В статье автор рассматривает теоретические основы и особенности инженерно-геологического районирования.
Ключевые слова: инженерная геология, зонирование, регионализация, геотехнические, геологические опасности, ГИС, лёссовые почвы, карстовые ландшафты.
Сложный геологический ландшафт Оренбургской области требует тщательного инженерно-геологического анализа при проектировании инфраструктуры и землепользовании. Широко распространённые лёссовые почвы, карстовые образования и активные речные системы создают серьёзные проблемы для структурной устойчивости. Инженерно-геологическое зонирование (ИГЗ) становится важным инструментом для определения зон с особыми характеристиками, позволяющим принимать обоснованные решения для устойчивого развития и снижения рисков. В этой статье рассматривается применимость ИГЗ в Оренбургской области с акцентом на теоретические основы, методологии и направления исследований. Практическая значимость ИГЗ проявляется в возможности рационального выбора площадок для строительства, оптимизации проектных решений и применении адекватных мер по защите от геологических опасностей. Например, при проектировании автомобильных дорог ИГЗ позволяет выявить участки с высоким риском просадок или оползней, что дает возможность заранее предусмотреть необходимые инженерные решения и избежать дорогостоящих переделок в будущем.
Теоретические основы инженерно-геологического зонирования (ИГЗ)
Теоретические основы инженерно-геологического зонирования представляют собой комплексное междисциплинарное знание, объединяющее принципы и методы различных наук о Земле, а также инженерных дисциплин. Этот синтез необходим для всесторонней оценки геологических условий территории и выявления зон с различными инженерно-геологическими характеристиками, определяющими их пригодность для строительства и другого хозяйственного освоения [1]. Рассмотрим подробнее вклад каждой из ключевых дисциплин:
Геология: является основой ИГЗ, обеспечивая понимание геологического строения территории.
— Литология: определяет состав и свойства горных пород, слагающих регион. В Оренбургской области это особенно важно для понимания поведения пермских карбонатных пород (склонность к карстообразованию) и четвертичных лёссовых отложений (склонность к просадкам и обрушениям).
— Стратиграфия: изучает последовательность напластования горных пород и позволяет определить возраст и генезис различных геологических образований. Знание стратиграфии необходимо для выявления потенциальных горизонтов с различными инженерно-геологическими свойствами и для оценки геологической истории региона.
— Структурная геология: изучает тектонические структуры, разломы и складки, оползни и обрушения.
Механика грунтов и горных пород: предоставляет количественные методы для оценки физико-механических свойств грунтов и горных пород.
— Прочность на сдвиг: определяет сопротивление грунта или породы сдвигу, что критически важно для оценки устойчивости склонов, откосов и оснований фундаментов. Для лессовых пород, склонных к обрушению при увлажнении, необходимо определять прочность в сухом и водонасыщенном состоянии.
— Сжимаемость: характеризует способность грунта или породы уменьшаться в объеме под нагрузкой. Знание сжимаемости необходимо для расчета осадок фундаментов и оценки консолидации грунтов.
— Проницаемость: определяет способность грунта или породы пропускать через себя воду. Проницаемость влияет на скорость фильтрации грунтовых вод, на возможность дренирования грунтов и на устойчивость склонов. В карстовых районах высокая проницаемость может способствовать интенсивному растворению карбонатных пород и развитию карста.
Гидрогеология: изучает подземные воды, их происхождение, распространение, движение и химический состав.
— Влияние грунтовых вод: грунтовые воды оказывают существенное влияние на физико-механические свойства грунтов и горных пород. Повышение уровня грунтовых вод может приводить к снижению прочности грунтов, увеличению их сжимаемости и развитию опасных геологических процессов, таких как оползни и суффозия.
— Сезонные колебания уровня грунтовых вод: в Оренбургской области с ее континентальным климатом сезонные колебания уровня грунтовых вод могут быть значительными. Необходимо учитывать эти колебания при проектировании инженерных сооружений, особенно вблизи водоемов и в районах с неглубоким залеганием грунтовых вод.
— Агрессивность грунтовых вод: химический состав грунтовых вод может оказывать агрессивное воздействие на бетон и металл, используемые в строительстве. Необходимо проводить анализ грунтовых вод на агрессивность и предусматривать соответствующие меры защиты [2].
Геоморфология: изучает рельеф земной поверхности, его происхождение, развитие и современную динамику.
— Эволюция форм рельефа: понимание истории развития рельефа позволяет прогнозировать возможные изменения в будущем и учитывать их при планировании и строительстве.
— Влияние рек, эрозии и оползней: реки оказывают значительное влияние на формирование рельефа и устойчивость берегов. Эрозия и оползни являются распространенными геологическими процессами в Оренбургской области, и их необходимо учитывать при проектировании инженерных сооружений.
— Устойчивость склонов: геоморфологический анализ позволяет выявлять потенциально неустойчивые склоны и разрабатывать мероприятия по их укреплению [3].
Геофизика: предоставляет методы для неразрушающего исследования геологической среды.
— Неинвазивное картирование: геофизические методы позволяют получать информацию о геологическом строении и свойствах грунтов и горных пород без проведения буровых работ и других дорогостоящих исследований.
— Картирование карстовых полостей: электротомография (ERT) и другие геофизические методы позволяют выявлять карстовые полости и зоны повышенной трещиноватости в карбонатных породах.
— Выявление зон слабого лёсса: геофизические методы позволяют выявлять участки с повышенной просадочностью и обрушаемостью лёссовых пород.
Оценка рисков: объединяет данные из всех вышеперечисленных дисциплин для определения вероятности возникновения геологических опасностей и их потенциального ущерба.
— Вероятность возникновения геологических опасностей: оценка вероятности возникновения оползней, обрушений, карстовых провалов и других геологических опасностей является важным этапом ИГЗ.
— Последствия геологических опасностей: оценка потенциального ущерба от геологических опасностей позволяет определить приоритетность мероприятий по их предотвращению и смягчению последствий.
— Стратегии смягчения рисков: разработка и внедрение стратегий по снижению рисков, связанных с геологическими опасностями, являются важной задачей ИГЗ.
Таким образом, теоретические основы ИГЗ представляют собой сложную и взаимосвязанную систему знаний, необходимых для всесторонней оценки геологических условий территории и принятия обоснованных решений по ее безопасному и устойчивому освоению.
Методологии для Оренбургской области
Эффективная ИГЗ требует специальных методологий:
— Картографирование с высоким разрешением: сочетание полевых исследований с дистанционным зондированием для создания подробных геологических и геоморфологических карт.
— Целенаправленные инженерно-геологические исследования: испытания на месте и в лаборатории, направленные на изучение критических параметров (обрушение лессовых пород, несущая способность карстовых пород).
— Мониторинг грунтовых вод: отслеживание уровня воды для оценки влияния на устойчивость лёссовых пород и развитие карста [4].
— Геофизические исследования: картирование карстовых полостей и слабых зон с помощью таких методов, как ERT.
— Пространственный анализ на основе ГИС: интеграция данных для многокритериального определения границ зон.
— Численное моделирование: имитация поведения лёсса и карста в различных условиях.
Передовые технологии имеют решающее значение:
— Дистанционное зондирование с высоким разрешением: позволяет составлять подробные карты, особенно в труднодоступных районах.
— Передовые геофизические методы: Предоставляет изображения недр.
— Улучшенное геотехническое тестирование: позволяет лучше характеризовать сложные материалы.
— Интегрированное моделирование данных: Объединяет данные из нескольких источников.
Направления будущих исследований
— Разработайте стандартизированную методологию ИГЗ для конкретного региона.
— Создайте обширную, доступную и обновляемую геологическую, геотехническую и гидрогеологическую базу данных.
— Усовершенствовать численные модели для прогнозирования поведения лесса и карста.
— Оцените стратегии смягчения последствий лессовых и карстовых опасностей.
— Оцените влияние изменения климата на инженерно-геологические условия региона.
Заключение
ИГЗ необходим для устойчивого развития Оренбургской области. Благодаря интеграции передовых технологий, целенаправленных методик и приоритетной интеграции данных ИГЗ может служить основой для планирования инфраструктуры и землепользования, обеспечивая безопасность и устойчивость сообществ региона. Дальнейшие исследования и разработки имеют решающее значение для адаптации ИГЗ к меняющимся условиям, которые создает сложная окружающая среда региона. Инвестиции в глубокое понимание геологии и интеграцию стратегий смягчения последствий при планировании помогут обеспечить безопасность и устойчивость будущих построек.
Литература:
1. Ананьев В. П., Потапов А. И. Инженерная геология. — М.: Высшая школа, 2005. — 576 с.
2. Королёв В. А. Общая гидрогеология. — М.: Недра, 1979. — 416 с.
3. Трофимов В. Т. Инженерная геология. — М.: Геоинформмарк, 2005. — 799 с.
4. Ильина Л. В. и др. Современные геодинамические процессы и инженерно-геологические проблемы Оренбургского Предуралья // Вестник ОГУ. — 2014. — № 12 (173). — С. 168–172.
5. Геология СССР. Том XII. Поволжье и Прикамье. Ч. 1. Геологическое строение. — М.: Недра, 1969. — 564 с.
6. СП 11–105–97. Инженерно-геологические изыскания для строительства. Часть I. Общие правила производства работ.
