Инженерная защита территорий от опасных природных

Федеральное агентство по образованию
Томский государственный
архитектурно-строительный университет
ИНЖЕНЕРНАЯ ЗАЩИТА ТЕРРИТОРИЙ
ОТ ОПАСНЫХ ПРИРОДНЫХ
И ТЕХНОГЕНЫХ ПРОЦЕССОВ
Методические указания к практическим занятиям
Составитель О.А. Бычков
Томск 2009
Инженерная защита территорий от опасных природных и техногенных
процессов / Методические указания к практическим занятиям / Сост.
О.А. Бычков.- Томск: Изд-во Том. гос. архит.-строит. ун-та, 2009. - 15 с.
Рецензент д.г.-м.н., профессор Г.Г. Щербак
Редактор Е.Ю. Глотова
Методические указания к практическим занятиям по дисциплине ДС.4 –
«Инженерная защита территорий от опасных природных и техногенных
процессов» для студентов специальности 280202 «Инженерная защита
окружающей среды»; ДС.6 – «Инженерная защита городских территорий от
опасных природных и техногенных процессов» для студентов специальности 270102 «Городское строительство и хозяйство»; ФТД.4 – «Инженерная
защита городских территорий от техногенных воздействий» для студентов
специальности 120303 «Городской кадастр» - очной формы обучения.
Печатается по решению методического семинара кафедры инженерной
геологии и геоэкологии, протокол № 2 от 13.10.2008
Утверждены и введены в действие проректором по учебной работе
В.В. Дзюбо
с 01.01.2009
до 01.01.2014
Оригинал-макет подготовлен автором
Подписано в печать
Формат 60х90/16. Бумага офсет. Гарнитура Таймс.
Уч.-изд. л. 1.5. Тираж 100 экз. Заказ №
Изд-во ТГАСУ, 634003, г. Томск, пл. Соляная, 2.
Отпечатано с оригинал-макета в ООП ТГАСУ.
634003, г. Томск, ул. Партизанская, 15.
2
ОГЛАВЛЕНИЕ
Ведение
2
1. Общие положения
3
2. Последовательность проведения деловой игры
3
3. Рекомендации для выполнения заданий по оценке природно-техногенных факторов нарушения устойчивости
4
3.1. Погодно-климатические условия
4
3.2. Геоморфологические особенности
5
3.3. Геологическое строение
5
3.4. Гидрогеологические условия
6
3.5.Неблагоприятные физико-геологические процессы
и явления
6
3.6. Инженерная деятельность человека
7
Контрольные вопросы для самопроверки знаний
8
Рекомендуемая литература
8
3
ВВЕДЕНИЕ
Настоящие методические указания разработаны для подготовки студентов к практическим занятиям, проходящим в форме деловой игры под названием «Организация мероприятий по
инженерной защите территории микрорайона «Cолнечный».
Все задания, предлагаемые студентам для выполнения, основаны на реальных материалах, полученных коллективом кафедры
инженерной геологии и геоэкологии в процессе многолетних
научно-исследовательских работ на территории микрорайона
«Солнечный» в г. Томске.
При строительстве микрорайона и его дальнейшем освоении
был допущен целый ряд строительных ошибок приведших к
активизации неблагоприятных природно-техногенных процессов и, как следствие, к общей потере устойчивости территории.
Особенно сильно это проявилось на участке склона возле дома
№89, где обострились оползневые процессы, создавшие непосредственную опасность для жителей. Для стабилизации склона
и прилегающей территории необходимо было разработать комплекс мероприятий по инженерной защите на основе анализа и
учета всех причин, приведших к нарушению устойчивости.
Провести подобный анализ и предлагается студентам самостоятельно на основе ниже приведенных заданий и рекомендаций.
4
Распределение учебной нагрузки
Семестр
Объем часов по ГОС
Всего
Лекций
Лабораторных работ
Практических занятий
Самостоятельная
работа студентов
Контрольные работы
8
150
150
34
-
34
75
одна КП
КП. КР
Курс
4
Итоговый контроль
табл.1
Объем работы студента с преподавателем
Из них
зачет
Распределение часов самостоятельной работы студента
1. Изучение теоретического материала
2. Подготовка к практическим занятиям
3. Выполнение контрольной работы
табл.2
61
4
10
Данное методическое указание рассчитано на 10 часов аудиторных занятий.
1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
Главной целью выполняемой работы студентов является самостоятельный анализ причин и факторов нарушения устойчивости территории микрорайона «Солнечный», на основе которого должен быть рекомендован необходимый комплекс мероприятий по его инженерной защите. Задачи, решаемые при достижении указанной цели, сводятся к выявлению и изучению
следующих природных и техногенных факторов устойчивости:
- погодно-климатические условия;
- геоморфологические особенности;
5
- геологическое строение;
- гидрогеологические условия;
- неблагоприятные физико-геологические процессы и явления;
- инженерная деятельность человека
Результаты выполненной работы представляются в виде защищаемых в процессе деловой игры докладов студенческих
экспертных групп, а также текста и графического материала в
общей части расчетно-пояснительной записки. Структура работы и ее основные разделы приведены в методических указаниях [1].
Объем общей части не должен превышать 10-12 страниц машинописного текста формата А4.
2. ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ ПРОВЕДЕНИЯ
ДЕЛОВОЙ ИГРЫ
1. Студенты разбиваются на несколько экспертных групп,
назначаются руководители. Каждая их групп по собственному
желанию выбирает тот или иной природно- техногенный фактор для его детального изучения в целях определения степени
влияния последнего на нарушение устойчивости территории.
2. Все участники игры знакомятся с фактическим материалом по району исследований (карты, разрезы, колонки скважин,
схемы и пр.) и приступают к подготовке группового, а затем
общего сводного заключения, используя ниже приведенные
рекомендации.
3. Студенты обсуждают доклады и заключения на заседании
экспертной комиссии, на основе которых даются рекомендации
для организации мероприятий по инженерной защите территории микрорайона «Солнечный»
4. После проведения деловой игры студенты приступают к
обоснованию защитных мероприятий на территории микрорайона по методикам, изложенным в указаниях [1].
6
3. РЕКОМЕНДАЦИИ ДЛЯ ВЫПОЛНЕНИЯ ЗАДАНИЙ
ПО ОЦЕНКЕ ПРИРОДНО-ТЕХНОГЕННЫХ ФАКТОРОВ
НАРУШЕНИЯ УСТОЙЧИВОСТИ
3.1 Погодно-климатические условия
Климатические особенности оказывают существенное влияние на общую устойчивость территории, прежде всего, потому
что могут способствовать проявлению неблагоприятных физико-геологических процессов и явлений экзогенного характера,
таких как выветривание, пучение, эрозия, подтопление и пр.
Общеизвестным является тот факт, что периоды образования
оползней повсеместно совпадают с периодами длительных моросящих дождей. Ливневые же осадки, в свою очередь, способствуют больше оврагообразованию и линейной эрозии. Частые
переходы температуры через 00C приводят к эффекту расклинивания в горных породах за счет замерзания и оттаивания воды содержащейся в порах и трещинах. На склонах южной экспозиции быстрое весеннее оттаивание грунтов приводит к солифлюкционным явлениям - сплывам талых грунтов вниз по
мерзлым. Даже такой метеорологический фактор как ветровой
режим может либо усиливать, либо ослаблять проявление вышеуказанных процессов. Таким образом, изучение климатических условий района является обязательным при инженерногеологических и других видах изысканий, что и предлагается
сделать студентам, используя рекомендованную литературу
[2,3]. При этом следует учитывать не весь комплекс метеорологических характеристик, а лишь те из них, которые влияют на
устойчивость территории. Наиболее значимыми здесь являются:
1. Тип климата.
2. Температурный режим (среднегодовые и среднемесячные
значения, абсолютные минимумы и максимумы, продолжи-
7
тельность холодного и безморозного периодов, число дней с
переходом через 00C.
3. Режим осадков (годовое количество и распределение по
месяцам, периоды с максимальным и минимальным количеством осадков, виды осадков по сезонам года).
4. Ветровой режим (направление ветра по сезонам года, роза
ветров, подстилающая поверхность).
5. Снеговой режим (календарное время установления снегового покрова, его продолжительность, высота, глубина промерзания).
Придерживаясь вышеприведенной последовательности, студентам необходимо оценить погодно-климатические условия
района и выявить неблагоприятные периоды по сезонам года,
влияющих
на
проявление
неблагоприятных
физикогеологических процессов и явлений и устойчивость территории
мкр. «Солнечный».
3.2 Геоморфологические особенности
Рельеф местности является важнейшим условием, способствующим проявлению целого комплекса неблагоприятных
природных и техногенных процессов. Так, например, общеизвестна приуроченность оползней к склонам и откосам определенной высоты и крутизны. Геоморфологические условия территории мкр «Солнечный» определяются ее положением на коренном склоне долины р.Ларинки- правого притока р.Ушайки.
Долина реки глубоко врезана в отложения склона Томь-Яйского
водораздела, где относительное превышение бортов над руслом
составляет 30-35 м. Подобная контрастность рельефа не могла
не создать запасы потенциальной энергии, обусловившей развитие оползневых явлений. Студентам, входящим в группу экспертов по оценке геоморфологических условий района, необходимо описать рельеф территории и оценить его влияние на
8
устойчивость. При составлении описания использовать план
участка, геологический разрез, имеющуюся литературу [2, 3].
Целесообразно придерживаться следующей последовательности:
1. Приуроченность района к геоморфологической морфоструктуре (тектонически обусловленный элемент рельефа
земной коры)
2. Генетически однородные поверхности с выделением элементов рельефа и его морфология.
3. Наиболее часто встречаемые формы рельефа как природные, так и техногенные.
4. Характеристика рельефа на участке работ.
Результирующим материалом проведенных работ экспертной группой является геоморфологическая карта района, где
должны быть указанны:
- генетически однородные поверхности и их границы (обозначаются буквенными индексами);
- элементы рельефа (показываются цветовым фоном);
- морфология элементов рельефа (штриховкой);
- формы рельефа (условными знаками).
Все условные знаки, используемые при составлении карты
являются общепринятыми, хорошо известны студентам и приведены в рекомендуемой литературе [ 3 ].
3.3 Геологическое строение
Геологическое строение территории является важнейшим
фактором устойчивости. В большинстве случаев оползни распространены там, где склоны сложены однородными, глинистыми слоистыми породами, в которых встречаются прослои,
глинистые примазки, другие разности пород, образующие зоны
ослабления. Именно здесь формируются потенциальные поверхности скольжения и ситуация, сложившаяся вокруг мкр
9
«Солнечный», является тому ярким подтверждением. Геологический разрез района здесь представлен слаболитифицированными горными породами четвертичных и палеоген-неогеновых
отложений преимущественно глинисто-суглинисто-супесчаного
состава, что и предопределило ход оползневого процесса. Студенты, входящие в группу экспертов, оценивающих геологические условия района, должны с достаточной подробностью изучить и оценить влияние последних на устойчивость изучаемой
территории. Для этого используются фактический материал
(план участка, колонки скважин, сводная стратиграфическая
колонка, инженерно-геологический разрез) и литература [2, 3]
Рекомендуемая последовательность работ следующая:
1. До какой глубины изучен участок и на каком фактическом материале.
2. Количество ярусов и горизонтов, слагающих участок.
Особенно важно здесь увязать геологию участка со сводной стратиграфической колонкой района. Условными
знаками необходимо вынести литологические типы горных пород на геологическую схему участка с обозначением названия свиты и возраста горизонта.
3. Послойное описание разреза следует проводить снизувверх по схеме:
- состав отложений, возраст, название;
- глубина горизонта и его мощность;
- условия залегания, выдержанность;
- состояние и важнейшие показатели физико-механических
свойств грунта, слагающего горизонт.
3.4 Гидрогеологические условия
Оползни не могут образовываться без участия подземных
вод. Склоны, сложенные обводненными горными породами более благоприятны для образования оползней по сравнению со
10
склонами сухими и хорошо дренируемыми. Поэтому при характеристике и оценке устойчивости склонов и условий образования оползней подземные воды следует рассматривать как ведущий природный фактор. Что касается территории мкр «Солнечный», то здесь гидрогеологические условия следует признать
крайне неблагоприятными. В пределах грунтовой толщи участка выделяются два водоносных горизонта, приуроченных к пескам, и, с которыми связано гидродинамическое и гидростатическое воздействие подземных вод на склон. С разгрузкой этих
водоносных горизонтов связаны, как собственно оползневые
процессы, так и суффозия, заболачивание, подтопление и пр.
Студентам данной экспертной группы предлагается по имеющимся фактическим материалам (инженерно-геологические
разрезы, колонки скважин и пр.) и литературе [2, 3] определить
количество водоносных горизонтов на участке, условия их образования и, далее, для каждого из горизонтов описать гидрогеологические особенности, придерживаясь следующей последовательности:
1. Глубина залегания водоносного горизонта, его абсолютные и относительные отметки.
2. Каким грунтом представлен водоносный горизонт, его
возраст, генетическая принадлежность, мощность, состояние и
основные показатели водно-физических свойств
3. Какие горные породы являются подошвой и кровлей для
данного водоносного горизонта.
4. Направление движения подземных вод и гидравлические
градиенты.
5. Коэффициент фильтрации.
6. Тип грунтовых вод, условия питания.
По результатам выполненной работы необходимо сделать
вывод о влиянии подземных вод на устойчивость территории.
11
3.5. Неблагоприятные физико-геологические процессы
и явления
Благоприятные условия для образования оползней обычно
создаются при развитии сопутствующих геологических процессов и явлений. Так, например, процессы выветривания, эрозия,
мерзлотные явления, суффозионные и фильтрационные деформации подготавливают условия, облегчающие действие сдвигающих усилий. Поэтому при осуществлении мероприятий по
инженерной защите зачастую приходится учитывать данное
обстоятельство. На территории мкр. «Солнечный» помимо
оползней широким развитием пользуются такие неблагоприятные физико-геологические процессы и явления как з а б о л а ч и в а н и е, о в р а ж н а я э р о з и я, с у ф ф о з и я, п у ч е н и
е, с о л и ф л ю к ц и я, п о д т о п л е н и е.
Студентам данной экспертной группы необходимо выявить и
описать указанный выше комплекс неблагоприятных процессов, придерживаясь следующей схемы:
1. Дать определение процессу и охарактеризовать место его
проявления.
2. Описать процесс, используя приемы и навыки, полученные на летней геологической практике и изложенные в рекомендованной литературе [ 3 ].
3. Условными знаками красного цвета вынести на картусхему участка выявленные неблагоприятные процессы и явления (заболачивание показывается синим цветом).
4. Описать оползень на участке дома №89 по следующей
схеме:
- местоположение оползня и его параметры (ширина, длина,
высота стенки отрыва, примерный объем сползающих масс
горных пород);
- характеристика грунтов затронутых оползнем;
12
- охарактеризовать поверхность скольжения оползня (форма,
глубина, каким грунтом представлена );
- направление движения оползня;
- определить причины развития оползня.
3.6. Инженерная деятельность человека
Инженерная деятельность человека или техногенные факторы очень часто создают условия, благоприятствующие нарушению устойчивости. Подрезка склонов, крутое заложение откосов, нарушение поверхностного и подземного стока и многие
другие действия соизмеримы с природными факторами нарушения равновесия и способствуют образованию оползней.
К техногенным факторам активизации оползневого процесса
в мкр. «Солнечный» следует отнести:
1. Строительство десятиэтажного дома №89 и других домов
в непосредственной близости к бровке склона, что привело к
увеличению пригрузки на него.
2. Строительство гаражей на оползневом теле привело к подрезке склона, а забивка свай длиной 6-8 м. на стадии сооружения фундаментов - к динамическим нагрузкам на склон.
3. Наличие в дворовой части дома №89 котлована для детского сада, превратившегося в коллектор талых и дождевых вод.
4 .Утечки из водонесущих коммуникаций, общая длина которых на территории микрорайона составила более 2-х км.
5. Отсутствие организованного стока поверхностных вод,
канализационных систем, планировки и отмостки вокруг зданий.
6. Повсеместное использование свайных фундаментов при
строительном освоении микрорайона привело к появлению
барражного эффекта.
7. Динамические и вибрационные нагрузки, передаваемые на
грунт при движении тяжелого автотранспорта по дороге, расположенной у подножия оползневого склона.
13
Студентам данной экспертной группы не следует ограничиваться простым перечислением вышеуказанных техногенных
факторов. На основе ранее полученных знаний, используя литературу [2, 3] , и, консультируясь с преподавателем, необходимо выявить причинно-следственные связи и последствия этих
воздействий, которые собственно и привели к нарушению
устойчивости территории мкр. «Солнечный»
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ
ЗНАНИЙ
1. Какие метеорологические факторы оказывают влияние на
устойчивость территорий и каким образом?
2. Какие сооружения по инженерной защите используются
для борьбы с атмосферными осадками?
3. Какие генетические однородные поверхности выделяются
в пределах территории мкр. «Солнечный»?
4. В чем особенности геоморфологического строения территории микрорайона и как они влияют на устойчивость склона?
5. Как влияют геологические условия на устойчивость территории?
6. Чем характеризуются геологические условия в пределах
микрорайона?
7. Состав и возраст горных пород, какие свиты выделяются
на территории микрорайона?
8. Как влияют подземные воды на устойчивость территории?
9. В чем особенности гидрогеологических условий на территории микрорайона?
10 Какие неблагоприятные процессы и явления присутствуют на территории микрорайона, причины их развития и где они
проявляются?
11. Охарактеризуйте оползневый процесс на склоне возле
дома №89.
14
12. Как влияют на устойчивость территории техногенные
факторы?
13. Какие мероприятия по инженерной защите используют
для борьбы с оползневыми процессами?
14. Для чего предназначаются дренажные сооружения? Какие существуют виды и системы дренажей?
15. Как устроена и работает дренажная система на территории мкр «Солнечный»?
16. Какие мероприятия по инженерной защите необходимо
выполнить в мкр «Солнечный» для обеспечения устойчивости
его территории?
Рекомендуемая литература
1. Инженерная защита территорий: методические указания к
практическим работам / Сост. О.А. Бычков. – Томск: Изд-во
Том. гос. архит.-строит. ун-та, 2003 – 25с.
2. Ольховатенко, В.Е., Опасные природные и техноприродные процессы на территории г.Томска и их влияние на устойчивость природно-технических систем / В.Е. Ольховатенко, М.Г. Рутман ,
В.М. Лазарев – Томск: Печатная мануфактура, 2005.-152 с.
3. Щербак, Г.Г., Учебная инженерно-геологическая практика: учебное пособие / Г.Г. Щербак - Томск: Изд-во Том. гос. архит.-строит. ун-та, 2005.- 104 с.
15