Управління зсувонебезпечністю природних схилів та техногенних укосів з неоднорідною структурою в мінливих геокліматичних умовах.

Abstract

Дисертація присвячена вирішенню актуальної наукової проблеми удосконалення методології геомеханічної оцінки та прогнозу стійкості природних схилів та техногенних укосів з неоднорідною структурою та управління їх зсувонебезпечністю на регіональному та локальному рівнях. Встановлено, що вологонасичення м’яких суглинистих порід є головним фактором зсувонебезпечності. Обґрунтовано геокліматичну модель зсувонебезпечності для регіонів України та яружно-балочної мережі, яка дозволяє обчислювати кількість зсувів на території залежно від атмосферних опадів. Встановлено ефект переходу від нормального до рівномірного закону розподілу фізико-механічних характеристик суглинків за рахунок коливань їх вологонасичення та відповідно зменшення їх міцнісних властивостей. Обґрунтована оціночна шкала зсувонебезпечності природних схилів і техногенних укосів для управління їх стійкістю та запобігання екологічній і техногенній небезпеці від зсувів. Встановлено закономірності зниження міцнісних властивостей суглинистих ґрунтів залежно від вологонасичення.

Диссертация посвящена решению актуальной научной проблемы совершенствования методологии геомеханической оценки и прогноза устойчивости природных склонов и техногенных откосов с неоднородной структурой и управления их оползнеопасностью на региональном и локальном уровнях. Выполнен анализ статистических данных по развитию и распространению оползней в мире, Украине и на территории Днепропетровской области в контексте экологической и техногенной безопасности. Предложена геоэкологическая модель оценки оползнеопасности региона, которая позволяет определять ожидаемое количество оползней на 1000 км 2

территории. Обоснована геоклиматическая модель оползнеопасности для овражно-балочной сети, которая позволяет вычислять количество атмосферных осадков для возникновения одиночного оползня. Разработана и апробирована на практике методика комплексного геоэкологического обследования природных склонов овражно-балочной сети на примере г. Днепр, основанная на данных полевых исследований и натурных наблюдений, данных экспертных оценок, картографических материалов с дешифрованными аэрофотоснимками, а также методике формирования контрольного списка по матрице Леопольда для оценки оползнеопасности природных склонов и прогнозирования тенденции к возникновению оползней по функции желательности Харрингтона. Предложен модифицированный критерий Кулона-Мора для оценки прочности массива мягких пород. Исследовано явление масштабного эффекта в массивах со статистически неоднородной средой. Выполнена серия испытаний образцов просадочных грунтов, представленных светло-желтыми лессовыми суглинками и темно-бурыми суглинками, с использованием одноплоскостного срезного прибора ПС-10. Определены значения сцепления, угла внутреннего трения и сопротивления сдвигу для покрывающих пород. Установлены зависимости изменения физико- механических характеристик суглинков от степени их влагонасыщения. Построены статистические распределения значений угла внутреннего трения и сцепления при различных значениях влагонасыщения суглинков. Установлен эффект перехода от нормального к равномерному закону распределения физико-механических характеристик суглинков за счет колебаний их влагонасыщения и снижения их прочностных свойств. Обоснована оценочная шкала оползнеопасности природных склонов и техногенных откосов для управления их устойчивостью и предотвращения экологической и техногенной опасности от оползней. Установлены закономерности развития оползневых процессов в естественных склонах овражно-балочных сетей, искусственных откосах карьеров и геотехнических сооружениях с использованием численного моделирования методом конечных элементов. Разработанная структурно-логическая схема управления оползнеопасностью на региональном и локальном уровнях, основанная на современных методологических подходах к оценке и прогнозу устойчивости природных склонов и искусственных откосов. Разработана методика многофакторных номограмм устойчивости откосов с учетом горно-геологических условий и геометрических параметров, которые позволяют определять значения КЗУ и оползни пород U x-y в приоткосном массиве, управлять устойчивостью откосов уступов на карьерах путем изменения их геометрических параметров. Разработаны и апробированы инновационные мероприятия по фиторекультивации поверхности откосов породных отвалов на действующих и ликвидированных шахтах.

The dissertation is devoted to the solution of the actual scientific problem of improving the methodology of geomechanical assessment and prognosis of the stability of natural and man-made slopes with heterogeneous structure and controlling their landslide hazard at the regional and local levels. It has been established that the moisture content of soft loamy rocks is the main factor of landslide hazard. The geo-climatic model of landslide hazard for the regions of Ukraine and for the ravine-gully network, which allows predict the number of landslides in the territory depending on atmospheric precipitation, is substantiated. The effect of the transition from the normal to the uniform law of physical- mechanical properties distribution of loams due to moisture content variations and, consequently, the reduction of their strength properties, is established. The estimated scale of the landslide hazard of natural and technogenic slopes for controlling their stability and prevention of ecological and technogenic danger from landslides is justified. The regularities of reducing the strength properties of loamy soils depending on moisture saturation are established.