Development of the landslide risk classification for natural and man-made slopes based on soil watering and deformation extent

Abstract

Purpose. To summarize and formalize the estimates of landslide risk levels based on the proposed classification of relevant environmental or man-made risks in the regions of Ukraine and local territories, including a gully-ravine network and man-made slopes of technology-related objects that represent certain environmental or man-made risk for residential areas. Methods. To achieve the objective, the following methodological approaches have been applied: analysis of the literature regarding state-of-the-art research on the issues of landslide phenomena assessment and prediction at regional and local levels, zonal-statistical analysis of orographic data for the each region of Ukraine with calculations of the relief integral coefficients, methods for comprehensive evaluation of natural and man-made slopes stability with the con-sideration of their geometry, water saturation, geoclimatic conditions and technogenic impacts; methods of geomechanical assessment, environmental evaluation and forecasting of landslide risk in natural geosystems and man-made slopes based on the stability factor, and scientific generalization of landslide risks using mathematical models developed by the authors and proposed criteria for watering extent and soil deformation in natural and man-made slopes. Findings. The five-level scale for evaluating landslide risk for natural and man-made slopes has been substantiated in terms of their stability control. The proposed landslide risk scale makes it possible to forecast reliably the geomechanical state of the rock mass depending on the values of the slope stability factor in changing geoclimatic conditions and substantiate effective anti-landslide engineering measures. Landslide risk classification of natural slopes according to the stability factor value has been proposed. The scale is recommended for assessing the stability of man-made slopes comprised of solid and bulk rocks and for forecasting the environmental risk from landslides resulting from emergency situations Originality. It has been proved that the number of landslides per unit of precipitation in a region with certain relief is a constant value. The dependences for determining the critical amount of precipitation that will cause a single landslide within the gully-ravine network depending on the specific area of the landslide- prone site and on the relief have been obtained. Practical implications. The five-level classification scale of landslide risk for natural and technogenic slopes in respect to annual precipitations and relief coefficient has been substantiated. That helps forecast landslides and determine the level of environmental and technogenic risk inflicted therefrom.

Мета. Узагальнення та формалізація оцінки рівнів зсувонебезпеки на основі запропонованої класифікації відповідної екологічної або техногенної небезпеки як регіонів України, так і локальних територій, включаючи яружно-балочну мережу та штучні укоси техногенних об’єктів, які являють певну екологічну або техногенну небезпеку. Методика. Для досягнення мети застосовано наступні методологічні підходи: аналіз першоджерел стосовно оцінки та прогнозу зсувів на регіональному та локальному рівнях, зонально-статистичний аналіз орографічних даних для кожного регіону України з розрахунками відповідних інтегральних коефіцієнтів рельєфу, методи комплексної оцінки природних і техногенних схилів з урахуванням їх геометрії, водонасичення, геокліматичних умов і техногенних впливів, методи геомеханічної оцінки, екологічної оцінки та прогнозування небезпеки зсуву в природних геосистемах і техногенних укосах на основі коефіцієнта запасу стійкості, наукове узагальнення зсувонебезпеки на основі розроблених авторами математичних моделей і запропонованих критеріїв стосовно зволоження та деформації масиву ґрунтів природних схилів і штучних укосів. Результати. Обґрунтовано 5-рівневу оціночну шкалу зсувонебезпечності природних схилів і техногенних укосів для управління їх стійкістю. Визначена шкала зсувонебезпечності дозволяє достовірно прогнозувати геомеханічний стан масиву гірських порід залежно від значень коефіцієнта запасу стійкості схилу в мінливих геокліматичних умовах та обґрунтовувати ефективні заходи інженерного захисту від зсувів. Запропоновано класифікацію зсувонебезпечності природних схилів та укосів за значенням коефіцієнтів запасу стійкості. Рекомендовано використовувати шкалу як для оцінки стійкості техногенних укосів суцільних і насипних порід, так і для прогнозу екологічної небезпеки від зсувів внаслідок надзвичайних ситуацій. Наукова новизна. Доведено, що кількість зсувів, яка припадає на одиницю опадів у регіоні з певним рельєфом, є постійною величиною. Отримано залежності для визначення критичної кількості опадів, що спричинить одиничний зсув у яружно-балочній мережі залежно від конкретної площі зсувонебезпечної ділянки та характеру рельєфу. Практична значимість. Обґрунтовано п’ятиступінчасту класифікацію рівнів зсувонебезпеки природних схилів і штучних укосів залежно від річних опадів та коефіцієнта рельєфу місцевості, що дозволяє прогнозувати зсуви й визначати рівень екологічної та техногенної небезпеки від зсувів.

Цель. Обобщение и формализация оценки уровней оползнеопасности на основе предложенной классификации соответствующей экологической или техногенной опасности как регионов Украины, так и локальных территорий, включая овражно-балочную сеть и искусственные откосы техногенных объектов, представляющих определенную экологическую или техногенную опасность. Методика. Для достижения цели применены следующие методологические подходы: анализ первоисточников по оценке и прогнозу оползней на региональном и локальном уровнях, зонально-статистический анализ орографических данных для каждого региона Украины по расчетам соответствующих интегральных коэффициентов рельефа, методы комплексной оценки природных и техногенных склонов с учетом их геометрии, водонасыщения, геоклиматических условий и техногенных воздействий, методы геомеханической оценки, экологической оценки и прогнозирования опасности оползней в природных геосистемах и техногенных откосах на основе коэффициента запаса устойчивости, научное обобщение оползнеопасности на основе разработанных авторами математических моделей и предложенных критериев относительно увлажнения и деформации массива почв естественных склонов и искусственных откосов. Результаты. Обоснована 5-уровневая оценочная шкала оползнеопасности природных склонов и техногенных откосов для управления их устойчивостью. Разработанная шкала оползнеопасности позволяет достоверно прогнозировать геомеханическое состояние массива горных пород в зависимости от значений коэффициента запаса устойчивости склона в меняющихся геоклиматических условиях и обосновывать эффективные меры инженерной защиты от оползней. Предложена классификация оползнеопасности природных склонов и откосов по значению коэффициентов запаса устойчивости. Рекомендуется использовать шкалу как для оценки устойчивости техногенных откосов сплошных и насыпных пород, так и для прогноза экологической опасности от оползней в результате чрезвычайных ситуаций. Научная новизна. Доказано, что количество оползней, приходящееся на единицу осадков в регионе с определенным рельефом, является постоянной величиной. Получены зависимости для определения критического количества осадков, что повлечет единичный оползень в овражно-балочной сети в зависимости от конкретной площади оползнеопасного участка и характера рельефа. Практическая значимость. Обоснована пятиступенчатая классификация уровней оползнеопасности естественных склонов и искусственных откосов в зависимости от годовых осадков и коэффициента рельефа местности, позволяет прогнозировать оползни и определять уровень экологической и техногенной опасности от оползней.