Провалы и оседание земной поверхности в карстовых районах: моделирование и прогноз

  • автор:
  • специальность ВАК РФ: 25.00.08
  • научная степень: Докторская
  • год, место защиты: 2014, Москва
  • количество страниц: 299 с. : 126 ил.
  • автореферат: нет
  • стоимость: 240,00 руб.
  • нашли дешевле: сделаем скидку
  • формат: PDF + TXT (текстовый слой)
pdftxt

действует скидка от количества
2 диссертации по 223 руб.
3, 4 диссертации по 216 руб.
5, 6 диссертаций по 204 руб.
7 и более диссертаций по 192 руб.
Титульный лист Провалы и оседание земной поверхности в карстовых районах: моделирование и прогноз
Оглавление Провалы и оседание земной поверхности в карстовых районах: моделирование и прогноз
Содержание Провалы и оседание земной поверхности в карстовых районах: моделирование и прогноз
Вы всегда можете написать нам и мы предоставим оригиналы страниц диссертации для ознакомления
Глава 1. Карстово-суффозионные провалы как экзогенный геологический процесс
1.1. Определение основных понятий и постановка проблемы
1.2. Поверхностные формы карста и инженерно-геологические условия
1.3. О роли карстового процесса в появлении карстово-суффозионных воронок
1.4. Оценка опасности и риска образовании провалов и локальных оседаний земной поверхности в карстовых районах
Выводы
Глава 2. Напряженно-деформированное состояние покровной толщи массивов закарстованных пород
2.1. Определение напряженного состояния перекрывающих полость грунтов аналитическим методом
2.2. Изучение деформаций покровной толщи на термопластических материалах
2.3. Исследование закономерностей распределения напряжений при обрушении свода карстовой полости поляризационно-оптическим методом
2.4. Зональность строения массива пород в окрестности ослабленного участка как эффект самоорганизации геологической среды
2.5. Изменение напряженного состояния грунтовой толщи в динамике провалообразования
Выводы
Глава 3. Деформирование и разрушение слоя связных грунтов
3.1. Механизм и кинематика процесса
3.2. Модели среза горных пород по цилиндрической поверхности и обрушения параболического свода
3.3. Модель случайного гидроразрыва слабопроницаемого слоя
3.4. Особенности гидравлического разрушения мощных глинистых пластов
3.5. Математическое моделирование полей порового давления и деформаций пород при откачках подземных вод
Выводы
Глава 4. Образование провалов в песчаном слое
4.1. Суффозия массы как процесс деформирования несвязных грунтов
4.2. Закономерности формирования и устойчивость сводообразных структур
4.3. Свод обрушения в капиллярно-влажных песках
4.4. Влияние локальной восходящей фильтрации на развитие массовой суффозии
4.5. Разрушение несвязных грунтов при подъеме уровня подземных вод
Выводы
Глава 5. Свободное истечение несвязных грунтов в подземные полости
5.1. Схематизация природных условий, материалы, методика и результаты опытов
5.2. Кинематика свободного истечения несвязных грунтов в отверстия
5.3. Моделирование полей скорости и плотности потока сыпучих тел методом клеточных автоматов
5.4. Сравнительный анализ данных физического и математического моделирования, основные закономерности процесса
5.5. Строение области влияния подземной полости и суффозионный процесс
5.6. Прогноз провалообразования в песчаной толще
5.7. Классификация суффозии по условиям, факторам и механизму процесса
Выводы
Глава 6. Прогноз провалов и оседаний земной поверхности в карстовых районах
6.1. О причинах образования провалов и блюдец оседания в Москве
6.2. Оценка карстово-суффозионной опасности и риска в условиях городского строительства
6.3. Прогноз провалообразования в Дзержинском карстовом районе при изменении гидродинамического режима
6.4. Устойчивость площадки размещения основных сооружений Нижегородской АЭС
Выводы
Заключение
Список литературы
Введение
Актуальность темы. Общая площадь распространения карстующихся пород составляет 31.5 % площади суши Земного шара. Из них 9.5 % занимают районы, где растворимые отложения обнажаются на поверхности, а 22 % – где они перекрыты
нерастворимыми грунтами (Максимович Г.А., 1963; Дублянский В.Н., Дублянская Г.Н.,2007). На этой огромной площади ( 47106 км2) едва ли не самую большую экзогенную геологическую опасность представляют провалы земной поверхности. Особенности процесса образования провальных воронок и воронок оседания
обусловлены растворением горных пород, наличием и относительно неглубоким залеганием ослабленных участков массива – карстовых полостей, открытых трещин, зон дробления, погребенных провалов и других подземных карстовых форм. Существованием
ослабленных участков объясняется и локализация деформаций дневной поверхности, и сильная их неравномерность, и плохая предсказуемость, и ведущая роль процессов
разрушения и перемещения грунтов (Poland J.F., 1981; Печеркин А.И., 1989). По внезапности, сложности процесса и его прогноза, а порой и по катастрофическим
последствиям провалообразование иногда сравнивают с извержениями вулканов (Zhou W., Beck B.F., 2008). И именно этот процесс служит если не главным, то одним из основных предметов исследования в инженерной геологии карстовых районов, которая в последние два десятилетия чаще называется инженерным картоведением (Толмачев В.В., Ройтер Ф., 1993; Дублянский В.Н. и др., 2011).
Интерес инженеров-геологов, проектировщиков и строителей к этой проблеме понятен: появление воронок нарушает безаварийную эксплуатацию наземных и подземных сооружений, угрожает жизни людей. Так, по данным Геологической службы
США только в нескольких штатах ущерб от провалообразования в 1970–1985 гг. составил 170 млн. долларов (Newton J.G., 1987). Причем оценивались лишь легко учитываемые последствия – разрушение зданий, автострад, трубопроводов и т. д. За кадром остались такие негативные явления как превращение плодородных земель в неудобья, засоление
подземных вод, изменение ландшафтов и некоторые другие. Здесь мы вплотную подходим к еще одному аспекту проблемы – экологическому. Локальные понижения
рельефа, являясь очагами поглощения сточных вод, регулируют площадное загрязнение
территории. Но именно тела воронок – области перемещения песчаных и раздробленных
глинистых грунтов – служат местами повышенной проницаемости пород, хорошей связи
водоносных горизонтов, изменения химического состава подземных вод и, как правило,
ухудшения их качества. Таким образом, тема настоящей работы имеет большое инженерно-геологическое и экологическое значение. В то же время решение проблемы
прогнозирования провалов и оседаний земной поверхности в районах покрытого карста на локальном уровне оставляет желать лучшего, несмотря на большое количество
посвященных ей работ. Особенно актуальна эта проблема для районов нереализованной, ожидаемой опасности, где все условия развития процесса есть, а самих воронок нет, или они не зафиксированы, или встречены единичные формы, исключающие или сильно
затрудняющие применение вероятностно-статистических методов анализа и прогноза провалов.
По объектам и способам исследования рассматриваемую проблему можно разделить
на две части. Первая связана с выявлением ослабленных участков, определением их формы, размеров и степени заполнения рыхлым материалом, с оценкой скорости
выщелачивания растворимых пород и влияния этого процесса на аккумуляционную
емкость закарстованного массива. Главная роль в получении этих данных принадлежит
натурным методам изучения – инженерно-геологическим, гидрогеохимическим, геофизическим и спелеологическим. При решении некоторых вопросов целесообразно
использовать также методы физического и математического моделирования.
Вторая часть проблемы – исследование собственно провалообразования, закономерностей гравитационного и фильтрационного разрушения грунтов покровной
толщи, выноса обломочного материала в трещинно-карстовые коллекторы, механизмов
формирования воронок в массиве горных пород и на земной поверхности. Именно этим вопросам уделено основное внимание в настоящей работе.
Основная идея. Локальный прогноз провалов в многослойной покровной толще закарстованного массива может быть основан на детерминированных моделях, адекватно
отражающих поведение связных и несвязных грунтов над ослабленным участком массива
в зависимости от их состава, свойств, степени водонасыщения и фильтрационных сил.
Причем общий методологический подход к созданию таких моделей и их последовательному (снизу вверх, от очага возмущения к земной поверхности)
применению должен базироваться на представлениях о динамической перестройке геологической среды при внешних воздействиях. И в основу этого подхода целесообразно
положить фундаментальный физический принцип Ле Шателье, который гласит: любое внешнее воздействие на находящуюся в равновесии систему вызывает развитие в ней процессов, стремящихся ослабить это воздействие.
Цель исследований. Определение закономерностей и механизмов образования провалов и воронок оседания в районах покрытого карста, научное обоснование локальных прогнозов устойчивости закарстованных территорий.
Вы всегда можете написать нам и мы предоставим оригиналы страниц диссертации для ознакомления

Рекомендуемые диссертации данного раздела