Авторефераты по всем темам  >>  Авторефераты по геологии-минералогии

Инженерно-геологические проблемы мегаполисов юга России и их влияние на строительство

Автореферат докторской диссертации по геологии-минералогии

СКАЧАТЬ ОРИГИНАЛ ДОКУМЕНТА

Страницы: | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |

 

Махова Светлана Ивановна

ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ МЕГАПОЛИСОВ ЮГА РОССИИ И ИХ ВЛИЯНИЕ НА СТРОИТЕЛЬСТВО

Специальность: 25.00.08 - инженерная геология,

мерзлотоведение и грунтоведение

Автореферат

диссертации на соискание учетной степени

доктора геолого-минералогических наук

Волгоград а2011 г.

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования

Волгоградский государственный архитектурно-строительный университет.

Научный консультант:	доктор геолого-минералогических наук, профессор Синяков Владимир Николаевич
Официальные оппоненты:	доктор геолого-минералогических наук, профессор Сианисян Эдуард Саркисович, Южный федеральный университет, г. Ростов-на-Дону доктор геолого-минералогических наук, профессор Богуш Илья Александрович, Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт), г. Новочеркасск доктор геолого-минералогических наук, профессор Гольчикова Надежда Николаевна, Астраханский государственный технический университет, г. Астрахань
Ведущая организация:	ООО ЛУКОЙЛ-ВолгоградНИПИморнефть, г. Волгоград

Защита состоится л24 июня 2011 года в 10 часов на заседании диссертационного совета ДМ 212.026.02 в ГОУ ВПО Волгоградский государственный архитектурно-строительный университет по адресу: 400074, г. Волгоград, ул. Академическая, д.1, ауд. Б-203.

Факс: (8442) 969-991

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО Волгоградский государственный архитектурно-строительный университет.

Автореферат разослан ла аа2011 года.

Ученый секретарь

диссертационного совета аа аа Анисимов Л.А.

Актуальность проблемы. Сравнительный анализ инженерно-геологических проблем территорий мегаполисов юга России характеризует ситуацию как экстремальную.

Наиболее изученной и представительной территорией является Волгоградский мегаполис, где загрязнены грунтовые, поверхностные воды и атмосфера на площади 972 квадратных километра. В г. Волжском, построенном полвека назад, грунтовые воды до начала строительства располагались на глубине 27 м, а в настоящее время - на глубине 3,4-5 м. Скорость подъема уровня грунтовых вод (УГВ) колеблется от 0,15 до 1,3 м в год.

Мегаполис включает территорию двух городов - Волгограда и Волжского с населением соответственно 1 млн. и 0,5 млн. человек и представляет крупнейший центр Нижнего Поволжья. Протяженность - 102 км при ширине 3-10 км. Гидрогеологические условия мегаполиса характеризуются наличием 19 водоносных горизонтов. Первые работы, оценивающие значимость инженерно-геологических процессов на территории мегаполиса, относятся к 60-м годам. Изучение их было продолжено автором и другими исследователями, однако лишь сейчас в связи с систематизацией материала по региону в целом можно судить о масштабе этой проблемы.

В мегаполисе зафиксировано более 470 участков подтопления зданий и сооружений, вызванных подъемом УГВ. Территории заводов и жилых кварталов подтоплены практически полностью, и фундаменты находятся ниже УГВ. В районах распространения набухающих глин отмечаются участки интенсивного набухания, в результате чего происходят поднятия поверхности земли, деформации фундаментов, разрыв коллекторов, разрушение асфальтовых покрытий, выпор полов, появление трещин в зданиях. В городе в результате набухания деформировано 145 зданий и сооружений.

Изменения в подземной гидросфере являются важнейшей причиной образования 95 из 117 зафиксированных в городе оползней. Стоимость берегоукрепительных работ составляет от 3 до 7 млн. руб. на 1 км берега, а протяженность береговой полосы мегаполиса составляет более 100 км. Затраты, предусмотренные схемой инженерной защиты Волгограда от подтопления, превышают 770 млн. руб. в ценах того времени. Таковы издержки недостаточно грамотного освоения территории.

В Ростовском мегаполисе подтопленными являются 60 км2 (43% площади). За последние 30 лет рост нагрузки на геологическую среду привел к ее критическим трансформациям. Если УГВ на незастроенных территориях находились на глубинах 18-30 метров, то в результате урбанизации УГВ поднялся на 15-20 м. до отметок 1-2 метра от поверхности; скорость подъема УГВ достигала 1 м в год.

Подтопление провоцирует деградацию прочностных свойств грунтов, что обусловливает развитие опасных процессов, таких как оползни, просадки, набухание, провалы и др. Они наблюдаются во всех техногенно-подтопленных городах ЮФО.

На территориях, сложенных лессовыми породами, происходят повышение их влажности и просадки грунтов. 24% от изученных 1996-и аварийных домов и 76% их аварийных деформаций приходятся на утечки из коммуникаций. Аварийные деформации более 400 зданий от просадок в г. Ростове-на-Дону произошли из-за изменения влажности лессов с 0,4 до 0,8. Модуль деформации грунтов уменьшился в 5-7 раз; в замоченных суглинках несущая способность свай (НСС) снизилась на 20-40%. Процессы в г. Ростове-на-Дону, развивающиеся из-за прогрессирующего подтопления, следует считать экологическим бедствием.

Интенсивный подъем УГВ и подтопление отмечаются в Саратовском мегаполисе. Главной причиной подтопления является ликвидация естественной дренажной сети - балок и оврагов. В центре города УГВ за 15-летний период поднялся на 4,5-5 м. Подъем УГВ и подтопление отмечаются на территории ТЭЦ, где до начала строительства УГВ находился на глубине 12-14. В скважине 416 в центре г. Саратова глубина УГВ в 1930 г. была равна 16 м, в 1950 - 14 м, в 1970 - 10 м, 1980 - 7 м. В период 1990-2010 г. уровень воды стабилизировался на глубине 4 м.

Подтоплению подверженоа более 50% застроенной территории Саратова, в том числе 22 км2 жилой застройки.

Из опасных геологических процессов в пределах г. Саратова и его окрестностей наиболее широко развиты эрозионные и суффозионно-карстовые процессы, а также заболачивание, подтопление и оползневые явления. На территории города существует более 30 активных оползневых зон; каждый год происходит 1-2 оползневые подвижки.

Проблемы подтопления и сопутствующих процессов не ограничиваются рассмотренными мегаполисами и характерны для других городских территорий. В качестве примера рассмотрен г. Новочеркасск, который входит в число 2000 крупных городов мира с населением более 100 тыс. человек. В этом городе 50% занимаемой площади подвергается интенсивному подтоплению грунтовыми водами с высокой минерализацией, агрессивностью и загрязненностью техногенными продуктами. В целом территория Новочеркасска по состоянию почв и подземных вод относится к зоне чрезвычайной экологической ситуации.

Еще один пример посвящен Астраханской городской агломерации (500 тыс. жителей), где подтоплена территория общей площадью 210 км2, из них 30 км2 занимают водоемы. Анализ распределения этих участков в зависимости от ИГУ показал, что в районах, сложенных глинистыми и лессовыми породами, подтопление развивается при любом типе застройки в селитебной зоне и на предприятиях любой отрасли промышленности в промышленной зоне. На 30% территории УГВ залегает на глубине 0,5 м, на 35% - 1 м, а на остальной площади глубина залегания УГВ превышает 1,5 м. В районах развития песчаных отложений подтопление отсутствует из-за хорошей дренированности территории.

Цель работы состоит в выявлении закономерностей инженерно-геологических условий (ИГУ) Волгоградского и других мегаполисов юга России, их влиянии на приповерхностную часть литосферы, природно-технические системы и среду обитания человека для прогноза и предупреждения негативных последствий.

Для достижения цели решались следующие задачи:

• анализ современного состояния изученности ИГУ территории;
• изучение инженерно-геологических особенностей Прикаспийской впадины;
• анализ влияния соляной тектоники на инженерно-геологические условия региона;
• изучение особенностей геологических, тектонических, геоморфологических, гидрогеологических (ГГУ), геодинамических условий, состава и физико-механических свойств (ФМС) грунтов;
• анализ пространственных закономерностей ИГУ, детализация и уточнение карты и схемы ИГР территории;
• изучение геофизических и геохимических аномалий, обусловленных соляными структурами;
• сравнительная характеристика ИГУ Прикаспийской синеклизы и Приволжской моноклинали в условиях Волгоградского мегаполиса;
• инженерно-геологическое обоснование проектирования и строительства оснований и фундаментов на территории мегаполиса;
• исследование закономерностей несущей способности оснований и фундаментов.

Научная новизна:

• выполнено теоретическое обоснование включения в схему ИГР Волгоградского мегаполиса нового ИГ района, называемого районом распространения песчаных грунтов прирусловых отмелей и осередков;
• в результате расширения границ мегаполиса за счет ранее неосвоенных территорий обнаружены и изучены скифские глины, которые по физико-механическим свойствам соответствуют аналогам на территории к западу от мегаполиса;
• на базе собственных разработок и анализа обширных фондовых материалов доказан комплексный характер влияния подтопления на загрязнение литосферы, гидросферы, атмосферы и биосферы в условиях ПКВ;
• детализирована и уточнена схема структур Паромненско-Красноармейской соляной антиклинали и распространения тектонических разломов, что подтверждается картами Г.А. Бражникова и А.Л. Лосева. Выявлен однотипный характер скоростей вертикальных движений структур;
• обосновано и подтверждено инструментальными наблюдениями формирование над соляными куполами зон растяжения с повышенной трещиноватостью, флюидопроницаемостью, усиленным газо- и водообменом;
• выявлено формирование над соляными куполами геофизических и геохимических аномалий как потенциальных геопатогенных зон.

Методы исследований. При выполнении работы использовались методы сравнительного анализа и обобщения, математической статистики, механики грунтов, оснований и фундаментов, картографирования, районирования, инженерной геологии и неотектоники.

Обоснованность и достоверность результатов исследований обоснована корректным использованием общепринятых математических и статистических методов, многолетними исследованиями автора в области инженерной геологии, оснований и фундаментов, картографирования, большим объемом лабораторных и опытно-полевых исследований и положительным опытом практической реализации результатов.

Практическая значимость и реализация результатов исследований. Прогноз негативных изменений в массивах горных пород, рельефе, ГГУ, опасных геологических процессах может использоваться и используется в проектных, строительных и изыскательских организациях Нижнего Поволжья при разработке защитных мероприятий. Результаты исследований автора, включая испытания уникальных глубоких забивных и буронабивных свай статическими и динамическими нагрузками, использовались при строительстве ряда многоэтажных зданий. Теоретические положения и методические разработки используются в учебном процессе в ВолгГАСУ при чтении лекционных курсов Инженерная геология и Геоэкология.

Фактический материал. Работа выполнена наа основе исследований автора, проведенных во время работы соискателем и обучения в аспирантуре и докторантуре на кафедре инженерной геологии и геоэкологии ВолгГАСУ. Был также использован большой объем опубликованной литературы и фондовых материалов: буровых, геологических, инженерно-геологических, ГГУ и других исследований различных изыскательских организаций: НижневолжТИСИЗ, ЗАО Радиан, ООО Стройинвест, Гипроводстрой и других.

Основные положения диссертации, выносимые на защиту.

1. Детальная характеристика геологического строения, тектоники, геоморфологических, геодинамических условий, ГГУ, состава и свойств грунтов мегаполиса применительно к различным типам фундаментов.

2. Пространственные закономерности ИГУ, детализация и уточнение на основе новых данных схемы ИГР территории.

3. Оценка, сравнительный анализ и прогноз изменений ИГУ ряда мегаполисов и городов юга России.

4. Зависимости прочностных и деформационных свойств важнейших типов грунтов от их состава и физических свойств, значения несущей способности различных типов свай в основных типах ИГР.

Апробация работы. Основные положения и отдельные результаты работы докладывались и были представлены на отечественных и международных совещаниях и конференциях: Экология, охрана среды, строительство (Волгоград, 2001); Петрографические, историко-геологические и пространственные вопросы в инженерной геологии (Москва, 2002 г.); Качество внутреннего воздуха и окружающей среды, (Волгоград, 2002 г.); Единый Каспий: Межгосударственное сотрудничество и проблемы экономического и социального развития региона, (Астрахань, 2002 г.); Архитектура, строительство, экология,а (Барселона, 2002 г.); Надежность и долговечность строительных материалов и конструкций (Волгоград, 2003 г.); Социально-экономические и технологические проблемы развития строительного комплекса и жилищно-коммунального хозяйства региона (Михайловка, 2006 г.); Мониторинг геологических, литотехнических и эколого-геологических систем (Москва, 2007 г.); Региональные проблемы экологической безопасности природных и антропогенных объектов (Липецк, 2007 г); Инновационные ресурсы для развития строительства доступного и комфортного жилья в Волгоградской области (Волгоград, 2008 г.); Ученые Волгограда - развитию города (Волгоград, 2009); Водохозяйственные проблемы и рациональное природопользование (Оренбург, 2008); Актуальные вопросы инженерной геологии и экологической геологии (Москва, 2010 г.).

Публикации. Основные результаты опубликованы в 35 работах, из которых 1 монография и 9 по списку, рекомендованному ВАК.

Структура и объем работы. Диссертация объемом 300 страниц состоит из введения, 9 глав, заключения, 55 таблиц, 54 рисунка. Список использованной литературы включает 300 наименований.

Автор глубоко признателен научному консультанту проф. В.Н. Синякову за его поддержку, внимание и сотрудничество на всех этапах работы. Автор искренне признателен сотрудникам кафедры инженерной геологии и геоэкологии за внимание к работе, доброжелательность и поддержку.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Глава 1. Современное состояние изученности инженерно-геологических условий Волгоградского мегаполиса и их изменений под влиянием техногенеза.

Хотя изучение геологии района началось в XVIII веке, первыми основательными инженерно-геологическими (ИГ) исследованиями явились изыскания Гидропроекта для канала Волго-Дон и Волгоградской ГЭС в 40х-50х гг. В результате был выявлен крупнейший тектонический разлом между Воронежской антеклизой и Прикаспийской синеклизой (Г.И. Горецкий, Н.П. Синяков, Г.А. Бражников) вдоль долины Волги, разделяющий регион на западную (Правобережную) и восточную (Левобережную) части.

В 1980г. В.Н. Синяковым и С.В. Кузнецовой была впервые составлена карта инженерно-геологического районирования Нижнего Поволжья в масштабе 1:500000.

Геологическое строение и тектоника региона представлены в ряде монографий: Ю.А. Косыгина (1960), П.Я. Аврова и Л.Г.Космачевой (1960), Р.Г. Гарецкого, А.Л. Яншина (1960), Р.Б. Сейфуль-Мулюкова, Ю.М Васильева (1967), B.C. Журавлева (1972), Н.В. Неволина, Н.Е. Кунина, АЛ. Андреева (1977), B.C. Конищева (1982), Л.А. Анисимова (1983), А.Л. Яншина, А.Е. Шлезингера (1987), О.Г. Бражникова (1997), А.В. Бочкарева (2006).

Строение осадочного чехла отражено в работах Л.Б. Аристарховой, Ю.М. Васильева, Ю.В. Ваньшина, А.В. Вострякова, Г.И. Горецкого, Н.И. Николаева, А.А. Свиточа, В.Н. Синякова, П.Ф. Федорова, В.Л. Яхимович.

Геоморфологические условия региона исследовали: Л.Б. Аристархова, В.А. Брылев, В.А. Востряков, Г.И. Горецкий, А.Г. Доскач, М.М. Жуков, П.А. Каплин, O.K. Леонтьев, Е.Г. Маев, С.И. Махова, О.А. Мещеряков, А.И. Москвитин, В.А. Николаев, Г.И. Рычагов, А.А. Свиточ, П.В. Федоров, А.В. Цыганков.

Гидрогеологические условия региона изучены и опубликованы в работах Л.А. Анисимова, В.А. Бочкаревой, М.К. Корольковой; Н.А. Маринова, М.П. Распопова, О.И. Серебрякова, А.В. Сотникова, Ж.С. Согдыкова, Р.И. Ткаченко.

Свойства пород региона изучены в обобщающих работах В.Н. Синякова (1984, 2005), а также С.К.Арбузовой, С.Н. Егорова, Н.П. Затенацкой, Ю.И. Панова, И.С. Реутовой, И.А. Сафохиной, В.И. Стешенко, Н.В. Коломийцева.

Характеристика геологических и инженерно-геологических (ИГ) процессов опубликована в работах В.Н. Синякова, а также А.В. Вострякова, А.И. Дзенс-Литовского, В.В. Дмитриева, В.Н. Зайонца, Р.С. Зиангирова, Г.В. Короткевича, С.В. Кузнецовой, Г.И. Леонтьева, Ю.А. Мещерякова, А.А. Никонова, Ю.П. Николаева, В.А. Прохорова, В.М. Седайкина, С.А. Сладкопевцева, И.О. Тихвинского, А.В. Цыганкова, М.А. Шубина, В.Н. Экзарьяна и других исследователей.

Инженерно-геологические и геоэкологические последствия освоения Прикаспийского и смежных регионов обсуждались в работах кафедры инженерной геологии и геоэкологии (1987-2011 гг.) на основании сравнительного анализа многочисленных материалов. Этой проблемой занимались Л.А. Анисимов, А.В. Бочкарев, Н.И. Воронин, А.Я. Гаев, Н.И. Гольчикова, О.И. Серебряков и другие исследователи в разных регионах.

СКАЧАТЬ ОРИГИНАЛ ДОКУМЕНТА

Страницы: | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |

     Авторефераты по всем темам  >>  Авторефераты по геологии-минералогии