой системы водосбросов. Стрелкой отмечено

кафе «Ласточка», которое в 1973 г. находилось на верхнем уровне плотины. Слева от плотины видны

оголенные склоны — следы направленного взрыва 1966 г. (фото В.С. Шибаковой)

Рис. 2. Вид с гребня плотины Медео на север.

На переднем плане в центре — каток Медео, слева —

гора Мохнатка, справа на склонах видны результаты

работ по рекультивации — посадки деревьев

и кустарников (фото В.С. Шибаковой, апрель 1977 г.)

Выше плотины Медео в ущелье Малой Алма-атинки располагалась турбаза «Горельник», в рай-оне которой ранее были построены несколько се-лезащитных ловушек. Далее на высоте 3 тыс. мнаходились гидрометеостанция Казгидромета ипротивоселевая плотина Мынжилки, еще выше —моренные озера и ледник Туюксу.

Строительство противоселевой плотины Медеооказалось весьма своевременным, поскольку про-гноз возникновения селя в долине р. Малой Ал-маатинки не замедлил оправдаться. Лето 1973 г.в г. Алма-Ате отмечалось особыми погоднымиусловиями: июнь был холодным, каждый деньшли дожди, в горах в зонах морен и ледников еже-дневно выпадал обильный снег, а с начала июляустановилась устойчивая необыкновенно жаркаяпогода. Деревья в городе были увядшими и сбра-сывали листву, а в горах началось обильное тая-ние снега и льда, приведшее к переувлажнениюморен и наполнению водой ледниковых озер. Еще

продолжались работы по обустройству прилегав-ших к плотине территорий, в т.ч. рекультивациясклонов, нарушенных взрывами, когда 15 июля1973 г. произошел прорыв перемычки моренногоозера № 2 на леднике Туюксу и образовался ката-строфический сель (отметим, что Казгидрометпредсказывал возникновение возможного селево-го потока 13–14 июля).

Вот как описывает механизм возникновения идвижения этого селя А. Деговец — ученый-селе-вик из г. Алма-Аты: «В результате неустойчивогосостояния морены 14 июля во второй половинедня произошла закупорка подземного грота, по ко-торому происходил сток воды из двух озер. В ре-зультате закупорки грота оба озера стали быстрозаполняться талыми водами, а 15 июля в 17 часов54 минуты произошел их прорыв. Прорыв озер со-провождался сильным обрушением моренныхтолщ на участке прорыва с образованием в немкрупных провалов и трещин, по которым водныйпоток мгновенно низвергся вниз в подземные гро-ты и каналы фильтрации. Заполнив их, водный по-ток под действием гидравлического напора очень



Рис. 3. Казглавселезащита принимает президента МАИГ М. Арну. Справа налево: М. Арну, А.П. Анищенко,

А.С. Деговец, Е.Н. Коломенский, А.Ю. Хегай, Н.В. Попов и сотрудники Казглавселезащиты (фото В.С. Шибаковой,

апрель 1977 г.)

Рис. 4. Сотрудники Казглавселезащиты на катке

Медео (фото В.С. Шибаковой, апрель 1977 г.)

Рис. 5. Селевые наносы в долине реки Малой

Алмаатинки (фото В.С. Шибаковой, апрель 1977 г.)

быстро вновь появился на поверхности морены ввиде фонтанирующего столба, вынеся из гротовогромные глыбы льда размером 8–10 м. Насыщен-ный наносами и обломками льда водный поток наморене превратился в водокаменный сель. Двига-ясь по поверхности морены со скоростью до 4 м/с,через 9 минут сель достиг плотины Мынжилки,расположенной в долине в верховьях реки МалойАлмаатинки на высоте 3 тыс. м. Наполнение селе-хранилища объемом 36 тыс. м3 произошло за 3 ми-нуты, после чего плотина в течение нескольких се-кунд была разрушена. Ниже плотины Мынжилкимаксимальные селевые расходы за счет размыварусла, склонов и вовлечения в поток наносов, атакже русловых и подрусловых вод на всем 10-ки-лометровом участке до плотины Медео достигликатастрофических размеров: у гидропоста Мын-жилки — 320 м3/с, у ворот — 2300 м3/с, у турбазы«Горельник» — 3200 м3/с, а при входе в селехрани-лище Медео — 5200 м3/с. Долина реки Малой Ал-маатинки после прохождения селя превратилась вглубокий каньон. Селевой поток от плотины Мын-жилки до селехранилища Медео шел со скоростью10–12 м/с. При движении поток перемещал огром-ные валуны размером 5–6 м и весом до 300 т. Обла-дая большой динамической силой (более 1000 т/м2),он мгновенно разрушил на своем пути все мелкиепротивоселевые сооружения и здания, приведя кбольшим человеческим жертвам. В селехранилищеплотины Медео поток ворвался в 18 часов 17 минут



Рис. 6. Казглавселезащита принимает президента

МАИГ М. Арну (второй справа). Осмотр трассы

селя 1921 г. в г. Алма-Ате. Справа — Вознесенский

кафедральный собор (фото В.С. Шибаковой,


Рис. 7. Казглавселезащита принимает генерального

секретаря МАИГ Р. Волтерса (второй справа).

Вид с гребня плотины Медео на юг (фото Н. Кочнева,

май 1978 г.)

Рис. 8. Президент МАИГ М. Лангер (второй слева)

у плотины на р. Большой Алмаатинке,

(фот. Н. Кочнева, сентябрь 1983 г.)

Рис. 9. Казглавселезащита принимает директора

Геологической службы Земли Бавария ФРГ

Х. Видала (в центре) (фото Н. Кочнева, май 1984 г.)


МАИГ О. Вайта (третий слева). У подошвы

плотины на р. Большой Алмаатинке

(фото Н. Кочнева, апрель 1986 г.)

и продолжался около 3 часов. За время прохожде-ния селя было отмечено 3-4 крупных селевых вала.Самым крупным был первый вал высотой 12–15 ми шириной 40–50 м. Водосборные сооружения сра-зу были забиты наносами. Селехранилище за 3 часазаполнилось почти полностью». Приведенное опи-сание дает очень яркую, полную и почти видимуюкартину возникновения и движения селевого пото-

ка, мощи и катастрофичности этого явления идолжно заставить задуматься многих.

Урочище Медео всегда было излюбленным ме-стом отдыха алмаатинцев, а плотина и рекон-струированный каток сделали его еще более при-влекательным, поэтому к моменту схода селя тамбыло много отдыхающих. И плотина Медео при-няла сель, остановила его!

Приведем воспоминания участника тех событийА.Ю. Хегая: «Снеся половину “Горельника”, селе-вой поток ударил в тело плотины и захлебнулся, за-полнив собою котлован. Если бы, не дай бог, про-изошел прорыв, то сила нового потока удвоиласьбы за счет концентрации селевой массы. Потомученые рассчитали, что сила потока 1973 г. была в4 раза выше силы потока 1921 г. Тогда была разру-шена четверть всей городской застройки, погиблоболее 500 человек. Но в начале 1920-х гг. Верныйбыл одноэтажным городом с небольшой террито-рией и населением около 30 тыс. человек, а к сере-дине 1970-х Алма-Ата разрослась в несколько разпо территории и раз в двадцать по численности на-селения — до 750 тыс., а центр города, по которомупрошел сель 1921 г., теперь уже многоэтажный.Вот и считайте, каково могло быть число жертв имасштабы разрушений. Эту опасность прекраснопонимали и делали все, чтобы ее предотвратить.Многие строительные тресты были задействованы,командование военного округа предоставило гру-зовики, понтоны и многое другое. Работы на пло-тине начались уже в 5 утра 16 июля. Водопропуск-ники забило селевой массой, вода в селехранилищепродолжала прибывать, и чтобы ее откачивать,нужно было задействовать не менее 12 мощных на-сосов. Их тут же начали монтировать. Нужно былоне менее 10 земснарядов, которых в Алма-Ате во-обще не было. Их доставили грузовыми самолета-ми из Москвы, Челябинска и Оренбурга, и 20 июляони начали работать». Из воспоминаний А.А. Ши-жаева: «Уже на следующий день после 16 июля вподразделениях нашего треста были созданы мо-бильные бригады. Одной из наших бригад поручи-ли вырыть на плотине траншеи для трубопроводов,которые в то время монтировались. Рыли трое су-ток днем и ночью, спали где придется. Машины соборудованием и стройматериалами шли кругло-суточно». Эту картину хорошо дополняют воспо-минания О.М. Бисенова: «Нам поручили монтажтрех ниток трубопроводов диаметром 140 см и дли-ной 1 км, причем сварочный шов должен быть иде-альным — исправлять по ходу откачки уже никакнельзя. Выбрали лучших сварщиков по всему глав-ку. Они варили день и ночь, в темное время сутокстройплощадку освещали прожекторы».

Работы на плотине шли круглосуточно. Штаб ра-бот находился внизу, на катке Медео, откуда откры-вался вид на всю плотину и прилегающие террито-рии. «Для всех специалистов, рабочих и военнослу-жащих, занятых аварийно-спасательными работамина плотине, было организовано питание, развернутполевой госпиталь, военные палатки для сна», —вспоминал Л.Ю. Гирш. Фильтрация в теле плотиныувеличивалась с каждым днем и часом. О.М. Бисе-



Рис. 11. На смотровой площадке плотины на

р. Большой Алмаатинке. А.Ю. Хегай беседует

с О. Вайтом, переводит В.С. Шибакова



МАИГ О. Вайта (третий справа). Наносоотстойники

в долине р. Большой Алмаатинки (фото Н. Кочнева,



МАИГ О. Вайта (в центре). Плотина Медео после

реконструкции. Вид с катка Медео. Туман


нов рассказывал: «18 июля мы смотрим на плоти-ну — сочится, как решето. Если ручьи будут набу-хать и сливаться друг с другом, грунтовое тело пло-тины может разнести, как карточный домик. Что де-лать? Срочно бетонировать! Но бетон нельзя кластьна мокрую поверхность, а если даже и класть, то ондолжен определенное время сохнуть. Стали распы-лять сочащиеся потоки с помощью вентиляционныхкоробов и тут же бетонировать поверхность плоти-ны, используя для просушки те же вентиляторы, —здесь большую роль сыграла работа треста «Про-мвентиляция». 19 июля приехал академик Лавренть-ев, под его руководством в 1966 и 1967 гг. рассчиты-вались математические модели направленных взры-вов, с помощью которых плотина была насыпана.Михаил Алексеевич одобрил нашу работу по рас-пылению потоков и бетонированию». В селехрани-лище продолжала прибывать вода, почти достигаягребня плотины. 20 июля заработали три земснарядамощностью 2 м3/с каждый и трубопроводы — нача-лась откачка. Уровень воды в селехранилище снача-ла стабилизировался, а затем стал медленно сни-жаться. Люди вздохнули с облегчением.

Все это было заснято работниками телевидения,на основе чего был выпущен документальныйфильм «Медео: дни и ночи мужества». Позднее янесколько раз смотрела этот фильм, и события техдней стали для меня наглядными и понятными.

Мы в Москве узнали о селе на следующий деньпосле его схода. Ночью И.А. Моссаковской позво-нили из Алма-Аты коллеги и сообщили о селе, аутром она пришла в Научный совет АН СССР поинженерной геологии и грунтоведению и сообщи-ла об этом нам. Мы внимательно следили за собы-тиями в урочище Медео и г. Алма-Ате.

После откачки воды в селехранилище осталосьменее 30% свободного объема, что было явно не-достаточно, особенно в случае повторного селевого




МАИГ Р. Оливейру (второй справа на переднем

плане). Рабочий момент на плотине Медео

(фото Н. Кочнева, сентябрь 1991 г.)


МАИГ Р. Оливейру (справа). Гостеприимный

хозяин А.Ю. Хегай в рабочей обстановке угощает

его знаменитыми алмаатинскими яблоками сорта

«апорт» (фото Н. Кочнева, сентябрь 1991 г.)

Рис. 16. Казахское общество дружбы и культурной связи с зарубежными странами и Казглавселезащита

принимают президента МАИГ Р. Оливейру (в центре) в г. Алма-Ате (фото Н. Кочнева, сентябрь 1991 г.)

потока. «По горячим следам селя» по постанов-лению Правительства Казахстана от 23 августа1973 г. № 449 было создано Главное управлениепо строительству и эксплуатации селезащитныхсооружений при Совете Министров КазахскойССР, или Казглавселезащита (теперь ГУ «Казселе-защита» МЧС РК), перед которым была поставле-на задача проектирования и строительства проти-воселевых конструкций для защиты г. Алма-Атыи других населенных пунктов. Казглавселезащитаприступила к работе в 1973 г., и защита Алма-Атыот грозной стихии оказалась в надежных руках. Ра-боты начались сразу в трех различных местах —на плотине Медео, в долине реки Большой Алма-атинки и в районе ледниковых озер в высокогорье.

Вскоре заместителем начальника Казглавселе-защиты был назначен Алексей Юрьевич Хегай. Поприглашению Е.М. Сергеева он вошел в состав На-учного совета АН СССР по инженерной геологиии грунтоведению, и с этого времени началось нашесотрудничество с этим замечательным руководи-телем, специалистом и человеком, продолжавшее-ся до конца работы совета. Алексей Юрьевич, про-водя свою работу, советовался со специалистамии учеными, в частности с председателем Научногосовета Е.М. Сергеевым. Неоднократно сообщенияА.Ю. Хегая о ходе работ на Медео и в бассейне р. Большой Алмаатинки ставились на повестку за-седаний совета, и всегда его выступления отлича-лись четкостью информации о проделанной работеи конкретностью формулировок предстоящих за-дач. И он всегда получал в ходе обсуждения не-обходимые рекомендации членов совета.

В сентябре 1974 г. в г. Алма-Ате по приглашениюКазглавселезащиты было проведено выездное за-седание Научного совета под председательствомЕ.М. Сергеева и одновременно — Научно-техни-ческое совещание по защите г. Алма-Аты от селе-вых потоков, подготовленное совместно Казглавсе-

лезащитой и Научным советом. Надо было разра-батывать стратегию работы и устранять катастро-фические ситуации. Вместе с членами совета на со-вещании собрались специалисты — гидротехники,гидрологи, селевики, инженеры-геологи, гидрогео-логи, гляциологи, механики. Это были ученые ипроизводственники, теоретики и практики из Ка-захстана, Таджикистана, Туркмении и других рес-публик — А.Ю. Хегай, Н.В. Попов, В.П. Мочалов,А.С. Деговец, А.П. Анищенко, Г.Б. Герасимов, Ю.Б. Виноградов, В.В. Хон, В.И. Пушкаренко, В.И. Преснухин, С.Э. Эйзимов, Н.С. Огнев, А.И. Шеко, У.К. Карамонов, В.Н. Попов, В.Я. Сте-панов, Б.П. Бочкарев, В.В. Кисин, В.Г. Шипулинаи многие другие. В принятом решении совещаниябыли отражены все первоочередные задачи — на-ращивание плотины Медео, увеличение емкостиселехранилища, проектирование и установка новыхконструкций водозаборных сооружений, спуск всехморенных озер на леднике Туюксу, рекультивацияселеопасных склонов, внедрение новейших системконтроля и оповещения, прокладка дорог к высо-когорью, электрификация и многие другие. Неко-торые из этих задач уже были частично выполнены,в частности был проведен спуск трех моренныхозер. К выполнению других только приступили —были начаты расчистка селехранилища и укладкагрунта в тело плотины. Одновременно был сделанпрогноз о возможности возникновения селя на рекеБольшой Алмаатинке и констатирована необходи-мость принятия срочных мер в этом районе.

В этом совещании в г. Алма-Ате я принималаучастие как ученый секретарь Научного совета иучаствовала в подготовке его программы и реше-ния. Вместе с Е.М. Сергеевым я также принялаучастие в технической экскурсии, во время кото-рой мы осмотрели плотину Медео и селехранили-ще, поднялись по изуродованному селем ущельюМалой Алмаатинки, осмотрели селеформирую-



Рис. 17. Президент МАИГ Р. Оливейра (третий слева), сотрудники Казглавселезащиты и инженеры-геологи

г. Алма-Аты у Дома дружбы в г. Алма-Ате (фото Н. Кочнева, сентябрь 1991 г.)

щую морену ледника Туюксу на высоте 3 тыс. м.Но до прорана, по которому произошел прорывморенного озера годом раньше, мы не добрались,т.к. организаторы опасались за нашу безопасность.Очевидцев селя 1973 г. нам встретить не довелось,но немного позднее удалось увидеть сель на экра-не. Известный ученый-селевик Ю.Б. Виноградов,работавший в то время в Казахстане (позднее онпереехал в г. Ленинград) провел эксперимент в го-рах Заилийского Алатау по созданию искусствен-ного селя большой мощности с замерами всех па-раметров. Одновременно был снят цветной фильм,отразивший все этапы развития этого селя от без-обидного прозрачного ручейка и небольшого гря-зевого потока до грязекаменного селя — вздыб-ленного дракона, вращающего огромные валуны,несущего камни, как деревянные щепки, со стре-мительно возрастающей скоростью движения, ко-гда трудно уследить за потоком. Все это нас потря-сало при просмотре фильма на заседании Научно-го совета в Москве в 1975 г. (Ю.Б. Виноградов де-монстрировал его также на совещании по охранегеологической среды в Свердловске в 1982 г.). За-мечательный фильм, я помню его до сих пор (ин-тересно узнать, где он сейчас находится). Участ-ница эксперимента И.А. Моссаковская, стоявшаяв отведенном ей безопасном месте на склоне, позд-нее поделилась впечатлениями о своем состоянииво время прохождения селя — об охватившем еечувстве непреодолимого страха и ужаса, желаниибежать стремглав не зная куда. Так воздействуетна человека инфразвук, который вместе с грохотоми ревом возникает во время селя. При просмотрефильма мы этого, к счастью, не испытали.

Прогноз Научного совета о возможности воз-никновения селя на р. Большой Алматинке вскореподтвердился. Селевой поток, сошедший по до-лине этой реки 3–4 августа 1977 г., по своим мас-штабам превзошел все катастрофические сели,

наблюдавшиеся в горах Казахстана. Главной при-чиной его образования явился прорыв моренногоозера в верховьях реки Кумбельсу. Вовлекая насвоем пути моренные толщи и материалы скло-новых обрушений, мощный сель вышел в долинуреки Большой Алмаатинки. За счет активных ру-словых процессов и ледниково-паводкового стокасели на ней проходили потом еще в течение ме-сяца. За это время в горах было зарегистрированодо 400 селевых валов. Максимальная высота не-которых из них достигала 10–12 м, а высота за-плесков — 15–20 м. Только благодаря своевремен-ным мероприятиям, выполненным Казглавселеза-щитой, эти сели прошли «спокойно» и человече-ских жертв удалось избежать.

События в Алма-Ате стимулировали развитиенаучных исследований по селевой тематике в стра-не. Опыт строительства плотины Медео и сель1973 г. обсуждались на многих уровнях. Селеваякомиссия Научного совета АН СССР по инженер-ной геологии и грунтоведению координировала этиисследования и ежегодно проводила школы-семи-нары и совещания по селевой тематике в разныхгородах — Алма-Ате, Дилижане, Душанбе, Ашха-баде, Ташкенте, Ялте, Москве, Ленинграде. Уче-ные-селевики нашей страны выступали с доклада-ми на международных совещаниях, и плотина Ме-део стала известна специалистам во всем мире. На-учный совет приглашал ведущих ученых Между-народной ассоциации по инженерной геологии(МАИГ) в качестве гостей и для чтения лекций, ивсе они изъявляли желание побывать в урочищеМедео. По согласованию с Казглавселезащитой мыпривозили их в Алма-Ату на технические экскурсии.С 1977 по 1991 г. на Медео побывали: почетный пре-зидент МАИГ Марсель Арну (1977 г.), генеральныйсекретарь МАИГ Ричард Волтерс (1978 г.), прези-дент МАИГ Михаэль Лангер (1983 г.), директор Гео-логической службы Земли Бавария ФРГ Хельмут



Рис. 18. Каток Медео. Снимок на память: В.С. Шибакова, мастер спорта СССР по конькобежному спорту,

39 лет спустя — вновь на знаменитом льду катка Медео. Сотрудники Казглавселезащиты и президент МАИГ

Р. Оливейра разделяют ее радость (фото Н. Кочнева, сентябрь 1991 г.)

Видал (1984 г.), президент МАИГ Оуэн Вайт(1986 г.), президент МАИГ Рикардо Оливейра(1991 г.). Они посещали плотину Медео во времяее реконструкции и строящиеся противоселевыесооружения в долине реки Большой Алмаатинки,обсуждали проблемы со специалистами Казглавсе-лезащиты, осуществлявшими эти проекты,встречались с инженерами-геологами и специали-стами из других областей геологии, осматривалитрассу селя 1921 г. в г. Алма-Ате. На вопросы отом, были ли сели в последние годы, А.Ю. Хегайвсегда отвечал: «Были небольшие сели, мы про-пускали их как паводки». Каждый раз техническиеэкскурсии заканчивались на катке Медео, которыйпосле реконструкции стал катком мирового классас искусственным льдом и входил в программуосмотра. С него видна вся плотина, именно на немрасполагался командный штаб работ в те незабы-ваемые июльские дни 1973 г. В кинозале катка нампоказывали фильм «Медео: дни и ночи мужества»,который гости всегда смотрели с большим внима-нием и волнением и прекрасно сознавали, что уро-ки истории надо помнить и что «для непомнящихурок повторится».

Во всех поездках мне приходилось сопровож-дать высоких гостей и выступать в роли перевод-чика. Я воочию видела и узнавала от специалистов,как выполнялись работы по защите Алма-Аты уси-лиями Казглавселезащиты. На плотине Медео про-водилось освобождение селехранилища от нано-сов селя 1973 г., грунты укладывались в тело пло-тины. Ее высота была увеличена до 146 м, а ем-кость селехранилища составила 12,2 млн м3 (почтив два раза превысив прежнюю). Была построенасложная разноуровневая система водопропускни-ков. Была также вновь построена 17-метровая пло-тина Мынжилки. Прокладывались высоковольт-ные электролинии, строились дороги в высоко-горье, производились спуски моренных озер. Нареке Большой Алмаатинке в 1980 г. была построе-на 40-метровая плотина с емкостью селехранили-ща 8,2 млн м3. В верховьях Большой и Малой Ал-маатинок для опорожнения моренных озер были

построены водосбросные каналы и подъездные пу-ти к ним, а в черте города — водосборные трактыс крупными наносоотстойниками. В высокогорьебыли организованы наблюдения за селевой актив-ностью на постоянных и сезонных постах.

Сотрудники Казглавселезащиты всегда тепло ирадушно принимали иностранных гостей, органи-зуя не только научно-технические экскурсии сосмотром объектов, но и культурно-историческиепрограммы — ознакомление с достопримечатель-ностями г. Алма-Аты, посещение музеев и теат-ров, знакомство с бытом казахского народа. На за-городном пикнике, устроенном в честь профессо-ра Р. Оливейры, в знак особого уважения, по ка-захской традиции, ему было торжественно пре-поднесено особое блюдо — испеченная голова мо-лодого барашка. Профессору М. Лангеру, которо-му очень понравились алмаатинские яблоки, былвручен ящик апорта в качестве гостинца в ФРГ.

Во время этих поездок мне два раза представи-лась возможность покататься на коньках на каткеМедео. Еще будучи студенткой МГУ, я выступалана первенстве страны по конькобежному спортусреди мастеров, и Бог послал мне вновь встать наконьки 39 лет спустя! Спасибо вам, сотрудникиКазглавселезащиты и катка, что подобрали мнеконьки высшего класса для сборной СоветскогоСоюза с нужным размером ботинок. Один раз якаталась во время тренировки мастеров спорта, адругой — на массовом катании алмаатинцев. Ка-талась и радовалась, мечтала и молилась, чтобыАлмаатинка несла свои прозрачные ледяныеструи для заливки льда на катке и чтобы плотинаМедео принимала ученых и туристов, а не гроз-ные селевые потоки.

Заканчивая свои воспоминания, я от всей душихочу поблагодарить Алексея Юрьевича Хегая ивесь замечательный коллектив Казглавселезащиты.Спасибо вам, дорогие друзья, за дружбу и сотруд-ничество, за радушие и гостеприимство, за щед-рость душ ваших, с которой вы принимали всехваших гостей в течение многих лет. Я с радостьювспоминаю все встречи с вами и, конечно, вашивкуснейшие яблоки — алмаатинский апорт — изамечательный лед катка Медео. Обращаюсь я и квам, новое поколение сотрудников и современноеруководство Казселезащиты, с сердечными поже-ланиями доброго здоровья и успехов в вашей труд-ной и важной работе. Знайте, что в России у васесть много друзей!



СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Сергеев Е.М. О деятельности Научного совета по ин-1.женерной геологии и грунтоведению // Вестник Ака-демии наук СССР. 1980. Вып. 3. С. 117-121. Деговец А.С. Человек и стихия гор // Континент. 2000.2.№ 20 (33). URL: http://www.continent.kz/2000/20/18. Свиридов А. Большой сель-1973: тридцать пять лет3.спустя // Без опасности. 2008. № 14 (157). URL:http://www.zakon.kz/118339-bolshojj-sel-1973-tri-dcat-pjat-let.html. Укрощение селей / составители: А.П. Анищенко,4.А.С. Деговец, У.К. Караманов и др. Алма-Ата: Казах-стан, 1983.

Реклама

Рис. 19. Пикник в честь президента МАИГ Р. Оливейры.

Слева направо: А.П. Анищенко, В. С. Шибакова, Р. Оливейра

с почетным блюдом – испеченной головой молодого барашка,

А.Ю. Хегай (фот. Н. Кочнева, г. Алма-Ата, сентябрь 1991 г.)

о людяхо землетрясенияхо неустойчивых склонах и оползняхо вулканахо наводнениях и ураганах…о прогнозировании и предупреждении ЧС

о важности работы изыскателейЖУР

НАЛ

тел./факс: +7 (495) 366-2684, 366-2095е-mail: [email protected]

тел./факс: +7 (495) 366-2684, 366-2095е-mail: [email protected]

Подписывайтесь, это поможет общаться с заказчиками

Реклама

Введение

В 2011 г. отечественная и мировая научная об-щественность отметила 300-летие со дня рожде-ния выдающегося русского ученого, просветителяи натуралиста Михаила Васильевича Ломоносова(1711–1765) (рис. 1–4). Он внес большой вклад вомногие науки, в т.ч. и в становление отечествен-ной геологии. Высказанные им идеи в течениемногих последующих лет способствовали разви-тию ряда геологических наук, в т.ч. и инженернойгеологии.

Цель настоящей работы — проанализироватьвклад идей М.В. Ломоносова в становление и раз-витие инженерной геологии. Но вначале кратко от-метим основные вехи его биографии как геолога.23 сентября 1736 г. М.В. Ломоносов был послан за границу для изучения горного дела. В 1736–1741 гг. он обучался в Германии. Из них три года(1737–1739 гг.) он прожил в Марбурге, обучаясь у профессора Хр. Вольфа, друга и ученика Г.В. Лейбница, а затем переехал во Фрайберг, гдепод руководством профессора И.Ф. Генкеля в не-большой горной школе (будущей широко извест-ной Горной академии) изучал практическое горноедело. В этот период М.В. Ломоносов посещал мно-гие рудники и горные выработки Саксонии, Тю-рингии и Гарца. Сделанные им на этих объектахнаблюдения сформировали его как геолога и сталиосновой его будущих геологических обобщений.

В 1741 г. М.В. Ломоносов вернулся в Санкт-Петербург и развернул активную научную дея-тельность в качестве адъюнкта Академии наук.Среди прочих обязанностей ему было порученосистематизировать коллекцию «камней и окаме-нелостей», хранившуюся в Кунсткамере. В началеноября 1741 г. Ломоносов завершил составление«Каталога камней и окаменелостей Минерально-го кабинета Кунсткамеры Академии наук». 10 но-ября профессор Амман сообщил в КанцеляриюАкадемии наук: «Я уже просмотрел все каталогиминералов, составленные г. Ломоносовым, за ис-



ИДЕИ М.В. ЛОМОНОСОВА В ИНЖЕНЕРНОЙ ГЕОЛОГИИ

M.V. LOMONOSOV’S IDEAS IN ENGINEERING GEOLOGY

К 300-летию со дня рождения М.В. Ломоносова

КОРОЛЕВ В.А. Профессор кафедры инженерной и экологической геологиигеологического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова,[email protected]

KOROLEV V.A. A professor of the department of engineering and ecological geology of the geological faculty of M.V. Lomonosov Moscow State University,[email protected]

Аннотация

В статье излагаются основные идеи и мысли, высказанныеМ.В. Ломоносовым при изучении им горных пород ивпоследствии получившие развитие в инженерной геологии.Анализируется методологическое значение работ этоговыдающегося ученого, просветителя и натуралиста длягрунтоведения и инженерной геодинамики. Показано, что всвоих изысканиях и высказываниях М.В. Ломоносовпредвосхитил многие теоретические положения современнойинженерной геологии.

Abstract

The article expounds the basic ideas and thoughts expressed byM.V. Lomonosov during studying geological materials anddeveloped in engineering geology later. The publication analyzesthe methodological significance of that outstanding scientist,educator and naturalist’s works for soil science and engineeringgeodynamics. The author shows that Lomonosov anticipatedmany theoretical principles of the modern engineering geologyin his investigations and statements.

Ключевые слова: М.В. Ломоносов; методология науки; история науки;инженерная геология; грунтоведение; инженерная геодинамика.

Key words:M.V. Lomonosov; science methodology; science history;engineering geology; soil science; engineering geodynamics.

ключением каталога янтарей, в котором не нахожунужным делать изменения, тем более что он пе-реписан начисто».

Уже в январе 1742 г. М.В. Ломоносов подал вАкадемическую канцелярию предложение об уч-реждении первой в России химической лаборато-рии, где бы он (уже понимавший выдающуюсяроль, которую в XVIII в. предстояло сыграть хи-мии) «мог для пользы отечества трудиться в хи-мических экспериментах». В августе того же годаон изъявил желание читать лекции ученикам Ака-демической гимназии и всем интересующимся. В программе лекций говорилось: «Михайло Ло-моносов, адъюнкт Академии, руководство к гео-графии физической, чрез господина Крафта сочи-ненное, публично толковать будет, а приватно

охотникам наставление давать намерен в химии иистории натуральной о минералах; також обучатьв стихотворстве и штиле российского языка послеполудни с 3 до 4 часов». С 1 сентября Ломоносовприступил к чтению лекций.

М.В. Ломоносов оставил относительно малособственно геологических работ. Из 120 его трудоввопросы геологии рассматриваются только в 20,при этом главными из них являются три работы [6]:«Первые основания металлургии, или рудных дел»(работа, подготовленная к изданию в 1742–1743 гг.и вышедшая в свет в г. Санкт-Петербурге в 1763 г.)(рис. 5); «Слово о рождении металлов от трясенияЗемли» (доклад, написанный в августе 1757 г. подвпечатлением катастрофического Лиссабонскогоземлетрясения 1755 г. и впервые напечатанный в



Рис. 1. Портрет М.В. Ломоносова

(неизв. художник XVIII в., масло)

Рис. 2. Портрет М.В. Ломоносова

(худ. М.В. Овечкин, 1989 г.)

Рис. 3. Мраморный бюст М.В. Ломоносова

(скульпт. Ф.И. Шубин, 1792 г.)

Рис. 4. Памятник М.В. Ломоносову, основателю

Московского университета, перед главным зданием МГУ

виде отдельного издания в 1757 г.); «О слоях зем-ных» (наиболее обстоятельная геологическая ра-бота, написанная в 1757–1759 гг. и впервые опуб-ликованная в 1763 г. в г. Санкт-Петербурге) (рис.6). Также в числе работ Ломоносова по геологиинеобходимо упомянуть «Первые основания горнойнауки» (позднее, после небольшой доработки, этаработа вошла как первая часть в фундаментальныйтруд М.В. Ломоносова «Первые основания метал-лургии, или рудных дел»), а также «О вольном дви-жении воздуха, в рудниках примеченном».

М.В. Ломоносов тщательно изучил геологиче-ские труды своих предшественников, в частностиГ. Агриколы, Р. Гука и других европейских уче-ных. При этом их идеи об образовании и строенииЗемли, о формировании рудных тел и многие дру-гие были им творчески осмыслены и переработа-ны. Наиболее важными и реалистичными былипредставления М.В. Ломоносова о происхожде-нии рудных тел. Вслед за Г. Агриколой среди руд-ных тел он различал «рудные жилы», «гнездовыеруды», «слои в горах горизонтальные», «руды, наповерхности земной находящиеся» и показал, чтожилы бывают разного возраста и имеют разнуюминерализацию [6].

Интересны идеи М.В. Ломоносова о природеископаемых окаменелостей. Он однозначно ука-зывал на их происхождение от погибших в дале-ком прошлом организмов (в отличие от господ-ствовавших в то время представлений), но отри-цал представление об их гибели в результате Все-мирного потопа, считая, что она происходила

вследствие разных причин и в разное время, в т.ч.в ходе катастрофических природных процессов,а также при изменении положений границ сушии моря в ходе медленных «волновых» движений.

6 сентября 1757 г. в публичном собрании Ака-демии наук он сделал доклад «Слово о рожденииметаллов от трясения земли». Это был второйопубликованный геологический труд Ломоносова(первым был «Каталог камней и окаменелостейМинерального кабинета Кунсткамеры Академиинаук», напечатанный на латыни в 1745 г.).

В 1763 г. вышла в свет книга М.В. Ломоносова«Первые основания металлургии, или рудныхдел». Также были написаны работы «Краткоеописание разных путешествий по Северным мо-рям и показание возможного проходу Сибирскимокеаном в Восточную Индию» и «Известие о со-чиняемой Российской Минералогии», где излага-лась широкая программа изучения и освоенияприродных богатств страны. Прочитав послед-нюю работу, Екатерина II написала прямо на эк-земпляре своему статс-секретарю Олсуфьеву:«Адам Васильевич! Прикажите дать Ломоносовувсе известия, которые у нас, и с рудами. А кото-рых нет, прислать с заводов и сказать Шлаттеру(в то время президенту Берг-коллегии), чтоб так-же с других заводов отпустили к Ломоносову».

Прогрессивными были и представления М.В.Ломоносова о геологическом времени. Развиваяучение об изменениях климата на Земле в связис изменениями наклона земной оси к эклиптике,он указывал, что продолжительность связанных



Рис. 5. Титульный лист книги М.В. Ломоносова «Первые

основания металлургии, или рудных дел», 1763 г.

Рис. 6. Первый лист трактата «О слоях земных»,

напечатанный в виде приложения в книге

«Первые основания металлургии, или рудных дел», 1763 г.

с этим циклов составляет около 400 тыс. лет (Ж.Л.Бюффон предполагал лишь 75 тыс. лет). Он по-нимал, что осадочные слои образовались не од-новременно, а последовательно в разных усло-виях, хотя общую продолжительность геологиче-ских процессов трудно оценить, что «рудная гора»(интрузия) моложе прилегающих к ней пластовосадочных пород (флецов), если она приподнялаих, что разрывы также являются более позднимисобытиями, чем образование пластов.

Вслед за своим наставником профессоромИ.Ф. Генкелем М.В. Ломоносов увлекся изучени-ем кристаллизации растворов. Он опередил Ж. Ро-ме де Лилля, установив, что минералы характери-зуются свойственной каждому из них кристалло-графической формой. Измеряя грани углов алмазаи других кристаллов, он независимо от Н. Стено-на вывел закон о постоянстве углов кристаллов.В 1740 г. в диссертационной работе «О рождениикристаллов селитры» М.В. Ломоносов объяснилпостоянство углов плотнейшей укладкой шарооб-разных частиц — корпускул [6].

М.В. Ломоносов мечтал создать капитальныйтруд — «Минералогию России». К сожалению,его мечте не суждено было сбыться, но его бли-жайший преемник по академии В.М. Севергин вконце XVIII в. сумел создать минералогическийсловарь и дать минералогическое описание Рос-сии, отвечавшее замыслу М.В. Ломоносова.

Уже этих примеров достаточно, чтобы убедить-ся в глубине и прозорливости мышления М.В. Ло-моносова. И хотя геология как наука при его жиз-ни еще не оформилась, его деятельность в этомнаправлении не могла пройти бесследно. Сочине-ние М.В. Ломоносова «О слоях земных» [2], помнению В.И. Вернадского, по ясности и яркостипроведения идеи единства геологических процес-сов является для XVIII в. исключительным. Про-фессор Московского университета Г.Е. Щуров-ский считал, что заслуги М.В. Ломоносова ставятего в один ряд с самыми первоклассными учены-ми. Г.Е. Щуровский сожалел, что на долю Ломо-носова не выпало такой завидной участи, какП.С. Палласу, отмечая: «…Если бы он, как этотизвестный путешественник, имел возможностьобозреть всю восточную Россию с ее Уральскими,Алтайскими и Нерчинскими горами и если бы по-добно ему видел Кавказ и великолепные горы Тав-риды, то, быть может, начало нынешней теорииЗемли было бы положено гораздо раньше, чемобъяснили ее Гумбольдт, Бух и Эли де Бомон».

Идеи М.В. Ломоносова как геолога оказали су-щественное влияние и на становление и развитиеинженерной геологии, особенно таких ее научныхнаправлений, как грунтоведение и инженернаягеодинамика.

Развитие идей М.В. Ломоносова в грунтоведении

Ясно, что во времена М.В. Ломоносова грунто-ведение еще не существовало как наука. Однакоуже в то время использовался термин «грунт» (хо-тя и не в его современном понимании), а многие

опубликованные Ломоносовым идеи явились ба-зовыми предпосылками для возникновения грун-товедения и со временем были оценены потомка-ми как важнейшие. Так, например, хорошо извест-ный в современном грунтоведении тезис о том,что свойства грунта обусловливаются его про-исхождением, т.е. генезисом, впервые был сфор-мулирован М.В. Ломоносовым в его речи, произ-несенной 6 сентября 1757 г. и озаглавленной«Слово о рождении металлов от трясения земли»[3]. Позже этот тезис был изложен и в работе Ло-моносова «О слоях земных» (1761 г.) [2]. Огром-ное методологическое значение этого тезиса былоотмечено Е.М. Сергеевым [5], который одним изпервых (в 1949 г.) проанализировал влияние егоработ на развитие грунтоведения.

Вклад идей М.В. Ломоносова в разработкупредпосылок, становление и развитие грунтове-дения сводится, по мнению автора, к следующимосновным позициям: 1) формулирование необходимости изучения ис-

тории формирования грунтов (генетическогоподхода);

2) разработка проблемы многообразия грунтов(«слоев земных») и первые попытки их систе-матизации;

3) подразделение грунтов по их структурным осо-бенностям (крупности);

4) попытки объяснения свойств отдельных грунтов. Рассмотрим реализацию этих идей в работах

М.В. Ломоносова. 1. Необходимость генетического подхода к из-

учению горных пород, или грунтов, обсуждаетсяМ.В. Ломоносовым в ряде трудов. Так, в работе«О слоях земных» он неоднократно подчеркивалважность знания истории происхождения горнойпороды. Например, в параграфе 122 этого трудаон пишет: «Следует изъяснить и показать по воз-можности подлинное происхождение слоев зем-ных в разсуждении материи, и во первых самоговерхнего слоя земной поверхности». Решая этотвопрос, Ломоносов попутно высказывает совер-шенно правильную мысль о том, что минералыделятся на первичные и вторичные («первоздан-ные» и «со временем происшедшие») [4]. В пара-графах 134–142 М.В. Ломоносов рассматриваетвопрос о способах образования прочных кристал-лических грунтов («дикого камня»). В результатеон приходит к выводу, что существует в основном«пять способов рождения камней, то-есть: (1) за-твердение из глины, (2) проницание клейкою жид-кою материею, (3) наращение и слежание, (4) огу-стение, (5) зернование. Хотя и других не отрицаю;однако, несомненно, сии суть самые главные, вкоторых заключать можно и протчие» [2]. Каквпервые обратил внимание Е.М. Сергеев [5], сре-ди этих пяти способов Ломоносов не рассматри-вает основной процесс, ведущий к образованиюмассивно-кристаллических пород — застываниемагмы, хотя он и говорит о «зерновании» или«кристаллизации», в результате которой обра-зуются, например, кристаллы алмаза. Под «огу-стением» или «загущением» им понимаются про-



цессы, которые приводят к образованию мине-ральных веществ типа опалов.

По мнению Е.М. Сергеева [5], из работы М.В.Ломоносова «О слоях земных» вытекает «основ-ной тезис современного советского грунтоведе-ния: свойства грунтов зависят от их генезиса. Это,конечно, не значит, что Ломоносова можно счи-тать основателем грунтоведения — науки, из-учающей земную кору выветривания как объектинженерно-строительной деятельности человека.Однако установленный нами факт, что из работыМ.В. Ломоносова вытекает основное положениесовременного генетического грунтоведения, с од-ной стороны, еще раз подчеркивает гениальностьвеликого русского ученого М.В. Ломоносова, а сдругой стороны, хорошо показывает самобыт-ность нашей русской науки…» .

Естественно, что М.В. Ломоносов не употреблялсовременной грунтоведческой терминологии, несформулировал и само указанное Е.М. Сергеевымметодологическое положение, но весь материал егоработ приводит читателя к мысли о том, что «со-став и свойства слоев земных зависят от их про-исхождения и условий дальнейшего развития» [4].

2. Попытка систематизации многообразиягорных пород и грунтов. М.В. Ломоносов был од-ним из первых русских ученых, начавших разли-чать минералогическое многообразие горных по-род. Он сделал ряд важных наблюдений при из-учении их минерального состава. Ломоносов раз-рабатывал свою классификацию горных пород, вкоторой выделялись: металлы, полуметаллы, жир-ные (горючие) минералы, соли, камни и земли, пе-сок, глины, ил, руды. В этой классификации кромехимического и минерального состава он учитывалструктуру и текстуру пород, а также их генезис.Он был убежденным сторонником органическогопроисхождения янтаря, нефти и угля [6].

Характеризуя в работе «О слоях земных» мно-гообразие горных пород, образующих поверх-ностный слой Земли, М.В. Ломоносов выделял«чернозем, камни, песок, глины, ил, лед и снег,огонь, серы, селитры и морские произведения»[2]. При этом под «черноземом» он понимал всепочвы, под «камнями» — породы, обладающиепрочностью (как массивно-кристаллические, таки другие, независимо от того, чем они представ-лены — глинистыми сланцами, песчаниками илиизвестняками). «Ил» выделялся Ломоносовым от-дельно (по-видимому, потому что рассматривалсякак органоминеральное соединение, формирую-щееся «на дне вод стоячих»). Под снегами и льда-ми, составляющими земную поверхность, пони-мались снега и ледники Севера и высокогорныхобластей; как противоположность им рассматри-вался огонь действующих вулканов. Сера и селит-ра выделялись как природные вещества, имею-щие большое практическое значение, образованиекоторых связано с явлением кристаллизации со-лей (а в отношении серы и с вулканической дея-тельностью). Что же касается «морских произве-дений», то к ним относились не только окаменев-шие раковины, но и галечниковые грунты [5].

Проанализировав представления М.В. Ломоно-сова о «слоях земных», Е.М. Сергеев в 1950 г. со-ставил схему их классификации [4] (рис. 7), из ко-торой видно, что наряду с полезными ископаемы-ми М.В. Ломоносов выделял и породы, которыеиспользуются при различных видах строительства.

Идеи М.В. Ломоносова оказали большое влия-ние на разработку последующих классификацийгрунтов. Так, например, разрабатывая свою гене-тическую классификацию грунтов, Е.М. Сергееврассматривал ее как «воспроизводство идей М.В. Ломоносова, высказанных им более 185 летназад в работе «О слоях земных» [4]. Эти идеиучитывались и в классификациях грунтов, разра-ботанных позже отечественными геологами-строителями, почвоведами и грунтоведами, вчастности В. Рожковым, П. Усовым, М. Герсева-новым, М.М. Филатовым, В. Карловичем, В.И.Курдюмовым и др. [1, 4, 5].

3. Подразделение дисперсных грунтов по круп-ности частиц. Во времена Ломоносова еще не бы-ло представлений о гранулометрическом составегрунтов и способах его определения. Но М.В. Ло-моносов уже тогда обратил внимание на значениекрупности частиц и ее различия у разных грунтов.По крупности грунтовые частицы у Ломоносоваподразделялись на ил, песок, хрящ, бечевник и кам-ни. Под «илом» им понимались частицы, медленнооседающие в воде; под «песком» — то же, что исейчас; под «хрящом» — частицы крупнее песча-ных, но мельче гороха; под «бечевником» — камеш-ки, которые «превосходят крупностью горох» [2].

Кроме того, М.В. Ломоносов указывает на по-лидисперсное строение грунтов, в частностипесков. Он пишет: «От самых величайших ка-менных зерен... горы составляющих, до самыхмелких и тончайших песчинок есть бесконечныяв величинах разности, так что по ним и песчинкасамая крупная как гора перед другою самою мел-кою...» [2].

Помимо величины песчаных частиц, Ломоно-сова интересовала и их форма. Произведенные имв этом направлении микроскопические наблюде-ния позволили сделать заключение, что песчаныечастицы сильно различаются не только по разме-рам, но и по своей форме [5]. Таким образом,М.В. Ломоносов одним из первых обратил вни-мание на структурные особенности грунтов.

4. Попытка объяснения свойств отдельныхгрунтов производилась во многих работах М.В. Ломоносова. Из них вытекает, что свойствагорных пород или грунтов формируются и ви-доизменяются в процессе их образования. Для то-го времени этот тезис был революционным, пред-восхищавшим рассмотрение грунтов как дина-мичных систем, меняющихся во времени.

Особенно хорошо у М.В. Ломоносова описаныпроцессы диагенеза и литификации илов, глин ипесков, в результате которых они приобретаютпрочность. Он писал: «Сии крепкия тела произво-дит натура во первых затвердением, когда мягкияматерии, каковы суть ил и глина, долготою вре-мени так слеживаются, что частицы внутренним



тихим и нечувствительным движением сжимают-ся одна подле другой теснее, по чему и взаимныйих союз ставится сильнее, и тем крепче. Так про-изошли великие кабаны дикаго камня из глины,которая затвердела долготою времени» [2].

Характеризуя процесс седиментации дисперс-ных частиц в бассейнах осадконакопления, М.В.Ломоносов писал: «Второй способ есть наращение,или осадка, когда из воды отделяющиеся земляныеиловатые частицы на дно садятся и слой на слойнарастают в разное время. Таким образом родитсяшифер, или сланец, разных цветов, твердости исмешения, когда в озеро весною мутная вода ручья-ми с берегов стекает, и после со временем усто-явшись, на дно садится и до будущей весны сле-жавшись, тверже должна быть нежели вторая илупосадка, следовавшая на другую весну. Потом, ко-гда озеро новым промытым истоком воду выпустивили от земного трясения поднявшись изсохнет,останутся таковые от многих лет слои и наконецзатвердеют в шифер» [2]. И далее: «Проницаниесоставляет третий натуральный способ рожденияили произвождения камней, когда в глину либо впесок входит вода и с собою вносит тонкую зем-ляную нечувствительную материю, которая послеслужит вместо некоторого клея рухлым частям,песку или глине... Сюда принадлежат песчаныекамни, кои ничто иное суть, как песок, напоенныйглинистою водою и через долготу времени с неюзатвердевший, быв прежде за многие века измель-чен из камня...» [2].

Развитие идей М.В. Ломоносова в инженерной геодинамике

В работе «Слово о рождении металлов от тря-сения земли» М.В. Ломоносов одним из первыхзатронул вопрос о геологической эволюции Зем-ли, о геологических процессах, формирующихоблик ее поверхности [3]. Как указывал Е.М.Сергеев [5], эта мысль хорошо им выражена в §98 работы «О слоях земных»: «Твердо помнитьдолжно, что видимые телесные на Земле вещи ивесь мир не в таком состоянии были с началомот создания, как ныне находим: но великие про-исходили в нем перемены, что показывает исто-рия и древняя география, с нынешнею снесенная,и случающиеся в наши веки перемены земнойповерхности... И так напрасно многие думают,что все, как видим, с начала творцом создано,будто не токмо горы, долы и воды, но и разныероды минералов произошли вместе со всем цве-том, и поэтому-де не надобно исследовать при-чин, для чего они внутренними свойствами и по-ложением мест разнятся. Таковые рассуждениявесьма вредны приращению всех наук, следова-тельно, и натуральному познанию шара земного,а особливо искусству рудного дела, хотя онымумникам и легко быть философами, выуча на-изусть три слова: Бог так сотворил (и сие дав вответ вместо всех причин)».

Во времена М.В. Ломоносова представления огеологических процессах находились на началь-



Слои земные

Камни

Дикой камень(затвердевшийиз глины)

Валуны

Пустынные

Речные

Устья рек

Морские

Крупные

Мелкие

Иловатые

Белые

Цветные

Частовстречающиеся

Желтые

Красные

Серые

Редковстречающиеся

Зеленые

Синие

Вишневые

Черные

ПескиБечевник,мелкие камни Глина Ил

Чистая, белая,первородная

Непервородная

Жирная

Песчаная

Железистая

Озерныеотложения

Рухляк

Дресва

Шифер илисланец

Чистый

Нечистый

Рухляк

Известной

Песчаный илиточильный

Кремни

Хрустали (иликристаллы)

Чернозем Чернаяземля

Турф(торф)

На каменныхгорах

Природный

Тундры

Под лесом

Под лугом

Степной

Болот

Пахотная иогороднаяземля

Прочие

Лед и снег

Огонь

Горючиевещества

Сера

Каменные уголья

Горная смола

Каменное масло

Янтарь

Нефть

Селитра Соль

Засоленная земля

Бузун

Горная соль

Морскиепроизведения

Окаменелыеорганизмы

Рис. 7. Схема классификации «слоев земных», составленная Е.М. Сергеевым [4] по работе М.В. Ломоносова

«О слоях земных»

ной стадии. Геологические процессы не разделя-лись на эндогенные и экзогенные. Тем не менеев своих трудах он характеризовал многие из них,отдавая явное предпочтение первой группе.

Так, среди движений земной коры М.В. Ломо-носов выделял: «дрожания» (современные зем-летрясения); медленные волнообразные, ответ-ственные за наступания и отступания моря; быст-рые (катастрофические), ответственные за фор-мирование горных сооружений. Будучи по своимубеждениям катастрофистом, ученый считалвнутреннюю энергию Земли, обусловленную, поего мнению, горением серы, главным факторомформирования современного лика Земли, отводяэкзогенным процессам относительно второсте-пенную роль [6]. Образование рудных жил онсвязывал с различными по масштабу и возрастудвижениями («трясениями») Земли, обусловлен-ными воздействием внутреннего жара планеты.Вопреки существовавшим тогда представлениямон связывал образование металлоносных россы-пей с разрушением коренных месторождений зо-лота и сносом золота реками: «...И нигде искатьих столь не надежно, как по рекам, у коих на вер-шинах есть рудные горы...».

Наклонное положение слоев (флецов), фор-мирование горных сооружений М.В. Ломоносовтакже связывал с движениями Земли. По егомнению, наклоненное положение «камней ди-ких» к горизонту показывает, что слои переме-щены с прежнего своего положения, которое, помеханическим и гидростатическим правилам,должно быть горизонтальным. И, «когда горысо дна морского поднимались, побуждаемыевнутренней силой, составляющие их камни не-пременно должны были выпучиваться, трес-каться, производить расщелины, наклонные по-ложения, стремнины, пропасти разной величи-ны и фигуры отменной».

В то же время в работе «О слоях земных» Ло-моносов высказывал и мысли по многим экзоген-ным процессам, предвосхищавшие объяснениеих природы. Так, например, он считал, что раз-рушение земной коры и, следовательно, слагаю-щих ее каменных пород происходит под влияни-ем причин «внутренних» и причин «внешних».Он писал: «Двумя образы обнажает натура недроземное: иное усиливанием тел, вне оного обра-щающихся, иное движением самих его внутрен-ностей. Внешние действия суть сильные ветры,дожди, течение рек, волны морские, льды, пожа-ры в лесах, потопы; внутреннее — одно земле-трясение» [2]. М.В. Ломоносов характеризовалприроду таких геологических процессов (в со-временной терминологии), как денудация, ветро-вая и водная эрозия, абразия и др.

Также очень интересна мысль Ломоносова отом, что первыми «поселенцами» на кристалли-ческих породах являются лишайники (он их на-зывал мхами), которые «подготовляют условиядля поселения и развития других растений». Онписал: «И каменные голыя горы часто показы-вают на себе зелень мху молодого, которая

после чернеет и становится землею; земля, на-копясь долготою времени, служит после к про-изведению крупного мху и других растений»[2]. Кроме того, у М.В. Ломоносова «чернозем»(почва) есть результат «согнития животных ирастущих тел со временем» [2]. Исходя из этого,можно считать, что, согласно его взглядам, поч-вообразовательный процесс начинается с тоговремени, когда первые растительные организмыпоселяются на массивнокристаллических поро-дах. Этих представлений гениального русскогоученого, высказанных почти 300 лет тому назад,придерживались и многие ученые, работавшиепосле Ломоносова, в частности почвоведы и грун-товеды В.В. Докучаев, В.Р. Вильямс, М.М. Фила-тов и др. [1, 4].

Наряду с процессами почвообразования и вы-ветривания в работах Ломоносова так или иначеотражен широкий круг и других экзогенных про-цессов, протекающих в природе, под влияниемкоторых формируется поверхностная (грунто-вая) толща земной коры. Среди них прослежи-ваются процессы денудации, диагенеза, цемен-тации, осаждения (седиментации) и др.

Таким образом, первые представления о гео-логических процессах и их причинах, высказан-ные М.В. Ломоносовым, показали их многообра-зие, динамику и огромную роль в формированиилика Земли, что в последующем учитывалось врамках зарождавшейся и развивавшейся инже-нерной геодинамики.

Заключение

Удивительный гений М.В. Ломоносова предвос-хитил многие важнейшие закономерности и тео-ретические положения, способствовавшие форми-рованию ряда предпосылок инженерной геологиии ее возникновению. Его идеи послужили значи-тельным вкладом в будущую инженерную геоло-гию, нашли свое выражение в ряде методологиче-ских и методических положений грунтоведения, атакже в характеристике и объяснении природы идинамики ряда геологических процессов.




Грунтоведение / В.Т. Трофимов, В.А. Королев, Е.А.1.Вознесенский, Г.А. Голодковская, Ю.К. Васильчук,Р.С. Зиангиров; под ред. В.Т.Трофимова. 6-е изд., пе-рераб. и доп. М.: Изд-во МГУ, 2005. 1024 с. Ломоносов М.В. О слоях земных (1761 г.) // М.В. Ломо-2.носов. Избранные произведения. М.: Наука, 1986. Т. 1.С. 361–434. Ломоносов М.В. Слово о рождении металлов от тря-3.сения земли (1757 г.) // М.В. Ломоносов. Избранныепроизведения. М.: Наука, 1986. Т. 1. С. 344–360. Сергеев Е.М. Генетическая классификация грунтов в све-4.те учения М.В. Ломоносова «О слоях земных» // ВестникМосковского университета. 1950. № 8. С. 55–68. Сергеев Е.М. Некоторые идеи грунтоведения в работе5.М.В. Ломоносова «О слоях земных» // Вестник Мос-ковского университета. 1949. № 9. С. 99–103. Хаин В.Е., Рябухин А.Г., Наймарк А.А. История и ме-6.тодология геологических наук: учебное пособие. М.:Академия, 2008. 416 с.

Введение

От того, насколько полно изучены ландшафт-но-климатические и инженерно-геологическиеусловия районов предстоящего строительства икак они будут меняться в процессе него, зависитбезопасность возводимых сооружений и окру-жающей среды. Например, проект железной до-роги Курагино — Кызыл, разработанный до про-изошедшего 27 декабря 2011 г. 8–9-балльногоземлетрясения с эпицентром примерно в 100 кмк востоку от г. Кызыла, требует пересмотра при-нятых инженерных решений на основе новых си-стемных исследований района предполагаемогостроительства по методологии мониторинга при-родно-технических систем (ПТС).

Понимая под ПТС различные структуры, в ко-торых осуществляются взаимодействия междуприродными компонентами и инженерными со-оружениями на всех стадиях их создания и функ-ционирования, автор на разных этапах выполняе-мых в данном направлении исследований придер-живался постулата о том, что основными функ-циями мониторинга природно-технических си-стем являются не только периодические наблю-дения за динамикой их состояния под влияниемразличных факторов, но и управление этим со-стоянием в целях предупреждения аварийных си-туаций. То есть без наблюдений невозможно эф-фективное управление.

Однако далеко не все исследователи разде-ляют эту точку зрения. Ряд специалистов вобласти мониторинга природной среды при-дают ему лишь функцию периодических наблю-дений, считая управление ПТС не природовед-ческой, а технической задачей. Такие противо-речивые мнения возникли на заре развития мо-ниторинга как направления науки и практики всередине 70-х гг. прошлого столетия. И они су-



АЭРОКОСМИЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГ СОСТОЯНИЯ ЛИНЕЙНЫХПРИРОДНО-ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ

AEROSPACE MONITORING FOR LINEAR NATURAL-TECHNICAL SYSTEM

РЕВЗОН А.Л. Зав. отделом ОАО «Научно-исследовательский институт транспортногостроительства» (ОАО «ЦНИИС»), д.геогр.н., г. Москва,[email protected]

REVZON A.L. The head of a department of the «Research Institute of TransportConstruction» PJSC (the «TsNIIS» PJSC), Moscow, [email protected]

Аннотация

В статье рассматриваются основные положения теории,методологии, технологии и практики предупреждениякритических состояний линейных природно-техническихсистем (ПТС) в районах со сложными ландшафтно-климатическими и инженерно-геологическими условиями спомощью аэрокосмического зондирования в сочетании сназемными экспресс-методами оценки параметровсостояния ПТС с последующим созданиемспециализированных геоинформационных систем (ГИС),направленных на своевременное обнаружениепредаварийных ситуаций и предотвращение природно-техногенных аварий.

Abstract

The article considers the fundamentals of theory, methodology,technology and practice of preventing critical states of linearnatural-technical systems (NTS) in the areas under difficultlandscape-climatic and engineering-geological conditions usingaerospace sensing in combination with ground-based expressmethods of assessing the NTS state parameters and subsequentcreating specialized geoinformation systems aimed at timelyfinding pre-emergency situations and preventing natural-technogenic accidents.

Ключевые слова: природно-технические системы (ПТС); мониторинг;аэрокосмическое зондирование; управление состояниемприродно-технических систем; геоинформационные системы(ГИС); линейные сооружения; опасные природные и природно-техногенные процессы; предаварийные состояния; аварии.

Key words:natural-technical systems (NTS); monitoring; aerospace sensing;linear natural-technical system state management;geoinformation systems (GIS); line structures; hazardous naturaland natural-technogenic processes; pre-emergency states;emergencies.

ществуют до настоящего времени, т.к. монито-ринг ПТС, за исключением единичных приме-ров, имел и имеет не системный и комплексный,а компонентно-отраслевой характер. Обще-известны методологии и опыт проведения мо-ниторинга в климатологии, лесном хозяйстве,инженерной геологии (мониторинга геологиче-ской среды, литомониторинга, сейсмомонито-ринга, экзодинамического мониторинга), земле-пользовании, а также строительного монито-ринга [1, 2, 4, 6–8, 10, 12]. Однако количествоприродно-техногенных аварий, возникающихпри строительстве и эксплуатации инженерныхсооружений, особенно в сложных природныхусловиях, за последнее 20-летие неуклонно рас-тет, несмотря на проведение мониторинга в вы-шеуказанных направлениях.

Общеизвестно, что в наши дни прокладкатрасс протяженных линейных сооружений (неф-те- и газопроводов, транспортных магистралей,высоковольтных ЛЭП, оросительных систем) врайонах с экстремальными природными усло-виями осуществляется без своевременной про-работки и обоснования их трассирования идолжного учета развития и активизации подвлиянием строительства опасных природныхпроцессов (оползней, селей, лавин, обвалов, кар-ста, подтопления, размывов, абразионно-аккуму-лятивных процессов в береговых зонах, а такжепроцессов, связанных с изменениями мерзлот-ных условий). И, несмотря на обязательное вы-полнение в процессе строительства соответ-ствующего строительного мониторинга (в т.ч. иэкологического), от разрушения созданных со-оружений под воздействием активизации опас-ных процессов мы не застрахованы.

Примеры катастрофических разрушений по-следних лет известны на строящихся объектахОлимпиады-2014 в районе Большого Сочи, настройках в Республике Саха (Якутия), на эксплуа-тирующихся объектах в Республике Хакасия, нажелезнодорожной станции Березняки в Пермскомкрае и т.д. Во всех этих случаях должным образомне осуществлялся системный анализ ПТС на эта-пах планирования размещения сооружений наместности и их проектирования, хотя проектныерешения должны приниматься с учетом данных овозможном воздействии на сооружения опасныхприродных процессов. В их обосновании и в свое-временном проведении мониторинговых исследо-ваний, в т.ч. в процессе эксплуатации сооружений,должны участвовать специалисты различных на-правлений.

Вместе с тем опубликовано много работ, про-возглашающих проведение мониторинга ПТС ссистемных позиций. Существуют даже органи-зации и подразделения ряда компаний, основнойзадачей которых является проведение монито-ринга природно-технических систем. Ознаком-ление с результатами выполняемых ими иссле-дований показывает, что, по сути, их работы невыходят за рамки компонентно-отраслевого мо-ниторинга.

В материалах (на картах и схемах), содержащихрезультаты наблюдений за состоянием природнойсреды, отражается главным образом динамика еекомпонентов без соответствующей оценки состоя-ния инженерных сооружений, находящихся подих влиянием. В лучшем случае на картах показы-ваются тип, конфигурация и местоположение ин-женерных сооружений, но не их техническое со-стояние и работоспособность. В таком монито-ринге, выполняемом природоведами (гидролога-ми, климатологами, географами, геологами, эко-логами), не участвуют специалисты, владеющиеосновами инженерного дела.

По данным строительного мониторинга, на-оборот, оценивается техническое состояние воз-водимых и эксплуатируемых сооружений с оцен-кой напряженно-деформированного состоянияконструкций и их узлов, степени их поврежденийот воздействия различных факторов, остаточногоресурса и практически никак не оценивается ха-рактер природных воздействий, например морфо-логия, типизация, степень активности и тенден-ции проявления опасных природных процессов,приводящих к размывам, деформациям или раз-рушениям инженерных сооружений. Здесь, на-оборот, не участвуют специалисты-природоведы,способные исследовать и оценивать состояниеприродных компонентов.

Хотелось бы отметить, что автор ни в коемслучае не является противником реализации ком-понентно-отраслевых направлений мониторингаи считает, что различные виды мониторинга(климатического, лесного, гидрологического, зе-мельного, инженерно-геологического, экологи-ческого, строительного) весьма эффективны длярешения конкретных отраслевых задач. Однаков случаях, когда намечается и проводится мас-штабное хозяйственное освоение регионов сосложными природными условиями, сопряженноесо строительством или реконструкцией протя-женных линейных сооружений (трасс нефте- игазопроводов, железных и автомобильных дорог,водохозяйственных и энергетических сооруже-ний), выполнение мониторинга ПТС должно осу-ществляться с системных позиций — именнотак, как это предписывается действующими фе-деральными нормативными документами [18,19], а компании, которые претендуют на выпол-нение мониторинга ПТС, должны иметь необхо-димые кадровые ресурсы и технические средствадля его выполнения в соответствии с требова-ниями этих документов.

Научно-методическая и технологическая база аэрокосмического мониторинга линейных природно-технических систем

Методология мониторинга для обоснованиясистемы управления состоянием природно-тех-нических систем развивается уже более 35 лет.За это время были созданы научные основы и на-коплен большой опыт проведения мониторингаразличных типов ПТС [1, 2, 4, 6–16, 20]. Базиру-



ясь на этом опыте, автор создал методологиюмониторинга линейных ПТС, в основу которойбыло положено сочетание аэрокосмическогозондирования, наземных методов экспресс-диаг-ностики состояния ПТС на сложных участках исистемы специализированного оценочного кар-тографирования состояний ПТС с применениемГИС-технологий (рис. 1). Применяя данную ме-тодологию на всех этапах создания и функцио-нирования линейных сооружений, мы получаемсвоеобразную систему управления состояниемприродно-технических систем (рис. 2), позво-ляющую своевременно фиксировать и пред-упреждать аварии и катастрофы, связанные свлиянием на инженерные сооружения опасныхприродных процессов и с воздействием нештат-ных ситуаций в состоянии инженерных соору-жений на природную среду. Окончательные циф-ровые карты в широком масштабном диапазонеинформационно обеспечат обоснование приня-тия управленческих решений на всех уровняхуправления ПТС. Рассмотрим основные позицииэтой методологии.

Принципы аэрокосмического мониторингалинейных ПТС

Концепцию мониторинга линейных ПТС мож-но выразить в виде таких условных принципов,как: (1) комплексность; (2) систематичность и пе-риодичность; (3) автоматизация получения и об-

работки данных с широким использованием со-временных информационных технологий.

Комплексность. В качестве объектов монито-ринга необходимо рассматривать все элементыприродно-технической системы (сооружения иприродную составляющую) как взаимообуслов-ленные. Например, применительно к газопрово-дам надо рассматривать собственно трубопровод,сооружения инфраструктуры газопроводной си-стемы (компрессорные и насосные станции, хра-нилища углеводородного сырья и др.), а приме-нительно к железнодорожным магистралям —верхнее строение пути, земляное полотно, мосты,тоннели, сооружения железнодорожной инфра-структуры (станции и транспортные здания, узлы,сооружения электрификации и др.) во взаимодей-ствии с основанием и прилегающими геомасси-вами на всей площади влияния развивающихся вних природных и техногенных процессов с уче-том климатических, ландшафтных и социальныхфакторов. Только комплексный подход позволяетдать правильные оценку и прогноз работы соору-жения под нагрузками и выявить прямые и обрат-ные связи между природной и технической со-ставляющими ПТС.

Систематичность и периодичность. Опытпоследних 10–15 лет показал, что на этапах об-основания инвестиций и разработки проектнойдокументации не всегда удается обосновать про-гнозные схемы взаимодействия конструкций и



Космическаясъемка

Многозональнаяаэросъемка

Обработка данныхпутем созданиякадастровых,

динамических ипрогнозно-оценочных

картографическихцифровых моделей

Прогнозирование и оценка состояния ПТС в условиях активного проявлениясейсмичности и тектонической раздробленности, карста, оползней, обвалов,

лавин, селей, просадок, переработки берегов, подтопления сооружений,перевевания песков, снежных заносов и мерзлотных процессов

Наземное обоснованиеданных АКЗ с применениемметодов неразрушающего

контроля состояниясооружений, геофизическихи инженерно-геологических

обследований

Тепловаяинфракрасная

аэросъемка

Лазерноесканирование

Предпроектныестадии.

Сравнение и оценкаконкурирующих

вариантовплощадок и трасс

Стадия разработки проекта.Обоснование

мероприятий поинженерной защите

сооружений и окружающей среды

Активное проектированиев процессе строительства

и реконструкции объектов. Обоснование корректировки

проектных решенийпо инженерной защите

сооружений и окружающей среды

Геотехническийи геоэкологическийконтроль состояния

сооруженийи окружающей среды

в процессеэксплуатации

Формированиерегионально-отраслевых баз данных

Обоснование мероприятийпо сохранению

экологического баланса в районахфункционирования ПТС

С ф е р а п р и м е н е н и я

И с т о ч н и к и п о л у ч е н и я т е х н и к о - э к о н о м и ч е с к о г о э ф ф е к т а

Повышение полноты информациидля обоснования

проектных решений

Снижение вероятностиаварийных ситуаций

Повышение вероятностисохранения

экологического баланса

Снижение эксплуатационных

расходов

Рис. 1. Структурно-технологическая схема аэрокосмического мониторинга линейных природно-технических систем

сооружений с природными факторами, в частно-сти с геологической средой и климатическимипараметрами. Более того, стремительно изме-няющийся климат планеты и активизация сейс-мической активности, сопровождающиеся ин-тенсификацией опасных природных и природно-техногенных процессов (оползней, селей, лавин,наводнений, осадки поверхности земли в мега-полисах), являются причинами быстрого устаре-вания имеющейся инженерно-геологической иприродно-ресурсной информации, закладываю-щейся в проекты сооружений. В этих условияхдалеко не всегда возможно своевременное обнов-ление этих данных, поэтому проведение специ-альных исследований по методологии монито-ринга ПТС весьма актуально, причем перманент-ным образом, т.е. циклично на разных этапахстроительства и эксплуатации сооружений, на-пример, начиная с периода завершения строи-тельства (I этап), в период временной эксплуата-ции сооружений (II этап) и в предреконструк-ционный период (III этап). Между этими обяза-тельными этапами организации, осуществляю-щие постоянную эксплуатацию сооружений, мо-гут являться заказчиками специальных дополни-тельных мониторинговых исследований дляконтроля технического состояния сооружений иокружающей среды в случаях возникновения не-штатных ситуаций (таких как отказы работы со-оружений, обнаружение их дефектов, возникно-вение природных аномальных явлений, получе-ние данных о возможных террористических ак-тах и др.).

Автоматизация получения и обработки дан-ных с широким использованием современных ин-

формационных технологий. Получившие приори-тет во всем мире, информационные технологииявляются стержневой основой методологии мо-ниторинга, базирующейся на быстром получениивысокоточной информации о состоянии парамет-ров объекта (качественных и количественных), вт.ч. напряженно-деформированного состоянияконструкций и узлов сооружений, что осуществ-ляется методами неразрушающего контроля сприменением соответствующей диагностическойаппаратуры.

В системах мониторинга протяженных линей-ных объектов, сооружаемых в сложных природ-ных условиях (в зонах интенсивной геодинами-ки, на труднодоступных территориях в условияхгорного рельефа, в таежных и болотистых рай-онах), эффективно применение комплексногоаэрокосмического зондирования (АКЗ). Его дан-ные позволяют своевременно выявлять участкивозможных предаварийных и аварийных ситуа-ций, на которых впоследствии проводятся рабо-ты по оценке состояния конструкций и сооруже-ний методами их неразрушающего контроля иопределяются параметры компонентов природ-ной среды, влияющие на техническое состояниесооружений.

При очевидной эффективности существую-щих аэрокосмических и наземных методов не-разрушающего контроля необходимо их рацио-нальное сочетание (комплексирование) с учетомих особенностей, характеристик и способов при-менения.

Отработка методического обеспечения работпо оценке и прогнозированию состояния ПТСразличных типов на различных этапах строи-



Базовая информация о ПТС,существующая до начала

строительства

Информация о ПТС,полученная в процессе

изысканий

Оперативная информация,полученная в процессе

строительства и эксплуатации ПТС

Регулярные (режимные)наблюдения по отдельным

компонентам ПТС

Данные об опасных природныхи природно-техногенных процессах

и их влиянии на состояние ПТС

Данные об аномалияхв состоянии технических

элементов ПТС

Выбор направлениятрассы

(местоположенияплощадок)

Оценкакокуренто-

способностивариантов

Размещение(трассирование)

Рекомендациипо инженерной

защите

СостояниеПТС

Возможность возникновения

критическихситуаций

Прогнозвлияния ПТС

на окружающуюсреду

Оперативный прогнозо состоянии ПТС

Долгосрочный прогнозо состоянии ПТС

Рекомендациипо инженерной защите

Атлас инженерных решений по защитеПТС, назначенных по результатам

мониторинга ее состояния

Рис. 2. Блок-схема управления состоянием линейных природно-технических систем в рамках их мониторинга

тельства и эксплуатации сооружений с исполь-зованием в системе мониторинга оригинальныхструктурно-технологических схем представляетсобой технологическое кредо научных организа-ций в области мониторинга природно-техниче-ских систем применительно к различным ланд-шафтно-климатическим и инженерно-геологиче-ским условиям.

Мониторинг ПТС методами аэрокосмическогозондирования, как правило, является опережаю-щим, позволяет оптимизировать пространство иобъемы комплексных изыскательских работ ужена предпроектном этапе. При этом данные на-земных обследований позволяют наполнить ко-личественными и качественными характеристи-ками структуру контуров, получаемых при де-шифрировании материалов АКЗ.

Основой дешифровочного процесса материа-лов АКЗ являются ландшафтные исследованияс учетом взаимодействия и взаимообусловлен-ности природных компонентов. Соответственновыполняется ландшафтно-индикационный ана-лиз, использующий образы (внешнее отображе-ние) ландшафтов (рельефа, грунтов, раститель-ного покрова, гидрографической сети и др.), яв-ляющиеся косвенными индикаторами для рас-познавания свойств компонентов, скрытых отвизуального наблюдения (горных пород, стра-тиграфии, подземных вод, протекающих в нихприродных процессов и др.), — объектов инди-кации.

При мониторинге ПТС ландшафтно-индика-ционный анализ является основой для составле-ния по материалам АКЗ кадастровых карт, фик-сирующих фоновое состояние среды и уровеньтехногенных изменений (нарушенности) ланд-шафтов до начала строительства, например, же-лезных дорог. Составляются прогнозы устойчи-вости ПТС в форме карт риска (технического, эк-зодинамического, экологического). По даннымих анализа составляются программы наземныхизысканий и режимных наблюдений.

В процессе строительства и при эксплуатациисооружений с помощью комплексирования ланд-шафтно-индикационного анализа материаловАКЗ с данными наземных экспресс-исследова-ний с применением методов неразрушающегоконтроля сооружений оценивается динамика со-стояния взаимодействия природной и техниче-ской составляющих ПТС, на основе чего уточ-няются или корректируются прогнозы и обосно-вываются управляющие решения.

Банк данных по проблеме «Критическиеситуации в состоянии ПТС в условияхприродного разнообразия России»

В ОАО «ЦНИИС» под руководством и приучастии автора создан банк данных (БД), вклю-чающий в себя: (1) фрагменты наиболее типич-ных аэрокосмических (многозональных, инфра-красных, радиолокационных) снимков по выде-лению и обоснованию критических ситуаций(предаварийных, аварийных и поставарийных)

на инженерных сооружениях под действиемопасных природных и природно-техногенныхпроцессов; (2) аннотации к этим снимкам; (3)схемы их дешифрирования; (4) фрагменты спе-циализированных прогнозно-оценочных карт,содержащих рекомендации по инженерной за-щите ПТС.

Этот банк данных разбит на ряд директорий:общую методическую, п-ов Ямал, Надым-Пур-Тазовское междуречье, Норильский регион,Черноморское побережье Кавказа, горные рай-оны Северной Осетии, Приэльбрусье, северо-запад России, равнинный Алтай, Прибайкалье,Забайкалье, Дальний Восток. Ряд директорийвыделяется по проблемам функционированияконкретных ПТС (коридор коммуникаций «Об-ская — Бованенково»; железная дорога Ягель-ная — Ямбург, зоны освоения ряда крупнейшихнефтегазовых месторождений Тюменской обла-сти; береговой комплекс на участке Туапсе — Ад-лер; зона освоения БАМ; участок Западно-Си-бирской железной дороги Барнаул — Бийск; же-лезнодорожная магистраль Санкт-Петербург —Москва и др.).

В данном БД систематизируются и рассматри-ваются ситуации, связанные с кадастром, дина-микой, состоянием ПТС, прогнозом аварий в со-стоянии трубопроводов, железных и автомо-бильных дорог, гидротехнических и промышлен-ных сооружений, строящихся и эксплуатируе-мых в условиях интенсивного проявления при-родно-техногенных процессов.

Рассматриваемый БД положен в основу типи-зации предаварийных, аварийных и поставарий-ных ситуаций, возникающих при строительствеи эксплуатации сооружений в районах с экстре-мальными природными условиями. Частичноматериалы этого БД опубликованы в ряде моно-графий и учебных пособий и используются вучебном процессе при подготовке изыскателейи проектировщиков транспортных вузов [3, 6,13–16].

Структура локальных геоинформационныхсистем в системе мониторинга ПТС

Предлагаемая структура геоинформационныхсистем (ГИС) основана на результатах много-летних исследований, выполненных при созда-нии конкретных линейных ПТС в различныхландшафтно-климатических и инженерно-гео-логических условиях России и стран СНГ. Этолокальные ГИС для обоснования систем управ-ления состоянием природно-технических си-стем, создаваемых и эксплуатируемых в слож-ных природных условиях, сопряженных с высо-ким риском воздействия на сооружения опасныхприродных процессов, которые базируются натрех уровнях информации (см. рис. 2), опреде-ляющих содержательную структуру и отражаю-щих динамику состояния ПТС: (1) на базовойинформации о ПТС, существующей до началастроительства; (2) на информации о ПТС, полу-ченной в результате изысканий; (3) на оператив-



ной информации, полученной в процессе строи-тельства и эксплуатации ПТС. Такой подход де-лает реальным своевременное предупреждениеприродно-техногенных аварий на всех стадияхсоздания и функционирования сооружений. Ре-альность предупреждения этих аварий обес-печивается:

объективизацией информационной составляю-•щей ГИС за счет использования данных аэро-космического зондирования и наземных обсле-дований, фиксирующих стадии и интенсив-ность проявления опасных природно-техноген-ных процессов; точностью машинной обработки вводимой ин-•формации; оперативностью получения видео- и картогра-•фической информации как для всей трассы, таки для любой ее точки в любом масштабе; надежностью хранения баз данных; •оперативностью выдачи данных в любом виде•(цифровом, графическом, картографическом,текстовом, на бумажной и на электронной ос-нове); возможностью оперативного обновления, раз-•множения и передачи информации на любоерасстояние без потери качества.

Структура таких ГИС в соответствии со схе-мой, представленной на рис. 3, предусматриваетследующие три взаимосвязанных блока, форми-рующих базу данных: (1) входящая информация;(2) электронные карты; (3) формирование оценоки прогнозов.

При формировании перечня задач, решаемыхв системе предупреждения природно-техноген-ных аварий, данные ГИС изначально ориенти-руются на:

решение задач локального характера; •предупреждение природно-техногенных аварий•и катастроф в сфере строительства и эксплуа-тации сооружений; обоснование управленческих решений по обес-•печению технической и экологической безопас-ности ПТС в зонах их влияния на окружающуюсреду; создание регионально-отраслевого банка дан-•ных для обоснования проектных решений пристроительстве в районах с аналогичными при-родными условиями. Основу базы данных такой ГИС составляет ав-

томатизированная картографическая система,формируемая на всех стадиях создания и эксплуа-тации ПТС. В качестве исходных данных для фор-



Мо

ни

тор

ин

г

ПТ

С

УровниструктурыГИС

Базоваяинформацияо ПТС,существующаядо началастроительства

Информацияо ПТС,полученнаяв процессеизысканий

Оперативнаяинформация,полученнаяв процессестроительстваи эксплуатацииПТС

Решаемыезадачи

Динамика

Кадастр

Прогноз

Предупреждениеаварий икатастроф

Специальнаяинженернаязащита

Базы данных ГИСВходные данныеМатериалы АКЗ

Данные наземных изысканий и обследованийСтатистические данные

Природно-ресурсная тематическая информацияОперативная информация эксплуатационныхслужб о состоянии сооружений

Обоснование оптимального трассирования спозиций охраны окружающей среды иобеспечения устойчивости ПТС

Прогнозы устойчивости ПТС при различныхрежимах эксплуатации

Зонирование трасс по степени ихподверженности воздействию природных иприродно-техногенных процессов

Выявление участков трасс с развитиемпредаварийных и аварийных ситуаций

Оперативная информация эксплуатационныхслужб о состоянии сооружений

Результаты аппаратурной диагностикисостояния сооружений и конструкций всистеме мониторинговых обследований

Электронные картыТопооснова

Районирование зон освоения НГКМ поусловиям развития природных процессов

Риска природных и природно-техногенныхопасностей

Состояния ПТС в условиях техногеннойинтенсификации природных процессов

Устойчивости ПТСПрогноза критических ситуаций в состоянииПТС

Геоэкологической сложности зон освоенияПТС

Анализ, формирование оценок и прогнозоваварийных ситуаций

ПринимаемыеуправляющиерешенияПаспортизация

Капитальный ремонт

Реконструкция

Проектированиеи строительствоспециальныхсооруженийинженерной защиты

Совершенствованиетехнологиистроительства

Мероприятияпо обеспечениюэкологическойбезопасности

Совершенствованиетехнологийэксплуатации

Совершенствованиенормативно-техни-ческой базы в обла-сти строительства

Совершенствованиенормативно-правовой базы

Рис. 3. Структура локальной геоинформационной системы, направленной на обеспечение безопасности взаимодействия

сооружений и окружающей природной среды

мирования БД используется внемашинная и внут-римашинная информация.

Внемашинную информацию формируют: материалы АКЗ и результаты их дешифриро-•вания; данные наземных изыскательских и специ-•альных работ, в т.ч. выполняемых по системемониторинга с применением методов неразру-шающего контроля и диагностики состояниясооружений; статистические данные и природно-ресурсная•информация, получаемые из федеральных и ре-гиональных государственных организаций; оперативная информация служб и подразделе-•ний организаций, осуществляющих строитель-ство и эксплуатацию сооружений, об изменчи-вости состояния исследуемых сооружений иконструкций (данные об имевших место отка-зах, авариях, ущербе, принятых мерах инже-нерной защиты). Внутримашинная информация включает в

свой состав цифровые тематические карты, от-ражающие:

топографо-геодезическую ситуацию района•строительства или эксплуатации сооружения иее изменчивость; техническое состояние исследуемых сооруже-•ний (наличие дефектов, деформаций, остаточ-

ный ресурс, уязвимость, безотказность, ремон-топригодность, коррозионную стойкость и т.п.); геоэкологическое и инженерно-геологическое•состояние районов прокладки (пролегания)трасс (кадастр, динамику и интенсивность про-явления опасных природных и природно-тех-ногенных процессов, техногенную нарушен-ность ландшафтов, загрязненность, прогнозустойчивости ПТС); справочную информацию (государственные•федеральные и региональные нормативные ак-ты по экологии, землепользованию и строи-тельству, правовому положению земель и ихсобственников); оценочную природно-ресурсную информацию•(о пригодности земель для хозяйственного ис-пользования и их стоимости; об экологическомсостоянии почв, поверхностных и подземныхвод, грунтов, растительного покрова; о состоя-нии и бонитете лесных угодий; о биологиче-ских ресурсах и об имеющихся и потенциаль-ных ущербах ПТС и окружающей среды). Система автоматизированного картографиро-

вания включает семь типов постоянно обновляе-мых карт, позволяющих оценить состояние ПТСв любой точке трассы на всех этапах строитель-ства и эксплуатации. Организация простран-ственной информации в ГИС рассматривается на



1

2

2

2

3

3

3

4

5 6

7

8

8

9

1011

12

12

13

13

Бийск

1 – водопропускная труба2 – водоотводные канавы3 – отвершки оврагов по канавам4 – водобойный колодец5 – быстроток6 – отводная обваловка7 – перехват стока по обваловке8, 9 –отвершки оврагов по обваловке10 – водозадерживающий вал11 – водоотводный железобетонный лоток12 – донные плотины из щебня13 – отвершки по приверху вала

растущие оврагивременно стабилизированные оврагистабильные овраги

а) б)

Рис. 4. Состояние природно-технической системы участка Западно-Сибирской железной дороги Барнаул — Бийск в

условиях интенсивного оврагообразования (несмотря на имеющуюся систему защитных сооружений, овраг

продолжает расти и создает угрозу размыва железнодорожного полотна и насыпи, что является предаварийной

ситуацией): а — синтезированный многозональный аэроснимок участка с развитием оврага; б — схема действующих

сооружений инженерной защиты от воздействия овражной эрозии

уровне создания многослойной модели картогра-фической системы, содержащей слои по каждомукомпоненту организационной структуры природ-ной и технической составляющих ПТС. Каждыйслой имеет самостоятельное значение и можетбыть, в случае необходимости, выведен в видеотдельной аналитической карты для любой точкиили отрезка трассы линейного сооружения (на-пример, это может быть «Карта состояния тру-

бопровода на участке 132 км трассы»). С учетомпослойной организации система автоматизиро-ванного картографирования может включатьмножество специальных карт без ограниченияверхнего предела.

Вышеперечисленные свойства рассматривае-мых ГИС значительно повышают обоснован-ность и качество управляющих инженерных ре-шений по защите ПТС от воздействия опасных



Рис. 5. Фрагмент мелкомасштабной карты оценки состояния ПТС на участке Западно-Сибирской железной дороги

Барнаул — Бийск, составленной по материалам космических съемок. Карта отражает характер развития опасных

природно-техногенных процессов в зоне пролегания железной дороги с зонированием ее трассы (на линейной

диаграмме) по воздействию на нее наиболее масштабных проявлений овражной эрозии, просадок и подтопления

сооружений

природных и природно-техногенных процессов,снижают роль субъективных факторов в оценкахи практически исключают ошибки в оценке со-стояния ПТС, связанные с недостатком информа-ции о степени опасности развития указанныхпроцессов.

При разработке подобной ГИС были исполь-зованы хорошо зарекомендовавшие себя вовсем мире программные комплексы настольно-го типа, работающие под управлением опера-ционной системы UNIX (в частности, MapInfo,а при больших объемах обработки данных —ARC/INFO в сочетании со специальной про-граммой для обработки данных АКЗ ERDASImagine, имеющей модуль расширения Vector,обеспечивающий преемственность средств си-стемы ARC/INFO, а через имеющиеся у неерасширения — и других родственных про-граммных комплексов).

Данная ГИС была применена в системе мони-торинга ПТС зон освоения ряда газоконденсат-ных месторождений (ГКМ) тюменского Севера (вт.ч. коммуникаций, входящих в их инфраструкту-ру), а также ряда железнодорожных магистралей(Октябрьской, Западно-Сибирской, Северо-Кав-казской железных дорог) [6, 9, 13, 14, 16].

Организация применения методов и технологий аэрокосмического зондированияпри проведении мониторинга ПТС

Комплексность и своевременность примененияаэрокосмического зондирования обеспечиваютвозможность его использования на всех стадияхстроительства и инвестиционного цикла, начинаяот обоснования схемы размещения объекта наместности и обоснования инвестиций в строи-тельство до его эксплуатации, включая различныеэтапы проектно-изыскательских и строительныхработ. Организация этих исследований осуществ-ляется путем постановки и проведения комплекс-ного мониторинга ПТС (см. таблицу).

Применение АКЗ с учетом указанных вышепринципов значительно расширяет его возмож-ности, выдвигая на первый план решение про-блем безопасности функционирования ПТС.

На предпроектных стадиях использование гео-экологического анализа материалов АКЗ позво-ляет выявить барьерные зоны и принять инженер-ные решения, минимизирующие геодинамиче-ский (эндодинамический и экзодинамический),экологический и технические риски. Эти решениясвязаны с оптимизацией размещения сооружений



Рис. 6. Фрагмент крупномасштабной карты прогноза критических ситуаций в состоянии ПТС для отраженного на

рис. 4 и 5 участка, составленной по данным дешифрирования материалов топографической аэрофотосъемки и

наземных морфометрических измерений. На карте отражена эффективность действующей системы

противоэрозионной защиты на неустойчивом участке и даны рекомендации по ее совершенствованию с учетом

закономерностей и тенденций развития овражной эрозии



3

4

2

6

1 5

2

Рис. 7. Фрагмент многозонального аэроснимка участка пересечения трехниточного газопровода «Ямбург — Ныда»

с железной и автомобильной дорогами. Снимок фиксирует предаварийную ситуацию, связанную с резкой

активизацией мерзлотных процессов и подтопления насыпи в результате нарушения строительных технологий.

В результате активизации пучения мерзлых грунтов вдоль трубопровода, проложенного в основании

железнодорожной насыпи, и активного термокарста произошло выпучивание и всплытие гильз трубопровода с

нарушением его гидроизоляции и подтопление насыпи. Данная ситуация классифицируется как предаварийная,

строительство трубопровода остановлено для перепроектирования на участках его пересечения с дорожными

сооружениями: 1 — песчаные раздувы; 2 — зоны подтопления и обводнения; 3, 4 — развивающийся и угнетенный

термокарст соответственно; 5 — полосы прибрежной растительности; 6 — дренируемые участки с растительностью

Таблица

Концептуальная схема мониторинга природно-технических систем

Позиции,

положенные в основу

концепции

мониторинга ПТС

Схематическое описание структуры исследований по оценке состояний ПТС

Теоретические

1) «Статика» (состояние компонентов природной среды до начала строительства);

Основабазы

данныхГИС

2) «динамика» (изменения природной и технической составляющих ПТС в процессестроительства и эксплуатации сооружений под влиянием природных и техногенныхфакторов на период проведения обследований);

3) прогноз устойчивости ПТС;

4) выявление и типизация участков потенциальных критических ситуаций

Методологические

1) Паспортизация объектов исследований (фиксация параметров природных и техническихкомпонентов объектов исследований до начала строительства);

2) режимные исследования ПТС;

3) моделирование состояний ПТС;

4) управляющие инженерные решения

Технологические

1) Аэрокосмическое зондирование;

2) наземные экспресс-исследования по оценке параметров природной составляющей ПТС;

3) аппаратурная диагностика состояния инженерных сооружений методаминеразрушающего контроля;

4) автоматизированное картографирование состояний ПТС; управляющие решения.

и обоснования выбора их конструктивно-техно-логических решений, в т.ч. по их инженерной за-щите от воздействий опасных природных и при-родно-техногенных процессов.

На стадиях строительства и эксплуатации со-оружений применение материалов АКЗ обеспечи-вает выявление предаварийных ситуаций, связан-ных с активизацией опасных природно-техноген-ных процессов (оползней, обвалов, в т.ч. сейсмо-гравитационных, селей, лавин, карста, мерзлот-ных процессов, заболачивания в основании со-оружений, их подтопления и просадок, волновойабразии), которые возникают в результате нару-шения строительных технологий. Это в ряде слу-чаев позволяет откорректировать технологиче-ские регламенты и уточнить инженерные реше-ния по защите: оснований и насыпей — от раз-мыва и деформаций; трубопроводов — от всплы-тия, нарушения гидроизоляции, отклонения ихпродольного профиля от проектного положения;гидротехнических сооружений — от размыва. В комплексе это позволяет предупреждать воз-никновение деформаций сооружений, взрывов,пожаров, загрязнения атмосферы, почв, грунтов,

поверхностных и подземных вод, истощения рек-реационных ресурсов.

Проектировщики и строители могут использо-вать специальные карты, составляемые в рамкахлокальных ГИС, для разработки и корректировкиуправляющих инженерных решений, направлен-ных на обеспечение безопасности создаваемых иэксплуатируемых сооружений и окружающей сре-ды, что подтверждается экспериментальной прак-тикой. Например, при проведении мониторингаПТС железнодорожных линий Обская — Бованен-ково на полуострове Ямал и Ягельная — Ямбургв Надым-Пур-Тазовском междуречье по результа-там данных АКЗ назначались мероприятия по ин-женерной защите сооружений от размыва (обу-стройство водопропускных труб в теле насыпи,дополнительный дренаж, увеличение высоты на-сыпи) (рис. 8, 9); при проведении мониторингаПТС участка Западно-Сибирской железной доро-ги Барнаул — Бийск по результатам АКЗ назнача-лись дополнительные противоэрозионные меро-приятия (рис. 4−6). Примеров подобного рода до-статочно много, даже имели место случаи оста-новки строительства с целью перепроектирования



3

4

10

2

6

1

52

10

9

8

7

Рис. 8. Фрагмент многозонального аэроснимка участка строительства железной дороги Ягельная — Ямбург.

В результате активизации мерзлотных процессов в связи с отсутствием в проекте водопропускных сооружений

произошли подтопление насыпи притрассовой автомобильной дороги и ее размыв (аварийная ситуация):

1 — зоны обводнения; 2 — вновь образовавшиеся озера; 3 — граница древнего хасырея; 5 — стабилизировавшееся

состояние; 6 — активное состояние; 7–9 — этапы развития термокарста: 7 — ранний, 8 — зрелый; 9 — угнетенный;

10 — зоны нарушенных ландшафтов



Ненарушенные ландшафтыПоверхности тундр:

Слабодренированные с пятнами-медальонами

Дренированные мелкоячеистые

С полигональным строением

Хасыреи молодые

Хасыреи древние

Озера

Мелководные участки

Фрагменты озерной поймы

Полосы разнотравно-осоковой обводненнойрастительности

Нарушенные ландшафты

Спущенные озера

Ландшафты, образовавшиеся в связи с перекрытиемповерхностного стока на месте плоских субволнистыхповерхностей тундр:

Зоны сильного нарушения почвенно-растительногопокрова вдоль насыпей

Со стороны стока – зоны подтопления и обводнения

С противоположной стороны – тундрыполигональные сухие с развитием кустарничковойрастительности по бывшим ложбинам стока – – зоны осушения

Направления естественного стока

Техногенные объекты

Неустойчивые. Насыпь участками полностью иличастично размыта, сильно подтоплена, подвержена активировавшемуся термокарсту(глубина термокарстовых озер до 1,7 м)

Колея железной дороги

Грунтовая дорога, технологические перемычкимежду насыпями

Вездеходные следы сухие

Участки свалок строительного мусора в местахсооружения насыпей

Устойчивость насыпей

Вездеходные следы обводненные

Обводненные котлованы

Относительно устойчивые. Насыпь под угрозойподтопления, подвержена активировавшемусятермокарсту (глубина термокарстовых озер до 1,0 м)

Устойчивые. Насыпь расположена на сухойдренированной поверхности вне зоны активизациимерзлотных процессов

Прогноз критических ситуаций в состоянии насыпей:

Деформации насыпи в результате подтопления

Вертикальные деформации

Прорыв насыпи

Назначение защитных мероприятий по обеспечениюравновесного состояния ПТС

Обустройство водопропускных труб в теле насыпи

Подсыпка и укрепление насыпи

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ:

≈

χ

Рис. 9. Фрагмент карты прогноза критических ситуаций в состоянии ПТС железной дороги Ягельная — Ямбург,

составленной по данным дешифрирования аэроснимков (см. рис. 8). На карте отражено состояние основания и

земляного полотна железной дороги в условиях интенсивного проявления просадок и подтопления. Оконтурены

участки, подверженные воздействию этих процессов, количественно оценены характер и величины деформаций

земляного полотна, оконтурены участки размывов, даны рекомендации по размещению водопропускных труб,

дренажным мероприятиям, увеличению высоты насыпей

железнодорожных сооружений, в частности на ря-де участков железнодорожной линии Ягельная —Ямбург, где на участках пересечения железнодо-рожной насыпи и подземного газопровода в ре-зультате нарушения строительных технологийразвивались взрывоопасные ситуации, связанныес активизацией мерзлотных процессов (рис. 7).

Выводы

1. В структуре информационного обоснованияуправляющих решений при проектировании,строительстве и эксплуатации ПТС особую рольиграет аэрокосмическое зондирование, которое да-ет возможность решать задачи, объединяемые по-нятием «экологическая безопасность», через дис-танционный анализ оптических моделей природ-но-территориальных комплексов, формирующихсяпо материалам АКЗ. Это обеспечивается с помо-щью изучения и анализа многообразных прямыхи косвенных форм проявления опасных природныхи природно-техногенных процессов, возникающихв результате взаимодействия природных факторовс сооружениями на разных стадиях их создания ифункционирования, и оценки степени уязвимостисамих сооружений. Ни один другой метод иссле-дований не позволяет решать эти задачи в болеекороткие сроки с разной степенью полноты и де-тальности, требуемой для обоснования управляю-щих решений при создании и обеспечении функ-ционирования ПТС большой протяженности.

2. Наиболее эффективным организационно-техническим мероприятием, всецело определяю-щим реализацию возможностей АКЗ при пред-упреждении аварий и катастроф в ПТС на всехстадиях и этапах создания и функционированиясооружений, является именно мониторинг ПТС,осуществляемый комплексно и в геотехническом,и в геоэкологическом направлениях, а не компо-нентно-отраслевой мониторинг состояния инже-нерных сооружений или природной среды. Одна-ко, хотя мониторинг ПТС и является организа-ционной формой реализации системы обеспече-ния безопасности и даже регламентирован госу-дарственными нормативными документами встроительстве, он до сих пор не осуществляетсяна локальном уровне конкретных ПТС (именноПТС, а не биосферы, геологической среды, вод-ных ресурсов или сооружений) и не финансиру-ется, несмотря на продолжающееся нарастаниеколичества и тяжести аварий и катастроф.

3. Мониторинг протяженных линейных ПТС,создаваемых и функционирующих в сложныхландшафтно-климатических и инженерно-гео-логических условиях с интенсивным развитиемопасных природных процессов, выполняемыйбез применения аэрокосмических технологий,не может претендовать на получение данных осостоянии ПТС, достаточных по достоверностии полноте для обеспечения комплексной (техни-ческой, экологической и социальной) безопас-ности.




Бондарик Г.К. Природно-технические системы и их мониторинг // Инженерная геология. 1990. № 5. С. 3–9. 1.Бондарик Г.К., Чан Мань Л., Ярг Л.А. Научные основы и методика организации мониторинга крупных городов. М.:2.ПНИИИС, 2009. 260 с. Грицык В.И., Ревзон А.Л. Аэрокосмическая геоинформация для проектирования, строительства и реконструкции же-3.лезных дорог: иллюстрированное учебное пособие. М.: Изд-во ФГОУ «Учебно-методический центр по образованиюна железнодорожном транспорте», 2011. 79 с. Епишин В.К., Трофимов В.Т. Литомониторинг — система контроля и управления геологической средой // Теоретические4.основы инженерной геологии. Социально-экономические основы. М.: Недра, 1985. С. 243–250. Измалков В.И., Измалков А.В. Техногенная и экологическая безопасность и управление риском. СПб.: Изд-во НИЦЭБ5.РАН, 1998. 482 с. Камышев А.П. Методы и технологии мониторинга природно-технических систем Севера Западной Сибири / под ред.6.А.Л. Ревзона. М.: Изд-во ОАО «ВНИПИГаздобыча». 1999, 30 с. Королев В.А. Мониторинг геологических, литотехнических и эколого-геологических систем / под ред. В.Т. Трофимова.7.М.: КДУ, 2007. 416 с. Королев В.А. Мониторинг геологической среды: учебник / под ред. В.Т. Трофимова. М.: Изд-во МГУ, 1995. 272 с. 8.Котляков В.М., Грачев.В.А., Ревзон А.Л. и др. Аэрокосмический аспект в изучении взаимодействия природы и соору-9.жений // Экология урбанизированных территорий. 2006. № 3. С. 73–83. Пендин В.В., Ганова С.Д. Геоэкологический мониторинг территорий расположения объектов транспорта газа в крио-10.литозоне. М.: ПНИИИС, 2009. 236 с.Ревзон А.Л. Аэрокосмические исследования в строительстве // Природа. 1989. № 10. С. 57–64. 11.Ревзон А.Л. Аэрокосмический мониторинг изменений геологической среды при строительстве и эксплуатации инже-12.нерных сооружений // Материалы 1-й Всесоюзной конференции «Биосфера и климат по данным космических иссле-дований». Баку, 1982. С. 135–137. Ревзон А.Л., Камышев А.П. Природа и сооружения в критических ситуациях. Дистанционный анализ. М.: Триада Лтд,13.2001. 208 с. Ревзон А.Л. Картографирование состояний геотехнических систем. М.: Недра, 1992. 223 с. 14.Ревзон А.Л. Космическая фотосъемка в транспортном строительстве. М.: Транспорт, 1993. 276 с. 15.Ревзон А.Л., Шварев С.В. ГИС-технологии в системе предупреждения аварий на железных дорогах в условиях интен-16.сивной эрозионной опасности // Экология и промышленность России. 2005. № 12. С. 27–31. Садов А.В. Ревзон А.Л. Аэрокосмические методы в гидрогеологии и инженерной геологии. М.: Недра, 1979. 223 с. 17.СНиП 11-02-96. Инженерные изыскания для строительства. Основные положения. М.: Госстрой РФ, 1997. 41 с. 18.СП 11-102-97. Инженерно-экологические изыскания для строительства. М.: Госстрой РФ, 1997. 41 с. 19.Цернант А.А. Экосистемный подход к управлению качеством природно-технических систем // Материалы 2-й Все-20.союзной школы-семинара «Актуальные проблемы оптимизации конструкций». Владимир — Суздаль, 1990. С. 62–66.

Реклама

Журнал «Инженерная геология»стал одним из наиболее востребованных печатных изданий в нашем профессиональном сообществе. Сотрудники редакции постоянно работают над дальнейшим повышением качества журнала. Все статьи проходят рецензирование членами редакционной коллегии и внешними рецензентами, научное и литературное редактирование.Вы, читатели, можете внести свой вклад в развитие журнала, присылая в редакцию свои статьи, подписываясь на «Инженерную геологию».

Тел./факс: +7 (495) 366-2684, 366-2095E-mail: [email protected]

Реклама

Повышенный интерес к современным экзоген-ным геологическим процессам, развитым в пре-делах распространения среднечетвертичных от-ложений реки Лены, вполне закономерен, т.к.приближение к ее якутскому правобережью стоя-щейся железной дороги Беркакит — Томмот —Якутск становится естественным импульсом дляразвития дорожной сети этого региона и, следо-вательно, основой для дальнейшего хозяйствен-ного освоения огромных восточных территорий.Кроме того, здесь же планируется строительствопорта и перевалочной базы для расширеннойтранспортировки грузов вниз по реке.

Названные причины неминуемо потребуютсамого пристального изучения инженерно-гео-логической обстановки в области распростране-ния аллювиальных отложений на Бестяхскойтеррасе на правом берегу р. Лены. Основные це-ли настоящей статьи — усилить интерес спе-циалистов к этой территории, показать слож-ность и высокую интенсивность ее современно-го геологического развития, потенциальнуюопасность ее инженерно-геологических усло-вий, необходимость их углубленного изученияи проведения инженерно-геологического мони-торинга при изысканиях, проектировании,строительстве и эксплуатации железнодорож-ной магистрали Беркакит — Томмот — Якутски других инженерных сооружений.

Среднечетвертичные аллювиальные отложе-ния Бехтяхской террасы хорошо изучены, онипредставлены очень однообразной толщей мел-козернистых песков, редкими линзами супесейи суглинков общей мощностью до 60 м, почтиповсеместно залегающими на среднекембрий-ских известняках и доломитах усть-ботомскойсвиты. В основании этих аллювиальных отло-жений встречены гравийно-галечниковые грун-ты [5, 6].

Для данной территории характерно сплошноераспространение многолетне мерзлых грунтов,



ОПАСНЫЕ СМЕЩЕНИЯ В МАССИВАХ АЛЛЮВИАЛЬНЫХОТЛОЖЕНИЙ БЕСТЯХСКОЙ ТЕРРАСЫ РЕКИ ЛЕНЫHAZARDOUS DISPLACEMENTS IN THE ALLUVIAL MASSIVES OF THE BESTYAKH TERRACE OF THE LENA RIVER

ДОСТОВАЛОВ В.Б.Ведущий специалист ОАО « Проекттрансстрой», г. Москва,[email protected], [email protected] КОРОЛЕВ А.А.Главный специалист ОАО « Проекттрансстрой », г. Москва

DOSTOVALOV V.B. A leading specialist of the «ProyektTransStroy» OJSC, Moscow,[email protected], [email protected] A.A. A leading specialist of the «ProyektTransStroy» OJSC, Moscow

Аннотация

В статье рассматриваются своеобразие и уникальностьнекоторых поверхностных геологических процессов,выявленных в результате дешифрирования материаловаэро- и космической съемки Бестяхской террасы на правомберегу р. Лены при проведении инженерно-геологическихизысканий под железнодорожное строительство.Отмечается значимость и опасность этих процессов прихозяйственном освоении территории.

Abstract

The article deals with peculiarity and uniqueness of somesurface geological processes revealed using interpretation ofaerial photographs and satellite images of the Bestyakh Terraceon the right bank of the Lena River obtained during engineering-geological survey for railway construction. The authors noteimportance and hazard of these processes for economicdevelopment of the territory.

Ключевые слова: многолетнемерзлые грунты, межмерзлотный талик,подземные воды, сейсмоактивность, поверхностныегеологические процессы, актуальность, хозяйственноеразвитие, экология, инженерно-геологические условия.

Key words:permafrost soils; interpermafrost talik; groundwater; seismicactivity; surface geological processes; urgency; economicdevelopment; ecology; engineering-geological conditions.

за исключением сквозного подруслового таликар. Лены. Подошва слоя мерзлых пород имеет аб-солютную отметку минус 200 м, которая выдер-живается на весьма значительной площади (сочень небольшими отклонениями, причем вне за-висимости от высоты земной поверхности).

Таким образом, исходя из того что определяю-щим фактором для глубины промерзания грунта(ГПГ) на рассматриваемой территории являетсяглубинное тепловое поле Земли, правомернопредположить, что период промерзания былвесьма значительным по времени. Это, в своюочередь, исключило возможность влияния рель-ефа на ГПГ [7].

В разное время разными авторами высказыва-лось мнение [1, 3, 4], что образование обширно-го межмерзлотного талика в пределах распро-странения аллювиальных отложений Бестяхскойи отчасти Тюнголюнской террас р. Лены быловызвано кратковременной с геологической точкизрения «климатической оттепелью», вызвавшейдифференцированное оттаивание земной по-верхности на различную глубину. Очевидно, чтоглубина протаивания при этом определялась аб-солютными отметками рельефа, теплоемкостьюи проницаемостью слагающих тот или иной уча-сток грунтов и микроклиматом на каждом изэтих участков.

Последующее похолодание вызвало новый этаппромерзания поверхности, в результате чего «но-вая» мерзлота на большей части территории сли-лась с более древней. При этом межмерзлотный

талик в пределах средних террас р. Лены являетсяостаточным явлением на участках с минимальны-ми высотными отметками, максимальной прони-цаемостью и незначительной теплоемкостьюгрунтов (для этих участков было характерно наи-большее протаивание во время «климатическойоттепели»).

Анализ космических снимков [10] подтвердилправомерность этой точки зрения. Более того,результаты их дешифрирования выявили, что



Рис. 1. «Отпрепарированные» в результате эрозии склоны средней крутизны (р. Алдан)

Рис. 2. Выход напорных подмерзлотных вод (природный

комплекс Булуус, фото А.И. Андриянова)

период «климатической оттепели» характеризо-вался большим количеством атмосферных осад-ков, резко усиливших денудационные процессы(рис. 1) и переуглубление долин малых рек —притоков р. Лены.

После завершения этого периода уменьшениеколичества атмосферных осадков, по-видимому,происходило с некоторым отставанием от сниже-ния среднегодовых температур, следствием чегоявилось образование грунтов «ледового комплек-са» и аналогичных по льдонасыщенности под-склоновых отложений левобережья р. Лены.

Описываемая территория, как известно, обла-дает повышенной сейсмичностью и характеризу-ется разнонаправленными движениями блоковземной коры. Это вызвало образование обширныхзон дробления, подъемов, опусканий и перекосовблоков земной коры относительно друг друга. Зо-ны дробления явились коллекторами подмерзлот-ных вод благодаря повсеместному развитию тол-щи многолетнемерзлых пород и наличию регио-нального водоупора.

В то же время зоны дробления и особенно их«узлы» в местах пересечения между собой круп-ных активных разломов создали зоны проницае-мости с постоянно действующими восходящимипотоками напорных подмерзлотных вод, кото-рые обусловили возникновение там уникальныхприродных комплексов, расположенных вблизиполосы варьирования проектируемой железнойдороги Беркакит — Томмот — Якутск, таких какБулуус, Улухан-Тарынг, Ерюю и др. Причемпрактически у всех этих «памятников природы»отмечены грифонообразные выходы подмерз-лотных вод, пространственно разобщенных смежмерзлотным таликом (рис. 2). Особенно ин-тересны зафиксированные на космическом



а)

б)

Рис. 3. Космический снимок (а) и топографическая карта

(б) правого берега р. Лены в районе поселка Нижний

Бестях (песчаная коса периодически размывается

вертикальными потоками подмерзлотных вод)

Рис. 4. Разрушение склона Бестяхской террасы в результате суффозионного выноса песков из межмерзлотного талика в

долину р. Менды (фото С.В. Дайковского)

снимке выходы этих вод, непосредственно в рус-ло р. Лены в районе поселка городского типаНижний Бестях — возможного места строитель-ства перевалочного речного порта (рис. 3). Здесьбереговые песчаные косы на границе Бестяхскойтеррасы и сквозного талика под руслом р. Леныпериодически размываются восходящими пото-ками подмерзлотных напорных вод с образова-нием своеобразных «котлов», которые исчезают(заполняются песком) при каждом существенномподъеме воды в реке.

Все описанные выше факторы (наличие меж-мерзлотного талика, его обильная его подпитканапорными подмерзлотными водами, современ-ные движения блоков земной коры, повышеннаясейсмичность территории, прорезание межмерз-лотного талика долинами малых рек при пере-сечении толщи отложений Бестяхского комплек-са) создают условия для интенсивного выносапесков межмерзлотного талика с образованиемпустот и их последующим обрушением. Весьмачасто наблюдаются участки деградации склоновдолин малых рек с оседанием блоков, наруше-нием сплошности дернового покрова и разруше-нием инженерных сооружений (рис. 4). Высоко-дебитные сосредоточенные выходы межмерз-лотных вод с интенсивным выносом талых грун-тов приводят к формированию своеобразныхэрозионных цирков, часто с образованием еже-годно повторяющихся наледей (в т.ч. в «памят-никах природы» Булуус и Ерюю).

Совершенно новым для авторов явилось об-наружение своеобразного «плоского оползня»,представляющего собой расположенный надмежмерзлотным таликом сместившийся фраг-мент верхней мерзлой толщи (массив мерзлыхаллювиальных песков Бестяхского комплекса)общей площадью 36 га и массой не менее 10млн т. (рис. 5, 6). (По-видимому, в непосред-ственной близости от этого массива находятсяеще два подобных «оползня», но с меньшимиплощадями и амплитудами сдвига и с меньшей«доказуемостью» причин их перемещения.)Описываемый сместившийся блок находится налевом берегу реки Лютенги в 4,5 км юго-вос-точнее моста чрез нее Амуро-Якутской автомо-бильной дороги (АЯМ). Его площадь состав-ляет около 36 га, мощность сместившегося пла-ста — не менее 15 м, максимальная амплитудасдвига — 50–60 м. Как отчетливо видно на аэро-фотосхеме, приведенной на рис. 5, мерзлыйблок среднечетвертичных песков Бестяхскойтеррасы надвинут на современные аллювиаль-ные отложения русловой фации. Слева (на юж-ной стороне) уверенно дешифрируется расши-ряющаяся трещина отрыва с обнажением зерка-ла скольжения — поверхности нижней мерзлойтолщи, а справа — шлейф выдавившихся из-подсместившегося блока песков (своеобразной«смазки» в прошлом), в настоящее время про-мерзших и предположительно льдистых. Дляавторов оказалось невозможным определить ге-нетический тип этих отложений, несмотря на то

что их происхождение вполне очевидно: выдав-ливание насыщенных водой песков в результатесмещения подвижного блока. В результате егодвижения на его переднем торце возникло боль-шое количество дугообразных трещин отрыва собразованием мелких оползневых тел, смещаю-щихся в сторону реки. Сам массив также под-вергся интенсивному растрескиванию, но оно,по-видимому, в настоящее время «залечено» из-за смерзания противоположенных сторон тре-щин. Очевидно, что подобные смещения значи-тельных по объему и массе песочных блоковвозможны только при одновременном наличиинескольких природных факторов: 1) подвижный блок должен представлять собой

некое единое целое (в нашем случае это сце-ментированные в результате их промерзанияаллювиальные пески);

2) подстилающий слой должен быть разобщен-ным, допускающим движение, а также не-обходима определенная «смазка» для слояскольжения (в рассматриваемой ситуацииэтим требованиям отвечают талые пески меж-мерзлотного талика);

3)необходим хотя бы минимальный наклон по-верхности скольжения для появления сдвиго-вой составляющей силы тяжести (очевидно,что в результате современных тектоническихдвижений такой наклон в рассматриваемомслучае возник);

4)необходимо наличие свободного пространства(места) для смещения скользящего блока (в ре-



Рис. 5. Аэрофотосхема фрагмента долины р. Лютенги со

сместившимся блоком мерзлых аллювиальных песков

(верхней мерзлой толщи) Бестяхской террасы

зультате размыва поверхности Бестяхской терра-сы с уничтожением верхнего мерзлого горизонтав современной долине р. Лютенги такое свобод-ное для смещения пространство образовалось);

5)для начала движения был необходим свое-образный импульс — достаточно малое по си-

ле землетрясение (для изучаемой территорииподобные «встряхивания» являются обычнымявлением).Совмещение всех вышеперечисленных факто-

ров во времени и пространстве как раз и привелок смещению значительного блока мерзлых ал-



100 0 1000 м500

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ:

Литолого-генетические комплексы рыхлых отложений

Современные (растущие) и более древние (стабилизировавшиеся) конусы выноса. Пески, линзы супесей, суглинков, ледяных включений, льдогрунтов

Современные болотные отложения. Торф, ил, в основании возможен лед, льдогрунты

Отложения ручьев и временных водотоков (ложковый аллювий). Разнозернистые пески, линзы супесей и суглинков

Современные аллювиальные отложения (русловая фация). Разнозернистые пески, в основании галечниковые грунты. Несквозной талик

Современные аллювиальные отложения (пойменная фация). Суглинки, супеси, местами заторфованные, ниже преимущественно пески мерзлые

Современные верхнечетвертичные аллювиальные отложения I надпойменной террасы р. Лютенга. Частично заторфованные пески, супеси и суглинки, ниже пески, в основании галечники

Разновозрастные гравитационные (оползневые) отложения. Оползневые тела с нарушенной внутренней структурой (древние − полностью разрушенные)

Современные подсклоновые отложения делювиадьных шлейфов. Пески мелкозернистые, наличие линз льдогрунтов и льда

Делювиальные отложения склонов Бестяхской террасы р. Лена. Пески, отдельные мелкие оплывины, иногда нарушение сплошности дернины

Отложения бестяхской террасы р. Лена:однородные мелкозернистые пески с редкими линзамисреднезернистых и пылеватых песков. В основаниигравийно-галечниковые грунты. Мощность до 60 метров.Характерно наличие межмерзлотного таликапротяженностью в десятки километров, по большей частипески. Водонасыщены

Хорошо сохранившиеся поверхности бестяхской террасы

Эродированная поверхность бестяхской террасы

Сильно размытая поверхность бестяхской террасы. Вероятно уничтожение верхнего мерзлотного слоя

Валы и шлейфы выдавленных в процессе движения верхних мерзлых блоков грунтов межмерзлотного талика

Зеркало скольжения верхних блоков по поверхности нижнего мерзлого слоя

Сместившиеся блоки верхнего мерзлого слоя бестяхской террасы

Элементы трещинной тектоники

Крупные, часто рельефообразующие разломы

Прочие разрывные нарушения

Процессы и явления

Крупные, обычно русловые наледи

Мелкие наледные поляны

Многолетние бугры пучения

Участки повышенной льдистости

Трещины отрыва относительно мелких оползневых тел

Участки механического нарушения целостности поверхности

Линейное высачивание подземных вод вдоль разломов

Родники

Участки повышенной поверхностной бводнености

Мелкие просадочные формы

Термоэрозия b

p4

p3-4

h4

a4 л

a4

a4

p

п

gr4

gr3-4

a3-4I

d4 ш

d___

a2 b

a2

a2

эb

рb

x4

3C___a2 b

a2/gr

Рис. 6. Карта поверхностных процессов и явлений участка пересечения Бестяхской террасы долиной р. Лютенги (в 4,5 км

юго-восточнее моста Амуро-Якутской железнодорожной магистрали через р. Лютенгу)

лювиальных песков. Подобные ситуации вполневероятны и при пересечении Бестяхской террасыдолинами рек Менда, Тамма и Мыла, что суще-ственно осложняет инженерно-геологическуюобстановку на этой перспективной для хозяй-ственного освоения территории Южной Якутии.

В заключение необходимо подчеркнуть, чтоавторы данной работы не исключают возмож-ности другого сценария геологического разви-тия описываемой территории (хотя и считают

его маловероятным), однако надеются, чтосумели привлечь более пристальное вниманиеспециалистов к правобережью р. Лены в районег. Якутска, к необходимости его более углублен-ного инженерно-геологического изучения ипроведения инженерно-геологического монито-ринга для проектирования, строительства и экс-плуатации здесь инженерных сооружений,прежде всего железнодорожной магистралиБеркакит — Томмот — Якутск.




Арэ Ф.Э. Механизм развития и деградации наледи Улахан-Тарынг // Наледи Сибири. М.: Наука, 1969. С. 107–116. 1.Бойцов А.В. Подземные воды Бестяхской террасы реки Лена: вопросы экологии и практического применения // Тезисы2.докладов на научно-практической конференции «Проектирование и строительство транспортных объектов в условияхРеспублики Саха (Якутия), Якутск, 2–5 апреля. Якутск: Изд-во ИМЗ СО РАН, 2005. С. 7–9. Босиков Н.П., Васильев И.С., Федоров А.Н. Мерзлотные ландшафты зоны освоения Лено-Алданского междуречья.3.Якутск: Изд-во ИМЗ СО РАН, 2005. 36 с. Геокриология СССР. Средняя Сибирь / под ред. Э.Д. Ершова. М.: Недра, 1989. 414 с. 4.Геологическая карта 1:200 000 вдоль трассы проектируемой железнодорожной линии Томмот − Якутск. Якутск: Изд-5.во ПГО «Якутскгеология», Ленская геологическая экспедиция, 1983. Государственная геологическая карта РФ 1:200 000. Р-52-ХХП. Якутск: Изд-во ПГО «Якутскгеология», 1993. 6.Достовалов В.Б., Королев А.А. Сохранность памятников природы Якутии при строительстве и эксплуатации железной7.дороги Тында − Якутск // Инженерные изыскания. 2009. № 11. С. 44–47. Колесников А.Б., Федоров А.А., Шепелев В.В. Особенность нарушенного режима подземных вод в районе источника8.Булуус (Центральная Якутия) // Материалы 3-й конференции геокриологов России, Москва, 1–3 июня 2005 г. М.: Изд-во МГУ, 2005. Т. 2. Ч. 3. С. 90–95. Материалы выездного совещания Института мерзлотоведения СО РАН об окончательном положении трассы железной9.дороги Томмот — Кердем в районе памятника «Булуус», Покровск, 8 июня 2005. Якутск: Изд-во ИМЗ СО РАН, 2005. Обеспечение надежности строящихся сооружений железнодорожной линии Томмот — Кердем на участке «ледового10.комплекса»: материалы семинара-совещания 11–12 сентября 2007 г. в г. Якутске. М.: Трансстройиздат, 2007.

ГЕОТЕХНИКАМеждународный журнал для изыскателей,проектировщиков и строителей

Цель журнала — знакомство российских специалистов

с передовым отечественным и зарубежным опытом

в области геотехники

Периодичность в 2012 году:

6 номеровСтоимость годовой подписки:

3900 рублей[email protected]

Журнал «Инженерная геология»

стал одним из наиболее востреб

ованных печатных изданий

в нашем профессиональном сообществе. Сотрудники редакции пост

оянно

работают над дальнейшим повышением качества журнала.

Все статьи проходят рецензи

рование членами редакционной

коллегии

и внешними рецензентами, научное

и литературное редактирован

ие.

Вы, читатели, можете внести свой вклад в развити

е журнала,

присылая в редакцию свои статьи, подписываясь

на «Инженерную геологию».

Тел./факс: +7 (495) 366-2684, 36

6-2095


Введение

Массивы лессовых пород Китая, обладая эфе-мерными свойствами, подвержены усиленномувоздействию псевдокарста и эрозии, которое мно-гократно увеличилось после начала активногоосвоения данных территорий человеком. Основ-ная цель правительства Китая сберечь этот уни-кальный регион от разрушающей деятельностиводы и влияния техногенеза. Для этого предпри-няты многочисленные попытки приостановкиразвития псевдокарста и эрозии, одной из кото-рых является облесение склонов и откосов раз-личными высшими растениями. Связанным сэтим наблюдениям и посвящена настоящаястатья.

Лессовое плато

Лессовые массивы Китая уникальны по своимразмерам и свойствам слагающих их пород. Онираспространены в этой стране главным образоммежду 30-й и 45-й параллелями. Крупнейший изних — Лессовое плато — располагается в сред-нем течении реки Хуанхэ на севере Китая. Егоплощадь составляет порядка 580 тыс. км2, что со-поставимо с размерами такого крупного европей-ского государства, как Франция.

Лессовое плато ограничено на севере пустынейОрдос, на востоке — хребтом Тайханшань, на за-паде — восточными отрогами Куньлуня, на севе-ро-западе — пустыней Алашань, на юге — хреб-том Циньлин. Преобладающие высоты хребтов —1200–1500 м, хотя в пределах Лессового платоимеются отдельные хребты (Люпаньшань, Люй-



ЛЕССОВЫЙ ПСЕВДОКАРСТ И ОПЫТ УКРЕПЛЕНИЯ ЛЕССОВЫХ МАССИВОВИ ОТКОСОВ ИСКУССТВЕННЫМИ ПОСАДКАМИ РАСТЕНИЙ (НА ПРИМЕРЕЛЕССОВОГО ПЛАТО В ПРОВИНЦИЯХ ГАНЬСУ И ШЭНЬСИ, КИТАЙ) LOESS PSEUDOKARST AND EXPERIENCE OF STABILIZING LOESS MASSIVES AND SLOPES WITH ARTIFICIAL PLANTINGS (BY THE EXAMPLE OF THE LOESSPLATEAU IN THE PROVINCES OF GANSU AND SHANXI, CHINA)

ЛАВРУСЕВИЧ А.А. Доцент кафедры инженерной геологии и геоэкологии МГСУ, г. Москва, [email protected]

КРАШЕНИННИКОВ В.С.Аспирант кафедры инженерной геологии и геоэкологии МГСУ, г. Москва, [email protected]

ЛАВРУСЕВИЧ И.А. Студент МГСУ, г. Москва, [email protected]

LAVRUSEVICH A.A. An associate professor of the engineering geology and geoecologydepartment of Moscow State University of Civil Engineering, Moscow,[email protected] KRASHENINNIKOV V.S. A postgraduate student of the engineering geology and geoecologydepartment of Moscow State University of Civil Engineering, Moscow,[email protected] I.A. A student of the engineering geology and geoecology department ofMoscow State University of Civil Engineering, Moscow,[email protected]

Аннотация

В статье приводятся интересные факты по укреплениюлессовых откосов и склонов в Китае. Посадки робиниипсевдоакации (Robinia pseudoacacia), оказывается, невсегда способствуют их устойчивости. Нередко корни этогорастения провоцируют развитие лессового псевдокарста(ЛП), который является первичным при разрушениилессовых массивов. В работе приводится обновленнаяклассификация его поверхностных и подземных форм идается характеристика вновь выделенного придолинно-балочного (промежуточного) и приуроченного к бровкамоткосов типов ЛП. Приводится предварительный расчетполной деградации Лессового плато (Китай).

Abstract

The article provides some interesting facts on stabilizing loessmassives and slopes in China. It turns out that Robiniapseudoacacia plantings not always contribute to their stability.The roots of this plant often provoke developing loesspseudokarst (LP) that is primary for loess massives destruction.The paper presents an updated classification of its surface andunderground forms and a characteristic of the newly singled outnear valley gully (intermediate) and connected with the slopetop types of LP. A preliminary calculation of the totaldegradation of the Loess Plateau (China) is given.

Ключевые слова: робиния псевдоакация; можжевельник китайский; Лессовоеплато; Китай; лесс; лессовый псевдокарст; лессовый массив;деградация; укрепление.

Key words:Robinia pseudoacacia; Juniperus chinensis; Loess Plateau;China; loess; loess pseudokarst; loess massif; degradation;stabilization.

ляншань, Утайшань и др.), гребни которых места-ми достигают 2500 м и более (рис. 1).

В геологическом отношении эта территорияпредставляет собой впадину, заполненную мезо-зойскими отложениями, перекрытыми толщейлессовых пород, мощность которой обычно колеб-лется от 100 до 200 м, увеличиваясь на севере до250 м, а в восточной части провинции Ганьсу —до 500 м и более [18, 28]. Возраст Лессового пла-то, по мнению некоторых исследователей, состав-ляет от 1,67 до 2,40 млн лет [37].

Климат плато умеренный, с сухой холоднойзимой и жарким летом. Средняя температура ян-варя — от минус 8°С на севере до минус 4°С наюге, июля — от плюс 22°С на севере до плюс34°С на юге. Осадков выпадает от 500 мм/год навостоке до 250 мм/год на северо-западе, при этомиспарение составляет более 1000 мм/год. Такимобразом, радиационный индекс сухости как от-ношение радиационного баланса к скрытой теп-лоте испарения на Лессовом плато значительнопревышает 1, что позволяет лессам сохранятьсвои эфемерные свойства [10]. Большая частьосадков выпадает во время летнего муссона(июль — сентябрь), обычно в виде ливней, сти-мулирующих развитие эрозии. Реки часто текутв глубоких ущельях и выносят в долины огром-ное количество взвешенных и влекомых частиц.

Естественная растительность (лесостепь — наюго-востоке, сухая степь — на северо-западе) со-хранилась лишь в местах, неудобных для возде-лывания. Вся поверхность распахана, лессовыесклоны высотой до 1000 м и более искусственно

террасированы. С лессами связано исключитель-ное плодородие почв на плато (хотя нередко онисмыты), позволяющих получать богатые урожаиценнейших сельскохозяйственных культур —хлопчатника, проса, гаоляна, пшеницы, плодово-ягодных культур и др. Сегодня в пределах Лессо-вого плато производится более пятой части всейсельскохозяйственной продукции Китая.

Хотя плотность населения в этом районе мень-ше по сравнению с приморскими, техногенная на-грузка на лессы достаточно высока из-за наличиямногочисленных населенных пунктов, строитель-ства промышленных, гражданских и ирригацион-ных сооружений, активного сельскохозяйственно-го освоения. В последние годы в связи с ростом иразвитием китайской экономики активно развива-ется дорожное строительство. В пределах Лессо-вого плато строят многочисленные автодорожныемагистрали высокого международного уровня.Они рассекают плато в виде прямых линий, про-резая хребты тоннелями и поднимаясь над русла-ми водотоков мостовыми переходами более 100 мвысотой.

В силу геологической истории района, геомор-фологических и литологических особенностей егопород, а также современной техногенной нагруз-ки площадь эродированных земель Лессового пла-то на сегодняшний день порядка 450 тыс. км2, чтосоставляет более 77% от всей его территории. Та-ким образом, данный район является одним из са-мых сильнорасчлененных и эродированных нетолько в Китае, но и во всем мире. Из-за значи-тельной эродированности он давно потерял свой



ЛЕССОВОЕ ПЛАТО

Пекин

Тайюань

Чженчжоу

Сианьхр. Циньлин

Баоцзи

Циньян

Динбянь

Тяньшуй

Ланьчжоу

Синин

Иньчуаньхр. Куньлунь

пустыня Ордос

лесс

горные хребты

каменистая пустыня

песчаная пустыня

ВЕ

ЛИКА

Я

КИТА

ЙС

КАЯ

РА

ВН

ИН

А

хр. Т

айха

ншан

ь

пустыня Алашань р. Хуанхэ

р. Хуа

нхэ

р. Вэйхэ

оз. Цинхай

Лессовое плато

Ганьсу

Пекин

Рис. 1. Схема Лессового плато в окаймлении реки Хуанхэ и окружающие ее хребты и пустыни

первоначальный платообразный облик. Это свя-зано с тем, что лессы являются породами, наибо-лее подверженными влиянию воды и ветра [34].

Река Хуанхэ практически опоясывает плато иежегодно выносит в пределы Великой Китайскойравнины до 1600 млн т размытых пород [31]. Этов 30 раз больше, чем для реки Нил, и в 98 разбольше, чем для Миссисипи. Хуанхэ переноситогромное количество взвешенных наносов, зани-мая первое место в мире по количеству твердыхнаносов в своих водах. Отсюда ее цвет и назва-ние, означающее в переводе «Желтая река».

Вынос такого объема твердых частиц на Вели-кую Китайскую равнину приводит к повышениюотметок русла р. Хуанхэ более чем на 10 см в год,в результате чего его дно местами расположенона 6–12 м выше прилегающей низменности, чтоспособствует прорывам берегов и дамб с затоп-лением огромных территорий и перемещениямрусла.

Лесс — уникальная горная порода, обладающаярядом специфических эфемерных свойств, кото-рые выделяют ее из всего многообразия инженер-но-геологических образований четвертичного пе-риода [24]. Это низкая влажность и высокая пори-стость, просадочность и подверженность развитиюпсевдокарста, содержание карбонатов и малое ко-личество легкорастворимых соединений и др.

Лессовые породы наиболее чутко реагируют намалейшие изменения окружающей среды, теряя прилюбом воздействии на них свои уникальные свой-ства, прежде всего при изменении влажностного ре-жима. Они в значительной степени подвержены эро-зии: в среднем на 1 км2 поверхности Лессового пла-то приходится 6–7 км оврагов. Несмотря на неболь-шое количество годовых осадков, иногда до 40% изних выпадает в течение суток, что приводит к значи-тельному росту длины оврагов. К. Пай отмечает, чтопосле такой «бури» общая длина оврагов данногорайона увеличивается на 40 км! [34]

Говоря о сильной эродированности плато, нель-зя обойти лессовый псевдокарст, потому чтоименно его возникновение и развитие являютсяпервопричинами нарушения целостности лессо-вых массивов. Эрозия же в полной мере подклю-чается к их деградации несколько позже.

Лессовый псевдокарст

Говоря о лессовом псевдокарсте (ЛП), нельзяне остановиться на истории становления самихтерминов «псевдокарст» (англ. pseudokarst) и«лессовый псевдокарст» (англ. loess pseudokarst,или pseudokarst of loess rocks).

Впервые описание псевдокарстовых форм мынаходим в монументальном труде Ф. Рихтгофена«Китай» (1877 г.) [35], где автор описывает много-численные формы разрушения лессовых массивови анализирует механизм и динамику их развития.

Немецкий геолог Вальтер фон Кнебель также ис-пользовал термин «псевдокарст» (нем. pseudover-karstung). Наблюдая, как в Исландии водные потокиисчезают в трещиноватых базальтах, он записал в

1906 г.: «Во многих областях... характерны потокивнутри лавового массива, что является особен-ностью его структурно-текстурного строения, и этонеобходимо рассматривать как псевдокарст» [30].

Л. Фуллер в 1922 г. [27] описывал формы лес-сового псевдокарста в Китае, приводя эффектныефотографии образовавшихся в результате его раз-вития мостов и арок при выходе псевдокарстовыховрагов в более крупные долины, провалы и оста-точные формы рельефа — стены.

На территории СССР, а затем и России лессовыйпсевдокарст изучали М.М. Решеткин, К.И. Лиси-цин, И.Г. Глухов и др. [10]. В «Геологическом сло-варе» 1973 г. издания [5] термин «псевдокарст»трактовался следующим образом: «Псевдокарст(ложный карст) — западинно-впадинный рельеф,образованный понижениями разного размера,внешне напоминающий карст, но возникший в ре-зультате иных процессов». В 1975 г. был опубли-кован известный труд Н.И. Кригера «Лессовыйпсевдокарст» [10], где этот автор впервые привелклассификацию псевдокарстовых форм рельефа идал подробный анализ литературы, посвященнойэтим вопросам как у нас в стране, так и за рубежом.Позже Н.И. Кригер с соавторами опубликовали це-лую серию статей, посвященных морфологии, ме-ханизму, динамике и методам исследования псев-докарста [11, 12 и др.]. Например, в работе [11]приводится следующий вывод: «Таким образом,лессовый псевдокарст представляет собой слож-ный зональный процесс изменения подземного иповерхностного рельефа в недоуплотненных лес-совых породах, обладающих “водобоязнью”».

В трудах международной лессовой комиссииИНКВА 1989 г. [6] приведен перечень основныхнаучных работ, посвященных ЛП.

В нормативной литературе нашей страны тер-мин «лессовый псевдокарст» впервые встречает-ся в п. 1.8 ВСН 33-2.2.06-86 [3], где в местах дли-тельного действия градиентов фильтрации водырекомендуется проводить мероприятия по защи-те от химической и механической суффозии иЛП. В п. 6.10 СНиП 11-02-96 [21] указывается,что при изысканиях в районах распространенияпросадочных грунтов необходимо также обра-щать особое внимание на развитие лессовогопсевдокарста. В проекте актуализированной ре-дакции СНиП 11-02-1996 (п. 6.5.3.2 [20]) реко-мендации по поводу ЛП остались без изменений.

Завершить этот краткий экскурс в историю ста-новления терминов «псевдокарст» и «лессовыйпсевдокарст» хотелось бы цитатой из доклада Г.Н. Дублянского и В.Н Дублянской [7], сделан-ного на совещании, проходившем в г. Кунгуре в1992 г.: «В настоящее время понятие “псевдокарст”во всем мире приобрело права научного термина».

Лессовый псевдокарст — результат гидроме-ханического, гравитационного, биологического ифизико-химического зональных процессов, про-текающих в недоуплотненных лессовых породахпри их избыточном (как правило, техногенном)увлажнении и приводящих к образованию форм,очень напоминающих типичные карстовые (во-



ронки, колодцы, провалы, пещеры, тоннели,останцы и др.) [13]. Доминирующим здесь являет-ся именно механическое отторжение частиц вер-тикальным турбулентным водным потоком в тре-щинах, ходах землероев и корнеходах. Поэтомупри поступлении большого количества воды ЛПразвивается весьма стремительно.

Проявления (формы) ЛП очень разнообразны.Факторы, способствующие их образованию, де-лятся на природные и техногенные.

По условиям развития и воздействия природ-ных и техногенных факторов можно выделить ти-пы лессового псевдокарста, представленные нарис. 2. Характеристика придолинного (А1), балоч-ного (А3), связанного с подземной экскавациейгрунтов (В1) и других его типов уже приводиласьв литературе [13, 14]. Здесь же кратко остановим-ся на двух впервые выделенных типах — придо-линно-балочном, или промежуточном (А2), и при-уроченном к бровкам откосов (А4).

Придолинно-балочный, или промежуточный,тип лессового псевдокарста (А2) развит в пределахслабовыраженных в рельефе сглаженных уступов в

адырной части предгорий. Это зона относительнорезкого изменения общего угла наклона поверхно-сти (как правило, идет изменение угла на 5° и более).Именно здесь, в зоне шириной от 20 до 50 м, и идетразвитие единичных псевдокарстовых форм. Оносвязано с начальной стадией развития ЛП и дегра-дацией лессового массива на данной территории.

Освоение слабонаклонных лессовых массивов,ранее не вовлеченных в сельхозоборот, приводитк нарушению естественного растительного защит-ного покрова и меняет режим влажности, а обва-ловывание зоны увеличения угла склона для за-держания влаги из атмосферных осадков приво-дит к формированию псевдокарста.

В указанном типе ЛП, как правило, проявляетсяпарагенезис оползнеобразования и псевдокарста.Переувлажнение лесса в локальной зоне, нару-шенной псевдокарстом, приводит к смещениюгрунта в виде небольшой оплывины площадью до100 м2 и глубиной до 2 м. Затем уже в нарушеннойоползнем зоне вновь продолжается развитие псев-докарста, что наглядно демонстрирует фотогра-фия, представленная на рис. 3.



Типы лессовидного псевдокарста по условиям развития

А. Обусловленный особенностямирельефа земной поверхности

B. Обусловленный особенностямиструктуры лессового массива

А1.Придолинный

А2.Придолинно-балочный,

илипромежуточный

А3.Балочный

илисаевый

А4.Приуроченный

к откосам

B1.Связанный

с подземнойэкскавацией

лессов

B2.Связанныйс оползне-

образованием

B3.Связанныйс просадоч-

ностью

Рис. 2. Оформленная в виде дендрограммы классификация типов лессового псевдокарста в зависимости от условий

его развития

Рис. 3. Придолинно-балочный (промежуточный) тип лессового псевдокарста, приуроченный к зонам, пораженным

оползнями-оплывинами. Территория плавного перехода равнинной части в горную. Южный склон Гиссарского

хребта (Таджикистан)

Приуроченный к бровкам откосов тип лессо-вого псевдокарста (А4) развивается в виде полосшириной до 20–30 м, протягивающихся вдоль ис-кусственных выемок или откосов. В силу своей«молодости» он развит, как правило, на локаль-ных участках неконтролируемого водосброса илинарушения растительного покрова массива ипредставлен цепью воронок небольшой протя-женности и провалами площадью до 10–20 м2.При своевременно проведенных мероприятиях поборьбе с этим типом ЛП он затухает, однако в слу-чае выпадения аномально большого количестваосадков он вновь активизируется. О подобныхпсевдокарстовых формах при освоении Михай-ловского рудника Курской магнитной аномалии(КМА) говорит Л.С. Табаксблат [23].

Морфология лессового псевдокарста чрезвы-чайно разнообразна. В силу своеобразия физико-химических свойств лессовых пород внутри псев-докарстовых полостей не образуются такие ха-рактерные для карста формы, как сталактиты, ста-лагмиты и сталагнаты (хотя авторы, неоднократнопроникая в псевдокарстовые пещеры, отмечалина горизонтальных поверхностях небольшие, вы-сотой до 5–6 см и диаметром до 4–8 см, образо-вания из переувлажненного лесса, напоминавшиесталактиты, дальнейшего увеличения которых,как правило, не происходило). Однако для ЛП ха-рактерно обилие разнообразных форм, во многомсхожих с формами типичного карстового рельефа.

Классификация псевдокарстовых форм рельефав лессах была предложена Н.И. Кригером в 1975 г.[10]. Она была расширена и уточнена им и его кол-легами позднее [12]. В дальнейшем вышла в светработа, в которой один из авторов настоящейстатьи с соавтором вновь расширили и уточнилиданную классификацию [16]. С дополнениями, ос-нованными на их многолетнем опыте изученияпсевдокарста в Таджикистане, Узбекистане, Рос-

сии и Китае, она может быть представлена в видедендрограммы, изображенной на рис. 4.

В поверхностные псевдокарстовые проваль-ные формы рельефа авторы включили провалы,которые представляют собой впадины с верти-кальными стенками, образующиеся в результатеобрушения сводов пещер и тоннелей [22]. Этонаиболее крупные провальные формы псевдокар-ста. Они характеризуются самой различной кон-фигурацией в плане. Размеры провалов — от де-сятков до тысяч квадратных метров. Если ониприурочены к подземным водотокам, то имеютнекоторую вытянутость по ходу движения по-следних. В отличие от траншей провалы имеютбольшую глубину (до 15–20 м) и площадь до ты-сяч квадратных метров (рис. 5).

На возникновение и развитие лессового псев-докарста оказывает влияние обширный комплексфакторов (геохимических, геоморфологических,климатических, почвенных, биологических, тех-ногенных и др.). Установлено, что наиболее ин-тенсивное его развитие происходит при техноген-ном воздействии человека на лессовые породы.Количество форм псевдокарста, возникших в ре-зультате техногенного нарушения сложившегосяприродного равновесия, превышает количествоформ, образовавшихся в природных условиях, бо-лее чем в 13 раз [15].

Для предотвращения разрушения лессовыхмассивов осуществляют различного рода защит-ные мероприятия, используя целый комплексметодов, которые можно разделить на три груп-пы: (1) водозащитные; (2) конструктивные; (3)устраняющие способность лессовых пород кпсевдокарстованию и эрозии [1].

К водозащитным относятся мероприятия,предусматривающие отвод поступающих атмо-сферных, техногенных и подземных вод, тщатель-ную гидроизоляцию лессового массива.



Псевдокарстовые формы рельефа

I. Подземные формы II. Поверхностные формы

А.Провальные

Б.Эрозионно-провальные

В.Эрозионные

Г.Остаточные

1. Узкие ходы

2. Расширенные трещины

3. Тоннели

4. Пещеры

1. Провалы

2. Воронки

3. Траншеи

4. Прибровковые чаши

1. Овраги

2. Цирки

3. Колодцы

1. Поноры

2. Висячие ниши

1. Стены

2. Останцы

3. Мосты и арки

4. Столбы

Рис. 4. Оформленная в виде дендрограммы классификация псевдокарстовых форм рельефа

К конструктивным относятся мероприятия поорганизации и устройству цивилизованного сбросас лессового массива поступающей воды (до базисаэрозии). В случае если в массиве уже имеются ви-димые псевдокарстовые проявления (узкие ходы,воронки, провалы и др.), проводится их своевре-менное тампонирование и засыпка местнымувлажненным грунтом с уплотнением до 1,6 г/см3.Также применяется устройство горизонтальныхили наклонных террас с обваловыванием по кром-ке с целью ослабления процессов эрозии с после-дующей высадкой лесных культур.

К устраняющим способность лессовых породк псевдокарстованию и эрозии относятся меро-приятия по механической (трамбовка, замачива-ние, взрывы и др.) и физико-химической (обжиг,силикатизация, пропитка цементными раствора-ми, обработка солями, укрепление органическимвеществом и др.) обработке лессовых массивов.Это так называемые методы технической мелио-рации лессовых грунтов.

Посадки робинии псевдоакации иможжевельника китайского

Остановимся более подробно на высадке лес-ных культур, относящейся к конструктивным ме-роприятиям.

Защитная противоденудационная роль назем-ной растительности хорошо известна. При высо-кой степени покрытия ею почва даже на склонахкрутизной до 30° может быть защищена от смыва.В течение года, особенно весной, лучше всего за-щищают почву от эрозии многолетние травы. Со-

мкнутый травостой также является надежнымамортизатором ударов капель.

Важным биогенным фактором, влияющим наводопроницаемость почвы, является рост и раз-ложение корней растений. Как известно, корнираспространяются предпочтительно по порам,ходам насекомых и червей, пустотам от разло-жившихся корешков, избегая как уплотненныхучастков почвы, так и больших пустот. Закупо-ривание пор корнями может временно значи-тельно уменьшить водопроницаемость лессово-го массива.

В целом можно констатировать, что растения сгустой и неглубоко проникающей корневой систе-мой закрепляют верхний слой почвы, снижая ве-роятность развития лессового псевдокарста, тогдакак растения, обладающие мощными длиннымикорнями, наоборот, могут способствовать разви-тию ЛП, подготавливая пути для проникновенияповерхностных вод в толщу лессов. Действитель-но, при вертикальной ориентировке «корнеходов»происходит повышенная инфильтрация воды с по-верхности — следовательно, повышается влаж-ность массива. При наличии более 6 «корнеходов»на 1 м2 котлована прочность лессового массивазначительно снижается [17]. Отметим, что, напри-мер, корни полыни (Artemisia baldshuanica Krasch.& Zaprjag.) и верблюжьей колючки (Alhagi kirghi-sorum Schrenk), достигая толщины в несколькосантиметров, проникают на глубину до 10–15 м.

Особое место среди древесных растений занима-ет робиния псевдоакация (Robinia pseudoacacia L.),принадлежащая к семейству бобовых. Р.П. Барыки-на и М.А. Михеева [2, 19] отмечают, что для нее ха-



Рис. 5. Псевдокарстовые провалы на склоне юго-западной экспозиции в провинции Ганьсу (Китай). Диаметр

провалов — более 100 м, глубина — от 10 до 20 м

рактерен наименьший водный дефицит, относи-тельно повышенное водоудерживание, высокая за-сухо-, жаро- и газоустойчивость по сравнению сдругими древесными растениями. Все виды родаробиния культивируются как декоративные деревья(и лишь акация белая используется также в лесохо-зяйственных и мелиоративных целях). Оценка посоответствующим методикам показала, что наи-больший процент здоровых особей отмечаетсяименно у робинии псевдоакации [19].

Робиния обладает далеко разветвляющейсякорневой системой, что обуславливает ее устой-чивость к ветру. Ее корневая система приспособ-лена к условиям аридных регионов, что выража-ется в проникновении главного столбового корнядо глубины 25 м и развитой корневой системеверхового типа для сбора поверхностной влаги впериоды выпадения осадков.

Этот интродуцированный в Европе и Азиивид происходит из Северной Америки, где онрастет на влажных известняковых почвах в ли-ственных лесах (на низменностях и вплоть довысоты 1350 м над уровнем моря) от Пенсиль-вании до Джорджии и Оклахомы (род робинияназван в честь Веспазиана Робина, которыйвпервые привез это растение в Европу из Аме-рики в 1620 г.). Робиния псевдоакация широкоизвестна в странах Западной Европы. В некото-рых областях ее, так же как и у нас в России,ошибочно считают аборигенным видом. Это ли-стопадное дерево до 30 м высотой с диаметромствола до 30–40 см, с просвечивающей раскиди-стой ажурной кроной, состоящей из обособлен-

ных ярусов. Кора его ствола серо-коричневаяили темно-серая, с длинными продольными тре-щинами, голыми побегами и острыми колючка-ми длиной до 5 см. Растет робиния псевдоакациябыстро, особенно в первое десятилетие, хорошопереносит обрезку ветвей и пересадку, живет до300 лет. Она очень светолюбива, засухоустойчи-ва и малотребовательна к плодородию и влаж-ности почвы (однако на сырых тяжелых почвахона чаще страдает от морозов и гибнет) [9].

По данным Е.И. Захаровой [8], робиния псев-доакация весьма неприхотлива. Однако получен-ные этим автором экспериментальные данныеподтверждают мнение многих ученых о ее гибелина мокрых почвах при избытке застойной влаги.

Интересен многолетний опыт посадок данно-го растения в Таджикистане, где также широкораспространены лессовые породы, хотя культу-ра и опыт террасирования склонов и посадок ро-бинии там стали развиваться только после уста-новления советской власти [4]. Для предотвра-щения стока там строились канаво-террасы (нарасстоянии 20–30 м друг от друга), на которыевысаживалась робиния псевдоакация. Через 20лет ее деревья достигали высоты 11 м и чувство-вали себя комфортно. Однако при исследованииоблесения Шахринаусского района (Таджики-стан) был сделан вывод о том, что на склонахюжной экспозиции более эффективным оказы-вается древесно-кустарниковый тип раститель-ности. Это связано с меньшим иссушением почвза счет лучшего развития травянистой расти-тельности [4].



Рис. 6. Оползневый склон крупного псевдокарстового оврага в провинции Ганьсу (Китай). 90% видимых на

фотографии деревьев представлены робинией псевдоакацией (Robinia pseudoacacia)

Авторы настоящей статьи наблюдали посадкиробинии псевдоакации на лессовых склонах про-винций Ганьсу и Шэньси в Китае. Она хорошоприжилась на террасированных склонах различ-ной экспозиции при искусственных посадках, атакже благодаря своей неприхотливости широкораспространилась по Лессовому плато в резуль-тате самосева (см. рис. 6).

Обследованный авторами склон юго-восточнойэкспозиции около моста автотрассы Сиань — Бинь-сянь местами имел угол склона более 35°, а в местахразвития псевдокарстовых провалов — до 60–70°.Всего на участке насчитывалось 15 провалов диа-метром от 3 до 8 м, глубиной некоторых из них до13 м. В период сдачи моста строителями было про-ведено террасирование откоса. Террасы в верхнейчасти склона на момент обследования имели усту-пы высотой до 3 м и полки шириной до 4 м. В сред-ней и нижней частях склона сохранившиеся терра-сы имели уступы высотой до 1,8 м, полки ширинойдо 2 м и небольшие валики по бровкам для задерж-ки атмосферных осадков.

При обследовании одного из псевдокарстовыхпровалов на данном участке на глубине 8,9 мбыл обнаружен обнаженный корень погибшейробинии псевдоакации диаметром 8 см (рис. 7).Этот провал имел диаметр 5,5 м и глубину 8,9м. Одному из авторов удалось спуститься в егонижнюю часть (рис. 8). Дно его было неровным,заваленным обломками лессовой породы с фраг-ментами ствола и ветвей погибшей робиниипсевдоакации. В его северо-восточной части былвиден заплывший понор диаметром около 0,7 м,углублявшийся в сторону стенки провала. Вдольвертикального эрозионного размыва, как уже от-мечалось, был виден обнажившийся корень ро-бинии псевдоакации темно-коричневого цвета,

гладкий, с немного шелушившейся поверх-ностью. На видимом отрезке этого корня не на-блюдалось крупных и мелких отростков (что бы-ло связано с глубоким залеганием грунтовыхвод). Отростки на глубине 8,9 м не были функ-циональными. При более детальном обследова-нии можно было с уверенностью предположить,что первопричиной формирования этого кон-кретного провала явилась инфильтрация атмо-сферных осадков вдоль основного корня роби-нии псевдоакации.

Отметим, что при описании псевдокарстовойпещеры высотой 12 м и диаметром до 3,5 м в лес-совых породах на левом берегу Дуная близ селе-ния Сурдук края Воеводина в Сербии авторы ра-боты [33] неоднократно ссылались на то, что сводпещеры такой величины мог сохраниться при на-личии многочисленных деревьев робинии псевдо-акации, росших на поверхности лессового масси-ва. Очевидно, за первоначально возникшими тре-щинами последовало образование воронкообраз-ного провала, однако дальнейшее развитие псев-докарста прекратилось в связи с наличием много-численных деревьев описываемого вида, которыескрепили этот провал своими корневыми систе-мами [25].

Таким образом, влияние робинии псевдоакациина устойчивость лессовых откосов и массивовдвоякое. С одной стороны, в искусственных по-садках ее корни, глубоко проникающие в склон наглубину до 25 м, «армируют» и укрепляют массив,предотвращая его разрушение. С другой — еслирастение по тем или иным причинам погибло, тооставшийся после разложения корня вертикаль-ный ход будет являться идеальным водопроводя-щим каналом до глубины 25 м. Из-за этого в лес-сах, обладающих на протяжении тясячелетий ма-



Рис. 7. Одиноко растущее дерево робинии псевдоакации (Robinia pseudoacacia). При увеличении видно, что основной

корень приурочен к вертикальной трещине, рассекающей лессовый массив

лой влажностью, высокой пористостью и недо-уплотненностью, начинается развитие псевдокар-ста. Кроме того, авторы неоднократно отмечалипроцесс вертикального движения воды вглубьлессового массива вдоль корней абсолютно здо-ровых растений.

Не менее интересен и наблюдавшийся автора-ми опыт укрепления лессовых откосов в провин-ции Шэньси посадками можжевельника китай-ского (Juniperus chinensis L.). Это растение при-меняют как декоративное садово-парковое, а так-же в полезащитном лесоразведении как почвозак-репительное. Именно последнее его свойство ис-пользуется для укрепления откосов. Корневая си-стема у него мощная, глубокая и широко разветв-ляющаяся. Она универсальная, т.к. главный ко-рень проникает глубоко вниз в поисках грунтовыхвод, а боковые, горизонтальные, корни собираютвлагу во время летне-осенних паводков и спасаютрастение от дефляции.

Можжевельник китайский засухоустойчив,светолюбив, морозостоек, хорошо переноситстрижку. Он лучше развивается на легких пита-тельных почвах. В отличие от посадок робиниипсевдоакации, которые культивируют при терра-сировании склонов, можжевельник сажают накрутых, до 70°, откосах. Высаживают двух-трех-летние саженцы в шахматном порядке с разно-сом до 0,8 м (ранней весной). Глубина посадкисоставляет до 0,3 м (рис. 9). Подобная методикатолько еще внедряется при эксплуатации дорож-ных откосов, поэтому при обследовании более

2500 км автодорог в провинциях Ганьсу и Шэнь-си, к сожалению, не было встречено откосов сболее ранними посадками можжевельника.

Освоение Лессового плато началось 8 тыс. летназад. Здесь уже 6 тыс. лет выращивают и возде-лывают различные сельскохозяйственные культу-ры. Сельскохозяйственное террасирование склоновдля удержания воды и уменьшения эрозионных идефляционных потерь почвы практиковалось, покрайней мере, уже 3 тыс. лет назад [29]. Древнееискусство террасирования было основой натураль-ного сельского хозяйства в регионе. Часто на тер-расах сажались деревья и кусты для того, чтобы за-медлить процессы эрозии. Многочисленные архео-логические данные свидетельствуют о том, что пе-щерные жилища в регионе использовались с доис-торических времен — по крайней мере, уже 2,5тыс. лет назад [31]. Большинство сельских жителейЛессового плато (40 млн человек) до сих пор живутв этих очень удобных, но небезопасных жилищах.

Освоение Лессового плато привело к практи-ческому уничтожению его природного раститель-ного покрова [26]. Расширение обрабатываемыхземель ослабило общее эрозионное состояниеплато, т.к. они на 23% менее устойчивы к эрозии,чем необработанные территории [32]. В периоддинастии Хань (221 г. до н.э. — 206 г. н.э.) быливыжжены огромные пространства в данном ре-гионе. Основной целью этого был контроль за пе-редвижением монгольских кочевников, регулярнонападавших на сельскохозяйственные районы[36]. В результате всего этого Лессовое плато, как



Рис. 8. Склон, осложненный серией провалов в северной части магистрального моста автодороги Сиань -- Биньсянь.

Стрелкой указан обследованный авторами провал диаметром 5,5 м и глубиной 8,9 м

уже было сказано, является самой эродированнойтерриторией на Земле. Правительство Китая в по-следние десятилетия предпринимает серьезныемеры по исправлению сложившейся ситуации, од-нако главной особенностью лесса является его не-обратимая деградация [24].

Расчет деградации Лессового плато

Попробуем провести очень приблизительныйрасчет деградации Лессового плато в результатеразвития псевдокарста и эрозии. В связи с этимнапомним, что его деградация многократно уси-лилась после вырубки леса для удовлетворениянужд населения, что вызвало многократное уве-личение ЛП и усиленную эрозию. За 5 тыс. лет смомента активного освоения территории Лессо-вого плато вплоть до начала ХХI в. предпринима-лись лишь слабые попытки восстановления еголесной поверхности. Поэтому основная цель при-веденного ниже расчета — показать именно тех-ногенную составляющую в процессе деградацииплато, не учитывая палеогеографическую обста-новку на данной территории в раннем голоцене.

Если принять, что ежегодно река Хуанхэ выно-сит m = 1,6 млрд т (или 1,6×1015 г) лессовой породыв пределы Великой Китайской равнины, а плот-ность ρ лесса в среднем равна 1,4 г/см3, то можновычислить объем V выносимого грунта, используяформулу: V = m / ρ. Отсюда V = (1,6 × 1015) / 1,4 ≈1,14 × 1015 см3 = 1,14 млрд м3 = 1,14 км3. То естьрека Хуанхэ ежегодно выносит в пределы Китай-ской равнины 1,14 км3 разрушенных лессов.

Площадь Лессового плато составляет 580 тыс.км2. Если принять, что средняя мощность лессовна его территории составляет около 0,1 км, то об-

щий объем их толщи в пределах плато будет при-близительно равен 58 тыс. км3. Если в год выно-сится примерно 1,14 км3, то за 100 лет — 114 км3.Значит, за 50 тыс. лет при нынешнем техногенномвоздействии Лессовое плато будет полностью де-градировано. То, что ПРИРОДА создавала на про-тяжении миллионов лет, человечество готово раз-рушить за 50 тыс. лет!

Если принять во внимание, что человек начал ак-тивное освоение Лессового плато за 3 тыс. лет дон.э. и продолжает это делать в течение 2 тыс. летнашей эры, то у плато остается около 45 тыс. летдля существования. С точки зрения продолжитель-ности человеческой жизни это огромный промежу-ток времени. В плане же масштабов геологическоговремени это составляет всего лишь мгновение.

Заключение

Высаживание различных растений на лессовыхсклонах и откосах, предпринимаемое с целью ихукрепления и предотвращения их деградации, невсегда имеет однозначные последствия. Напри-мер, корни робинии псевдоакации нередко, наобо-рот, способствуют проникновению воды в лессо-вый массив и последующему развитию псевдо-карста и эрозии.

Активное разрушение Лессового плато в Китаеначалось после того, как человек стал активно вы-рубать и уничтожать аборигенную растительностьэтой территории, что вызвало многократное уси-ление развития ЛП и эрозии. Для его уменьшенияс середины ХХ в. предпринимались слабые по-пытки облесения плато. Но, к сожалению, до се-годняшнего дня оно остается самой эродирован-ной территорией в мире.



Рис. 9. Лессовый откос с посадками можжевельника китайского (Juniperus chinensis L.)




Ананьев В.П., Потапов А.Д. Инженерная геология. М.: Высшая школа, 2000. 512 с. 1.Барыкина Р.М. Особенности образования корневых отпрысков у белой акации (Robinia pseudoacacia L) // Бюллетень2.Московского общества испытателей природы. Отдел биологический. 1958. Т. 63. № 4. С. 57–71. ВСН 33-2.2.06-86. Мелиоративные системы и сооружения. Оросительные системы на просадочных грунтах. Основные3.положения. М.: Министерство мелиорации и водного хозяйства СССР, 1986. Галактионов В.Ф. Опыт горно-облесительных работ в Шахринаусском лесхозе Таджикской ССР // Труды Чаткальской4.горномелиоративной опытной станции. Вып. 1. Ташкент, 1960. С. 126–140. Геологический словарь. Т. 2 / отв. ред. К.Н. Паффенгольц. М.: Недра, 1973. С. 156. 5.Геология лессов и лессовидных пород СССР // Труды Лессовой комиссии ИНКВА. Т. 1, 2. Москва, 1989. С. 69. 6.Дублянский В.Н., Дублянская Г.Н. Понятие «псевдокарст» и его сущность // Проблемы псевдокарста: тезисы докладов7.на совещании по проблемам псевдокарста, г. Кунгур, 1992. Пермь, 1992. С. 6–9. Захарова Е.И. Влияние лесорастительных условий на сохранность и рост робинии лжеакации в лесных культурах при8.интродукции // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2009. № 1 (21). С. 58–61. Иллюстрированный определитель растений Ленинградской области / под ред. А.Л. Буданцева, Г.П. Яковлева. М.: То-9.варищество научных изданий КМК, 2006. 339 с. Кригер Н.И. Лессовый псевдокарст // Вопросы теории и методики инженерной геодинамики: труды ПНИИИС Госстроя10.СССР. 1975. Вып. 32. С. 25–49. Кригер Н.И., Ботников В.И., Лаврусевич С.А. и др. Псевдокарст в лессовых породах // Геоморфология. 1983. №3. С.11.79–84. Кригер Н.И., Гранит Б.А., и др. Опыт комплексного изучения лессового псевдокарста для строительных целей (на12.примере окрестностей Алма-Аты) // Комплексные исследования в инженерных изысканиях для строительства: сборникнаучных трудов ПНИИИС. М.: Стройиздат, 1982. С. 50–63. Лаврусевич А.А. Некоторые особенности инженерно-геологических изысканий на территориях, пораженных лессовым13.псевдокарстом // Инженерные изыскания. № 10. 2010. С. 20–23. Лаврусевич А.А., Лаврусевич И.А. Типы лессового псевдокарста и оценка уровня геологической опасности // Доклады14.международной научно-практической конференции «Ресурсно-экологические проблемы Волжского бассейна», Вла-димир — Москва, 2011. С. 75-77. Лаврусевич А.А., Лаврусевич С.А. Опыт оценки активизации псевдокарстовых процессов в лессах (на примере Яванской15.долины Таджикистан) // Геоэкология. № 4. 2011. С. 362–369. Лаврусевич С.А., Лаврусевич А.А. Псевдокарст на территории сельскохозяйственного освоения земель в Таджикистане16.// Доклады АН Таджикской ССР. 1983. Т. 26. № 11. С. 723-725. Ларионов А.К., Приклонский В.А., Ананьев В.П. Лессовые породы СССР и их строительные свойства. М.: Госгеолте-17.хиздат, 1959. 367 с. Ли Сы-гуан. Геология Китая. М.: Иностранная литература, 1952. 520 с. 18.Михеева М.А. Геоэкологическая оценка биоразнообразия и устойчивости древесных растений в условиях городской19.среды (на примере г. Воронежа): автореф. дис. … канд. геогр. наук. Воронеж, 2009. 23 с. Проект СП ХХ.ХХХХХ.2012. Актуализированная редакция СНиП 11-02-1996. Инженерные изыскания для строитель-20.ства. Основные положения. М.: Минрегион России, 2011. СНиП 11-02-96. Инженерные изыскания для строительства. Основные положения. М.: Минстрой России, 1996. 21.Ступишин А.В. Равнинный карст и закономерности его развития на примере Среднего Поволжья. Казань: Изд-во Ка-22.занского ун-та, 1967. 291 с. Табаксблат Л.С. Инженерно-геологические явления на Михайловском карьере КМА // Геология и полезные ископае-23.мые центрально-черноземных областей. Изд-во Воронежского ун-та. 1964. С. 265– 267. Трофимов В.Т. Инженерная геология массивов лессовых пород. М.: Изд-во МГУ, 2008. 398 с. 24.Beek L., Wint J., Cammeraat L., Edwards J. Observation and simulation of root reinforcement on abandoned Mediterranean25.slopes // Plant and Soil. 2005. V. 278. P. 55-74. Cook S., Li F., Wei H. Rainwater harvesting agriculture in Gansu Province, PRC // Journal of Soil and Water Conservation.26.2000. V. 55. P. 112–114. Fuller M.L. Some unusual erosion features in the loess of China // Geographical Review. 1922. V. 12. P. 570-584. 27.Huang C.C., Pang J., Zhao J. Chinese loess and the evolution of the East Asian monsoon // Progress in Physical Geography.28.2000. V. 24. P. 75– 96. Kleine D. Who will feed China? // Journal of Soil and Water Conservation. 1997. V. 52. P. 398–399. 29.Knebel W.von. Höhlenkunde mit Berücksichtigung der Karstphänomene / Die Wissenschaft. Sammlung naturwissensт chaflt-30.licher und mathematischer Monographien. Heft 15. Braunschweig: Vieweg & Sohn, 1906. Li J. Comment: population effects on deforestation and soil erosion in China // Population and Development Review. 1990.31.V. 16. P. 254–258. Luk S. Soil erosion and land management in the Loess Plateau Region, North China // Chinese Geography and Environment.32.1991. V. 3. № 4. P. 3– 28. Lukić T., Marković S., Stevens T. et al. The loess «cave» near the village of Surduk — an unusual pseudokarst landform in the33.loess of Vojvodina, Serbia // Acta Carsologica. 2009. V. 38. № 2–3. P. 227–235. Pye K. Aeolian dust and dust deposits. London, Orlando: Academic Press, 1987, 334 р.34.Richtofen F.von. Chaina. Bd. 1, 2. Berlin, 1877. Р. 726.35.Veeck G., Li Z., Gao L. Terrace construction and productivity on loessal soils in Zhongyang County, Shanxi Province, PRC //36.Annals of the Association of American Geographers. 1995. V. 85. P. 450-467. Xin-min M., Derbyshire E. Landslides and their control in the Chinese Loess Plateau: models and case studies from Gansu37.Province, China // Geological Society, London. Engineering Geology Special Publications. 1998. January 1. V. 15. P. 141-153.

Саморегулируемая организация

Ассоциация Инженерные изыскания в строительстве

АИИС

ОАО ПНИИИС

ООО «Геомаркетинг»

«ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ

ИНЖЕНЕРНЫХ ИЗЫСКАНИЙ

В СТРОИТЕЛЬСТВЕ

В РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ»

Встреча друзей перед Рождеством

VIII ОБЩЕРОССИЙСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ12–14 декабря 2012 года

Российская академия государственной службы

при Президенте Российской Федерации

г. Москва, проспект Вернадского, д. 84

ОРГАНИЗАТОРЫ:ОАО «ПНИИИС»НП СРО «АИИС»

ООО «Геомаркетинг»

ГЕНЕРАЛЬНЫЕ ИНФОРМАЦИОННЫЕ

ПАРТНЕРЫ:«Инженерные изыскания»

«Инженерная геология»«ГеоРиск»

«Геотехника»

ИНФОРМАЦИОННЫЕ ПАРТНЕРЫ:«Геопрофи»

«ПГС»

ОРГКОМИТЕТ КОНФЕРЕНЦИИ:Заявки, тел./факс: +7 (495) 366-26-84; 366-20-95; 366-13-28

Доклады, тел./факс: +7 (495) 366-23-35; (495) 366-34-79Общие вопросы: +7 (495) 517-57-29


Введение

Как известно, прочностные свойства скальныхгрунтов зависят от геологических и структурно-ми-нералогических факторов — состава, структуры,текстуры, пористости, трещиноватости и вторичныхпреобразований. Помимо этого, экспериментальнополучаемые значения прочностных характеристикзависят от режимов и условий проведения испыта-ний, т.е. от так называемых технических факторов.

Существует множество научных публикаций, вкоторых рассматривается влияние состава истроения различных типов скальных грунтов (т.е.геологических факторов) на их прочность. Зави-симость ее величин, получаемых опытным путем,от режимов и условий испытаний изучена в мень-шей степени. Этот вопрос не является новым, нов научной литературе в этом отношении до сихпор нет единого мнения.

На результаты испытаний скальных грунтов приодноосном сжатии оказывают влияние различныетехнические факторы, основными из которых яв-ляются: размер образца, его форма, тип загрузоч-ных плит, условия на контакте между ними и по-верхностью образца, скорость приложения нагруз-ки, жесткость испытательного нагрузочногоустройства и др. При этом данные о влиянии тех-нических факторов, полученные различными ис-следователями при испытаниях образцов разныхгорных пород, нередко весьма противоречивы.

Целью настоящей работы является изучениевлияния на прочность образцов известняка приодноосном сжатии таких факторов, как их размер,форма и трение на контактах между их торцевы-ми гранями и загрузочными плитами.

Современные представления о влиянии условийиспытания на прочность образца скального грунта

Влияние абсолютного размера образца Данные о влиянии размера образца скального

грунта на его прочность (сравниваемые для гео-метрически подобных образцов) весьма проти-



ВЛИЯНИЕ УСЛОВИЙ ИСПЫТАНИЙ НА ПРОЧНОСТЬ ОБРАЗЦОВИЗВЕСТНЯКА ПРИ ОДНООСНОМ СЖАТИИ INFLUENCE OF UNIAXIAL COMPRESSIVE TEST CONDITIONS ON THE STRENGTH OF LIMESTONE SAMPLES

ФРОЛОВА Ю.В. Доцент геологического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова,[email protected] АРАКЧЕЕВА Я.А. Инженер ООО «Институт “Каналстройпроект”», [email protected]

FROLOVA JU.V. An associate professor of the faculty of geology of Lomonosov MoscowState University, [email protected] ARAKCHEEVA YA.A. An engineer of the «Institute “Kanalstroyproekt”» Ltd

Аннотация

Экспериментально полученные значения прочности горныхпород зависят не только от геологических факторов — онитакже во многом определяются режимом и условиямипроведения испытаний. В данной работе рассматриваетсязависимость прочности образцов известняка изДомодедовского карьера при одноосном сжатии от ихабсолютного и относительного размеров, формы и трения наконтактах между их торцами и загрузочными плитами.Результаты исследований и выводы носят предварительныйхарактер ввиду сложности изучаемого вопроса.

AbstractExperimental values of rock strength do not only depend ongeological factors. They are also determined to a large extent bythe regimes and conditions of the tests. This paper considersdependence of uniaxial compressive strength values oflimestone samples from the Domodedovo open pit on theirabsolute and relative sizes, shapes and the friction betweentheir abuts and the loading plates. The research results andconclusions have preliminary character because of complexityof the investigated problem.

Ключевые слова: прочность на одноосное сжатие; объемный масштабныйэффект; поверхностный масштабный эффект; известняк;размер образца; форма образца; торцевой эффект.

Key words:uniaxial compressive strength; volume size effect; surface sizeeffect; limestone; sample size; sample shape; abut effect.

воречивы. Наиболее известной является тенден-ция ее увеличения при уменьшении размеров об-разца, что исследователи объясняют так называе-мым масштабным фактором (эффектом). В соот-ветствии с теорией масштабного эффекта, проч-ность тела определяется его наиболее крупнымдефектом, вероятность наличия которого тем вы-ше, чем больше образец (т.е. при увеличении егоразмеров следует ожидать уменьшения его проч-ности) [5, 7, 8, 12, 16−19]. В частности, Е. Хоеки Е.Т. Браун [18], обобщив данные по многим ис-пытаниям, вывели эмпирическую формулу длярасчета величины прочности образцов разногодиаметра (при h / d = 2):

σcd = σc50 (50 / d)0,18, (1)

где σcd — прочность (МПа) на одноосное сжатиецилиндрического образца диаметром d (мм);σc50 — прочность (МПа) на одноосное сжатиецилиндрического образца диаметром 50 мм.

Между тем некоторые исследователи, изучаямасштабный эффект на разных породах, наблюда-ли обратную картину: по мере уменьшения разме-ров образцов получаемая величина прочности сни-жалась. Так, в работах М.И. Койфмана было пока-зано, что при одноосном сжатии кубических об-разцов однородных мелкозернистых песчаниковпри уменьшении линейных размеров от 70 до 5 ммих прочность значительно снизилась [7, 8]. К та-кому же заключению пришли: Л.И. Барон и В.М.Курбатов при исследовании прочности на сжатиеизвестняка, мрамора и искусственных образцов изгипса и цемента [2]; Г.Н. Кузнецов при раздавли-вании кубических и призматических образцов ка-менной соли Артемовского месторождения [9];З.А. Ацагорцян с соавторами при испытании чет-вертичных туфов Армении [1] и ряд других иссле-дователей. Испытания более 600 образцов туфоводной разновидности из Армении показали инте-ресные результаты: для цилиндрических образцовс постоянным отношением высоты h и диаметра dуменьшение d привело к существенному сниже-нию прочности на одноосное сжатие (на 14% приуменьшении диаметра от 70 до 50 мм, на 35% —от 70 до 25 мм) [1]. Аналогичные результаты были

получены и при испытаниях призматических об-разцов [1]. Таким образом, при испытаниях раз-личных типов горных пород масштабный факторможет проявляться по-разному, т.е. в зависимостиот их структуры, текстуры, минерального составаи других особенностей уменьшение размеров ис-пытываемых образцов может приводить к различ-ным изменениям прочности.

Л.И. Бароном для вычисления прочности на од-ноосное сжатие кернов разного диаметра, равногоих высоте, была получена следующая приближен-ная эмпирическая формула [2]:

Rc2 = Rc1∛d2 / d1, (2)

где Rc1 — прочность (МПа) на одноосное сжатиецилиндрического образца диаметром d1(мм) и вы-сотой h1 = d1 (мм);Rc2 — прочность (МПа) на од-ноосное сжатие цилиндрического образца диамет-ром d2 (мм) и высотой h2 = d2(мм).

Формула (2) основана на результатах испытанийоднородных образцов разных диаметров (до 50 мм)при постоянной величине отношения h / d = 1. Пра-вильность этой формулы в интервале диаметров от50 до 200 мм подтвердили данные румынского ис-следователя М. Стаматиу [13].

М.И. Койфман [7] обобщил и проанализировалданные о влиянии размеров образцов горных породна их прочность при одноосном сжатии. Он отме-тил, что ряд исследователей указывает на уменьше-ние прочности геометрически подобных друг другуобразцов горных пород с увеличением их размеров.Однако другие исследователи, ссылаясь на свои экс-периментальные данные, утверждают обратное: сувеличением размеров образцов их прочность наодноосное сжатие увеличивается (табл. 1). Третьягруппа ученых либо не обнаружила влияния мас-штабного фактора на прочность образцов горныхпород, либо получила противоречивую картину [6].Следует отметить, что наиболее противоречивыерезультаты получаются для каменной соли.

Ни одна из теорий о природе масштабного эф-фекта, проявляющегося при испытаниях различ-ных материалов, не может объяснить таких про-тиворечивых данных для горных пород. ПоэтомуМ.И. Койфман [7] на основе анализа результатов



Таблица 1

Данные об увеличении предела прочности на одноосное сжатие при увеличении размеров образцов горных пород

(по [1, 6–9, 14])

Автор Исследованные породы Год

Койфман М.И Однородные мелкозернистые песчаники, известняки, базальты 1963

Барон Л.И., Курбатов В.М. Известняк, мрамор, искусственные образцыиз гипса и цемента, каменная соль 1959

Пеньков А.М., Вопилкин А.А Каменная соль 1950

Кузнецов Г.Н. Артемовская каменная соль 1947

Ширко Г.И

Горные породы

1953

Cимура Яторо, Таката Якира 1961

Иноуэ Масаясу 1961

Ацагорцян З.А. и др. Туфы (Q) из Ахтанакского месторождения 1968

Шапошников Н.А., Залесский Б.В. Диабазы 1928

своих опытов и исследований других ученых вы-двинул гипотезу о существовании не одного, адвух масштабных эффектов — объемного (глав-ного) и поверхностного (дополнительного).

Под влиянием объемного масштабного эффекта,зависящего от наличия дефектов внутри образца,прочность последнего с увеличением его объемауменьшается. При этом под влиянием поверхност-ного масштабного эффекта прочность образца по-роды при увеличении его размера возрастает. Этотэффект зависит от повреждения его поверхностно-го слоя при отборе и обработке (при выбуривании,резании, шлифовании, действии влаги). По мереуменьшения размера образцов площадь нарушен-ной поверхности, приходящейся на единицу объе-ма, возрастает и, следовательно, повреждение по-верхностного слоя на одну и ту же глубину для ма-лых образцов будет относительно бóльшим, чемдля крупных. Поэтому поверхностный масштаб-ный эффект приводит к снижению прочности об-разцов с уменьшением их размеров [7, 8]. Однакоесли прочность поверхностного слоя не уменьша-ется, а увеличивается (например, вследствие обра-зования твердой корки на цементных образцах присхватывании), то такой поверхностный масштаб-ный эффект приводит к повышению прочностипри уменьшении размера образца и действует ана-логично объемному масштабному эффекту.

Подчеркнем, что оба масштабных эффекта —объемный и поверхностный — действуют одно-временно.

Теория двух масштабных эффектов позволяетобъяснить возможность как увеличения, так иуменьшения прочности геометрически подобныхдруг другу образцов и разрешить указанные вышепротиворечия между опытными данными и вы-водами различных исследователей.

Следует отметить, что размер кубического илицилиндрического образца с высотой, равной диа-метру, обычно влияет на его прочность лишь донекоторого предела, после превышения которогоона становится примерно постоянной. Величиныэтих пределов для разных горных пород пока не-достаточно хорошо определены. Подчеркнем, чторечь здесь идет о лабораторных испытаниях об-разцов горных пород, а не об исследованияхсвойств их массивов.

Влияние соотношения высоты и диаметра(или стороны квадратного сечения) цилиндри-ческих и призматических образцов при посто-янном объеме

Прочность образца зависит не только от его аб-солютных размеров, но и от отношения его высотыh к диаметру d для цилиндрических образцов (илик стороне квадратного сечения а для призматиче-ских образцов). Уменьшение h / d (при постоянномобъеме) увеличивает прочность образца. Посколь-ку объем последнего не меняется, то количествосодержащихся в нем дефектов в среднем посто-янно, следовательно, масштабный фактор про-являться не должен [5]. Подобное явление объ-ясняется влиянием так называемого торцевого эф-

фекта, т.е. условиями на контактах между загру-зочными плитами и торцевыми гранями образца.Согласно принципу Сен-Венана, возникающие тамсилы трения приводят к сложному распределениюнапряжений, существенно влияющему на величи-ну прочности при соотношении h / d < 2 [15].

Влияние высоты цилиндрических и призмати-ческих образцов при постоянном поперечномсечении

Изучением влияния вертикального размера об-разца правильной формы на его прочность присжатии занимались многие исследователи, средикоторых Е.И. Ильницкая, Г.Н. Кузнецов, И.Г. Ме-ликадзе, Л.И. Барон, М.Ф. Кунтыш и др. [2, 6, 9,10]. В своих работах они указывали, что по мереувеличения высоты призматических или цилинд-рических (с постоянной площадью сечения) об-разцов наблюдается уменьшение их прочности. Вчастности, в Институте горного дела (ИГД) им.А.А. Скочинского были проведены эксперимен-тальные исследования по установлению зависи-мости прочноcти на одноосное сжатие цилиндри-ческих образцов с постоянным поперечным сече-нием от их высоты [10]. Эти испытания проводи-лись на однородных образцах со следующими раз-мерами: d = 30 мм, h = 10 ÷ 150 мм, h/d = 0,33 ÷5,00. Область малых значений h / d = 0,05 ÷ 0,50исследовалась на образцах в виде дисков (d = 72мм). Исследовались различные литологическиетипы горных пород: известняк, ангидрид, камен-ная соль, мрамор, песчаник. Для всех этих типовбыла получена общая закономерность — сниже-ние прочности по мере увеличения вертикальногоразмера образца. Причем это снижение проходитболее интенсивно при малых значениях h / d (< 1).

По-видимому, увеличение прочности пород вобласти, где h / d < 2, можно объяснить влияниемнеоднородности напряженного состояния за счеттрения опорных граней образца о плиты пресса.Трение препятствует свободному расширениюсдавливаемых образцов, что искажает механизмоднородного напряжения, особенно в частях,близких к опорным торцам, где порода находитсяв объемном напряженном состоянии.

Очевидно, что влияние неоднородности напря-женного состояния за счет трения на величинупрочности тем меньше, чем выше образец, и на-оборот. При этом разными исследователями наразных материалах и при разном поперечномсечении образца (площадь которого для каждойпороды была постоянной, но для разных породизменялась более чем в 120 раз, т.е. от 7 до 900см²) было получено, что при отношении h / d ≈ 2прочность образца на одноосное сжатие Rc былапримерно постоянной. Этот факт указывает на то,что при отношении h / d ≥ 2 порода при ее сжатиинаходится в простом (или однородном) напряжен-ном состоянии. Поэтому считается, что раздавли-вание на прессе образцов с h / d = 2 и будет ха-рактеризовать прочность породы.

Многими исследователями давно установлено,что при испытании хрупких образцов горных по-



род при главных нормальных напряжениях σ1 > 0,σ2 = σ3 = 0 в их объеме возникает неравномерноенапряженное состояние, анализ и математическоеописание которого затруднены из-за целого рядапричин [6]. Разное напряженное состояние оказы-вает влияние и на характер разрушения образцов.Так, наличие трения на опорных поверхностях об-разцов приводит к образованию двух конусов соснованиями, совпадающими с торцами образца,и с вершинами, направленными к его середине.При испытании низкого образца верхний конуснакладывается на нижний с образованием междуними «ядра», находящегося в объемном напря-женном состоянии. Разрушение низких образцовпо сравнению с высокими происходит прибóльших напряжениях, которые необходимы дляразрушения этого «ядра», находящегося в усло-виях объемного сжатия. Между тем при одно-осном сжатии высокого образца его средняя часть,находящаяся в однородном напряженном состоя-нии, раскалывается под действием полностью раз-вивающихся конусов — и разрушение происходитпри более низких напряжениях.

В ГОСТ 21153.2-84 [3] приводятся поправоч-ные коэффициенты для перехода от прочности об-разов разных размеров к прочности стандартногообразца. Величины этих коэффициентов суще-ственны, поэтому их уточнение имеет важноепрактическое значение.

Влияние формы образцаВлияние формы образцов на их прочность од-

нозначно не установлено, хотя такие исследова-ния проводились.

Во-первых, при сжатии образцов разной формымогут возникать различные картины распределе-ния напряжений. Во-вторых, при одинаковой пло-щади поперечного сечения, но разной его формедлина периметра может быть различной. Из этогоследует, что значения прочности, получаемые прииспытаниях образцов разной формы, не должныбыть одинаковыми.

Н.П. Гришковой была проделана серия опытовнад образцами с одинаковой площадью, но раз-личной формой поперечного сечения [4] — квад-ратной, круглой, треугольной (т.е. на сжатие ис-пытывались кубы, цилиндры и треугольные приз-мы). При испытаниях между плитами пресса и по-верхностью образца возникает трение. Длина пе-риметра торцевой грани образца ограничиваетплощадь ее соприкосновения с плитой пресса.Чем длиннее линия периметра, тем больше долж-на быть сила трения. При одной и той же площа-ди, но различной форме поперечного сечения об-разца длина его периметра различна. Следова-тельно, образцы с сечением разной формы удер-живаются от разрушения разными силами.

Например, периметр треугольного сечениябольше периметра квадратного или круглого сече-ний при одинаковой их площади. Следовательно,силы трения, действующие на контакте между за-грузочной плитой и торцевой поверхностью об-разца, препятствующие его разрушению, должны

быть больше при треугольном основании, чем приквадратном или круглом.

Экспериментальные данные подтвердили, чтопри треугольном сечении прочность образца боль-ше, чем при другой его форме. Однако разницамежду пределами прочности образцов различнойформы однозначно не установлена.

На основании опытов, проведенных в ИГД им.А.А. Скочинского, при испытании образцов куби-ческой формы предлагается вводить в полученныезначения прочности на одноосное сжатие попра-вочный коэффициент, учитывающий их форму:

Rc цил = 1,05 Rc куб, (3)

где Rc цил, Rc куб — значения прочности (МПа), по-лученные при одноосном сжатии цилиндрическо-го и кубического образцов соответственно [11].

Влияние условий на контакте между загрузоч-ными плитами и торцевыми гранями образца

Торцевой эффект изучался многими исследова-телями как теоретически, так и эксперименталь-но. В теоретических работах рассматриваетсявлияние трения, возникающего на контакте междузагрузочными плитами и торцевыми гранями об-разца. Считается, что наличие сил трения в ука-занной области приводит к сложному распределе-нию напряжений, существенно влияющему напредельное состояние образца.

Результаты экспериментальных исследованийпозволили установить, что влияние граничныхусловий проявляется только для образцов с малойвеличиной отношения высоты к диаметру. Трениена торцах влияет на характер разрушения: изкрайних точек верхней грани распространяютсятрещины, образующие конусы или клинья, на-правленные к центру (по высоте).

Существует ряд способов для снижения тренияна торцевых гранях образца и устранения торце-вого эффекта, например смазка контактирующихповерхностей, применение резиновых прокладок,щеточных плит [5]. При испытании на одноосноесжатие образцов со смазкой или прокладками про-исходит разрушение по магистральным трещи-нам, параллельным осевой нагрузке.

Отметим, что основные экспериментальные ис-следования по вопросам влияния условий испы-таний на прочностные свойства горных пород внашей стране проводились в 1950–1960-е гг. В бо-лее поздних работах, рассматривающих вопросымасштабного эффекта в горных породах, авторы,как правило, ссылаются на экспериментальныеданные более ранних работ.

Литологическая характеристика и физико-механические свойства исследуемыхизвестняков

Исследования проводились на образцах извест-няков среднекаменноугольного возраста, отобран-ных в Домодедовском карьере (в Подмосковье).Были выбраны наиболее однородные и массивные



разности без крупных пор и каверн. Эти извест-няки относятся к органогенно-обломочному типу,имеют полидетритовую структуру, однороднуюнеслоистую текстуру (массивную или тонкопори-стую) и плотное сложение. В них в большом ко-личестве присутствуют обломки органическихостатков, в т.ч. встречаются целые раковины бра-хиопод (размером до 3 см), перекристаллизован-ные остатки криноидей, фораминифер, спикулыгубок, иголки морских ежей. Органические остат-ки сцементированы кальцитовым микрозерни-стым веществом, образующим цемент поровоготипа. Данные породы разбиты тонкими трещина-ми, заполненными микрозернистым кальцитом.Пористость, наблюдаемая в шлифах, связана с на-личием полых трубочек, а также с промежуткамимежду обломками.

При микроскопических исследованиях быловыделено два типа известняков из вышеназван-ного карьера. В известняках первого типа содер-жится больше микритового кальцита, который об-условливает более плотное сложение породы. Из-вестняки второго типа отличаются большим со-держанием мелких обломков фауны, формирую-щих тонкопористую текстуру породы.

Исследуемые известняки практически не со-держат примесей, за исключением тонкораспы-ленного глинистого вещества, неравномерно рас-пределенного по породе. По данным термограви-метрического анализа (проведенного аналитикомМ.В. Коптевой-Дворниковой), исследуемая поро-да на 96% состоит из CaCO3.

Данные о физических и физико-механическихсвойствах исследованных известняков представ-лены в табл. 2.

Методика подготовки образцов и проведенияиспытаний

Для изучения зависимости экспериментальнополучаемых величин прочности от геометриче-ских параметров образцов и условий на контактахих торцевых поверхностей и загрузочных плитбыла подготовлена серия образцов правильнойгеометрической формы (кубической, призматиче-

ской, цилиндрической). Для каждого вида испы-таний (каждой выборки) они готовились из еди-ного и по возможности максимально однородногоблока известняка.

Кубические и призматические образцы изго-тавливались выпиливанием на отрезном станке,цилиндрические выбуривались на буровом стан-ке. Торцевые поверхности образцов делалисьплоскими, параллельными друг другу и перпен-дикулярными их боковой поверхности. Для этоговсе образцы пришлифовывались на шлифоваль-ном станке так, чтобы отклонение от параллель-ности было не более 0,2 мм, а выпуклость торцов— меньше 0,03 мм. Образующие боковой поверх-ности образцов выдерживались прямолинейнымипо всей высоте. Допускаемое отклонение от пря-молинейности составляло 0,5 мм [3].

Испытания всех образцов на одноосное сжатиепроизводились на гидравлическом прессе Сont-rols (с максимальным усилием 1500 кН) при по-стоянной скорости нагружения 1 МПа/с.

Для сравнения величин прочности выбиралисьобразцы одного литологического типа с одинако-вой плотностью и пористостью.

Изучение влияния геометрических размеров(абсолютного и относительного) на прочностьвыполнялось на образцах кубической, призмати-ческой и цилиндрической формы.



Таблица 2

Физические и физико-механические свойства известняков Домодедовского карьера (С2)*

Текстура

ρ, г/см³ρs.,

г/см³n, %

nоткр.,%

W, %

Vp, км/сVs,

км/сµ

Ед,ГПа

Rc,МПаСухие

Водонасыщ.

Массивная

2,08−2,242,16

2,7117−25

2113−18

166−10

72,7−3,5

3,22,8−3,6

3,21,5−2,0

1,80,22−0,31

0,2713−22

1826−75

49

Тонко-порист

ая

1,73-1,971,85

2,7227−37

3216−30

239−17

132,3−3,6

3,12,4−3,7

3,11,6−2,1

1,70,23−0,33

0,289−21

147−40

21

* ρ — плотность воздушно-сухого грунта, г/см³; ρs — плотность твердых частиц, г/см³; n − пористость, %; nоткр — открытаяпористость, %; W — водопоглощение, %; Vp — скорость распространения продольных волн, км/с; Vs — скоростьраспространения поперченных волн, км/с; µ — коэффициент Пуассона; Ед — динамический модуль упругости, ГПа; Rc —прочность на одноосное сжатие воздушно-сухих образцов, МПа; сверху (над чертой) — диапазон значений параметра; снизу(под чертой) — среднее значение параметра.

Таблица 3Геометрические параметры исследуемых кубических

образцов

Условная

длина ребра

а, см

Диапазон изменения

длины ребра реальных

образцов, см

Кол-во

образцов

2,0 2,01–2,05 6

2,5 2,51–2,57 6

3,0 2,98–3,07 6

3,5 3,51–3,61 6

4,0 4,01–4,04 6

4,5 4,49–4,62 6

5,0 4,98–5,14 6

7,5 7,51–7,56 4

Геометрические параметры исследуемых напрочность кубических образцов

Исследовались образцы с условной длиной реб-ра а = 2,0; 2,5; 3,0; 3,5; 4,0; 4,5; 5,0; 7,5 cм. Былоизготовлено по 6 образцов каждого размера. От-клонение реальных размеров образцов от условнопринятой (средней) величины а не превышало 1,4мм (табл. 3).

Геометрические параметры исследуемых напрочность призматических образцов

Исследовались прямоугольные призматическиеобразцы равного объема (55 см3) с квадратным по-перечным сечением и различными величинамиотношения высоты h к стороне квадратного осно-вания а, равными: 3,00 / 4,25 = 0,7; 4,0 / 3,7 = 1,1;5,0 / 3,3 = 1,6; 6,0 / 3,0 = 2,0. Отклонения реальнойвысоты h от ее условной величины не превышало0,6 мм, а отклонение реальной длины ребра квад-ратного сечения призмы а от условной не превы-шало 0,5 мм (табл. 4).

Геометрические параметры исследуемых напрочность цилиндрических образцов

Испытывались образцы цилиндрической фор-мы с диаметром d =3,7 см (3,65÷3,77 см). Их вы-сота варьировала от 7,0 до 1,8 см. В результате от-ношение их высоты h к диаметру d составляло 2,0;1,5; 1,0; 0,7; 0,5 (табл 5).

Образцы для исследования влияния их формына прочность

Для исследования влияния формы образов напрочность была подготовлена серия образцов ци-линдрической (4 шт.) и призматической (6 шт.)формы. Геометрические параметры образцов: h =7 см, а = d = 3,7 см.

Образцы для изучения влияния условий на кон-тактах торцевых поверхностей образца и за-грузочных плит пресса

Для изучения влияния условий на контактахторцевых поверхностей образца и загрузочныхплит пресса были изготовлены цилиндрическиеобразцы с величиной отношения высоты h к диа-метру d = 3,7 см, равной 2,0. При этом использо-валась либо смазка торцевых граней образцов со-лидолом, либо резиновые прокладки между нимии нагрузочными плитами.

Согласно ГОСТ 21153.2-84 образцы однойвыборки должны иметь одинаковые размеры.Допускаются отклонения значений диаметра diи высоты hi каждого образца от их среднихзначений d и h по всем образцам выборки:│d−di│ ≤ 1 мм и │h−hi│ ≤ 2 мм. Для всех ис-следованных авторами выборок эти соотноше-ния выполнялись.



Таблица 4

Геометрические параметры исследуемых

призматических образцов

Сторона

квадратного

основания а, см

Высота h,

смh / a Кол-во

образцов

4,23–4,26 2,98–3,02 0,7 6

3,98–4,00 3,67–3,73 1,1 6

5,01–5,02 3,30–3,36 1,6 6

5,95–6,00 2,98–3,02 2,0 6

Таблица 5 Геометрические параметры исследуемых

цилиндрических образцов

Высота h,см

Диаметр d,

смh / d Кол-во

образцов

6,95–7,07 3,65–3,77 2,0 5

5,24–5,27 1,5 6

3,52–3,56 1,0 6

2,50* 0,7 3

1,78–1,79 0,5 3

* Величина h одинакова у всех трех образцов.

Рис. 1. Образцы кубической формы с размерами ребер 2,0; 2,5; 3,0; 3,5; 4,0; 4,5; 5,0; 7,5 cм

Результаты и их обсуждение

Влияние абсолютного размера образца На одноосное сжатие испытывались образцы ку-

бической формы с размерами ребер 2,0; 2,5; 3,0; 3,5;4,0; 4,5; 5,0; 7,5 cм (рис. 1). Исследовались извест-няки с диапазоном изменения плотности 2,10÷2,24г/cм3(известняки первого типа), прочность которыхварьировала в пределах 26÷75 МПа (систематиче-ская ошибка измерений прочности для этих опытовизменялась в интервале 0,06÷0,20 МПа).

В результатах испытаний в целом просматри-валась тенденция к повышению значений проч-ности образцов с увеличением плотности иуменьшением пористости пород (рис. 2), чтовполне закономерно для скальных грунтов. Одна-ко, проанализировав диаграмму, представленнуюна рис. 2, можно заметить, что при одном и томже значении плотности прочность образцов ме-няется в широких пределах. Было сделано пред-положение, что именно размер влияет на величи-ну их прочности.

Анализ диаграмм, представленных на рис. 3,показал, что с увеличением длины ребра кубиче-ского образца от 2 до 5 см величина его прочностизаметно растет — в среднем на 25–35 МПа, т.е.на 60–70%. При этом данная зависимость имеет

ступенчатый характер: наблюдается некоторыйскачок прочности при переходе размера ребра от2–3 см к 4–5 см. При дальнейшем его увеличениидо 7,5 см роста прочности не наблюдается.

Корреляционная связь между величиной проч-ности и размером образца тесная и весьма тесная



а = 20 мма = 25 мм

80

70

60

50

40

30

202,10 2,20

проч

ност

ь на

одн

оосн

ое с

жат

ие R

c, М

Па

плотность ρ, г/см3

2,152,05 2,25

а = 40 мма = 45 мм

а = 50 мма = 75 мм

а = 30 мма = 35 мм

Рис. 2. Диаграмма зависимости прочности на одноосное

сжатие Rc от плотности ρ кубических образцов разного

размера (с разной длиной ребра а)

80

70

60

50

40

30

2010 20 30 40 50 60 70 80пр

очно

сть

на о

дноо

сное

сж

атие

Rc,

МП

а

размер образцов а, мм

ρ = 2,22-2,25 г/см3

80

70

60

50

40

30

2010 20 30 40 50 60 70 80пр

очно

сть

на о

дноо

сное

сж

атие

Rc,

МП

а


ρ = 2,18-2,21 г/см3

80

70

60

50

40

30

2010 20 30 40 50 60 70 80пр

очно

сть

на о

дноо

сное

сж

атие

Rc,

МП

а


ρ = 2,14-2,17 г/см3

80

70

60

50

40

30

2010 20 30 40 50 60 70 80пр

очно

сть

на о

дноо

сное

сж

атие

Rc,

МП

а


ρ = 2,10-2,13 г/см3

Рис. 3. Зависимость прочности на одноосное сжатие Rc кубических образцов известняка с различной плотностью ρ от

длины их ребра а

(табл. 3). В целом зависимость прочности Rc(МПа) от размера ребра образца а (см) можно опи-сать полиномиальной зависимостью (см. табл. 3).

Вернемся к диаграмме зависимости прочностиобразца от его плотности (см. рис. 2). На ней так-же можно отчетливо увидеть два тренда: при оди-наковой плотности известняков у образцов с ли-нейными размерами ребер а = 4 ÷ 7,5 cм величиныпрочности заметно выше (Rс = 40 ÷ 74 МПа) посравнению с образцами малого размера с а = 2 ÷3 cм (Rс = 25 ÷ 55 МПа). Образцы с ребром а = 3,5см имеют широкий разброс значений прочностии попадают в обе группы. У обеих групп суще-ствует корреляционная связь между изучаемымипризнаками (плотностью и прочностью) в рамкахисследуемых выборок. Коэффициент корреляциидля первой группы (a = 4,5÷7,5 cм) равен 0,82, длявторой группы (а = 2÷3,5 см) он составляет 0,66.Рассматривая связь в генеральной совокупностис уровнем значимости 0,05, полученные значениякоэффициента корреляции можно считать стати-стически значимыми. Характер связи между плот-ностью и прочностью образца для обеих выборокявляется прямолинейным (см. рис. 2). Для выявле-ния характера корреляционных связей между эти-ми величинами были найдены теоретические ли-нии регрессии (см. табл. 3):

Rc = 167,0ρ – 304,4 для а = 4,0 ÷ 7,5 см; (4)

Rc = 1115,4ρ – 210,7 для а = 2,0÷3,5 см. (5)

Обобщенная зависимость величины прочностиобразца от его плотности и размера, полученнаяметодом наименьших квадратов, показана на рис.4. Уравнение множественной регрессии можнопредставить в виде полинома (см. табл. 3):

Rc = –2256,1765 + 28,9981a + 1887,3687ρ – 1,4582a2 –4,8866aρ – 389,7285ρ2. (6)

Полученные экспериментальные данные нахо-дятся в хорошем соответствии с результатамиЛ.И. Барона [2]. Для примера возьмем известнякис плотностью 2,18–2,21 г/см3. Образцы с длинойребра а1 = 5 см имеют среднее значение прочно-сти Rc1 = 61 МПа. Рассчитаем значение прочностиRc2 для образцов с длиной ребра а2 = 2 см. Подста-вив эти значения в формулу (2), получим:Rc2 =Rc1∛d2 / d1 = 61 · ∛2 / 5 = 45 МПа. Это расчетноезначение близко к среднему значению прочности,полученному экспериментальным путем: Rc2 = 41МПа. С учетом того что природные образцыимеют неоднородное строение, а также учитываяпогрешности, связанные с проведением опытов,



Таблица 3

Уравнения регрессии для зависимостей прочности кубических образцов Rc (МПа) от длины ребра a (см) и

плотности ρ (г/см3)

Зависимость Условия Уравнение регрессии Коэффиц. коррел.

Rc от a ρ, г/см3

2,10–2,13 Rc = 3,39 + 13,03 a – 0,89a2 0,76

2,14–2,17 Rc = –2,58 + 19,03a – 1,46a2 0,78

2,18–2,21 Rc = –1,70 + 26,15a – 1,46 a2 0,83

2,22–2,24 Rc = 11,62 + 16,48a – 1,90 a2 0,89

Rc от ρ a, см2,0–3,5 Rc = 115,4ρ – 210,7 0,66

4,0–7,5 Rc = 167,0ρ –304,4 0,82

Rc от a и ρ Rc = –2256,1765 + 28,9981a + 1887,3687ρ + 1,458a2 – 4,8866aρ– 389,7285ρ2 -

80

70

60

50

40

30

20102,25

2,20

2,15

2,10

8070

6050

4030

2010

проч

ност

ь на

одн

оосн

ое с

жат

ие R

c, М

Па

размер образца а, ммплотность ρ, г/см 3

2,25

2,20

2,15

2,10

70

60

50

40

30

208070605040302010размер образца а, мм

прочность Rc, МПа

плот

ност

ь ρ

, г/с

м3

А) Б)

Рис. 4. Зависимость величины прочности на одноосное сжатие Rc от плотности ρ и размера (длины грани a) кубического

образца известняка: А — график поверхности; Б — трехмерный контурный график

можно заключить, что полученные данные в це-лом подчиняются эмпирической формуле (2) Л.И.Барона [2].

Исследования показали, что в зависимости отразмеров образцов наблюдаются различия междухарактером и формой их разрушения (рис. 5). Об-разцы бóльшего размера в преобладающем числеслучаев разрушались с образованием конусов(трещин скалывания) (см. рис. 5А), а образцы ма-лых размеров разрушались по вертикальным тре-щинам (трещинам отрыва) (см. рис. 5Б). Разруше-ние образцов большого размера «по конусу» мо-жет быть связано с повышенным трением на кон-тактах образца с загрузочными плитами. Влияниетрения обычно приводит к тому, что разрушениеначинается в крайних точках верхней грани образ-ца по контакту с плитами, а трещины, распростра-няющиеся из этих точек, образуют конусы иликлинья, направленные к центру. Образцы малыхразмеров соответственно имеют мéньшее трениена контактах с загрузочными плитами и разру-шаются по вертикальным плоскостям, формирую-щимся при образовании трещин отрыва.

Таким образом, полученные эксперименталь-ные данные противоречат широко известной тео-рии масштабного эффекта, однако согласуются срезультатами, полученными рядом исследовате-лей для разных горных пород. Как уже отмеча-лось, рост значения прочности с увеличением раз-мера кубического образца можно объяснить влия-нием следующих факторов: (1) трения на контак-тах его торцевых граней с загрузочными плитами(чем больше площадь соприкосновения образца сплитой, тем больше трение, создающее сложноенапряженное состояние и соответственно тем вы-ше значение прочности); (2) поверхностного мас-штабного эффекта, который зависит от нарушенияповерхностного слоя образцов при их отборе и об-работке (по мере уменьшения размера образцаплощадь нарушенной поверхности, приходящейсяна единицу его объема, возрастает и, следователь-но, относительное повреждение поверхностногослоя на одну и ту же глубину для малых образцовбудет бóльшим, чем для крупных); (3) кривизнырабочих торцов, влияние которой снижается помере увеличения размера образца. Рабочие по-верхности образцов, подготавливаемых для меха-нических испытаний, часто обладают некоторойвыпуклостью. При их испытаниях возникает не-равномерное распределение напряжений по пло-щади их торцов. Концентрация разрушающих на-пряжений на выпуклых участках ведет к искаже-нию результатов испытаний. Особенно большиеискажения могут возникнуть при испытанияхкрепких горных пород. В частности, М.И. Койф-ман и С.Е. Чирков изучали микропрофилограммыконтактных поверхностей образцов [8]. Ими былопоказано, что эти поверхности (формально плос-кие) в действительности по большей части обла-дают выпуклостью. Кроме того, на них наблю-даются микронеровности — впадины и выступы.Микрорельеф поверхности зависит от плотности,прочности и однородности образца. Но даже не-

значительные выступы на контактной поверхно-сти будут воспринимать повышенные сосредото-ченные разрушающие нагрузки. Чем меньше раз-мер образца, тем больше относительное отклоне-ние его контактных поверхностей от идеальноплоских, т.е. тем больше их кривизна и количествона них микронеровностей.

Следует также отметить, что повышение проч-ности кубического образца наблюдается с уве-личением длины его ребра от 2,0 до 5,0 см, тогдакак при дальнейшем увеличении его размера до7,5 см роста прочности не наблюдается, а, напро-тив, намечается тенденция к ее снижению. По-ви-димому, в образцах с длиной ребра более 5 смвлияние объемного масштабного эффекта начина-ет превосходить влияние поверхностного и вслед-ствие этого прочность начинает уменьшаться.

Влияние относительного размера образцаПрямоугольные призмы равного объема. Иссле-

дование проводилось на образцах в виде прямо-угольных призм равного объема (V = 55 см3) с раз-личными величинами отношения высоты h к сто-роне квадратного основания а, равными: 3,00 /4,25 = 0,7; 4,0 / 3,7 = 1,1; 5,0 / 3,3 = 1,6; 6,0 / 3,0 =2,0. Плотность испытанных известняков (первоготипа) варьировала в пределах 2,08÷2,20 г/cм³. Ве-личины прочности их образцов находились в диа-пазоне 35÷75 МПа (статистическая ошибка изме-рений изменялась в пределах 0,09÷0,15 МПа).

Поскольку объем образцов не менялся, то и ко-личество содержащихся в них дефектов должнобыло быть приблизительно постоянным, а следо-вательно, масштабный фактор не должен былпроявляться. Однако сравнительный анализ по-лученных экспериментальных результатов пока-зал, что для известняков с различной плотностьюсуществует общая закономерность — заметноеувеличение прочности образцов на одноосноесжатие при уменьшении величины отношения h/ а от 2,0 до 0,7 (рис. 6). По-видимому, подобноеявление объясняется влиянием торцевого эффек-та: с увеличением площади поперечного сеченияобразца (и уменьшением его высоты) увеличи-ваются силы трения на контактах между загру-зочными плитами и торцевыми гранями образцаи, соответственно, высота приторцевых областей



А) Б)

Рис. 5. Характер разрушения образцов известняка при

одноосном сжатии: А — разрушение «по конусу»

кубического образца с длиной ребра а = 5см; Б —

разрушение кубического образца с а = 3 см по

вертикальным трещинам, параллельным

направлению сжатия

сжатия. В результате простое напряженное со-стояние превращается в сложное.

Следует отметить, что у более плотных образ-цов интенсивность изменения прочности с изме-нением величины отношения h / а выше. Так, приизменении значения h / а от 2,0 до 0,7 у наиболееплотных известняков прочность увеличивается от40 до 70 МПа, т.е. на 75%, тогда как у наименееплотных образцов прочность повышается толькона 13%. Возможно, что трение, возникающее наторцевых поверхностях более плотного образцавыше, чем у менее плотного и более пористого.

Образцы цилиндрической формы с равной пло-щадью поперечного сечения. Были испытаны об-разцы цилиндрической формы с различнымизначениями отношения высоты h к диаметру тор-цевой грани d = 37 мм, равными 2,0; 1,5; 1,0; 0,7;0,5. Однако в отличие от предыдущих испытанийпризматических образцов в данном случае объемобразцов менялся. Плотность испытанных из-вестняков (второго типа) составляла 1,93÷1,96г/cм3. Величина прочности на одноосное сжатие,в зависимости от величины отношения h / d, из-менялась следующим образом: 25÷30 МПа дляобразцов c h / d = 2,0; 23÷28 МПа — для h / d =1,5; 28÷34 МПа — для h / d = 1,0; 37÷39 МПа —для h / d = 0,7; 37÷40 МПа — для h / d = 0,5 (си-стематическая ошибка измерений составляла0,05÷0,09 МПа).

Самыми высокими значениями прочностиобладали цилиндрические образцы с величинамиотношений h / d, равными 0,5 и 0,7, а самыми низ-кими — с h / d = 1,5 и 2,0 (рис. 7). Значения проч-ности при h / d = 0,5 и 0,7 были близки между со-бой. При переходе к h / d = 1 прочность снижаласьпримерно на 20%, а при переходе к h / d = 1,5 и2,0 — на 27–30%. Значения прочности цилиндри-ческих образцов с h / d = 1,5 и 2,0 были близкимежду собой.

Наблюдавшаяся тенденция снижения прочностипо мере увеличения вертикального размера цилинд-рического образца (при его постоянном диаметре)

согласуется с результатами, полученными в ИГДим. А.А. Скочинского [10]. Более высокие значенияпрочности пород в области малых величин отноше-ния h/d можно объяснить влиянием трения опорныхграней образца о плиты пресса и возникновениемсложного напряженного состояния в его объеме засчет формирования приторцевых областей сжатия,перекрывающихся друг с другом. При увеличениивысоты образца до соотношения h / d ≥ 2,0 в егоцентральной части формируется простое напряжен-ное состояние, и она тем самым освобождается дляформирования магистральных трещин.

Согласно ГОСТ-21153.2-84 [3] при испытанияхобразцов с h / d = 2,0 получается истинное значе-ние прочности, которое не требует поправочногокоэффициента, а при h / d < 2 рекомендуется вво-дить поправочный коэффициент.

Был осуществлен пересчет экспериментальнополученных значений прочности с учетом попра-вочного коэффициента согласно ГОСТ-21153.2-84[3]. После этого величины прочности оказались вболее узком интервале (22÷30 МПа), т.е. стали бо-лее близкими между собой.

Влияние формы образцаИсследовались прочностные свойства образцов

в виде прямоугольных призм высотой 7,0 см со сто-роной торцевой грани 3,7 см и в виде цилиндроввысотой 7 см и диаметром 3,7 см. Плотность образ-цов изменялась в пределах 2,05÷2,24 г/cм³. Полу-ченные значения прочности находились в интервале32÷50 МПа (статистическая ошибка метода варь-ировала в пределах 0,07÷0,12 МПа для прямоуголь-ных призм и 0,08÷0,12 МПа для цилиндров). Про-слеживалась достаточно четкая тенденция увеличе-ния прочности образцов с увеличением их плотно-сти независимо от их формы (рис. 8). Коэффициенткорреляции между прочностью и плотностью дляданной выборки составил 0,79, что указывает на на-личие тесной корреляционной связи.

Влияние условий на контакте между загрузоч-ными плитами и торцевыми гранями образца

Проводились испытания цилиндрических об-разцов с величиной отношения высоты h к диа-метру d = 37 мм, равной 2,0. При этом использо-



80

70

60

50

40

301,0

проч

ност

ь на

одн

оосн

ое с

жат

ие R

c, М

Па

соотношение h / а0,5 2,01,5 2,5

2,17-2,202,14-2,16

Плотность ρ, г/см3

2,11-2,132,08-2,10

Рис. 6. Диаграмма зависимости прочности на

одноосное сжатие Rc образцов в виде прямоугольных

призм равного объема от величины отношения их

высоты h к длине стороны квадратного основания а

50

40

30

201,0

проч

ност

ь на

одн

оосн

оесж

атие

Rc,

МП

а

соотношение h / d0,5 2,01,5

Rc с учетом поправочного коэффициентаRc без учета поправочного коэффициента

Рис. 7. Зависимость прочности Rc цилиндрических

образцов равного диаметра от величины отношения

их высоты h к диаметру торцевой грани d (с учетом и

без учета поправочного коэффициента)

валась либо смазка торцевых граней образцов со-лидолом, либо резиновые прокладки между нимии нагрузочными плитами. Изучались образцы содинаковой плотностью ρ, равной 1,74–1,76 г/cм3.Полученные значения прочности изменялись впределах от 7 до 15 МПа (со статистическойошибкой определений 0,02–0,03 МПа) (рис. 9).

Самые низкие величины прочности (7÷10МПа) получились для образцов, при испытанияхкоторых использовалась смазка. Это вполне зако-номерный результат, т.к. смазка уменьшила влия-ние трения на их торцах, а следовательно, умень-шила и их прочность. Наблюдался четко выра-женный характер разрушения таких образцов —по вертикальным трещинам (рис. 10).

Образцы, испытанные в обычных условиях(без смазки и без прокладок) имели значенияпрочности в пределах 11,0÷12,5 МПа.

Наличие резиновых прокладок между нагру-зочными плитами и образцом немного увеличи-вало прочность — до 11÷15 МПа.

Считается, что использование смазок и прокла-док для уменьшения трения между торцевыми гра-нями образцов и нагрузочными плитами не всегда

является эффективным. В первом случае можетпроисходить внедрение смазки в породу, после че-го эффект ее действия в значительной степени сни-жается. Во втором случае часто происходит смятиепрокладок, в результате чего характер распределе-ния напряжений вдоль торцевой грани образца ста-новится неоднородным, что также сказывается наполучаемой величине прочности.

Выводы

Анализ научных публикаций, посвященныхвлиянию условий испытаний на величину проч-ности горных пород, показал, что эксперимен-тальные зависимости и закономерности, получен-ные разными авторами, весьма неоднозначны, анередко и противоречивы.

Исследования зависимости прочности образ-цов известняков каменноугольного возраста изДомодедовского карьера от условий их испыта-ний на одноосное сжатие позволили сделать сле-дующие выводы.

1. Чем больше абсолютный размер (объем) об-разца, тем выше получаемое значение его прочно-сти. В частности, при увеличении длины ребра ку-бического образца а от 2 до 5 см прочность уве-личивается в среднем на 60–70%. При этом даннаязависимость имеет ступенчатый характер: наблю-дается скачкообразное повышение прочности припереходе значения а от 2–3 см к 4–5 см. При даль-нейшем увеличении а до 7,5 см повышения проч-ности не наблюдается. Также замечено, что образ-цы больших размеров разрушаются с образовани-ем конусов (с основаниями, совпадающими с ихторцами, и вершинами, направленными к их се-редине), а образцы малых размеров — по верти-



цилиндрыпризмы

60

50

40

30

202,10 2,20

проч

ност

ь на

одн

оосн

оесж

атие

Rc,

МП

а

плотность ρ, г/см3

2,152,05 2,25

Рис. 8. Диаграмма зависимости прочности на

одноосное сжатие Rc от плотности ρ образцов в виде

цилиндров и прямоугольных призм

Рис. 10. Характер разрушения цилиндрического

образца со смазанными торцами, соприкасающимися

с нагрузочной плитой

среднеедиапазон между минимальным и максимальнымзначениями

15

14

13

12

11

10

9

8

71 3

проч

ност

ь на

одн

оосн

ое с

жат

ие R

c, М

Па

2

Рис. 9. Значения прочности на одноосное сжатие Rc

для образцов, испытанных при различных условиях

нагружения: 1 — без смазки и прокладки; 2 — с

резиновой прокладкой; 3 — со смазкой

кальным трещинам. Полученные эксперименталь-ные данные противоречат широко известной тео-рии масштабного эффекта, однако согласуются срезультатами, полученными рядом исследователейдля разных горных пород. Они могут быть объ-яснены, во-первых, влиянием трения на контактахторцевых граней образцов с загрузочными плита-ми, во-вторых, влиянием поверхностного мас-штабного эффекта и, в-третьих, кривизной и мик-ронеровностями рабочих торцов, влияние которыхснижается по мере увеличения размера образца.

2. Для призматических образцов равного объемапри увеличении отношения высоты h к длине сто-роны квадратной торцевой грани a от 0,7 до 2,0 смвеличина прочности снижается. Причем у плот-ных известняков это снижение происходит болееинтенсивно по сравнению с пористыми разностя-ми. Такая закономерность объясняется влияниемторцевого эффекта, т.е. трением на контактах меж-ду загрузочными плитами и образцом, что об-условливает сложную картину распределения на-пряжений в его объеме при соотношении h/а < 2.

3. Прочность цилиндрических образцов равно-го диаметра зависит от их высоты и соответствен-но объема. При увеличении отношения высоты кдиаметру от 0,5–0,7 до 1,5 наблюдается уменьше-ние прочности Rc на 30%. При дальнейшем ростевысоты уменьшения прочности не происходит.После пересчета экспериментально полученныхзначений прочности с учетом поправочного коэф-фициента согласно ГОСТ-21153.2-84 [3] значенияRc для всех образцов становятся более близкимимежду собой.

4. Смазка торцов образца уменьшает значениеего прочности на одноосное сжатие почти на 30%,что объясняется снижением трения на контактахмежду ним и загрузочными плитами. Это подтвер-ждает и характер разрушения образцов со смазкойпо вертикальным трещинам, в то время как безсмазки они разрушаются «по конусу» или по на-клонным трещинам. Резиновые прокладки междунагрузочными плитами и торцевыми поверхно-стями образцов, напротив, немного увеличиваютзначения их прочности.

Таким образом, на величину прочности образ-ца, полученную при его одноосном сжатии, суще-ственное влияние оказывают его абсолютный иотносительный размеры, а также условия на кон-тактах между поверхностями его торцевых гранейи загрузочных плит. Следует отметить, что этифакторы влияют не только на экспериментальнополучаемое значение прочности образца, но и нахарактер его разрушения.

Полученные данные о влиянии условий испы-таний на прочность образцов известняка могутбыть использованы и приняты во внимание привыборе методики проведения испытаний скаль-ных грунтов и способа интерпретации их резуль-татов. Однако результаты исследований и сделан-ные выводы носят предварительный характер вви-ду сложности изучаемого вопроса и требуют даль-нейших исследований ведущих факторов, в част-ности поверхностного масштабного эффекта и

особенностей микрорельефа торцевых поверхно-стей образцов.

Авторы выражают глубокую благодарностьА.В. Аракчееву за помощь в подготовке большогоколичества образцов правильной геометрическойформы и сотрудникам геологического факульте-та МГУ им. М.В. Ломоносова В.М. Ладыгину запомощь при отборе образцов в Домодедовскомкарьере, В.Л. Косорукову за консультации по ли-тологическому описанию известняков и Л.Л. Па-насьян за консультации по рассматриваемым встатье вопросам.




Ацагорцян З.А., Далян Г.П., Качапян Г.Б., Назарян Р.А.,1.Хоренян Д.В. Исследования физико-механическихсвойств изверженных пород Армении // Физико-меха-нические свойства горных пород верхней части зем-ной коры. М.: Наука, 1968. С. 298–306. Барон Л.И. Влияние высоты образцов крепких горных2.пород на их временное сопротивление раздавливанию// Заводская лаборатория. М.: Металлургиздат, 1956.Т. 22. С. 1352–1354. ГОСТ 21153.2-84. Породы горные. Методы определе-3.ния предела прочности при одноосном сжатии. М.:Госстандарт СССР, 1984. Гришкова Н.П. Зависимость предела прочности на4.сжатие от величины и формы образцов // Механиче-ские свойства горных пород. М., 1959. С. 71—78. Зерцалов М.Г. Механика грунтов (введение в механику5.скальных грунтов). М.: Изд-во АСВ, 2006. 364 с. Ильницкая Е.И., Тендер Р.И., Ватолин Е.С., Кунтыш6.М.Ф. Свойства горных пород и методы их определе-ния. М.: Недра, 1969. 392 с. Койфман М.И. О влиянии размеров на прочность об-7.разцов горных пород // Исследование физико-механи-ческих свойств горных пород применительно к зада-чам управления горным давлением. М.: Изд-во АНСССР, 1962. С. 6−14. Койфман М.И., Чирков С.Е. Профилографические ис-8.следования и правильные данные о механическихсвойствах горных пород // Механические свойствагорных пород. М., 1963. С. 15–20. Кузнецов Г.Н. Механические свойства горных пород.9.М.: Углетехиздат, 1947. 206 с. Кунтыш М.Ф. Исследование методов определения ос-10.новных физико-механических характеристик горныхпород, используемых при решении задач горного дав-ления: автореф. дис. … канд. техн. наук. М.: Изд-воИГД им. А.А. Скочинского, 1964. Методическое пособие по инженерно-геологическому11.изучению горных пород / под ред. Е.М. Сергеева. М.:Недра, 1984. Т. 2. 438 c. Паспорт прочности горных пород и методы их опре-12.деления / под ред. М.М. Протодьяконова. М.: Наука,1964. 155 с. Руппенейт К.В. Механические свойства горных пород.13.М.: Углетехиздат, 1956. 321 с. Свойства горных пород при разных видах и режимах на-14.гружения / под ред. Л.И. Барона. М.: Недра, 1983. 276 с. Троицкая М.Н. Пособие к лабораторным работам по ме-15.ханике грунтов. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1961. 303 с. Чирков С.Е. Исследование влияния масштабного эф-16.фекта на прочность углей в условиях различных на-пряженных состояний: автореф. дис. … канд. техн.наук. М.: ИГД им. А.А. Скочинского, 1965. Hoek E. Practical rock engineering: e-book. Toronto:17.Rocscience (electronic resource), 2007. URL:http://www.rocscience.com/hoek/corner/Practical_Rock_Engineering.pdf.Hoek E., Brown E.T. Underground excavations in rock.18.London: Institution of Mining and Metallurgy press, 1980. Hudson J.A., Harrison J.P. Engineering rock mechanics:19.an introduction to the principles. Pergamon, Oxford: El-sevier Science, 1997.

В.И. СТУРМАН, Н.П. ТОРСУЕВ Экологическое сопровождение проектирования: Учебное пособие. —Ижевск: Институт компьютерных исследований, 2011. — 202 с.

Экологическое сопровождение проектирования рассматривается в данной книге какодна из важнейших сфер профессиональной деятельности в области экологии и приро-допользования. Содержание пособия основывается как на анализе истории формированияи современного состояния нормативной базы экологического сопровождения проектнойдеятельности в России, так и на практическом опыте автора в данной области. Основнымиразделами пособия являются: история формирования методологии и нормативной базыОВОС, свойства природной среды (литосферы, атмосферы, гидросферы, почв, живойприроды) как условия хозяйственной деятельности, экологические требования к про-изводственным объектам, инженерно-экологические и инженерно-гидрометеорологиче-ские изыскания: содержание и методы выполнения, природоохранный раздел проектнойдокументации.

Учебное пособие ориентировано на подготовку к практической работе в области го-сударственного экологического контроля, экологического сопровождения хозяйственнойдеятельности и предназначено для студентов университетов, обучающихся по направле-нию «Экология и природопользование», при изучении таких дисциплин как «Оценка воз-действия на окружающую среду», «Экологическое проектирование и экспертиза».

Может быть полезно для практических работников в области охраны и инженернойзащиты окружающей среды, нуждающихся в ознакомлении с методами и содержаниемэкологического сопровождения проектной деятельности в России.

В.Э. ДАРЕВСКИЙ, А.М. РОМАНОВПроектирование сооружений, обеспечивающих устойчивость грунтовыхмассивов (набережные, берегоукрепления, подпорные стены, защитаот оползней и др.): Монография / В.Э. Даревский, А.М. Романов — М.: ООО «Издательство «Мастер», 2011.596 с. с 6 л. цветных вклеек.

Настоящая книга является пособием по проектированию. Она включает рекомендациипо расчету и конструированию вновь строящихся и реконструируемых, традиционных исовременных откосных, гравитационных и тонкостенных (шпунтовых и др.) конструкцийподпорных стен, причальных и городских набережных, берегоукреплений и противо-оползневых сооружений. Подробно рассмотрены вопросы определения давления грунтаи воды, устойчивости естественных склонов, откосов и сооружений, учета сейсмическихи температурных воздействий, особенностей строительства в экстремальных условиях идр. Большое место занимают конструктивные требования, учитывающие современныйопыт проектирования и строительства.

Книга предназначена для специалистов в области гражданского, транспортного и гид-ротехнического строительства, архитекторов, изыскателей, а так же студентов соответ-ствующих специальностей.

2011 г.

2012 г.


КНИЖНОЕ ОБОЗРЕНИЕ


КНИЖНОЕ ОБОЗРЕНИЕ

В монографическом справочнике представлены280 базовых понятий (собственных терминов) ин-женерной геологии и экологической геологии.Авторами в сжатой форме охарактеризованы наи-более важнейшие, базовые научные категорииэтих двух наук, формулировка определений кото-рых дается в свете накопленных знаний и новыхсовременных теоретических и методологическихпредставлений. Актуальность книги обосновыва-ется слабой разработкой до настоящего временисистемы категорий этих двух наук, а также мно-гочисленными вольными и ошибочными трактов-ками их базовых понятий, и часто - попроступринципиально не верными определениями,«проникающими» на страницы печати.

В отличие от словарей-справочников и энцик-лопедий в данной монографии термины изла-гаются не по алфавитному принципу, а в соответ-ствии с принятой системой научных категорий,

учитывающей логический объем и содержаниерассматриваемых научных понятий, их логиче-ское соотношение и содержательную значимость.Для каждой научной категории в книге обосно-вывается её научная формулировка и приводитсявыверенное определение.

Книга состоит из двух частей. В первой части,объединяющей шесть глав, изложены базовые по-нятия инженерной геологии: охарактеризована си-стема собственных научных категорий инженер-ной геологии, приведены общие методологическиекатегории инженерной геологии, специальные ка-тегории грунтоведения, инженерной геодинамики,региональной инженерной геологии, а также ме-тодические категории инженерной геологии.

Во второй части рассматриваются наиболееважные базовые понятия экологической геологии.Здесь излагается система собственных научныхкатегорий экологической геологии, характери-зуются общие методологические категории эко-логической геологии, понятия экологического ре-сурсоведения, специальные категории экологиче-ской геодинамики, экологической геохимии, эко-логической геофизики, а также методические ка-тегории экологической геологии.

Монография снабжена обширным библиогра-фическим указателем, а также алфавитными ука-зателями рассматриваемых инженерно-геологи-ческих и эколого-геологических терминов, чтоделает удобным их поиск.

Книга предназначена для широкого круга чита-телей инженер-геологов, экогеологов, геоэкологов,гидрогеологов, геокриологов, геотехников и спе-циалистов смежных наук, а также преподавателей,аспирантов и студентов вузов, изучающих инже-нерную геологию и экологическую геологию.

Приобрести книгу можно в ОАО «Геомаркетинг», обратившись по тел.:

+7 (495) 366-26-84 или послав заявку по электронной почте по e-mail: [email protected]

БАЗОВЫЕ ПОНЯТИЯ ИНЖЕНЕРНОЙ ГЕОЛОГИИ И ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ ГЕОЛОГИИТрофимов В.Т., Королёв В.А., Харькина М.А., Барабошкина Т.И., Калинин Э.В., Вознесенский Е.А., Аверкина Т.И., Цуканова Л.А., Жигалин А.Д., Самарин Е.Н., Васильчук Ю.К., Хачинская Н.Д., Буслаева О.В., Николаева С.К.;под ред. В.Т. Трофимова. — М.: ОАО «Геомаркетинг», 2012. 328 с.


ПЕРЕЧЕНЬПРЕДСТОЯЩИХ КОНФЕРЕНЦИЙ, СЕМИНАРОВ, ВЫСТАВОК В 2012 ГОДУ

113–15 марта

2012 г.9-я международная выставка GeoForm+ 2012 г. Москва

222–23 марта

2012 г.

Четырнадцатые Сергеевские чтения

«Роль инженерной геологии и изысканий на предпроектных этапах

строительного освоения территорий»

г. Москва

3

21–23

марта

2012 г.

VI Международная научная конференция

«Молодые — наукам о земле»г. Москва

4

23–27

апреля

2012 г.

5-я Международная геолого-геофизическая конференция и выставка

«Инженерная геофизика — 2012»г. Геленджик

57–8 июня

2012 г.

Всероссийская научно-техническая конференция

«Механика грунтов в геотехнике и фундаментостроении»г. Новочеркасск

6

3–5

сентября

2012 г.

18-я Европейская Конференция по геофизике

Near Surface 2012г. Париж

7

09–11

октября

2012 г.

18-я международная конференция и торговая выставка

INTERGEO — 2012г. Ганновер

8

13–14

декабря

2012 г.

VIII Общероссийская конференция

«Перспективы развития инженерных изысканий

в строительстве в Российской Федерации»

г. Москва

Иммунопатол



Федерации








Инновации






Интеграл *









Иммунопато



Федерации








Инновации






Интеграл *









Решением Президиума Высшей аттестационной комиссии Минобрнауки России

от 19 февраля 2010 года № 6/6 утверждена новая редакция

Перечня ведущих рецензируемых научных журналов и изданий

В перечень включены журналы, выпускаемые ООО «Геомаркетинг»:

«Инженерные изыскания»«Инженерная геология»

«ГеоРиск»

Приглашаем авторов к сотрудничеству. Научно-технические статьи публикуются

в журналах бесплатно.

Реклама

ПРАВИЛА ДЛЯ АВТОРОВ

Принимаются оригинальные статьи по широкой тематике и основным теоретическим разделам

инженерной геологии: грунтоведению, инженерной геодинамике, региональной инженерной геологии,

а также статьи по механике грунтов, гидрогеологии и геокриологии, мониторингу геологических

и литотехнических систем, технической мелиорации грунтов, методике и методам

инженерно-геологических исследований, истории и методологии инженерной геологии.

• Статьи принимаются в печатном или электронном виде (по электронной почте) объемом до 1 авторского

листа (40 тыс. печатных знаков с пробелами или 10–12 страниц текста, набранного на компьютере

и напечатанного шрифтом 12-го кегля с одиночным интервалом).

• Статьи сопровождаются аннотациями (до 100–150 слов) на русском и английском языках, а также списком

ключевых слов (5–10 слов) также на русском и английском языках.

• Название статьи, фамилия и инициалы автора даются на русском и английском языках.

• Фамилия автора сопровождается должностью, местом его работы и электронным адресом.

• Структура статьи должна по возможности включать введение (цель, задачи работы), методику (методы)

исследования, характеристику объекта исследования, результаты и выводы (заключение).

• Статья сопровождается списком цитируемой литературы, оформленным в соответствии с ГОСТ 7.1-2003,

составленным по алфавиту (сначала русский, затем иностранный).

• Ссылки на литературу в статье даются по номерам алфавитного списка в квадратных скобках,

например, [2], [4–6] и т.п.

• Рисунки (цветные или черно-белые фотографии, штриховые рисунки, диаграммы, графики и т.п.)

принимаются в электронном виде в формате jpeg, tiff или eps с разрешением не менее 300 пикселей

на дюйм (или 300 dpi). Цветные карты принимаются с разрешением не менее 600 dpi.

• Рисунки сопровождаются подрисуночными подписями и нумерацией.

• Размерность физических величин и параметров дается в системе СИ.

• Таблицы сопровождаются названиями и нумерацией.

• Статьи проходят обязательное внутреннее и внешнее рецензирование, техническую редакцию,

после чего автору высылается верстка для окончательной проверки.

• После публикации статьи в журнале автору высылается по e-mail электронная

версия опубликованной статьи в формате pdf. После выхода номера

в свет автор может бесплатно получить в редакции

до трех экземпляров журнала.

• С аспирантов плата за статьи не взимается.

Адрес редакции:

105187, Москва, Окружной проезд, д. 18.

Тел./факс: +7 (495) 366-2684, 366-2095.


АИИС

Реклама

ИНЖЕНЕРНАЯГЕОЛОГИЯ

Февраль 1/2012

ISSN 1993-5056

ИН

ЖЕН

ЕРН

АЯ

ГЕО

ЛО

ГИ

Я •

Февраль 1

/2012

ПРИ ПОДДЕРЖКЕ

ООО «Гео-Сервис

Нижегородский»

НЕТ.МАЛО!НЕТ.МАЛО!

Чиновник!Свои интересы бди!Честь чиновничью блюди!

Documents

ISSN 1993-5056 ИНЖЕНЕРНАЯ ГЕОЛОГИЯ ... · Мы должны победить коррупцию ... дентом, как сейчас, а Советом Государственной