Просадочные процессы и их формы рельефа на территории Прикубанской равнины: особенности и распространение

Актуальность темы

Просадки относятся к обширной группе природных и техногенных геологических процессов, не представляющих непосредственной угрозы для жизни человека и не приводящие к разрушению абиотической составляющей экосистем, но вызывающих ее изменение. Они негативно воздействуют на условия жизнедеятельности человека через деформации и осложнение эксплуатации инженерных сооружений, снижение качества ресурса геологической среды. Это процессы длительного действия, с продолжительным периодом подготовки и, как правило, с отдаленными и опосредованными экологическими последствиями.

К просадочным грунтам в соответствии с ГОСТ 25 100−82 и СП11 10 597 относятся пылевато-глинистые разновидности дисперсных осадочных минеральных грунтов, дающие при замачивании при постоянной внешней нагрузке и нагрузки от собственного веса грунта дополнительные деформации — просадки, происходящие в результате уплотнения грунта вследствие изменения его структуры. В данной работе рассматриваются только вопросы, связанные с просадочностыо лёссовидных суглинков, имеющих широкое распространение на Прикубанской равнине.

В России просадочными породами занято около 3,5 млн км2, что составляет более 20% всей территории страны. В той или иной степени 563 города в стране страдают от просадочных явлений. Одно из каждых шести зданий и сооружений на территории России возводится на лёссовых просадочных породах. Суммарный ущерб в стране от этих процессов ориентировочно оценивается в 600−800 млн долларов в год.

На территории Краснодарского края эти процессы приурочены к лёссовидным породам, распространенным на равнинной части края. Наибольшая просадочность характерна для лёссов, покрывающих обширные плоские водоразделы, их склоны, поверхность высоких террасв поймах и нижних частях склонов просадки практически отсутствуют. Просадки 4.

разделяются на естественные, происходящие при естественном увлажнении и техногенные, возникающие вследствие хозяйственной деятельности человека.

Эти процессы не приводят к кардинальному изменению ресурса геологического пространства, но, несомненно, оказывают влияние на его качество, в основном локальное. В последнее время отмечается расширение площадей уже существующих просадочных форм и появление новых, что и определяет актуальность рассмотрения данного вопроса.

Целью работы является — исследование особенностей просадочных форм рельефа Прикубанской равнины и выявление их пространственной локализации.

Задачи исследования:

— систематизировать гипотезы происхождения лёссовых пород и их основного свойства — просадочности;

— проанализировать и обобщить научно-литературные источники, картографические материалы и изыскания различных геологических организаций по геолого-геоморфологическим особенностям Прикубанской равнины, являющихся основным ресурсом просадочности;

— изучить условия развития просадочных процессов и факторы их активизации;

— отметить вещественный состав и структурные особенности лёссовых пород Прикубанской равнины;

— провести зонирование территории по локализации просадочных форм рельефа;

— определить роль просадок в инженерно-геологическом и сельскохозяйственном освоении равнинной части Краснодарского края.

Теоретической основой работы являются труды российских и зарубежных ученых В. П. Ананьева, Т. В. Андреевой, Б. Ф. Галай, Н. Я. Денисова, A.B. Ершовой, Н. В. Коломийцева, H.H. Комиссаровой, В. И. Коробкина,.

Н.Г. Мавлянова, Ю. М. Абелсва, Н. И. Кригера, A.B. Минервина, Е. М. Сергеева, В. Т. Трофимова и др.

Методы исследования. Основой методологии исследования является системный подход к проблеме изучения просадочности и просадочных форм рельефа. При проведении исследования были использованы следующие методы: 1) анализ существующей источниковой базы по рассматриваемой проблематике (метод научного анализа), 2) обобщение и синтез точек зрения, представленных в источниковой базе (метод научного синтеза и обобщения), 3) моделирование на основе полученных данных в раскрытии поставленной проблематики (метод моделирования). Таким образом, методологической основой данного исследования послужило использование различных областей научного знания сообразно со спецификой темы, т. е. междисциплинарный подход в исследовании геосистем.

Научная новизна работы. В основу исследования просадочных свойств грунтов и их форм рельефа положена комплексная методика, сущность которой определяется тем, что впервые:

— определены вопросы генезиса и сформирован терминологический аппарат по изучаемым вопросам применительно к территории Краснодарского края;

— систематизирована методологическая основа теории просадочности;

— определена роль просадочных процессов и явлений в формировании геоэкологической обстановки;

— проведены морфометрические исследования просадочных форм рельефа Прикубанской равнины;

— выявлена связь пространственной локализации просадочных форм рельефа с тектоникой.

На защиту выносятся следующие положения:

1. Терминологические уточнения по определению основных понятий по диссертационному исследованию (лёссов, лёссовых пород, просадочных форм).

2. Классификация гипотез происхождения лёссовых пород.

3. Генетические и литологические особенности лёссовидных суглинков Прикубанской равнины.

4. Результаты картометрических исследований — густота, плотность, пораженность Прикубанской равнины просадочными формами.

5. Закономерности распространения лёссовых пород на территории Прикубанской равнины.

6. Соотношение просадочных форм с линейными тектоническими нарушениями.

Информационной базой диссертационного исследования являются статистические, картографические, фондовые и другие материалы. Теоретическая база исследования представляет собой следующие группы источников: справочная литература и монографии по данной тематике, научные статьитехнические отчеты проектных и научных организаций (ГУП «Кубаньгеология, СевКавТИСИЗ, ИнжГЕО и др.) — ресурсы сети ИНТЕРНЕТ. Эмпирической базой послужили собственные полевые исследования автора, проведенные на территории Ейского, Новотатаровского, Усть-Лабинекого и других районов, в окрестностях и на территории г. Краснодара.

Практическая значимость работы. Материалы проведенного исследования могут использоваться при планировании и проведении мелиоративных, инженерно-строительных, природоохранных работв учебном процессе при чтении основных курсов по геоморфологии, геологии и спецкурса «Экологическая геоморфология» студентам географического факультета ГОУ ВПО «Кубанский государственный университет» по специальностям 20 401, 50 103 «География».

Апробация результатов исследования: основные положения диссертационного исследования докладывались и обсуждались на V.

Всероссийской научной конференции «Курортно-рекреационный комплекс в системе регионального развития: инновационные подходы» (Краснодар, 2012), 7.

Международных научно-практических конференциях «Актуальные проблемы современной науки: свежий взгляд и новые подходы» (Йошкар-Ола, 2012) и «Международные и отечественные нанотехнологии поисков и освоения, разработки и добычи, переработки и транспорта природных минеральных ресурсов, рационального природопользования, экологических проблем и глобальной энергии» (Астрахань, 2012). По теме диссертации опубликовано одиннадцать работиз них четыре в рецензируемых журналах, рекомендованных ВАК.

Структура и объем работы определяется ее целью и задачами. Работа включает введение, четыре раздела, заключение, список использованных источников (139 наименований) и четыре приложения. Текстовая часть диссертационного исследования сопровождается 14 рисунками и 7 таблицами. Общий объем работы 182 страницы.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

Результатом проведенных исследований являются следующие выводы:

— лёссы и лёссовидные породы являются сложными горными породами;

— их изучение имеет длительную историю, однако, до настоящего времени не существует обобщающей теории их происхождения, которая охватила бы все типы лёссовых пород и объяснила возможность их залегания на водоразделах, у подножья горных систем и на высоко поднятых плоскогорьях;

— результат рассмотрения основных гипотез лёссообразования показал, что ни одна из них не удовлетворяет принципам объективного исследования и не разработана до приемлемого научного уровня. Единственной гипотезой, учитывающей все известные действующие природные факторы и подтверждённой моделированием в полевых условиях, является эолово-криогенная (концепция Минервина-Сергеева). Только она приемлемо объясняет накопление и сохранение всех толщ лёссовых просадочных пород. Однако, по мнению многих ученых, она не является окончательной.

— изучение структурных связей и механизма возникновения просадок выявило, что просадка — это сложный многофакторный процесс перестройки структуры лёссовой породы, протекающий в результате взаимодействия внешних и внутренних факторов и развивающийся во времени.

— просадочный процесс, происходящий при замачивании лёссовых грунтов, приводит к деформации, величина которой меньше величины потенциальной просадочности, т. е. просадочный потенциал реализуется не полностью. Нереализованная деформации может развиваться в результате различных внешних воздействий, в частности за счет техногенных;

— лёссовые грунты, несмотря на длительность их освоения, проявляют послепросадочную деформацию при технических статических и динамических воздействиях. Вибрация создает дополнительную нагрузку на толщу увлажненных грунтов и усиливает развитие прослепросадочной деформации;

— анализ влияния вибрационных воздействий, статического давления на развитие послепросадочной деформации зависит от частоты и длительности колебаний, особенно при достижении критического уровня энергии, передаваемой грунту. При дальнейшем увеличении частоты величина послепросадочной деформации возрастает. Кроме того, послепросадочные деформации в лёссовых грунтах могут развиваться при длительном замачивании;

— замачивание лёссовых грунтов помимо уменьшения прочностных т деформационных характеристик грунта приводит к коренному изменению его микроструктуры. Формируется новая матричная структура, отличающаяся от природной минимальной и относительной пористостью, более плотной структурой;

— при замачивании происходит разрушение структурных связей в результате растворения неводостойких агрегатов. Характеристики сжимаемости лёссовых грунтов, прочности и водопроницаемости замоченных грунтов существенно изменяются в процессе уплотнения (консолидации) этих грунтов;

— по степени развития всё многообразие просадочных форм рельефа Прикубанской низменности следует разделять на три типа: а) начальный — небольшие с постепенным углублением от окраин к центру, напоминающий форму «блюдца" — б) сформированные — с ярко выраженными котловинами и плоским дном. За этим типом следует закрепить название «западин" — в) «пади» — являющиеся результатом слияния нескольких западин;

— прослеживается достаточно четкая связь между пространственным распространением просадочных форм и элементами тектоники;

— анализ территории Прикубанской низменности показал неравномерность проявления просадочности. Причинами возникновения неравномерности является комплекс геологических, геоморфологических,.

168 гидрогеологических и других факторов. Наиболее существенное влияние на просадку лёссовых грунтов оказывают особенности гидрогеологического режима и антропогенный факторбольшинство просадочных форм, возникающих в настоящее время на Прикубанской низменности, связано с подпором грунтовых вод вокруг водохранилищ и других гидротехнических сооружений, инфильтрацией поливных вод из систем орошения, утечками из водонесущих коммуникаций. Таким образом, антропогенная деятельность является одним из основных факторов активизации просадочных процессов, которые по уровню наносимого ущерба входят в число наиболее опасныхогромные территории занятые лёссовыми массивами интенсивно осваиваются в процессе деятельности человека, и это заставляет искать способы борьбы с негативными явлениями, такими как просадки, суффозия, вспучивание, плывуны, обвалы и оползни. Основное влияние на лёссовые породы оказывает интенсивное поступление воды и водных растворов в лёссовые массивы. Следовательно, для уменьшения негативных процессов необходимы профилактические мероприятия ликвидирующие или значительно снижающие поступление воды в лёссовые грунтыстроительство на таких грунтах осложнено не только низкой несущей способностью и большой сжимаемостью лёссовых пород, но и несовершенствованием их расчета и проектирования, что объясняется незначительным количеством экспериментальных данных.

В заключение следует отметить особую значимость инженерно-геоморфологические исследования при освоении территорий распространения просадочных грунтов. Данный вид исследований должен включать:

1. Изучение рельефа и отбор необходимой информации в инженерных целях. Особую ценность представляют морфологические, динамические и генетические данные. Морфологические данные включают морфометрические и морфографические показатели, которые влияют на.

169 размещение хозяйственных объектов. Для степной зоны Краснодарского края в аспекте изучаемого вопроса первостепенное значение имеют просадочные блюдца: их ориентировка, очертание, частота и размеры. Данные о динамике этого процесса играют большую роль при оценке условий строительства и эксплуатации инженерных сооружений. Генетические данные необходимы для выявления возникновения или оптимизации просадок.

2. Изучение экзогенных геоморфологических процессов на основе качественной и количественной оценки данного процесса. Качественная характеристика просадок делается на основе полевых наземных исследований, аэровизуальных наблюдений и дешифрирования аэроснимков. Количественную оценку — после проведения специальных полевых исследований, а также по аэрофотоснимкам. Полученные данные позволят определить пораженность территории просадочными процессами.

3. Инженерно-геоморфологическое картографирование на основе соответствующего районирования.

4. Оптимальное размещение проектируемых инженерных объектов. Данная проблема включает три задачи:

— полностью или частично исключить влияние просадочности на строительство и последующую эксплуатацию объектов;

— максимально сохранить условия, предопределяющие развитие просадочных явлений при строительстве;

— максимально «приспособить» проектируемые объекты к просадочность (например, за счет укрепления грунта, специальных инженерных мероприятий).

Все вышеизложенное позволяет сделать вывод о том, что поставленные перед началом диссертационного исследования задачи решены и цель по изучению условий и факторов просадочных процессов и особенностей распространения их форм рельефа на Прикубанской равнине — достигнута.