Размещено на http://www.allbest.ru/

Національна академія наук України

Інститут геологічних наук

УДК 624.131 (477.41)

Спеціальність 04.00.07 - інженерна геологія

Автореферат дисертації

на здобуття наукового ступеню кандидата геологічних наук

Інженерно-геологічні умови правобережного схилу долини Дніпра в районі м. Києва

Самойленко Л.В.

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Інституті геологічних наук НАН України.

Науковий керівник - доктор технічних наук Демчишин Михайло Гордійович, завідуючий відділом інженерної геології Інституту геологічних наук НАН України.

Офіційні опоненти:

- доктор геол.-мін наук Лущик Анатолій Васильович, провідний науковий співробітник Кримського Відділення Українського державного геологорозвідувального інституту;

- кандидат геол.-мін. Наук Стрижельчик Геннадій Георгійович, заступник ген. директора Харківського УкрНДІІНТВ Держбуду України.

Провідна установа - Одеський національний університет ім. І.І. Мечнікова.

Захист відбудеться "03" лютого 2004 р. о 10-30 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.162.05 в Інституті геологічних наук НАН України за адресою: 01601 м. Київ, вул. О. Гончара, 55-б.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Інституту геологічних наук НАН України за адресою: 01601 м. Київ, вул. О. Гончара, 55-б.

Автореферат розісланий "30" грудня 2003 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради - канд. геол.-мін. наук В.М. Бублясь.

Загальна характеристика роботи

Актуальність теми. Правий підвищений берег долини Дніпра в межах території м. Києва за станом на 2002 р. простягається на 40 км. Дослідження виконувались на ділянці схилу з прилеглим ґрунтовим масивом довжиною близько 10 км між долинами рр. Либіді і Сирцю (далі "схил"). Саме тут було засноване древнє місто Київ, вздовж цього берега, його схилів та прилеглих ділянок плато воно розширювалось і забудовувалось, починаючи з ранніх етапів розвитку. В новому Генеральному плані міста правобережний схил розглядається і як складова частина водно-зеленої смуги, що формується вздовж Дніпра, і як зона історичного ландшафту та частина міського центру. Тому забезпечення довгострокової стабільності схилу для збереження архітектурно-ландшафтного комплексу історичної частини міста має важливе значення і залежить, у визначальній мірі, від інженерно-геологічних умов, що постійно змінюються під впливом природних та техногенних чинників. Техногенні перетворення гідрографічної мережі, рельєфу, підземної сфери, умов живлення і дренування ґрунтових вод, рослинного покриву, і, як наслідок, фізико-механічних властивостей ґрунтів, що складають схил, не раз призводили до розвитку екзогенних процесів та деформацій споруд. Тому встановлення закономірностей просторово-часових трансформацій інженерно-геологічних умов та факторів, що їх спричиняють; виявлення особливостей розвитку ерозійно-гравітаційних процесів, що є характерними показниками зміни інженерно-геологічних умов схилових ділянок; розробка методів оперативного визначення стану стійкості дозволять встановити доцільність функціонального використання та оптимальні напрями подальшого освоєння; встановити терміновість ліквідації дестабілізуючих чинників для збереження схилу та споруд на ньому.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дослідження інженерно-геологічних умов правобережного схилу долини Дніпра в районі Києва відбувалось в зв'язку з виконанням у відділі інженерної геології науково-дослідних робіт: "Розробити методику та обґрунтувати моніторинг геологічного середовища зон історичної забудови м. Києва з метою охорони історико-архітектурних пам'яток" (1996-2001 рр.), "Карта-схема зсувних процесів в Києві з виділенням найбільш небезпечних ділянок. Інженерно-геологічні та гідрогеологічні умови розвитку зсувів" (2001 р.), "Дослідження впливів дренажних штольневих систем на стан схилів ділянки парку Вічної Слави м. Києва" (2002 р.), у яких і використані результати дисертаційної роботи.

Мета і задачі дослідження. Метою дисертаційної роботи є визначення особливостей розвитку інженерно-геологічних умов правобережного схилу долини Дніпра в межах м. Києва, як динамічної системи, що постійно змінюється в процесі освоєння і забудови, і чинників, що призводять до цієї зміни, для подальшої розробки рекомендацій раціонального його використання.

Для реалізації поставленої мети вирішувались наступні задачі:

Визначення основних факторів формування інженерно-геологічних умов.

Встановлення ролі ґрунтів схилу у розвитку екзогенних процесів та в утворенні характерних ерозійно-гравітаційних форм рельєфу.

Оцінка впливу техногенної трансформації гідрографічної мережі, рослинного покриву, рельєфу, умов дренування ґрунтових вод на зміну інженерно-геологічних умов.

Встановлення періодів освоєння схилу за основними напрямками техногенного впливу. Визначення зв'язку між функціональним використанням території та особливостями інженерно-геологічних умов.

Виявлення закономірностей та основних чинників розвитку екзогенних процесів на схилі за період 1939-2000 рр.

Виконання типізації схилу за інженерно-геологічними умовами.

Розробка метода оперативного визначення стану стійкості інженерно-геологічних умов схилу та прогнозу можливості їх зміни.

Об`єкт дослідження: інженерно-геологічні умови правобережного схилу долини Дніпра в районі Києва, які зазнавали і зазнають постійної зміни в процесі урбанізації під впливом природних і техногенних чинників.

Предмет дослідження: фактори формування інженерно-геологічних умов, їх трансформація під впливом урбанізації; особливості розвитку екзогенних процесів як індикаторів зміни інженерно-геологічних умов.

Методи дослідження. В процесі роботи виконувались наземні режимні спостереження за проявами екзогенних процесів з виявленням їх геоморфологічних, геологічних, гідрогеологічних, ландшафтних ознак та відбором монолітів ґрунтів; за рівнем ґрунтових вод; станом дренажно-штольневих систем (ДШС); експериментальні (визначення кількості суфозійного виносу у ДШС) та лабораторні (визначення фізико-механічних властивостей ґрунтів) дослідження. Для встановлення впливу на стійкість схилу значень показників фізико-механічних властивостей ґрунтів застосовувались методи математичного моделювання; для визначення просторово-часових змін інженерно-геологічних умов - порівняльний аналіз картографічних матеріалів, фондових і історико-літературних даних; матеріали інженерно-геологічних вишукувань різних часів. Автором розроблено метод оперативної оцінки стану стійкості схилу на основі розрахунку коефіцієнта стабільності.

Наукова новизна одержаних результатів. Вперше виконано наукове узагальнення і систематизація фактичного матеріалу інженерно-геологічних вишукувань накопиченого численними виконавцями, даних про інженерно-геологічні умови та їх трансформацію в процесі урбанізації, вплив на розвиток екзогенних геологічних процесів, які і є основним показником зміни інженерно-геологічних умов.

Встановлені основні природні і техногенні чинники зміни інженерно-геологічних умов та розвитку екзогенних геологічних процесів; залежність особливостей інженерно-геологічних умов від напрямів техногенного впливу, що визначаються функціональним використанням території.

На основі показників міцнісних властивостей ґрунтів схилу виконана їх класифікація за впливом на розвиток екзогенних процесів, розроблені схеми утворення циркоподібних ярів та ерозійно-структурної тераси, карта-схема поширення техногенних відкладів в масштабі 1:25000.

На основі розроблених критеріїв виконана типізація схилу за інженерно-геологічними умовами при цьому виділені підрайони за особливостями геологічної будови, геоморфології, розвитку екзогенних процесів та ділянки в межах підрайонів за стійкістю (стабільністю) інженерно-геологічних умов.

Розроблена методика оперативного визначення стану стійкості інженерно-геологічних умов схилу на основі розрахунку запропонованого автором коефіцієнта стабільності, за якою визначено стан стійкості інженерно-геологічних умов характерних ділянок та дано прогноз можливості їх зміни.

Практичне значення роботи. Результати використані ВАТ "Київпроект" для: прогнозу зміни інженерно-геологічних умов при різному функціональному використанні території; оперативного визначення стану стійкості схилу та терміновості ліквідації дестабілізуючих факторів; оцінки необхідності інженерного захисту тощо. Результати дисертації корисні проектним, будівельним та іншим організаціям для вирішення різноманітних практичних і науково-практичних задач.

Положення, що захищаються.

Основними чинниками формування інженерно-геологічних умов та розвитку екзогенних геологічних процесів на схилі є техногенні, серед яких визначальними є незадовільний стан дренажних штольневих систем і витоки із водонесучих комунікацій. При цьому особливості інженерно-геологічних умов залежать від функціонального використання території.

На основі розробленої автором класифікації ґрунтів схилу за впливом на розвиток екзогенних процесів визначені активні, активно-нейтральні, нейтральні, умовно-нейтральні, закріпляючі, стабілізуючі товщі. Із наявністю у розрізі різних типів ґрунтів пов`язані особливі форми рельєфу (циркоподібні яри, ерозійно-структурна тераса, розгалужені яри).

Розроблена методика оперативного визначення стану стійкості інженерно-геологічних умов схилу на основі розрахунку запропонованого автором коефіцієнта стабільності, за якою визначено стан стійкості інженерно-геологічних умов характерних ділянок (стабільний, досить стабільний, відносно стабільний, нестабільний, загрозливий) та дано прогноз можливості їх зміни.

Виконана типізація схилу за інженерно-геологічними умовами. При цьому за геолого-геоморфологічними та екзогеодинамічними ознаками виділені підрайони, а за стабільністю інженерно-геологічних умов - ділянки в межах підрайонів.

Апробація результатів дисертації. Результати розробок по темі дисертації доповідались на науковій конференції "Геологія в ХХ столітті: шляхи розвитку та перспективи" (Київ, 2001, травень 11-14), міжнародній конференції "Interfaces against pollution" (Угорщина, Мішкольц, 2002, травень 27-30), міжнародній науково-практичній конференції "Інформаційні технології управління екологічною безпекою, ресурсами та заходами у надзвичайних ситуаціях" (Крим, Рибаче, 2002, вересень 8-11), на V-му Севастопольському Міжнародному семінарі "Фундаментальні і прикладні проблеми моніторингу і прогнозу природних, техногенних і соціальних катастроф" "Стихія-2002" (Севастополь, 2002, вересень 14-22), на 2-й науково-практичній конференції "Інженерний захист територій та об'єктів у зв'язку із розвитком небезпечних геологічних процесів" (Гурзуф, 2002, жовтень 14-18), на 2-й міжнародній науково-практичній конференції "Сучасні інформаційні технології управління екологічною безпекою регіонів, природокористуванням, заходами у надзвичайних ситуаціях" (Київ-Харків-Крим, 2003 вересень 15-20), на науково-технічній конференції творчої молоді "Перспективи розвитку будівельних конструкцій, будівель, споруд та їх основ" (Київ, 2003, червень 3-5).

Публікації. Результати робіт по темі дисертації опубліковані у 6-ти статтях у фахових виданнях і 4-х тезах доповідей на конференціях.

Структура та обсяг роботи. Дисертація складається із вступу, 6 розділів та висновків. Робота містить 135 сторінок машинописного тексту, 24 ілюстрації, 17 таблиць, 3 додатки та список використаних літературних джерел, що включає 192 найменувань. Роботу виконано у відділі інженерної геології під керівництвом доктора технічних наук М.Г. Демчишина, якому автор щиро вдячна за постійну увагу та спрямування розробок. За надання консультацій і підтримку автор дякує кандидату геол.-мін. наук В.П. Ніколішину, кандидату геол.-мін. наук В.Ф. Рибіну, кандидату геол. наук І.А. Черевко.

Основний зміст роботи

Розділ 1. Стан вивчення інженерно-геологічних умов схилу. Інженерно-геологічним умовам та розвитку екзогенних процесів на схилі Дніпра у Києві приділяли увагу дослідники, починаючи з 1860 р. (початок спорудження Миколаївського узвозу). Автори, серед яких вирізняються К. Людевіг, М. Борбот-де-Марні, К. Феофілактов, П. Тутковський, П. Армашевський, С. Коклик, П. Чирвінський, В. Чирвінський, В. Лучицький, Б. Лічков, Є. Оппоков, М. Погребов, В. Болгарський, М. Каманін, А. Дранніков, А. Головань, І. Киричко, М. Демчишин та ін., по різному визначали основні причини розвитку схилових процесів, вбачаючи їх то у ґрунтових водах, то у властивостях ґрунтів, що складають схил, то у кліматичних умовах. Питання про техногенні чинники дестабілізації схилу майже не піднімались. У зв`язку із будівництвом та розвитком екзогенних процесів на схилі накопичено значний фактичний матеріал з інженерно-геологічних вишукувань, який потребує серйозного аналізу, узагальнення та класифікації, що і має намір зробити автор у цій роботі. При цьому планується встановити роль ґрунтів схилу у розвитку екзогенних процесів та в утворенні особливих форм рельєфу (циркоподібних ярів, тераси на строкатих глинах, розгалужених ярів), встановити вплив техногенної трансформації гідрографічної мережі, рослинного покриву, умов дренування ґрунтових вод, рельєфу на зміну інженерно-геологічних умов; визначити залежність особливостей інженерно-геологічних умов від функціонального використання території; виділити типи ділянок схилу за геолого-геоморфологічними та екзогеодинамічними показниками, розробити систему критеріїв стабільності схилу.

Розділ 2. Методи досліджень. Головним принципом досліджень інженерно-геологічних умов схилу є поєднання загального інженерно-геологічного, техногенного, історичного та математичного методів. Загальний інженерно-геологічний метод застосовувався для вивчення фізико-географічних, геоморфологічних, геологічних, гідрогеологічних та геодинамічних факторів формування інженерно-геологічних умов; техногенний - для аналізу впливу техногенних чинників на їх трансформацію; історичний - для встановлення часових аспектів взаємодії природних умов і техногенного навантаження в процесі урбанізації території; математичний - для узагальнення і систематизації даних про розвиток екзогенних процесів на схилі за період 1939-2000 рр.

Дослідження виконувались за схемою:

1. Створення бази даних інженерно-геологічних показників розвитку екзогенних процесів на основі вивчення фондових матеріалів, режимних спостережень та лабораторних досліджень.

2. Виявлення закономірностей розвитку екзогенних процесів та встановлення дестабілізуючих чинників.

3. Виділення типів ділянок за геолого-геоморфологічними та екзогеодинамічними ознаками.

4. Визначення стану схилу на основі розрахунку коефіцієнта стабільності, запропонованого автором.

5. Прогноз можливості зміни інженерно-геологічних умов.

При цьому застосовувались польові, лабораторні, експериментальні дослідження, математичне моделювання. Розроблено новий метод оцінки стану стійкості схилу на основі визначення показників стабільності та розрахунку коефіцієнта стабільності. Для прогнозу можливої зміни інженерно-геологічних умов застосовувався метод індикаторів, у ролі яких і використовувались показники стабільності схилу.

Розділ 3. Фактори формування інженерно-геологічних умов схилу. Просторово досліджувана ділянка між долинами Либіді і Сирцю відповідає активній антиклінальній структурі - Печерському горсту, швидкість підняття якого становить 2 мм/рік, а перевищення у кристалічному фундаменті складає 30-60 м. Приуроченість до цієї тектонічної структури, особливості клімату, геоморфології, геологічного середовища та значне техногенне навантаження і формують, інженерно-геологічні умови цієї території.

Рельєф представлений акумулятивним (алювіальні тераси Дніпра, Либіді, Сирцю і струмків, пролювіальні форми рельєфу) і акумулятивно-денудаційним (схилові поверхні ерозійних останців лесової рівнини і яружно-балкових систем) типами.. Гідрографічна мережа складається із дрібних річок (Либідь, Сирець, Почайна), водотоків балок і ярів.

Досліджувана ділянка схилу складена четвертинними, неогеновими та палеогеновими відкладами. Четвертинна система (Q) представлена континентальними відкладами різного генезису: делювіально-зсувними ґрунтами, алювіальними, алювіально-делювіальними, пролювіальними та техногенними відкладами, ґрунтами в корінному заляганні (лесовидні супіски і суглинки, похований грунт, над- і підморенні флювіогляціальні піски і супіски, моренні супіски і суглинки, прісноводні суглинки, бурі глини). Неогенова система (N) складена товщею строкатих глин із прошарками кременистої глини та відкладами полтавської світи (глина, суглинок, супісок, пісок, каоліновий пісковик, вуглиста глина). Палеогенова система (P) представлена відкладами харківської (новопетрівської) (пісок, супісок, суглинок), київської (обухівської) (суглинок, глина мергельна, супісок, пісок) та бучакської (пісок) світ.

Ґрунтові води містяться у четвертинних делювіально-зсувних ґрунтах та в низах лесової товщі, у над- і підморенних прісноводних і флювіогляціальних відкладах, олігоценових і міоценових відкладах харківської серії (P3 hr - N1pt). Товща бурих та строкатих глин (N1ps-Q1) є водотривом для водоносних горизонтів над- і підморенних та лесових відкладів, товща мергельних глин київської світи (P2kv) - для водоносного горизонту олігоценових і міоценових відкладів харківської серії.

За розробленою автором класифікацією ґрунтів за їх впливом на розвиток зсувних процесів на схилі на основі показників міцнісних властивостей (модуль деформації (Е), питоме щеплення (С), кут внутрішнього тертя ()) та реальної "поведінки" у зсувному процесі виділено шість основних типів: активні, активно-нейтральні, нейтральні, умовно нейтральні, стабілізуючі, закріпляючі [1, 3, 4]. Активні ґрунти (прісноводний, моренний суглинок, суглинок харківської і наглинок київської світи) мають найнижчі фізико-механічні показники (Е=12-16 МПа, С=14-16 КПа, =12-140), дуже вологоємні та водомісткі, важко віддають воду. При зволоженні, а вони практично завжди містять воду, їх опір зрушенню наближається до нуля. Вони легко розмиваються і видавлюються, сповзаючи по зволоженій поверхні залягаючих нижче глин. Особливо небезпечні ділянки схилу з двома прошарками прісноводного суглинку. Активно-нейтральні (лесовидні супіски і суглинки, бурі глини та верхній горизонт строкатих глин) в природному стані міцні і досить стійкі, проте, під дією змінного зволоженні та іншого атмосферного або техногенного впливу швидко втрачають структуру, руйнуються, що призводить до розвитку ерозійно-гравітаційних процесів. Для глин цього типу характерні Е=23-24 МПа, С=94-95 КПа, =15-170, для суглинків відповідно Е=16-18 МПа, С=18-22 КПа, =25-300. Нейтральні ґрунти (полтавські піски) сповзають лише в умовах підрізання. Умовно нейтральні (флювіогляціальні та харківські піски) участі у розвитку ерозійно-гравітаційних процесів практично не приймають, але ґрунтові води, що в них містяться, зволожують контактуючі товщі, знижуючи їх міцнісні показники та спричиняють розвиток суфозії. Для пісків цих типів характерні Е=30-35 МПа, С=2 КПа, =31-340. Стабілізуючі (нижній горизонт строкатих глин, полтавські та мергельні глини) характеризуються високими фізико-механічними показниками та значним опором зрушенню (Е=25-28 МПа, С=95-103 КПа, =15-170). Закріпляючими схил можна вважати пісковики та кременисті глини в товщі строкатих глин, які затримують руйнування вищезалягаючих порід, забезпечуючи стабільність схилу (Е=53 МПа, С=1100 КПа, =360).

Особливості рельєфу, мікроклімату, літології ґрунтів, гідрогеологічних умов при значному техногенному навантаженні зумовлюють зміну інженерно-геологічних умов та розвиток екзогенних геологічних процесів природно-техногенного походження, серед яких переважають ерозійно-гравітаційні (зсувні ), ерозійні (площинна та лінійна ерозія), суфозійні (провальні вирви, суфозійні ніші), просадні, гравітаційні (осипи полтавських пісків, обвали лесового уступу), підтоплення і заболочення [5, 7, 8, 9]. Особливості розвитку екзогеодинамічних процесів, що є характерним індикатором зміни інженерно-геологічних умов схилових території, детальніше будуть розглядатися в наступних розділах.

Розділ 4. Особливості формування інженерно-геологічних умов схилу під впливом господарської діяльності. За переважаючими напрямками техногенного впливу на трансформацію інженерно-геологічних умов в процесі урбанізації були визначені 4 періоди (табл. 1). До зміни інженерно-геологічних умов в процесі освоєння схилу призводили техногенна трансформація гідрографічної мережі, рельєфу, рослинного покриву, умов дренування ґрунтових вод [2]. При цьому вирізнились основні напрямки техногенного впливу: ліквідація негативних форм рельєфу (ЛНФР), влаштування шляхів сполучення (ШС), кар'єрних виробок (КВ), підземних пустот (ПП), поховань (ПХ), підземних водонесучих комунікацій (ПВК), ДШС, утворення техногенних відкладів (ТВ), каналізування поверхневих водостоків (КПВ), спорудження будівель на стрічкових (БСФ) та пальових (БПФ) фундаментах, визначені функціональним використанням території (табл. 2). Техногенна трансформація гідрографічної мережі мала як позитивний, так і негативний вплив на інженерно-геологічні умови та стабільність схилу. Перекриття Чорториї (1850-1873) призвело до заглиблення основного русла Дніпра та підсилення бокової ерозії, активізації ерозійно-гравітаційних процесів в кінці ХІХ на початку ХХ ст. на ділянці схилу від яру Хрещення до Наводницької балки, і до відходу русла від правого берега південніше Наводницької балки з утворенням Видубецького озера. Спорудження ґрунтової, а згодом гранітної Набережної (1935-1938), утворення штучної заплавної тераси (Наводницький парк (1950-1951) припинило бокову ерозію схилу і дало можливість його залісити. Гранітна набережна, забезпечивши надійний захист від річкової ерозії, створює баражний ефект, що у свою чергу призводить до підняття рівня ґрунтових вод, підтоплення території, активізації екзогенних процесів на схилі. Створення каскаду водосховищ (Київське (1966 р.), Канівське (1974 р.)) сприяло ліквідації повеней, зниженню швидкості течії Дніпра, проте призвело до підняття рівня води у Дніпрі та до обміління дрібних приток внаслідок підняття базису ерозії, підвищення рівня ґрунтових вод внаслідок підпору. Каналізація русел дрібних поверхневих водотоків сприяла послабленню і припиненню бокової ерозії, проте значно погіршила умови дренування ґрунтових вод внаслідок баражного ефекту та призвела до підняття їх рівня, підтоплення території, обміління та зникнення водотоків.

Таблиця 1. Основні етапи освоєння схилу

Наявність деревної рослинності на схилі позитивно впливає на його стійкість скріплюючи і армуючи нещільні грунти, затримуючи надходження надмірної вологи. Значних техногенних перетворень зазнав рельєф схилу внаслідок: нівелювання поверхні, ліквідації негативних форм рельєфу, планування території для влаштування шляхів сполучення, запобігання розвитку гравітаційних процесів, господарського використання, будівництва, накопичення техногенних відкладів; збільшення різниці абсолютних відміток сусідніх мікроелементів рельєфу (оборонні споруди; кар`єри); зміни підземної сфери при незмінних абсолютних відмітках поверхні (печери; ДШС; споруди метрополітену; підземні комунікації).

Таблиця 2. Особливості формування інженерно-геологічних умов ділянок різного функціонального використання

Техногенна трансформація рельєфу супроводжується порушенням природного стану схилу і накопиченням на поверхні чи у підземних пустотах техногенних відкладів із значно зниженими, порівнюючи із природними, міцнісними властивостями, що призводить до зміни інженерно-геологічних умов та зниження загальної стійкості схилу та інтенсифікує розвиток екзогенних процесів. Проте, прокладання шляхів сполучення із твердим покриттям поряд із негативним впливом (підрізання схилу, насипні ґрунти) сприяє урегулюванню поверхневого стоку та зменшенню інтенсивності лінійної ерозії. За розрахунком на основі розробленої автором схеми поширення техногенних відкладів (рис.1), їх об'єм на схилі становить близько 1 млн.м³.

Рис. 1 Схема поширення техногенних відкладів на схилі: 1-межі досліджуваної ділянки схилу; потужність техногенних відкладів: 2 - 0-5 м; 3 - 5-10 м; 4 - 10-20 м; 5 - > 20 м. (За даними ВАТ "Київпроект)

Техногенне порушення природного режиму грунтових вод, що призвело до підняття їх рівня, було викликане, поряд із згаданими вище причинами, поливом зелених насаджень, втратами із підземних водонесучих комунікацій. До покращення умов дренування ґрунтових вод та до зниження їх рівня призвело влаштування біля підніжжя схилу починаючи із ХІ ст. кар'єрних виробок та, починаючи із кінця ХVІІІ ст. спорудження ДШС. Лише за період 1924-1941 р. на схилі було влаштовано 16 тис. м глибоких штольневих дренажів і 8 тис. м колодязів над ними.

За призначення і місцем закладення ДШС можна розділити на три групи:

1 - на плато для дренування ґрунтових вод над товщею бурих і строкатих глин;

2 - на схилі для дренування ґрунтових вод над товщею мергельних глин;

3 - на ерозійно-структурній терасі для дренування ґрунтових вод над бурими і строкатими глинами.

Для визначення умов функціонування та експлуатації ДШС, спостереження за явищами, що відбуваються у штольнях, колодязях та дослідження їх впливу на інженерно-геологічні умови і стабільність схилу, у 2002 р. виконувався комплекс обстежень з експериментальними дослідженнями виробок ДШС-16, ДШС-27біс, ДШС-27 та витоків з цих систем. При цьому було встановлено, що негативними наслідками функціонування ДШС на схилі є розвиток механічної та хімічної суфозії, що призводить до зрушень поверхні землі, утворення провальних вирв; порушення цільності ґрунтового масиву, ослаблення та зменшення його стійкості. Із фондових матеріалів інженерно-геологічних вишукувань відомі численні випадки розвитку екзогенних процесів (зсувів, лінійної ерозії, просідань, суфозійних провалів, тощо), пов`язаних із технічними помилками при спорудженні ДШС, їх занедбаністю та аварійним станом.

Розділ 5. Режим екзогенних процесів на схилі (1939-2000 рр.). На основі аналізу і систематизації більш як 400 фондових і літературних даних про екзогенні процеси на схилі за період з 1939 по 2000 рр., встановлено наступне.

Природними чинниками, що викликають розвиток екзогенних процесів на схилі, є атмосферні води (24%), талі снігові (4%) та ґрунтові води (3%). Вплив ґрунтових вод досить незначний і відчувається лише у весняний період. Техногенні чинники розвитку екзогенних процесів представлені в першу чергу витоками із підземних водонесучих комунікацій (12%), незадовільним станом ДШС (19%), в меншій мірі привантаженням брівки схилу, підрізанням, розкопуванням схилу, аварійним станом водовідводів, неорганізованими пішохідними доріжками, хибною конструкцією підпірних стінок, звалищами відходів.

За інтенсивністю розвитку зсувних процесів (рис.2), співвідношенням техногенних і природних чинників та за визначальними техногенними чинниками період з 1939 по 2000 рр. автором розділено на 4 етапи. 1-й 1939-1959 рр., 2-й 1960-1970 рр., 3-й 1971-1981, 4-й 1982-2000 рр. При цьому спостерігається чітка тенденція до зниження інтенсивності зсувоутворення починаючи з середини 60-х років ХХ ст., що пояснюється залісенням схилу у 1954-56 рр.; зниження ролі ДШС як дестабілізуючого фактора з 28% до 2% у зв`язку із переобладнанням їх залізобетоном та збільшення негативного впливу водонесучих комунікацій з 7% до 20% у зв'язку із віковим погіршенням їх стану. Частка техногенних факторів неухильно зростає від 61% до 91% (рис. 3). Спостерігається залежність співвідношення техногенних і природних чинників дестабілізації від кліматичних умов. Найбільша інтенсивність зсувоутворення характерна для весняного періоду. Частка техногенних чинників також зростає у весняно-літній період. Витоки із комунікацій залишаються постійнодіючим фактором у різні пори року (табл. 3).

Стан наземних споруд є важливим показником зміни інженерно-геологічних умов та розвитку екзогенних геологычних процесів. Найчастіше до значних деформацій, а інколи і до руйнування споруд, призводять зсуви та суфозія, що пов`язано із наявністю підземних пустот (печер, ДШС, комунікацій) та техногенним перезволоженням. Розвиток процесів просідання, пов`язаних із властивістю лесових порід, що залягають в основі фундаментів більшості споруд, призводить до значно менших деформацій, які протікають повільніше і проявляються частіше у вигляді незначних тріщин.

Таблиця 3. Особливості розвитку зсувних процесів у різні пори року

Розділ 6. Типізація схилу за особливостями інженерно-геологічних умов. При дослідженні інженерно-геологічних умов схилу (район) визначені 5 підрайонів за особливостями геолого-геоморфологічних та езогеодинамічних ознак. За станом стійкості інженерно-геологічних умов в межах підрайонів виділені ділянки (рис.4), що детальніше буде розглядатися у розділі 7.

За основні критерії виділення підрайонів приймалися потужність товщ активних ґрунтів з низькими міцнісними властивостями, характерні форми рельєфу, ширина алювіальної тераси (табл.5). При цьому були розроблені схеми утворення ярів різної форми та вперше дана характеристика тераси на схилі як ерозійно-структурної, а її походження пов`язане із розвитком циркоподібних ярів на основі різних фізико-механічних властивостей грунтів верхньої і нижньої частин схилу.

Для Видубецького підрайону (Либідь - Наводницька балка) характерними є наявність у розрізі товщ похованого ґрунту (0,9-1,8 м) та моренного суглинку (1,9-7,2 м) та розвиток провальних вирв завдяки потужній товщі лесових ґрунтів (до 16 м), ширина алювіальної тераси досягає 2,0 км. У розрізі Залаврського підрайону (Наводницька балка - Лаврський яр) відсутні активні товщі грунтів, ширина алювіальної тераси значно менша і складає 0,05-0,1 км. При цьому особливих форм рельєфу не спостерігається. Для Лаврського підрайону (Лаврський яр - яр Хрещення) характерна наявність усіх активних товщ грунтів: похований грунт (0,2-1,6 м), моренний суглинок (2,8-6,2 м), на деяких ділянках прісноводний суглинок залягає двома шарами (1,0-9,4 м)- над і в бурих глинах, ширина алювіальної тераси зменшується до 0,01 км. При цьому для цього підрайону характерними формами рельєфу є наявність ерозійно-структурної тераси над товщею бурих і строкатих глин, циркоподібних ярів та вододільних ділянок між ними. У розрізі Старокиївського підрайону (яр Хрещення - Глибочицька балка) спостерігається наявність моренного (2,5-6,8 м) та прісноводного (0,7-3,5 м) суглинку, а для рельєфу характерні "столові гори" - ерозійні останці лесової рівнини. Ширина алювіальної тераси становить 1,5 км. Для Подільського підрайону (Глибочицька балка - Сирець) активні товщі ґрунтів не характерні. Ширина алювіальної тераси досягає 6,0 км. В рельєфі чітко виражені розгалужені яри.

Для Видубецького підрайону, що зайнятий в основному Ботанічним садом НАНУ, основним дестабілізуючим чинником є невпорядковане стікання поверхневих вод (23%); для Залаврського, де виконувались будівельні роботи при споруджені монументу, - привантаження схилу (19%), для Центрального, перенасиченого підземними дренажами, - вихід із ладу ДШС (32%), для Старокиївського, зайнятого в основному житловими будинками, - витоки із підземних водонесучих комунікації (15%), для Подільського - підрізання схилу кар`єрними виробками (14%), що чітко пов`язано із функціональним використанням цих територій.

Розділ 7. Моніторинг схилу. Для вчасного виявлення дестабілізуючих чинників, їх ліквідації чи зменшення негативного впливу та забезпечення довгострокової стабільності схилу автором розроблена методика оперативного встановлення стану інженерно-геологічних умов схилу на основі розрахунку коефіцієнта стабільності. Коефіцієнт стабільності розраховується як сума кількісних значень 20 показників стабільності, кожен з яких має 4 стани, виражені у кількісній формі (індиферентний =0, незначний вплив = 1, досить значний дестабілізаційний вплив = 2, реальна загроза стабільності =3). При розробці системи показників враховувались як властивості самого об`єкта, так і зовнішні фактори дестабілізації (морфологія схилу, наявність у розрізі активних товщ ґрунтів, потужність делювіальних ґрунтів, потужність техногенних відкладів, присутність водоносних горизонтів, наявність виходів ґрунтових вод на схилі, інтенсивність розвитку екзогенних процесів, стан дернового покриву, стан деревної рослинності, впорядкованість схилу, наявність та стан ДШС, наявність та стан підземних водонесучих комунікацій, стан поверхневих водовідводів, стан споруд на схилі, стан протизсувних заходів, планування схилу, підрізання схилу, наявність звалищ відходів, наявність поховань, наявність підземних печер).

За коефіцієнтами стабільності 11 характерних ділянок схилу визначено 5 основних типів стану схилу (рис. 4): стабільний (Кст<20), досить стабільний (Кст=21-25), відносно стабільний (Кст =26-30), нестабільний (Кст=31-35), загрозливий (Кст>35). Для ділянок у стабільному стані практично всі показники стабільності мають незначний негативний вплив, або індиферентні. Для ділянок, стан інженерно-геологічних умов яких досить стабільний та відносно стабільний, характерна наявність декількох показників із досить значним дестабілізуючим впливом. Для нестабільного стану - значна кількість показників мають значний дестабілізуючий вплив, а деякі з них (аварійний стан підземних водонесучих комунікацій, підрізання схилу тощо) - реальну загрозу стабільності. Для ділянок у загрозливому стані значна кількість показників виявляє реальну загрозу стабільності. При цьому стан інженерно-геологічних умов схилу визначає необхідну частоту контролю (обстеження підземних та поверхневих споруд, тощо). Для запобігання розвитку екзогенних геологічних процесів, ліквідація виявлених дестабілізуючих чинників на ділянках у нестабільному та загрозливому стані повинна виконуватись терміново, зразу після їх виявлення.

Прогноз можливості зміни інженерно-геологічних умов та рекомендована частота моніторингу для типових ділянок за стабільністю інженерно-геологічних умов наведені в таблиці 4.

Таблиця 4. Прогноз можливості зміни інженерно-геологічних умов схилу методом визначення коефіцієнта стабільності (Кстб)

Основні висновки

1. Проведене детальне дослідження факторів формування інженерно-геологічних умов правобережного схилу долини Дніпра в районі Києва та їх трансформації в процесі урбанізації (фізико-географічні, геолого-тектонічні, геоморфологічні, гідрогеологічні, екзогеодинамічні та техногенні).

2. На основі розробленої автором класифікації ґрунтів схилу за впливом на розвиток екзогенних процесів визначені активні, активно-нейтральні, нейтральні, умовно-нейтральні, закріпляючі, стабілізуючі товщі. Із наявністю у розрізі різних типів ґрунтів пов`язані особливі форми рельєфу (циркоподібні яри, ерозійно-структурна тераса, розгалужені яри).

3. Техногенна трансформація гідрографічної мережі, рослинного покриву, рельєфу, умов дренування ґрунтових вод на схилі мала як негативний так і позитивний вплив на інженерно-геологічні умови схилу.

4. Техногенне перетворення рельєфу супроводжується порушенням природного стану схилу, накопиченням на поверхні чи у підземних пустотах техногенних відкладів із низькими міцнісними властивостями, що призводить до зміни інженерно-геологічних умов та зниження стабільності. За розрахунком на основі розробленої автором карти-схеми поширення техногенних відкладів у масштабі 1:25000 об'єм насипних і намивних ґрунтів на схилі перевищує 1 млн. куб. м.

5. Особливості формування інженерно-геологічних умов, інтенсивність розвитку екзогенних процесів, основні дестабілізуючі чинники залежать від функціонального використання території, яке визначає основні напрямки та інтенсивність техногенного впливу. За основними напрямками техногенного впливу в процесі урбанізації схилу визначені 4 періоди.

6. На основі аналізу та систематизації даних про розвиток екзогенних процесів на схилі за період 1939-2000 рр. встановлені основні чинники дестабілізації інженерно-геологічних умов схилу: природні, якими є атмосферні води, талі снігові води, ґрунтові води; та техногенні, основними з яких є незадовільний стан ДШС і підземних водонесучих комунікацій

7. Розроблені принципи моніторингу, що ґрунтуються на розрахунку коефіцієнта стабільності інженерно-геологічних умов схилу за розробленою автором системою показників стабільності. Виявлено п`ять типів стану (стабільний, досить стабільний, відносно стабільний, нестабільний, загрозливий). Стан схилу визначає терміновість ліквідації дестабілізуючих чинників, частоту моніторингу.

8. За розробленими критеріями виконана типізація правобережного схилу долини Дніпра між Либіддю і Сирцем (район) за інженерно-геологічними умовами. При цьому виділенні 5 типів підрайонів за особливостями геолого-геоморфологічних та екзогеодинамічних ознак та 5 типів ділянок в межах підрайонів за стабільністю інженерно-геологічних умов

Список опублікованих праць по темі дисертації

дніпро ґрунт ерозійний геологічний

Самойленко Л.В, Черевко И.А. Роль пестрых глин в образовании и развитии оползней // Збірник наукових праць Інституту геологічних наук НАН України. - Київ: - 2001. - С. 90-95.

Самойленко Л. В. Вплив функціонального використання території на зміну інженерно-геологічних умов правобережного схилу долини Дніпра в районі Києва // Збірник наукових праць Інституту геологічних наук НАН України. - Київ: - 2003. - С. 246-248.

Самойленко Л.В., Черевко І.А. Строкаті глини як компонент геологічного середовища Києва // Геол. журнал. - 2002. - №1. - С. 47-52.

Самойленко Л.В., Черевко І.А. Характеристика лесових відкладів на території Києва в межиріччі Дніпро-Либідь // Геол. журнал.- 2002. - №3. - С. 72-78.

Демчишин М.Г., Дударенко О.О., Самойленко Л.В., Шехунова С.Б. Основні напрями вдосконалення інженерного захисту територій, будинків та споруд // Екологія довкілля та безпека життєдіяльності. - 2002. - №5-6. - С. 3-8.

Ситнікова В.А., Куциба В.О., Самойленко Л.В. Вплив гідрогеологічного режиму на стан архітектурних пам'яток // Будівельні конструкції. - 2003. - Вип. 58. - С. 392-398.

Demchyshyn M., Samoylenko L., Biletzky V. Hazardous geological processes on the urbanized areas as a factors of its pollution // Interfaces against pollution. Abstracts .- Miskolc. - 2002. - P. 54.

Демчишин М.Г., Самойленко Л.В., Шехунова С.Б. Інформаційне забезпечення прогнозу та попередження надзвичайних ситуацій можливих при проявах зсувів // Інформаційні технології управління екологічною безпекою ресурсами та заходами у надзвичайних ситуаціях. Тези доповідей. - Харків:Національний аерокосмічний університет ім. М.Є. Жуковського "ХАІ". - 2002. - С. 151 - 153.

Демчишин М.Г., Дударенко О.О., Самойленко Л.В., Шехунова С.Б. Надзвичайні ситуації в зв'язку з процесами в геологічному середовищі України // Материалы V-го Севастопольського Международного семинара "Фундаментальные и прикладные проблемы мониторинга и прогноза природных, техногенных и социальных катастроф". - Севастополь. - 2002. - С. 11- 15.

Демчишин М.Г., Соковніна Н., Вдовиченко С., Самойленко Л.В. Монітринг геологічного середовища - інформаційна основа запобігання надзвичайних ситуацій на урбанізованих територіях // Тези доповідей 2-ї Міжнародної НП конференції "Сучасні інформаційні технології управління екологічною безпекою регіонів, природокористуванням, заходами у надзвичайних ситуаціях". - Київ-Харків-Крим. - 2003. - С. 74-78.

Анотація

Самойленко Л.В. Інженерно-геологічні умови правобережного схилу долини Дніпра в районі м. Києва. - Рукопис.

Дисертація на здобуття вченого ступеня кандидата геологічних наук за спеціальністю 04.00.07 - інженерна геологія. Інститут геологічних наук НАН України, Київ, 2002.

Проведене детальне дослідження інженерно-геологічних умов правобережного схилу долини Дніпра в районі м. Києва з точки зору природної, техногенної, історичної складової. Детально досліджені фізико-географічні, геолого-тектонічні, геоморфологічні, гідрогеологічні та геодинамічні фактори формування, їх техногенна трансформація в процесі освоєння території. Розроблена класифікація ґрунтів схилу за їх роллю у розвитку екзогенних процесів. На основі аналізу і систематизації даних про розвиток екзогенних процесів на схилі за період 1939-2000 рр. встановлені основні чинники дестабілізації (природні і техногенні). На основі порівняння інженерно-геологічних умов різних ділянок схилу виділені їх типи за геолого-геоморфологічними та екзогеодинамічними ознаками. Встановлено роль напрямків техногенного впливу, визначених функціональним використанням території, у формуванні особливостей інженерно-геологічних умов. Для оперативного встановлення стану стабільності схилу з метою забезпечення його довгострокової стабільності розроблені принципи моніторингу на основі розрахунку коефіцієнта стабільності схилу за розробленою автором системою показників стабільності, що враховують як властивості геологічного середовища, так і зовнішні чинники впливу.

Ключові слова: інженерно-геологічні умови, ерозійно-гравітаційні процеси, напрямок техногенного впливу, дестабілізуючі чинники, показник стабільності, коефіцієнт стабільності.

Аннотация

Самойленко Л.В. Инженерно-геологические условия правобережного склона долины Днепра в районе г. Киева. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата геологических наук по специальности 04.00.07 - инженерная геология. Институт геологических наук НАН Украины, Киев, 2002.

Проведено детальное исследование инженерно-геологических условий правобережного склона долины Днепра в районе г. Киева с точки зрения природной, техногенной, исторической составной. На основе полевых наблюдений, анализа исторического и фондового материала, экспериментальных данных получена и обработана информация о физико-географических, геолого-тектонических, геоморфологических, гидрогеологических и геодинамических особенностях инженерно-геологических условий склона, об их трансформации в процессе освоения территории. Определены периоды освоения склона, которые отличаются интенсивностью и направлением техногенного воздействия. На основании многофакторного анализа данных о развитии экзогенных процессов на склоне за период 1939-2000 гг. установлены основные факторы (природные и техногенные) развития экзогенных процессов на склоне. Разработана классификация грунтов склона за их участием в развитии экзогенных процессов и образовании особых форм рельефа. Выполнена схема распространения техногенных отложений на склоне. На основании сравнения инженерно-геологических условий различных участков склона выделены их типы по геологическим, геоморфологическим, геодинамическим признакам. Установлено влияние техногенного воздействия, определенное функциональным использованием территории, на особенности инженерно-геологических условий. Для определения оптимальных направлений использования территории склона, обеспечения долгосрочной стабильности разработаны принципы мониторинга на основании определения коэффициента стабильности склона по системе показателей стабильности, установленных автором, которые учитывают как свойства геологической среды, так и внешние факторы влияния. По рассчитанных коэффициентах стабильности определены пять основных состояний склона: стабильное, достаточно стабильное, относительно стабильное, нестабильное и угрожающее. Для каждого состояния склона сделан качественный прогноз изменения инженерно-геологических условий и даны рекомендации по обеспечению долгосрочной стабильности.

Ключевые слова: инженерно-геологические условия, эрозионно-гравитационные процессы, направление техногенной нагрузки, факторы дестабилизации, показатели стабильности, коэффициент стабильности.