НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ

ІНСТИТУТ ГЕОЛОГІЧНИХ НАУК

МОКРИЦЬКА Тетяна Петрівна

УДК 624.131.(477.63/.64)

ЗАКОНОМІРНОСТІ ЗМІНИ СТАНІВ ГЕОЛОГІЧНОГО

СЕРЕДОВИЩА КРИВОРІЗЬКОЇ ПРОМИСЛОВО-МІСЬКОЇ

АГЛОМЕРАЦІЇ (ЛОКАЛЬНИЙ РІВЕНЬ).

Спеціальність 04.00.07. – інженерна геологія

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата

геологічних наук

Київ 2003

Дисертацією є рукопис

Робота виконана у Дніпропетровськом національному університеті

Науковий керівник Кандидат географічних наук,

доктор педагогічних наук, професор

Зеленська Любов Іванівна

завідуюча кафедрою

фізичної та економічної географії

Дніпропетровського національного

Університету

Офіційні опоненти: Доктор геолого-мінералогічних наук,

доктор географічних наук,

Рудько Георгій Ілліч, головний науковий

співробітник Інституту геологічних наук НАНУ

Кандидат геолого-мінералогічних наук

Негода Олексій Петрович, доцент

кафедри гідрогеології та інженерної

геології Київського національного

університету імені Тараса Шевченка

Провідна установа Одеський національний університет

ім.І.І.Мечникова

Захист відбудеться “___27__” __________2003 р. о “_____” годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.162.05 в Інституті геологічних наук НАНУ за адресою: 01054 м.Київ, вул.О.Гончара,55-б.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Інституту геологічних наук НАНУ

Автореферат розісланий “____”_________________2003 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради В.М.Бублясь

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Аналіз змін стану геологічного середовища в умовах техногенного впливу - актуальна проблема інженерної геології. Без рішення цієї проблеми важко об'єктивно оцінити критерії і фактори стійкості геологічного середовища. Виявлення просторово-часових закономірностей зміни геологічного середовища та його компонентів, змін їхньої структури, властивостей та стану - одне із засобів експериментального і теоретичного обгрунтування методики оцінки стійкості геологічного середовища, граничних техногенних впливів.

Геологічне середовище Криворізького залізорудного басейну зазнає інтенсивного техногенного впливу, основним джерелом якого є підприємства гірничодобувної та переробної галузей. Вивчення змін геологічного середовища Криворізької промислово-міської агломерації виконано на прикладі аналізу і локального довгострокового змішаного эпігнозу станів геологічного середовища локальної природно-техногенної літосистеми Криворізького металургійного заводу (ПТЛ КМЗ). Аналіз взаємодії найбільшого в Україні підприємства та нерівноважного у просторово-часовому відношенні геологічного середовища (що реагує на зміни зовнішніх умов деградацією просадових властивостей на протязі 67-и років) дозволив обгрунтувати критерії і показники стійкості геологічного середовища об'єкта.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами.

Робота виконана в рамках державної бюджетної теми № 64-92 “Прогнозування багаторічного порушеного режиму підземних вод в умовах інтенсивного техногенезу в регіоні Середнього Придніпров'я, обгрунтування їх охорони та раціонального використання” за державною науково-технічною програмою 2.2. “ Оцінка стану, прогноз і відновлення якості природних вод України”.

Фактичний матеріал.

Основою для дослідження стали результати інтерпретації інженерно-геологічних спошукань, виконаних на дослідній території співробітниками інституту “ Укрдіпромез” із 1931 по 1998 роки. Загальна кількість свердловин складає 547, загальне число лабораторних визначень властивостей - 6236. Виконана інтерпретація результатів геологічних зйомок масштабу 1:50000(1949,1955,1976,1998р.р., трест “Укрпівденгеоло-гія”); використані результати інструментальних геодезичних спостережень, дешифрування аерофотоматеріалів, геофізичних і гідрогеологічних зйомок великого масштабу, режимних спостережень за розвитком екзогенних геологічних процесів (Криворізька ГРП, 1986-1990 р.р.). А також результати геолого-зйомочних робіт, виконаних під керівництвом Пасічного Г.В., результати топографічних зйомок масштабу 1:10 000 (1956 і 1975 років), генеральні плани заводу 1931, 1955 років (масштаб 1:2 000 і 1:5 000).

Мета і задачі дослідження.

Мета роботи – виявлення закономірностей зміни станів геологічного середовища, що зазнає техногенного впливу фізичного класу на прикладі аналізу змін інженерно-геологічних умов природно-технічної системи Криворізького металургійного заводу.

Для досягнення мети були вирішені задачі:

- оцінка достовірності і достатності даних для вивчення змін геологічного середовища;

- обгрунтування показників інтенсивності поля техногенних впливів механічного і гідродинамічного підкласів фізичного класу з урахуванням їхньої мінливості;

- аналіз умов і чинників геологічного середовища об'єкта: компонентний, системний, у статичному і динамічному аспектах на основі історико-генетичного підходу;

- оцінка стану геологічного середовища за результатами математичного і картографічного моделювання взаємодії підсистем ПТЛ КМЗ;

- розробка ймовірносних і аналітичних моделей розвитку процесів як наслідків техногенних впливів.

Об'єкт досліджень - геологічне середовище природно-техногенної системи Криворізької промислово-міської агломерації (локальний рівень).

Предмет досліджень - закономірності зміни геологічного середовища в умовах інтенсивних тривалих механічних і гідродинамічних техногенних впливів.

Методи досліджень.

·

Наукова новизна результатів полягає в слідуючому.

·

·

·

·

·

·

Практичне значення результатів складається у доведенні достовірності оцінки стану геологічного середовища (локальний рівень) за допомогою інтегрального показника механічних і гідродинамічних техногенних впливів методами сплайн-регресійного аналізу, теорії надійності; доведення взаємозв'язку між зміною просадових властивостей та лінійною ерозією. Проаналізовані і оцінені інтенсивність техногенних впливів (статичний і динамічний аспекти) на локальному рівні, зміни складу, властивостей та стану компонентів геологічного середовища. Матеріали виконаних досліджень передані в інститут “Укрдіпромез” і використовуються в роботі.

Особистий внесок дисертанта.

Всі результати і висновки одержані здобувачем самостійно. Всі статті у фахових виданнях написані без співавторів. У спільних публікаціях автору належать висновки та результати картографічного моделювання, структурно-геоморфологічних досліджень, математичного моделювання. При виконанні роботи використане програмне забезпечення, розроблене співробітниками лабораторії обробки геологічної інформації НДІ геології ДНУ під керівництвом професора Приставки О.Ф.

У тезах “Отображение мелкоблоковой тектоники плейстоцена в циклично построенной толще лессовых пород ” автору належать усі результати та висновки про направленість та закономірності змін палеобасейнових систем у часі;

у тезах “Оцінка динаміки фізичних і фізико-механічних властивостей елементів масиву в умовах техногенеза ” автору також належать усі результати та висновки про закономірність змін властивостей, одержаних на основі залучення до обробки даних програмного середовища “Regress”;

у статті “Формирование техногенного водоносного горизонта как фактора техногенного регрессивного литогенеза на примере Криворожского металлургического завода” автору належать усі результати та висновки про закономірності формування техногенного-природного водоносного горизонту. Обробка даних режимних гідрогеологічних спостережень виконана за участю канд. геогр. наук, доцента кафедри геології та гідрогеології ДНУ Шерстюк Н.П..

Основні положення, що захищаються.

1. Закономірності зміни стану геологічного середовища визначаються за допомогою інтегрального показника техногенних впливів фізичного класу механічного і гідродинамічного підкласів, що дозволяє здійснити оцінку і прогноз становища.

2. Історія геологічного розвитку палеобасейнових систем I-III порядків як результат еволюції геодинамічних і кліматичних умов визначає дискретність і чутливість ПТЛ локального рівня.

3. Стійкість геологічного середовища до техногенних впливів контролюється відновлюваністю. Межа локальної стійкості ПТЛ КМЗ визначається межею зворотно пропорційної залежності просадових властивостей масиву від інтегрального техногенного впливу.

4. При техногенному впливі зміни просадових властивостей і лінійних ерозійних форм циклічно взаємопов’язані.

Апробація результатів дисертації.

Результати досліджень доповідались на Міжнародних, Всеукраїнських наукових і науково-практичних конференціях: Першому міжнародному науковому симпозіумі “ Молодежь и проблемы геологии” (м. Томськ, 1996); IV, V Міжнародних конференціях “Циклы природы и общества” (м. Ставрополь, 1996 - 1997 р.р.); Всеукраїнської науково-практичної конференції “Українська геоморфологія: стан і перспективи” (м. Львів, 1997); V Міжнародної конференції “Франція та Україна, науково-практичний досвід у контексті діалогу національних культур” (м. Дніпропетровськ, 1998 р.); Міжнародної науково-практичної конференції ” Кризовий та передкризовий стан довкілля як результат техногенного впливу на геологічне середовище і геоморфосферу (м. Львів, 1998 р.); II Міжнародної науково-практичної конференції “ Картографія i вища школа “ (м. Київ, 1998 р.); Міжнародної наукової конференції “100 років НГАУ” (м. Дніпропетровськ, 1999 р.); Міжнародної конференції “ Теоретические проблемы инженерной геологии ” (м. Москва, 1999 р.); VII Московській нараді “ Математические методы анализа цикличности в геологии ” (м. Москва, 1994 р.), підсумкових наукових конференціях ДНУ (м. Дніпропетровськ, 1996- 1999 р.р.).

Публікації. Основні положення дисертації опубліковані у п'яти статтях та сімох тезах доповідей.

Об’єм та структура роботи. Дисертація складається із вступу, шістьох розділів, висновків та списку використаної літератури. Обсяг текстової частини 144 сторінки, 149 найменувань літератури. В додатках міститься 26 таблиць, 60 рисунків.

ЗМІСТ РОБОТИ

В вступі обгрунтована актуальність теми, визначено об'єкт, предмет, мета і задачі досліджень.

У першому розділі “ОЦІНКА СТАНУ І ВИВЧЕНІСТЬ ПРОБЛЕ-МИ” наведений огляд основної літератури за темою дисертації. Необхідність вивчення геологічних процесів для прогнозу умов функціонування інженерних об'єктів - аксіома, сформульована в період становлення інже-нерної геології як науки Саваренським Ф.П. (1937). У роботах Коломенського М.В. (1951), Ломтадзе В.Д. (1978), Бондарика Г.К. (1976,1978) освітлені різні аспекти вивчення геологічних процесів, але аксіома не піддається сумніву. Зміни просторово-часових меж геологічного середовища - актуальне питання інженерно-геологічного прогнозування. Незважаючи на увагу, яку приділяли різним аспектам прогнозування Розовський Л.Б., Ємельянова О.П., Зелінський І.П., Золотарьов Г.С., Кюнтцель В.В. та інші видатні вчені, закономірності змін геологічного середовища недостатньо вивчені. Саме тому, наприклад, Гамбурцев А.Г.(1994) вважає фундаментальною проблемою встановлення причинно-наслідкових зв'язків природних, техногенних і геологічних процесів. Особлива увага в інжене-рно-геологічних прогнозах приділяється питанням оцінки стійкості геологічного середовища. Рудько Г.І., Адаменко О.І.(1995) ввели поняття “син-дрому території”- катастрофічного прояву процесів. Стійкість розуміється ними як синонім керованості. Корольов В.О.(1995) розуміє під стійкістю об'єктивну характеристику геологічного середовища, обумовлену власти-востями об'єкта. Вивчення структурно-нестійких просадових грунтів зав-жди привертало увагу через можливість виникнення небезпечного стану. Сучасне уявлення про механізм і закономірності розвитку просадових деформацій - результат робіт Абелєва Ю.М.(1948), Абелєва М.Ю.(1979), Денісова М.Я.(1946), Баландіна Ю.Г.(1981), Борейко Л.Г.(1989), Краєва В.Ф.(1993), Трофімова В.Т. (1999) та інших. Зміна властивостей просадо-вих грунтів як результат техногенного впливу є предметом досліджень Кропоткіна М.П.(1998), Воляника Н.В.(1992;1998), Ананьєва В.П. (1993; 1998). Проте вивчення обмежене аналізом закономірностей змін властивостей без урахування просторово-часової організації і фундаментальних властивостей геологічного середовища (неоднорідності, дискретності й ін.). Тимофєєв Д.А.(1989) у результаті вивчення ерозійних процесів прийшов до виділення елементарних морфологічних одиниць (ЕМО) як басейнів I порядку, виділених на підставі палеогеоморфологічного аналізу. Взаємозв'язок між змінами просадових властивостей і ерозійних форм різноманітних порядків в умовах техногенних впливів вивчено недостатньо. Велике значення для вивчення змін геологічного середовища має класифікація техногенних впливів (Трофімов В.Т., Корольов В.А., та ін., 1995), тому що можлива комплексна кількісна оцінка поля техногенних впливів. Досвід залучення класифікації до вивчення змін інженерно-геологічних умов на локальному рівні відсутній.

В другому розділі “СКЛАД І МЕТОДИ ДОСЛІДЖЕННЬ ЗМІН ГЕОЛОГІЧНОГО СЕРЕДОВИЩА В УМОВАХ ТЕХНОГЕННОГО ВПЛИВУ” обгрунтовані методи оцінки стану і змін геологічного середовища об'єкта. Залучені: теорія змінності (Бондарик Г.К, 1976), концепція множинності форм стійкості (Гродзинський М.Д., 1995), поняття про стійкість (геологічного) середовища (Рудько Г.І., 1996). Геологічними параметрами середовища вибрані: склад, властивості та умови залягання горизонтів неоплейстоцену; умови функціонування техногенного водоносного горизонту; морфометричні показники басейнових систем I-III порядків. Вивчення змін природно-техногенних та інженерно-геологічних процесів (лінійної ерозії, підтоплення, деградації просадових властивостей, ущільнення) виконано на різних рівнях. Для моделювання статичних станів і змін станів геологічного середовища залучено математико-картографічний метод (Берляндт А.Н.,1978, Червяков В.А.,1978). Межі елементарних ПТЛ встановлені за результатами моделювання ущільнення підгрунтя у часі при підтопленні (як межа активної стиснюючої зони). За результатами порівняльного аналізу математичних та картографічних моделей геологічних параметрів встановлені межі локальної ПТЛ. Палеогеоморфологічні реконструкції (Філософов В.П.,1975), розрахунок кутових і лінійних швидкостей зміщення структурних ліній палеобасейнових систем у часі дозволили встановити деякі закономірності еволюції, кількісно визначити дискретність геологічного середовища.

Дані інженерно-геологічних вишукувань за 67-літній період представляють не регулярну просторово-часову систему пунктів одержання інформації (СПОІНФ) (Бондарик Г.К., 1986). Зведення його до регулярного виконано при виділенні стадій функціонування ПТЛ КМЗ як стадії різної інтенсивності впливів. Оцінка стану геологічного середовища виконана за результатами аналізу 102 статичних моделей: гідрогеологічних умов, сплайн-регресійних моделей властивостей горизонтів, моделей розвитку процесів. Моделювання розподілів фізичних і фізико-хімічних властивостей горизонтів виконано при використанні програмного середовища “Regress”. Зміни сучасних басейнів вивчені за результатами аналізу змін довжин тальвегів, вододільних ліній і площ. Деградація просадових властивостей охарактеризована градієнтами щорічних знижень сумарної просадовості (Трофімов В.Т. і ін., 1994) за межами сфер взаємодії. Аналіз стійкості геологічного середовища виконаний за результатами сплайн-регресійного аналізу дії механічних та гідродинамічних техногенних впливів на просадові властивости. Також залучені методичні положення Гродзинського М.Д.(1995). Показники для розрахунку ймовірності інертності, відхилень та чутливості вибрані на основі аналізу результатів картографічних досліджень. Верифікація складалася у співставленні результатів оцінки стійкості методами статистики і теорії надійності.

У третьому розділі “СТРУКТУРА І ДИНАМІКА ТЕХНОГЕННОЇ ПІДСИСТЕМИ КРИВОРІЗЬКОГО МЕТАЛУРГІЙНОГО ЗАВОДУ” приведена загальна характеристика техногенного впливу у Південній частині Криворізького басейну і у межах об'єкту досліджень. Структура технічної підсистеми об’єкту визначена взаємодією сталеливарного, прокатного і доменного виробництв. Джерелами техногенного впливу є: будови головних та допоміжних цехів, системи комунікацій та зв'язку, об'єкти інженерного захисту.

Оптимальне функціонування заводу - складна проектна і експлуатаційна задача. Необхідні реконструкції споруд в зв'язку із зміною технології. Протягом досліджуваного часу тільки інститутом “Укрдіпромез“ було розроблено 547 проектів, 88 із яких було присвячено реконструкції інженерних споруд. Режим функціонування можна вважати оптимальним. Реконструкція сталеливарного і прокатного цехів була викликана технічним переобладнанням. Більша частина інших проектів присвячена плановим ремонтам доменних печей. Відмови підгрунтя доменних печей №№ 1 та 2 (1934 рік) є одиничним явищем, більш відмов інженерних споруд не спостерігалося. Кількість проектних робіт, присвячених реконструкції систем водопостачання незначна, що призвело до формування техногенного водоносного горизонту та негативно відбилося на стані геологічного середовища.

Конструкція споруд (наземна і підземна частини) враховує складні інженерно-геологічні умови. Будівлі цехів - каркасні, із колонами, температурними й осадовими швами. Фундаменти комбіновані. Під колони призначалися стовпчасті, монолітні і збірні залізобетонні, під стіни - стрічкові, під устаткування - плитні, стовпчасті, пальові і стрічкові фундаменти. Споруди потужні за геометричними характеристиками і навантаженнями, при середніх значеннях додаткових тисків. Глибина закладення фундаментів до 70-х років не перевищувала 7.5 м. Пальовий тип фундаменту був уперше застосований у 1935 році при проектуванні фундаментів пневматичних молотів бесемерівського цеху. Пальовий тип фундаменту застосований також при проектуванні шіхтарника мартенівського цеху (1949 рік) і киснево-конверторного цеху №2 (1976 рік), фундаментна частина якого є сполученням монолітних залізобетонних і кущових пальових фундаментів.

Глибина активної зони в основі кущових паль склала 18.9-21.5 м. У порівнянні з потужністю активної зони споруд першої черги будівництва, сталося збільшення в 1.85 – 1.63 рази. Обмеження глибини активної зони відбувалося в межах завадовсько-мартоношського горизонту, як і споруд, будівництво яких було виконано на I, II стадіях. Значення додаткових тисків на I, II стадіях функціонування близькі, зміна типів фундаментів і глибин їхнього закладення (III стадія) не привела до виходу за межі геологічного середовища - підсистеми ПТЛ локального рівня. Тому показником механічних впливів прийнятий коефіцієнт антропогенності ландшафту , який дорівнює відносній площі забудови. У даних умовах цей показник характеризує площу механічних впливів рівної інтенсивності. Розрахунок показника виконаний за результатами обробки великомасштабних топографічних планів 1932, 1956 і 1975 років. Прийнято градації інтенсивності: значення менше 0,2 ч.од. відповідають слабкої інтенсивності; значення 0,21 - 0,5 ч. од. - середньої інтенсивності; значення більш 0,5 ч. од. - сильної інтенсивності статичного впливу механічного підкласу.

За даними балансової схеми (1949 р.) загальне надходження води склало 53 821 440 м3/рік ; загальне водовідведення - 25 123 680 м3/рік; а беззворотні втрати - 17 721 480 м3/рік. Основними джерелами втрат прокатного цеху були бризкательні басейни (втрати 10 687 200 м3/рік), відстійник (втрати 876000 м3/рік), з об'єктів сталеливарного виробництва - бесемерівський цех (втрати 420 480 м3/рік).

До 1963 року водопостачання відбувалося з р. Інгулець і Південного водоймища. З 1960 по 1968 роки загальне водопостачання складало до 264 тисяч м3 / рік. У 1968 - 1985 роки режим водовідведення був стаціонарним. Загальне надходження води склало: свіжої 99 800 тисяч м3/рік, питної - 26 400 тисяч м3/рік. Водовідведення промислових стоків склало 54 000 тисяч м3/рік, господарсько-побутових вод 26 400 тисяч м3/рік. Безповоротне споживання води склало 45 800 тисяч м3/рік, а втрати при функціонуванні - 5 780 тисяч м3/рік. З 1985 року по 1998 рік безповоротне споживання склало 29 000 тисяч м3/рік, безповоротні втрати при функціонуванні ПТЛ - 3 700 тис. м3/рік. За даними Криворізької СЕС (1990 р.) води, передані після виконання часткового водоочищення, містять хлор. Обсяг їх складає 54 410 тис. м3/рік.

Проаналізовано інтенсивність техногенних впливів механічного і гідродинамічного підкласів технічної підсистеми за 1931 - 1998 роки. Виділені стадії: I - будівництва (1931-1945 роки); II - відновлення і будівництва об'єктів першої черги (1946-1965 роки); III - функціонування на рівні проектної потужності (1966 - 1980 роки); IV - відносне зменшення впливу (1981- 1998 року). Вивчено вплив фізичних дій механічного і гідродинамічного підкласів. Показниками впливів прийняті інтервальні (безрозмірні) оцінки та точкові (розмірні). Перші характеризують відносну розповсюдженість впливу в частках від площі ділянки підрахунку. До них віднесені: коефіцієнт антропогенності ландшафту (Федотов В.І., 1985), коефіцієнт відносної розповсюдженості транспортних магістралей , коефіцієнт локалізації техногенних грунтів (представницьких за потужністю) , коефіцієнт відносної розповсюдженості зони техногенного обводнення . Другі (потужність техногенних грунтів та обводненої товщі, рівень грунтових вод) залучені до множинного кореляційного аналізу. Розрахунок статичних та динамічних безрозмірних показників техногенного впливу виконаний засобом картограм при площі квадратної ділянки підрахунку 1 , що близько до середньої площі ділянки ЕМО.

Перевірено вісім варіантів розрахунку показників. Інтегральний показник техногенних впливів (безрозмірний) в остаточному варіанті розрахований як середнє від суми безрозмірних часткових показників (, , , ) для кожної із ділянок на I - IV стадіях роздільно. Визначені елементи динамічної структури (зони рівних градієнтів) нестаціонарного поля техногенних впливів.

У четвертому розділі “МОДЕЛЮВАННЯ УМОВ І ФАКТОРІВ СТАНУ ГЕОЛОГІЧНОГО СЕРЕДОВИЩА” розглянуті результати аналізу моделей компонентів інженерно-геологічних умов. За результатами аналізу фондових матеріалів, публікацій М.П.Семенюка (1972), Ю.Д.Шковири (1976), К.Ф. Тяпкіна (1999) встановлені регіональні фактори інженерно-геологічних умов.

Об'єкт розташований у зоні сполучення Придніпровського палеосхилу та Криворізько-Кременчуцького палеорифта. Ділянки Саксаганського купола складені архей-дніпровським комплексом плагіогранітів. Сполучення відбувається за лінійною, чітко вираженою системою розломів I - III порядку. В межах об'єкта проходить вісь Східно-Криворізької депресії кристалічного фундаменту. Покрівля кристалічних порід знаходиться на глибинах від - 42,0 до +26,4 метрів. Рівень покрівлі елювію змінюється від - 20,2 до + 44,0 метрів. В межах рукава депресії потужність елювіальних порід зменшується до 4 метрів. Потужність кори вивітрювання закономірно змінюється до значень 21.5- 40.0 метрів, максимальні значення частково відповідають вісі Східно-Криворізької депресії. На елювіальних палеозой-мезозойських докрейдових утвореннях неузгоджено залягають породи кайнозою, представлені бучацьким і київським горизонтами, нижньоміоценовими, середнє- і верхньоміоценовими відкладами, понтійськими пліоценовими, нерозтинутими еоплейстоцен – середньонеоплейстоценовими та середньо-, верхньонеоплейстоценовими горизонтами. Для вивчення геологічних умов виконана побудова карт потужностей, покрівлі горизонтів середнього і верхнього неоплейстоцену, розрізів. Побудова карт виконана способом ізоліній вручну і на ЕОМ, як усереднення за методом ковзного вікна. Як елементи геологічного середовища розглядалися сучасні грунтові та техногенні відклади, причорноморський, дофіновський, бузький (верхньонеоплейстоценові), прилукський, кайдацький (средньонеоплейстоценові), нерозчленовані нижньо-, середньонеоплейстоценові горизонти (проф. Пасічний Г.В.).

Інструментально (Денісов О.І., 1975 р.) встановлене обертання південної частини Саксаганського блоку, горизонтальні зміщення переважають. Дешифруванням (Сумцова Т.І., 1975) у межах об'єкту встановлені зони розломних порушень. Виділені геоморфологічні рівні первинної морської поверхні вирівнювання понтичного віку та долинного комплексу р. Інгулець, у складі останнього виділені неоген - еоплейстоценові, еоплейстоценові та плейстоценові тераси. Межі неоген - еоплейстоценової кизилджарської і еоплейстоценової крижанівсько - іллічевської похованих терас визначені автором за результатами інженерно-геологічних пошукань.

За результатами спільного аналізу карт покрівлі і потужностей встановлені локальні невідповідності ерозійних древніх форм (I - III порядок) сучасній геоморфологічній будові. В результаті аналізу 42 аналітичних карт (порядків долин, потужності відкладів, ухилів, вершинних та базисних поверхонь, полірізницевих карт, залишкового рельєфу та локального розмиву) виявлені закономірні зміни площ палеобасейнових систем, довжин їх водотоків, направленість змін конфігурації. Лінійна швидкість змін напрямів, освоєних ерозійною сіткою, має (при тій ж направленості) однаковий порядок або співпадає із швидкістю сучасних горизонтальних рухів. Екстремальні зміщення причорноморських фрагментів є наслідком техногенних впливів. Максимальні є зміщення широтних вододілів і ортогональних їм тальвегів. Вплив будови фундаменту на максимуми змінності меж палеобасейнових систем нищих порядків у зоні розломних порушень підтверджено. Введений коефіцієнт дискретності (сумарний коефіцієнт горизонтального розчлінення). Районування території за коефіцієнтом дискретності геологічного середовища виконано для кількісної оцінки чутливості.

Гідрогеологічні умови змінені. У 1931 році грунтові води мали спорадичне розповсюдження. Зміни умов функціонування техногенно-природного горизонту (підтверджено результатами гармонічного аналізу) у часі охарактеризовано інтервальними та точковими показниками. Точковими є: рівень грунтових вод і потужність зони обводнення (зони текучої та м’якопластичної консистенції грунтів). Інтервальним показником - відносна розповсюдженість зводненої товщі ( ), що характеризує співвідношення між реальним об’ємом зони зміненої консистенції та об’ємом зони аерації при даній конструкції фундаментів і значеннях щільності забудови. Вибірковий епігноз підтоплення території (за методикою Рудакова В.К., 1978) підтвердив, що положення епігнозних рівней і середніх потужностей обводненої товщі сходяться (розходження менше 0,1 м). Виділені зони рівних градієнтів у просторово-часових координатах. У 1981 - 1998 р.р. встановлено злиття ділянок локального замочування і розповсюдження техногенного-природного водоносного горизонту. Спостерігається відповідність зони інтенсивного обводнення та інтенсивного техногенного впливу за фактором на II і III стадіях.

У п’ятому розділі “ЗАКОНОМІРНОСТІ СТАНІВ, ЗМІН ГЕОЛО-ГІЧНОГО СЕРЕДОВИЩА В УМОВАХ ТЕХНОГЕНЕЗУ НА ПРИКЛАДІ ПТЛ КМЗ “ проаналізовані результати ретроспективного аналізу змін геологічного середовища. Створені та вивчені сплайн-регресійні одномір-ні, двомірні і багатомірні моделі властивостей, процесів. Зміни фізичних, фізико-хімічних і фізико-механічних властивостей вивчено методами математичного моделювання; інших компонентів інженерно-геологічних умов - засобом аналізу градієнтних полів.

Перевірка однорідності розподілу фізичних та фізико-хімічних властивостей горизонтів геологічного середовища на різних стадіях за групою статистичних критеріїв доводить правомірність виконання багатомірного кореляційного і регресійного аналізу. Підтверджено, що у часі за техногенним впливом відбувається згладжування циклічності в розподілі властивостей лесових та палеогрунтових горизонтів. Взаємозв'язки показників фізичних і фізико-хімічних властивостей змінюються в залежності від інтенсивності техногенних впливів, положення у розрізі, генезису. Реакція на вплив супроводжується зменшенням корельованості тісно взаємопов’язаних показників (межі пластичності, природна вологість, щільність), генезис впливає на змінення закону взаємозв'язку показників властивостей. Техногенні перетворення супроводжуються, як правило, експоненціальним законом взаємозв'язку фізичних і фізико-хімічних властивостей, найчастіше - збільшенням коефіцієнта множинної кореляції.

Вплив генезису не відбивається після подолання відновлюваності функцій палеорельєфу, які визначають міграцію техногенних вод та викликають зміну просадових властивостей, набрякання. Зниження інтенсивності функціонування об'єкта супроводжується відновлюваністю виду рівнянь регресії, якщо відновлюваність горизонту (як форма стійкості) не переборена. Найбільш зміненою за час досліджень виявилася нижня межа пластичності. Коефіцієнт відносної просадовості послідовно корелює у найбільшому ступеню із значеннями вологості, щільності, меж пластичності. Аналіз просторових закономірностей зміни властивостей виконаний за підсумками вивчення моделей, побудованих методом сплайн-інтерполяції на ЕОМ у масштабі 1:25 000 (програмне середовище “Regress”). Фактори, що ускладнюють просторове розподілення властивостей: інтенсивність і тривалість техногенного впливу, генезис і вік горизонтів, сучасні геоморфологічні умови, дискретність геологічного середовища. Для всіх горизонтів на етапі активної реакції на техногенний вплив характерна залежність розміщення ізоліній від зони максимальної дискретності.

Типізація просторово-часової структури природної підсистеми дозволила виділити елементи квазістаціонарного і нестаціонарного режимів (за факторами деградації просадових властивостей, розвитком лінійної ерозії, підтоплення) з урахуванням тривалості й інтенсивності прирощення градієнтів. Формування техногенних водоносних куполів у зоні максимумів призвело до різної за режимом деградації просадових властивостей. Відмінність режиму викликана саморегуляцією ерозійних систем. Нерівноважна за коефіцієнтом структурної складності (Ковальчук І.П., 1997) система впливає на розподіл потоку техногенного водоносного горизонту на стадії I. Більш складна за структурою система є більш стійкою, що відбивається на характері змін просадових властивостей. Взаємозв'язок процесів лінійної ерозії і деградації просадових властивостей за межами елементарних ПТЛ при механічному і гідродинамічному техногенному впливі представляє цикл, підтверджений статистично. Частковий коефіцієнт кореляції градієнтів лінійної ерозії (III стадія) і градієнтів сумарної просадовості (II і III) r дорівнює 0,429, значим. Градієнти лінійної ерозії більш залежать від градієнтів сумарної просадовості на попередній стадії (парний коефіцієнт кореляції r = 0. 498, значим). Не значимий кореляційний зв'язок між градієнтами рівня грунтових вод , градієнтами відносної площі будов і градієнтами лінійної ерозії. Зв'язок між градієнтами лінійної ерозії і збільшенням відносної площі поширення техногенних грунтів з урахуванням локалізації прямий. Негативний результат одержано при аналізі статичних розподілів показників техногенного впливу і картосхем гущини ерозійної сітки. Невідповідність техногенних впливів і лінійної ерозії в статиці, вибірна відповідність градієнтів - наслідок конформності функціональних структур підсистем ПТЛ.

У шостому розділі “ФАКТОРИ І МОДЕЛІ СТІЙКОСТИ ГЕОЛОГІЧНОГО СЕРЕДОВИЩА НА ЛОКАЛЬНОМУ РІВНІ ПРИ ТЕХНОГЕННИХ ВПЛИВАХ МЕХАНІЧНОГО І ГІДРОДИНАМІЧНОГО ПІДКЛАСІВ “ приведені висновки про зміни стійкості геологічного середовища на прикладі аналізу змін компонентів інженерно-геологичних умов ПТЛ КМЗ.

З метою визначення стану геологічного середовища на елементарному рівні виконане моделювання процесів в підвалинах споруд, так як фактичні дані про зміни складу елементів геологічного середовища відсутні. Виконано моделювання ущільнення підгрунтя довгофункціонуючих споруд прокатного цеху при змінному в зв'язку з підтопленням навантаженні. Залучені результати моделювання підтоплення (методика Рудакова В.К.). Припускалася фільтраційна консолідація підгрунтя (Тер-Мартіросян З.Г., 1990), вплив защепленого газу враховано. Моделювання виконане для окремих фундаментів, для гірших грунтових умов. Середні значення допоміжних навантажень не перевищують 0.23 МПа. На початковий момент потужність зони ущільнення змінювалася від 9,38 до 15,14 м. Перевірка на взаємодію окремих фундаментів у вісях і рядах споруд, виконана за методом кутових точок, підтвердила, в основному, їх незалежність. Обмеження активної зони на початковий момент експлуатації відбувалося у прилуцькому, кайдацькому, частіше - завадовсько-мартоношському горизонті. Застосовано метод кінцевих різностей (за Флориним М.О.). Встановлено, що активна зона змінюється, тому що ослаблені й ущільнені в порівнянні з початковими умовами прошарки зміщуються у часі. У 1981-2000 роки для всіх об'єктів відбулася перебудова структури зони ущільнення в зв'язку зі зміною режиму функціонування ПТЛ. У випадку стабілізації положення рівня техногенного-природного водоносного горизонту на протязі 2000-2010 років до 2010 року відбудеться часткова стабілізація умов, для окремих споруд ймовірна втрата стійкості.

На регіональному рівні стан геологічного середовища визначен розвитком процесів деградації просадових властивостей, ущільнення, підтоплення, лінійної ерозії, набрякання. Модель механічної (локальної) стійкості геологічного середовища подана як модель деградації просадових властивостей за межами елементарних ПТЛ при техногенному впливі. Результатами множинного кореляційного аналізу (залежність сумарної просадовості від показників техногенних впливів) доведена краща кореляція зі значеннями інтегрального показника. Коефіцієнт парної кореляції між деградацією просадових властивостей та показником інтегрального техногенного впливу механічного і гідродинамічного підкласів r дорівнює 0,639, значим.

Модель має вираз рівняння:

де - значення сумарної просадовості, розраховано способом картограм за межами локальних сфер взаємодії; - середнє від інтервальних оцінок техногенних впливів, розрахованих способом картограм. Вузол сплайна, що відповідає значенню інтегрального показника техногенних впливів 0,409, визначає діючий вид залежності (зворотна або пряма пропорційність). Модель значима, середньо зважена помилка апроксимації складає 0,298.

Лінійний зв'язок сумарної просадовості й інтегрального показника - характеристика природи механічної стійкості геологічного середовища до техногенного впливу. Коефіцієнт (-0.4203) - “модуль” - характеризує реакцію геологічного середовища в області взаємодії пари симетричних за принципом прямої й зворотної дії процесів. Вузол сплайна регресії сумарної просадовості й інтегральних техногенних впливів визначає вихід за межі локальної (механічної) стійкості. Вузлове значення інтегрального показника техногенного впливу характеризує межу області локальної рівноваги ПТЛ, що підтверджується функціональним характером взаємозв'язку градієнтів деградації просадових властивостей і росту лінійної ерозії. Значення градієнтів сумарної просадовості є часткою прирощень узагальненої координати геологічного середовища об’єкту. Прирощення узагальненої координати закритої локально ізольованої термодинамічної системи ПТЛ КМЗ в області локальної стійкості визначається співвідношенням між градієнтами деградації просадових властивостей та градієнтами лінійної ерозії. Рівновага системи забезпечується при умові виконання роботи за розвитком лінійної ерозії.

Кількісно оцінена стійкість також показниками ймовірності інертності і відхилень, чутливості і буферності. При розрахуванні чутливості враховувалися середні значення сумарної просадовості за розрізом, коефіцієнти горизонтальної розчленованості, показник дискретності як перемінні, що описують стан геологічного середовища. Збільшення ймовірності інертності за фактором сумарної просадовості супроводжується зменшенням ймовірності інертності за фактором лінійної ерозії. Найголовнішою формою стійкості є відновлюваність. Закономірності просторового розподілу властивостей горизонтів (на етапах входження в область взаємодії й активної реакції) визначаються функціональною відновлюваністю. Відновлюваність басейнових ЛТС проявляється в особливостях їх трансформації в умовах техногенних впливів. Приуроченість куполів техногенних вод до областей розмиву - наслідок функціональної відновлюваністі. Досягнення нижньої границі відновлюваністі вказує на перехід у іншу локально-стійку область. Оскільки відновлюваність просадовості у даних умовах неможлива, реалізація потенційних деформацій просадовості (IV стадія) супроводжується виходом за рамки інваріанту. Відбувається формування потужної обводненої зони, розподіли властивостей елементів перетворені, кореляційні співвідношення порушені, висока ймовірність відмов за рахунок перебудови зон ущільнення елементарних ПТЛ. Оцінка кризового стану коректна, якщо виконана за відповідністю резерву функціональної успадкованості техногенному впливу подібної природи. Задачею є встановлення бар'єрів, перехід через які свідчить про відновлюваність другого елемента чи підсистеми. Для досліджуваного часткового випадку взаємодії геологічного середовища та техногенних дій, такий бар'єр визначений. Значення інтегрального показника, що відповідає вузлу сплайна, визначає зміну функціональної залежності між інтенсивністю техногенних впливів і реакцією масиву. Зниження бар’єрності супроводжується ростом чутливості. На I - III стадіях відбулося уповільнення темпів нарощення чутливості, на IV стадії нарощення екстремальні. Середнє значення інтегрального показника відповідає критичному значенню на IV стадії, що доводить правомірність обмеження механічної (локальної) стійкості критичним значенням інтегрального показника. Верифікація показників стійкості геологічного середовища доводить виправданість розрахунку показника механічної стійкості геологічного середовища як критичного значення інтегрального показника в інших ситуаціях.

Аналіз станів геологічного середовища може бути виконаний згідно наведеній вище методиці для будь-яких об'єктів за показником, що характеризує реалізацію інженерно-геологічних процесів (осідання, просідання й ін.) і процесів, що фактично характеризують роботу системи. Розрахунок дискретності геологічного середовища є одним з умов типізації ПТЛ, розробки їхньої класифікації.

Вірність типізації просторово-часових динамічних структур техногенної і природної підсистем визначається їх відповідністю при квазістаці-онарному режимі технічної підсистеми. Реалізація контролю стану геологічного середовища повинна включати оцінку відповідності функціональній структурі середовища і її компонентів інтенсивності техногенного впливу, відповідності елементів динамічних структур техногенної і геологічної підсистем. Достатньо мати прогнозні дані про ступінь реалізації потенційно можливого процесу, реальних або прогнозних значень інтегрального показника техногенних впливів, щоб, при кількісно визначених граничних (бар'єрних) значеннях, обгрунтувати ймовірність втрати механічної стійкості локальної ПТЛ.

ВИСНОВКИ

·

·

·

·

·

·

·

·

·

·

·

·

·

·

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ РОБІТ З ТЕМИ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Мокрицкая Т.П. Динамика физико-механических свойств массива при меняющемся техногенном воздействии // Вiсник ДДУ. Сер. Геологiя та географiя. - вип. 1. - 1998. - С.43 - 46.

2. Мокрицкая Т.П. Динамика палеобассейновых систем в плейстоцене как фактор развития инженерно-геологических процессов на примере ПТС Криворожского металлургического завода: Сборник научных трудов Национальной горной академии Украины №6. Том 2. Геология полезных ископаемых. - Днепропетровск: РИК НГА Украины,1999. – С.187.

3. Мокрицкая Т.П. Картографирование динамики взаимодействия подсистем ПТС на примере ПТС Криворожского металлургического комбината. Картографiя та вища школа: Зб. наукових праць, - К.:КДУ,1998. - С.100 - 101.

4. Мокрицкая Т.П. Исследование динамики инженерно-геологических систем на основе концепции множественности форм устойчивости на примере ПТС Криворожского металлургического комбината// Материалы Международной научной конференции "Теоретические проблемы инженерной геологии". - М.:МГУ. - 1999. - С.86-87.

5. Мокрицкая Т.П., Крымцов А.А. Отображение мелко блоковой тектоники плейстоцена в циклично построенной толще лессовых пород// Материалы V Международной конференции "Циклы природы и общества". - Том 2. - Ставрополь: Ставропольский университет. -1997. -