Автореферат диссертации на соискание ученой
степени доктора геолого-минералогических наук, Москва, работа
выполнена в Федеральном государственном бюджетном учреждении науки
Институте геоэкологии им. Е.М. Сергеева Российской академии наук,
2014 Г., 47 стр.
Специальность 25.00.08 Инженерная геология, мерзлотоведение и грунтоведение.
Официальные оппоненты: Катаев Валерий Николаевич, доктор геолого-минералогических наук, профессор, Фгбоу ВПО «Пермский государственный национальный исследовательский университет», проректор по научной работе и инновациям, заведующий кафедрой динамической геологии и гидрогеологии Хоменко Виктор Петрович, доктор геолого-минералогических наук, профессор, Фгбоу ВПО «Московский государственный строительный университет», профессор кафедры инженерной геологии и геоэкологии Экзарьян Владимир Нишанович, доктор геолого-минералогических наук, профессор, Фгбоу ВПО «Российский
государственный геологоразведочный университет им. Серго Орджоникидзе», декан экологического факультета
Ведущая организация Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Уральский государственный горный университет»
Цель работы Определение закономерностей и механизмов образования провалов и воронок оседания в районах покрытого карста, научное обоснование локальных прогнозов устойчивости закарстованных территорий.
Научная новизна:
На основании общих положений теории подобия и анализа размерностей получен кинематический критерий процессов, протекающих в поле сил тяжести и вязкости горных пород, который дает возможность определять характеристики
натурных явлений и прогнозировать развитие последних во времени по результатам лабораторных опытов.
Впервые процессы, протекающие в покровной толще закарстованных массивов, исследовались методом термопластических эквивалентных материалов, что потребовало коренных изменений методики моделирования и позволило установить влияние свойств и состояния экранирующих глинистых пластов на время и скорость провалообразования.
Предложены критерии и константы подобия уровней подземных вод, которые дают возможность исследовать силовое воздействие последних на массив горных пород методом водонасыщенных эквивалентных материалов. Технология проведения опытов сходна с технологиями базового метода эквивалентных материалов и фильтрационного лоткового моделирования, но имеет и свои особенности.
Показано, что при техногенном изменении уровней подземных вод действующей силой разрушения слабопроницаемых грунтов над ослабленным участком массива является избыточное гидростатическое давление, нормальное к поверхности их скелета.
Время и форма проявления суффозии массы на поверхности толщи несвязных грунтов зависят от плотности и мощности толщи, пролета карстовой полости.
Механизм истечения водонасыщенных, как и воздушно-сухих несвязных грунтов, в отверстие определяется их напряженным состоянием и фундаментальными свойствами – трением и дилатансией. Наличие поровой воды и ее движение влияет лишь на морфологию проявлений и кинематику процесса.
Разработана кинематическая модель истечения несвязных грунтов в подземные полости, позволяющая находить скорость процесса без привлечения трудно определяемых и по-разному трактуемых эмпирических коэффициентов.
Предложена классификация суффозии как гидрогеомеханического процесса, разновидности которого выделяются по факторам, условиям и, впервые, по механизмам его развития.
Для потенциально опасных районов разработана и апробирована на разных объектах гражданского и промышленного строительства методика оценки карстово-суффозионной опасности и риска.
Практическая ценность: определяется новыми научными результатами. Многие из них реализованы в экспертных заключениях по оценке карстово-суффозионной опасности и риска в Москве, Нижегородской области, в Республиках Татарстан, Саха, в Иркутской и Амурской областях. Метод водонасыщенных эквивалентных материалов (Аникеев А.В., 1987, 1988) применяется не только в России, но и за рубежом (Lei M. et al, 2005). Там же, но методами математического моделирования исследуется и установленная в
экспериментах вторая форма разрушения водоупоров (Salvati R. et al, 2001; Tharp T.M., 2002, 2003), которая положена также в основу модели растрескивания массива пород в период ливневых дождей (Sheng Z., Helm D.C., 1995).
Основное содержание работы
Карстово-суффозионные провалы как экзогенный геологический процесс
Напряженно-деформированное состояние покровной толщи массивов закарстованных пород
Деформирование и разрушение слоя связных грунтов
Образование провалов в песчаном слое
Свободное истечение несвязных грунтов в подземные полости
Прогноз провалов и оседаний земной поверхности в карстовых районах
Заключение
Основные публикации по теме диссертации
Специальность 25.00.08 Инженерная геология, мерзлотоведение и грунтоведение.
Официальные оппоненты: Катаев Валерий Николаевич, доктор геолого-минералогических наук, профессор, Фгбоу ВПО «Пермский государственный национальный исследовательский университет», проректор по научной работе и инновациям, заведующий кафедрой динамической геологии и гидрогеологии Хоменко Виктор Петрович, доктор геолого-минералогических наук, профессор, Фгбоу ВПО «Московский государственный строительный университет», профессор кафедры инженерной геологии и геоэкологии Экзарьян Владимир Нишанович, доктор геолого-минералогических наук, профессор, Фгбоу ВПО «Российский
государственный геологоразведочный университет им. Серго Орджоникидзе», декан экологического факультета
Ведущая организация Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Уральский государственный горный университет»
Цель работы Определение закономерностей и механизмов образования провалов и воронок оседания в районах покрытого карста, научное обоснование локальных прогнозов устойчивости закарстованных территорий.
Научная новизна:
На основании общих положений теории подобия и анализа размерностей получен кинематический критерий процессов, протекающих в поле сил тяжести и вязкости горных пород, который дает возможность определять характеристики
натурных явлений и прогнозировать развитие последних во времени по результатам лабораторных опытов.
Впервые процессы, протекающие в покровной толще закарстованных массивов, исследовались методом термопластических эквивалентных материалов, что потребовало коренных изменений методики моделирования и позволило установить влияние свойств и состояния экранирующих глинистых пластов на время и скорость провалообразования.
Предложены критерии и константы подобия уровней подземных вод, которые дают возможность исследовать силовое воздействие последних на массив горных пород методом водонасыщенных эквивалентных материалов. Технология проведения опытов сходна с технологиями базового метода эквивалентных материалов и фильтрационного лоткового моделирования, но имеет и свои особенности.
Показано, что при техногенном изменении уровней подземных вод действующей силой разрушения слабопроницаемых грунтов над ослабленным участком массива является избыточное гидростатическое давление, нормальное к поверхности их скелета.
Время и форма проявления суффозии массы на поверхности толщи несвязных грунтов зависят от плотности и мощности толщи, пролета карстовой полости.
Механизм истечения водонасыщенных, как и воздушно-сухих несвязных грунтов, в отверстие определяется их напряженным состоянием и фундаментальными свойствами – трением и дилатансией. Наличие поровой воды и ее движение влияет лишь на морфологию проявлений и кинематику процесса.
Разработана кинематическая модель истечения несвязных грунтов в подземные полости, позволяющая находить скорость процесса без привлечения трудно определяемых и по-разному трактуемых эмпирических коэффициентов.
Предложена классификация суффозии как гидрогеомеханического процесса, разновидности которого выделяются по факторам, условиям и, впервые, по механизмам его развития.
Для потенциально опасных районов разработана и апробирована на разных объектах гражданского и промышленного строительства методика оценки карстово-суффозионной опасности и риска.
Практическая ценность: определяется новыми научными результатами. Многие из них реализованы в экспертных заключениях по оценке карстово-суффозионной опасности и риска в Москве, Нижегородской области, в Республиках Татарстан, Саха, в Иркутской и Амурской областях. Метод водонасыщенных эквивалентных материалов (Аникеев А.В., 1987, 1988) применяется не только в России, но и за рубежом (Lei M. et al, 2005). Там же, но методами математического моделирования исследуется и установленная в
экспериментах вторая форма разрушения водоупоров (Salvati R. et al, 2001; Tharp T.M., 2002, 2003), которая положена также в основу модели растрескивания массива пород в период ливневых дождей (Sheng Z., Helm D.C., 1995).
Основное содержание работы
Карстово-суффозионные провалы как экзогенный геологический процесс
Напряженно-деформированное состояние покровной толщи массивов закарстованных пород
Деформирование и разрушение слоя связных грунтов
Образование провалов в песчаном слое
Свободное истечение несвязных грунтов в подземные полости
Прогноз провалов и оседаний земной поверхности в карстовых районах
Заключение
Основные публикации по теме диссертации