Глава 6. Карты инженерно-геологические прогнозные

6.1. Общие положения

6.2. Карты инженерно-геологические прогнозные синтетические

6.2.1. Обзорные карты

6.2.2. Мелкомасштабные карты

6.2.3. Среднемасштабные карты

6.2.4. Крупномасштабные карты

6.3. Карты инженерно-геологические прогнозные аналитические

6.3.1. Обзорные карты

6.3.2. Мелкомасштабные карты

6.3.3. Среднемасштабные карты

6.3.4. Крупномасштабные карты

6.1. Общие положения

Инженерно-геологические прогнозные карты отображают пространственно-временной прогноз изменения инженерно-геологических условий в процессе хозяйственного освоения территории и эксплуатации инженерных сооружений. Они могут быть общими и специальными. На общих картах дается прогноз изменений при наиболее типичных и массовых видах воздействий, которые оказывают разные типы сооружений. На специальных картах отражаются вероятные изменения геологической среды при воздействии конкретного вида строительства. Каждый вид карт может составляться как в виде синтетических, т. е. комплексного прогноза, так и аналитических — частного прогноза. Чаще всего прогнозные карты отражают возможную интенсивность развития геологических процессов или конкретного процесса (прогноз просадочности, потенциальной подтопляемости, морозного пучения и т. п.).

Часть карт содержит прогноз общих тенденций развития экзогенных геологических процессов (ЭГП), они строятся исходя из прогнозов, основанных на анализе истории геологического развития или на анализе крупных климатических изменений. Большинство же карт содержит конкретный прогноз развития того или иного процесса. Такие карты, по представлениям А. И. Шеко, должны содержать три основных компонента: пространственный, временной и компонент, характеризующий механизм, генезис, объемы вовлеченных в процесс пород, энергетику и другие особенности процесса. Пространственная часть прогноза, которая заключается в оценке вероятности развития ЭГП на территориях с различными инженерно-геологическими условиями, представляется на карте в виде районирования территории по степени пораженности ее прогнозируемым процессом в выбранных градациях коэффициента пораженности. Это районирование базируется обычно на инженерно-геологическом районировании по схеме И. В. Попова. Считается, что коэффициент пораженности, с одной стороны, интегрально отражает влияние всех факторов на развитие геологических процессов, с другой — он характеризует предрасположенность территории к развитию ЭГП, т. е. потенциальную возможность их проявления. Величина коэффициента пораженности характеризует вероятность или степень активизации процесса в границах обособленной территории (участка).

Временная часть прогноза на карте выражается через выделение временных зон, т. е. территорий, в границах которых существует свой характерный временной режим процессов, свой набор периодов активизации, отличный от соседней территории (А. И. Шеко, 1980). Обычно это инженерно-геологические области или части ее, по классификации И. В. Попова, которые однородны в геоморфологическом отношении и имеют одинаковый состав и режим быстроизменяющихся факторов (осадки, температуры, поверхностный сток и т. п.).

Инженерно-геологические карты прогнозов составляются обычно для каждого генетического типа процессов отдельно, с выделением своих временных зон, с указанием периодов повышенной активности его проявления. Степень активизации часто характеризуется количественно через площадь или количество активных форм, возможное число образования новых форм и т. д. Различаются сильная, средняя и слабая степень активизации. Выделение временных зон проводится на базе районирования территории по режиму быстродействующих факторов (по А. И. Шеко), которые определяют активность проявления прогнозируемого процесса. Количество временных зон, выделенных на карте, зависит от ее масштаба, целей прогнозирования, от изменчивости режима проявления ЭГП и факторов их определяющих. Кроме того, на карте отображаются генетические виды и разновидности прогнозируемых процессов и их характеристика.

Иногда пространственный прогноз на картах дается по величине геодинамического потенциала или по методу упорядоченной классификации элементарных участков. В этом случае на карте показывается предрасположенность территории к развитию геологических процессов. Такие карты составляются часто с использованием комплекса программ для ЭВМ. Иногда в целях пространственного прогноза проводится районирование по каким-то качественным признакам или показателям, обусловливающим развитие прогнозируемого процесса.

Существуют карты долгосрочных и краткосрочных прогнозов.

В последние годы появилось много карт оценочно-прогнозного типа, на которых не только дается инженерно-геологическая оценка ситуации, но и прогноз ее изменения при тех или иных техногенных воздействиях. Это, прежде всего, карты устойчивости массивов горных пород или верхних горизонтов литосферы, на которых кроме отражения природного состояния геологической среды дается прогноз изменения этого состояния в результате техногенных воздействий, прогноз возможного развития негативных инженерно-геологических процессов вследствие потери устойчивости. Карты устойчивости можно подразделить на три группы (Красилова, 1994): 1) региональные (по охвату больших территорий) карты устойчивости геологической среды к комплексному техногенному воздействию, которые относятся к синтетическим общим картам; 2) региональные и детальные карты устойчивости к определенному виду хозяйственной деятельности (при разработке месторождений, при городской застройке и т. п.), которые обычно относятся к синтетическим специальным и 3) региональные карты устойчивости территории при определенном виде техногенного воздействия на конкретный компонент геологической среды (температурное воздействие на многолетнемерзлые породы, вертикальная фильтрация, искусственное понижение уровня подземных вод и т. п.). Эта группа карт по содержанию относится к аналитическим. Оценка и прогноз устойчивости дается с учетом исходного состояния геологической среды (в том числе и пораженности геологическими процессами), а также характера и интенсивности техногенных воздействий. За критерий устойчивости принимается вероятность возникновения и развития неблагоприятных антропогенных процессов, при этом часто используются балльные оценки. К данной группе карт близки по прогнозной направленности карты уязвимости, чувствительности, реакции среды.

К прогнозным инженерно-геологическим картам относятся также карты опасности, риска и ущерба. При этом под опасностью экзогенных геологических процессов в настоящее время понимается вероятность их проявления в заданном месте, в заданное время и с определенными энергетическими характеристиками (скорость развития процесса; площадь, на которой он проявляется; объемы горных пород, вовлеченных в процесс и т. д.) (Шеко, Каякин, 1999). Опасность существует независимо от того, находятся ли в зоне ее проявления люди, животные или какие-либо хозяйственные объекты. Она определяется, прежде всего, пораженностью территории ЭГП и степенью их активности.

Карты риска, по определению А. Л. Рагозина (1993, 1997), представляют собой графическое обобщение возможных негативных последствий — возможного ущерба — проявления процессов на определенной территории за определенное время. Первые карты риска составлялись на основании экспертной оценки с выделением территории с низким, средним и высоким риском на основании интенсивности или пораженности геологическими процессами. А. Л. Рагозин приводил степень риска к экономическому ущербу. Под экономическим ущербом сейчас понимают негативные последствия от проявления ЭГП, выраженные в физических, денежных и других эквивалентных единицах. Ущербы подразделяются на прямые и косвенные, которые, в свою очередь, могут быть экономическими, социальными и экологическими. А. Л. Рагозин предлагает ущерб определять по формуле:

(X…) = Сw(X…)Wy(X…),

где Сw(X…) — степень поражения (уязвимости) объекта при проявлении процесса определенного энергетического класса, Wy(X…) — стоимость всех материальных ценностей, находящихся в зоне воздействия процесса X…, в том числе и населения.

Риск — это вероятность ущерба и обычно определяется как произведение опасности проявления данного генетического типа ЭГП определенного энергетического класса на ожидаемый ущерб. Величину риска выражают формулой:

R(X…) = Pn (X…)Pb(X…)Cw(X…)Wy (X…),

где R(X…) — риск проявления процесса …-го энергетического класса; Pn(X…) — пораженность территории процессами Х…-го энергетического класса; Pb(X…) — вероятность проявления данного процесса во времени (активности); Cw(X…) — степень поражения (уязвимости) для объектов, населенных пунктов, гибель людей при проявлении процесса X…; Wy(X…) — полный ущерб от проявления данного процесса (стоимость полно и частично разрушенных объектов, гибель людей). Выражается риск в единицах стоимости или физических единицах и определяется для конкретных объектов.

Выделяют различные категории рисков: прямой и косвенный; экономический, социальный, экологический; по площади охвата (объектный, локальный, региональный); по характеру проявления ЭГП (дискретный, непрерывный), по полноте учета (частный — от одной генетической опасности, суммарный — от нескольких генетических опасностей); фоновый риск и реальный (Шеко, Каякин, 1999).

Прогнозные карты, как и все инженерно-геологические карты, могут составляться в разных масштабах. Они могут быть обзорными, мелкомасштабными, среднемасштабными и крупномасштабными. В зависимости от масштаба карты на ней дается прогноз глобальный (в пределах земного шара или отдельных континентов), региональный (для крупных регионов) и локальный (на отдельных сравнительно небольших участках). Карты локальные прогнозные составляются на территорию конкретных инженерных сооружений или населенных пунктов и содержат прогноз развития отдельных генетических типов ЭГП.

Правда, сейчас карты опасности и риска по масштабу привязываются к административному делению территории (Шеко, Каякин, 1999). Считается, что обзорные карты составляются для всей территории России и отдельных ее крупных регионов. Они предназначены для федеральных органов представительной и исполнительной власти с целью определения характера и очередности мероприятий по предотвращению негативных последствий от ЭГП, а также для проектных и научно-исследовательских организаций для обоснования постановки инженерно-геологических исследований.

Мелкомасштабные карты опасности и риска составляются для территории субъектов федерации (республик, областей, краев). Они содержат долговременный прогноз возможных последствий и ущерба от развития ЭГП, который дается на основании карты и кадастра населенных пунктов и всех хозяйственных объектов, которые могут оказаться в зоне влияния ЭГП, с учетом степени активности последних и их энергетического класса.

Среднемасштабные карты опасности и риска от экзогенных геологических процессов составляются для административных районов на основании карт пораженности территорий ЭГП. На карте опасности и риска показываются зоны действия ЭГП разных энергетических классов, хозяйственные объекты, численность населения, находящегося в зоне воздействия, и последствия. Опасность определяется как произведение пораженности на вероятность проявления процесса во времени (Шеко, Каякин, 1999).

Крупномасштабные карты опасности и риска от ЭГП составляются для отдельных хозяйственных объектов, населенных пунктов. Составляется прогноз времени и мощности проявления процессов исходя из силы воздействия быстроизменяющихся факторов. Для этого определяются зоны поражения при различных энергетических классах проявления ЭГП и степени разрушения (ущерба) в каждой зоне с учетом численности населения.

Прогнозные инженерно-геологические карты имеют огромное значение, так как дают возможность обоснованно принимать как принципиальные решения по рациональному использованию территории, так и конкретные решения по защите инженерных сооружений от воздействия геологических процессов.

6.2. Карты инженерно-геологические прогнозные синтетические

6.2.1. Обзорные карты

Среди опубликованных инженерно-геологических прогнозных карт явно преобладают аналитические по содержанию карты. Синтетических карт немного, а среди карт обзорного и мелкого масштаба — единицы.

В качестве примера обзорной карты нами рассматривается Карта природного риска строительного освоения и использования территории России, составленная А. Л. Рагозиным (Рагозин, 1997). На ней в баллах отражен суммарный риск от развития опасных геологических процессов.

В основу карты положена система трехрядного перекрестного районирования территории России по основным регионально-геологическим, зонально-климатическим и техногенным факторам, определяющим развитие рассматриваемых процессов (табл. 54). С учетом действия регионально-геологических факторов выделены надрегионы (по сейсмичности), регионы (по геоструктурным критериям) первого порядка (платформы, орогены, рифтогены) и второго порядка, области (по глубине расчленения рельефа, м), подобласти (по скорости современных вертикальных движений земной коры, мм/год), районы (по комплексам дисперсных пород и комплексам скальных пород, подстилающих дисперсные разности). С учетом зонально-климатических факторов выделены зоны (по фазовому состоянию воды), пояса (по радиационному индексу сухости: < 0,45; 0,45–1,0; 1,0–3,0; > 3), подзона первого порядка (по среднегодовой температуре: < –3°, –3÷2°; 2÷7°, > 7°), подзоны второго порядка (по льдистости пород и количеству дней с температурами ниже 0 °С). С учетом действия техногенных факторов выделены провинции (по плотности населения в чел./км2 и соответственно по степени освоенности территории), округа (по типу землепользования), ареалы (по комплексу отраслей промышленности), субареалы (по техногенной нагрузке — пораженности территории в %).

Таблица 54. Схема районирования территории России по природно-техногенным
обстановкам (факторам) развития опасных геологических и других природных
процессов в масштабе 1:1 000 000 и мельче. Вариант 1990 г.

Таксоны индивидуального районирования и критерии их выделения
Регионально-геологические		Зонально-климатические	Техногенные
Надрегионы (сейсмичность, баллы): несейсмичные, <6; сейсмичные, >6		Зоны (фазовое состояние воды): многолетнемерзлых пород (ММП) талых пород (ТП)	Провинции (плотность населения, чел./км2): слабоосвоенные, <1; среднеосвоенные, 1–25; сильноосвоенные, >25
Регионы (геоструктуры)		Пояса (радиационный индекс сухости, i): избыточного увлажнения, i 0,45; умеренного увлажнения, 0,45 < i < 1,0; недостаточного увлажнения, 1,0 < i <3,0 остро недостаточного увлажнения, i > 3	Округа (тип землепользования): оленеводческие (тундровые); лесные; экстенсивного и интенсивного сельского хозяйства; урбанизированные
Первого порядка	Второго порядка
Платформы	щиты и массивы
	плиты
	эпиплатформенные
Орогены	промежуточного типа
	эпигеосинклинальные
Рифтогены
Области (глубина расчленения рельефа, м): <10; 10–30; 30–70; 70–200; 200–600; >600		Подзоны первого порядка (среднегодовая температура пород, t): сплошного развития MMП, t <–3; прерывистого развития ММП, –3 < t < 2; сезоннопромерзающих ТП, 2 < t < 7; непромерзающих ТП, t > 7	Ареалы (комплексы отраслей промышленности): полипромышленные; горнодобывающие; горнодобывающие и металлургические; горнодобывающие и химические; обрабатывающие металлургические; обрабатывающие нефтегазово-химические; машиностроительные; лесообрабатывающие; легкой и пищевой промышленности
Подобласти (скорости современных вертикальных движений земной коры, мм/год): >14; 14–6; 6–0; 0– –6; –6– –14; <–14
Районы (комплексы пород): первого порядка (комплексы дисперсных пород); второго порядка (комплексы скальных пород, подстилающих дисперсные разности)		Подзоны второго порядка (льдистость пород; температура ниже 0° С, дни): сингенетических (сильнольдистых) ММП; син- и эпигенетических разнольдистых ММП; глубоко сезоннопромерзающих ТП, > 160; неглубоко сезоннопромерзающих ТП, <160	Субареалы (техногенная нагрузка (пораженность территории), %): чрезвычайно высокой нагрузки, >50; высокой нагрузки, 30–50; повышенной нагрузки, 10–30; средней нагрузки, 5–10; низкой нагрузки, <5
Таксоны перекрестного трехрядного типологического районирования — природно-технические системы

Такое районирование позволило учесть некоторые динамические показатели внешних воздействий на литосферу в виде многолетних различий в сейсмической активности и современных движениях земной коры, режимах выпадения осадков, уровней воды, действия ветров и т. п. В результате были выявлены и обособлены элементарные (для определенного масштаба) единицы территорий с относительно мало изменяющимися факторами — обстановками развития опасных геологических процессов, в пределах которых и рассчитывался суммарный природный риск (в пределах таких таксонов развиваются совершенно определенные по генезису, характеру и другим особенностям процессы).

Предварительно было проведено ранжирование процессов, которое заключалось в отнесении того или иного процесса с известными характеристиками интенсивности и повторяемости к одной из четырех групп (категорий опасности) в зависимости от их потенциальной разрушительной силы (табл. 55). Такой методический прием позволил свести в одну группу процессы разного генезиса. К первой группе чрезвычайно опасных процессов отнесены оползни, обвалы, землетрясения, сели, лавины, наводнения, часто приводящие к значительным потерям. Менее катастрофические проявления этих процессов вместе с процессами иного генезиса, имеющими определенные параметры, составили три другие группы опасности. Полная характеристика опасности геологических процессов и территории их развития включала оценку повторяемости и длительности воздействия процессов определенной интенсивности, а также площадей возможного поражения в пределах оцениваемой территории. Она была сначала представлена на обзорной карте суммарной опасности от этих процессов на территории России, а затем подсчитывался риск потерь.

Таблица 55. Фрагмент общей шкалы опасности геологических процессов,
использованной при составлении обзорных оценочных карт этих процессов.
Вариант 1990 г.

Показатели процессов*	Категории опасности процессов
Показатели процессов*	Чрезвычайно опасные (катастрофические)	Весьма опасные	Опасные	Умеренно опасные
Оползни
П	>30	30–10	10–1	<1
S	2–1	1–0,5	0,5–0,01	<0,01
V	20–10	10–5	5–0,001	<0,001
vо	>2	2–1	<1	<1
Ч	<0,1	0,1–0,25	0,25–0,75	>0,75
у	до 20	до 2	до 0,2	<0,2
Переработка берегов водохранилищ
П		100–75	75–20	65–20
vn		>3	3–1	<1
Ч		100	100	100
У		до 2	до 0,2	<0,2
Землетрясения
П	до 1 тыс.	до 50–80 тыс.	до 800 тыс.	до 2000 тыс.
И	>8	до 8	До 7	до 6
У	до 30 000	до 30 000	до 1000	<0,2

* П — подверженность территории процессу, %; S — площадь разового поражения, км2; V — объем смещаемых пород, млн м3; vо — скорость смещения оползня, м/с: Ч — повторяемость, случаев/год; У — ущерб экономический разовый, млн руб. в ценах 1990 г.; vn — скорость переработки берегов, м/год: И — интенсивность сейсмических сотрясений, баллы.

Для определения риска потерь были проанализированы многочисленные данные об ущербе от процессов на территории России и сопредельных стран. Ежегодный риск от отдельных процессов определялся как произведение их повторяемости за 100 лет на возможный ущерб, ориентировочно установленный по фактическим данным для выделенных четырех групп по категории опасности процессов. Суммарный ежегодный риск определялся путем сложения частных рисков по таксонам районирования и отдельным городам. Такая оценка риска отражает его фактический уровень только в пределах наиболее освоенных территорий, поэтому она уточнялась поправочным коэффициентом на плотность населения.

Все оценки риска на карте приводятся в ранжированном виде и в баллах, определенных по оценкам интенсивности, повторяемости и разрушительной силы опасных процессов, степени защищенности и уязвимости объектов хозяйства. При этом один балл принимается за социально-экономический ущерб в 1 млн руб. на площади в 20 тыс. км2. В пределах России А. Л. Рагозиным выделено шесть типов территорий, суммарный природный риск освоения и использования которых изменяется от более 200 до менее 2 баллов (рис. 131). Все 6 типов территории выделены на карте штриховкой разного типа и крапом.

Рис. 131. Карта-схема природного риска строительного
освоения и использования
территории России (по А. Л. Рагозину, 1997)

Пояснения к рис. 131. Суммарный природный риск (в баллах, определенных по оценкам интенсивности, повторяемости и разрушительной силы опасных процессов, степени защищенности и уязвимости объектов хозяйства): 1 — огромный (> 200). Необходима повсеместная комплексная защита от трех-четырех взаимообусловленных катастрофических и весьма опасных процессов; 2 — большой (200–80). Комплексная защита от одного катастрофического и двух-трех весьма опасных процессов необходима на значительной территории; 3 — значительный (80–20). Защита требуется в основном от трех-четырех весьма опасных и опасных процессов на ограниченной территории; 4 — средний (20–10). В защите от одного весьма опасного и двух-трех опасных процессов нуждаются преимущественно локальные участки; 5 — небольшой (10–2). Защита от двух-трех опасных и умеренно опасных процессов требуется на локальных участках; 6 — малый (< 2). В локальной защите от одного опасного и одного-двух умеренно опасных процессов нуждаются в основном наиболее ценные объектыТакая карта дает представление о степени опасности и риска потерь от площадных ассоциаций опасных геологических процессов в различных частях российской территории.

6.2.2. Мелкомасштабные карты

В качестве примера рассмотрим и одну из карт реакции геологической среды криолитозоны на механические нарушения, связанные с освоением территории междуречья рек Чоны и Нижней Тунгуски, разработанных Е. С. Мельниковым, Н. Г. Москаленко и А. И. Сташенко (1992) для разных масштабов. Остановимся на базовой легенде для масштабов 1:500 000 и 1:200 000.

Механические нарушения выражаются, прежде всего, в импульсных площадных нарушениях поверхностных покровов, таких как сведение растительности, уничтожение торфянистого горизонта почв мощностью до 0,2 м, расчистки снега, нарушения микрорельефа при массовом строительстве неглубокого заложения, вызывающих изменение термовлажностного режима грунтов, которое часто обусловливает развитие криогенных физико-геологических процессов, деформирующих поверхность. Своеобразие посттехногенных изменений при этом инженерно-геокриологических условий показано на рис. 132, отражающем реакцию геологической среды на нарушения наземных покровов. Типы реакций систематизированы в табл. 56.

Таблица 56. Типы реакции геосистемы криолитозоны
на нарушения поверхностных покровов

Изменения среднегодовой температуры пород	Деформация поверхности
	Не происходят	Происходят
	Не происходят	Слабые	Сильные
Не происходят	1	4	7
Происходят без смены знака	2	5	8
Происходят со сменой знака	3	6	9

Рис. 132. Реакция геологической среды на нарушения наземных покровов
(по Е. С. Мельникову, Н. Г. Москаленко, А. И. Сташенко, 1992)

Степень устойчивости геосистем определялась через тот или иной тип реакции геологической среды на техногенные нарушения, который зависит от характера изменения среднегодовой температуры пород и деформации поверхности, обусловленной деструктивной ролью активизирующихся физико-геологических процессов. В одних случаях активизация процессов может не вызвать деформацию поверхности; в других, выработав свой потенциал или затухнув на начальных стадиях развития, они слабо деформируют поверхность, не образуя крупных форм, и нарушения легко устранимы. В третьих — развиваются процессы значительной интенсивности, сильно деформирующие поверхность. При активизации нескольких процессов оценка реакции осуществляется по худшему варианту.

Из таблицы 56 видно, что предложено девять типов реакции, каждый из которых соответствует определенной степени устойчивости геосистем. Чем выше порядковый номер реакции, тем ниже устойчивость. При этом устойчивыми названы геосистемы (участки геологической среды), которые после техногенных воздействий сохраняют способность восстанавливать исходное (или близкое к нему) состояние, т. е. исходные значения среднегодовой температуры пород, глубины и влажности СТС–СМС, морфологических характеристик рельефа. Неустойчивыми — участки геологической среды, теряющие способность восстанавливать исходное состояние; чем более посттехногенное состояние геосистемы отличается от исходного, тем менее такие участки устойчивы.

Типы устойчивости геологической среды по ее реакции на техногенные нарушения показаны на карте (рис. 133) штриховками: при реакции 1, 2, 3 типов — горизонтальными; 4, 5, 6 — косыми; 7, 8, 9 — вертикальными. На цветном варианте карты — они отражены соответственно оттенками зеленого, желтого и красного цветов с указанием номеров типа реакции.

Рис. 133. Фрагменты карт реакции ГС на механические нарушения.
Междуречье рек Чоны и Нижней Тунгуски.
Масштабы: б — 1:200 000; в — 1:500 000
(по Е. С. Мельникову, Н. Г. Москаленко, А. И. Сташенко, 1992)

Пояснения к рис. 133. Типы устойчивости геологической среды по ее реакции на техногенные нарушения (снятие растительного покрова и торфянистого горизонта мощностью до 0,2 м, нарушение микрорельефа при массовом строительстве неглубокого заложения): 1 — нет изменений; 2 — изменения температурного режима пород без смены знака; 3 — то же, со сменой знака; 4 — слабые деформации поверхности без изменения температурного режима; 5 — слабые деформации поверхности и изменение температурного режима без смены знака; 6 – то же со сменой знака; 7 — сильные деформации поверхности без изменения температурного режима; 8 — сильные деформации поверхности и изменение температурного режима без смены знака; 9 — то же со сменой знака; 10 — номер типа реакции геологической среды. Характер распространения посттехногенных процессов (для карт масштаба 1:500 000): 11 — локальный (участки развития процессов в данном масштабе карт не отражаются); 12 — площадной. Характер распространения посттехногенных процессов по отношению к очагу первоначального воздействия: 13 — внутриочаговый (поражается часть очага); 14 — очаговый (поражается полностью весь очаг); 15 — сверхочаговый (процесс охватывает смежные ненарушенные участки). Прогнозируемые экзогенные геологические процессы: 16 — оползни; 17 — эрозия; 18 — абразия; 19 — заболачивание; 20 — солифлюкция; 21 — криогенное растрескивание; 22 — многолетнее пучение; 23 — новообразование ММП; 24 — деградация ММП; 25 — термокарст; 26 — термоэрозия. Границы и индексы: 27 — областей; 28 — районов, 29 — участков

Оценка устойчивости геологической среды совмещена с районированием, с выделением соподчиненных экогеокриологических комплексов разных уровней. Оно проведено с учетом определенных ранее типов реакции ГС и на ландшафтной основе.

Экогеокриологический участок — участок территории, однородный по типу реакции и величине посттехногенных изменений. Участкам чаще всего соответствуют простые урочища, т. е. это мезоформы или отдельные элементы мезоформ рельефа, отличающиеся определенным типом разреза слоя годовых теплооборотов, определенной степенью увлажненности грунтов СТС–СМС; простые урочища характеризуются внутренней однородностью по значениям среднегодовой температуры грунтов и глубинам сезонного промерзания и протаивания. Экогеокриологические участки рекомендуется отображать на картах масштабов 1:25 000–1:50 000.

Экогеокриологический район — участок территории, объединяющий экогеокриологические участки с одним типом реакции на нарушения. Величина нарушения может варьироваться в различных частях района. Район обычно включает в себя группу урочищ, близких по составу пород, условиям увлажнения, мезоформам рельефа; может полностью соответствовать отдельной монодоминантной местности. Районы рекомендуется отображать на картах масштаба 1:200 000.

Экогеокриологическая область — участок территории, объединяющий парагенетически связанные районы, отличающиеся закономерным сочетанием типов реакции на нарушения. Область может соответствовать отдельной полидоминантной, сложно устроенной местности; наиболее часто область включает группу местностей, близких по расчлененности и дренированности; в ряде случаев может соответствовать отдельному ландшафту с относительно простой морфологической структурой. Области рекомендуется отображать на картах масштаба 1:500 000. Области на карте обозначаются римской цифрой, районы — заглавными буквами, участки — прописными.

В индексы участков, районов и областей включаются номера типов реакции среды на нарушения (А8). Области и реже районы, отличающиеся неоднородной по устойчивости геологической средой, обозначаются сложными индексами, в которых перечисляются все типы реакций. В случае если территории разной устойчивости в контуре имеют примерно равные площади, то номера типов реакции в индексе разделяются тире (І1–2); контур закрашивается горизонтальными полосами равной ширины, либо дается сочетание штриховок равной густоты. Если отмечается преобладание в контуре территории с определенным типом реакции, то соответствующие номера в индексе разделяются запятой (І1,2); контур закрашивается полосами разной ширины или дается сочетание штриховок разной густоты. Области могут состоять из трех и более районов, характеризующихся разной устойчивостью. Все типы реакции отражаются в индексе, а закраска или штриховка даются по двум преобладающим.

На карте реакции ГС на механические нарушения условными знаками показан характер распространения посттехногенных процессов (локальные и площадные); характер распространения посттехногенных процессов по отношению к очагу первоначального воздействия (внутриочаговый, очаговый и сверхочаговый); прогнозируемые экзогенные геологические процессы (оползни, эрозия, абразия, заболачивание, солифлюкция, криогенное растрескивание, многолетнее пучение, новообразование ММП, деградация ММП, термокарст, термоэроэия).

В качестве приложения к карте в виде таблицы дается характеристика выделенных экогеокриологических областей и районов. Для каждого района (на карте масштаба 1:200 000) указываются изменения температурного режима грунтов при уничтожении поверхностных покровов; наиболее неблагоприятные факторы для освоения; активизирующиеся процессы и возможные деформации поверхности; природоохранные мероприятия. Для каждой области (на карте масштаба 1:500 000) характеризуется тип реакции, занимаемая площадь, характер изменений.

Рассмотренная карта содержит оценку изменений геологической среды под влиянием механических нарушений поверхностного покрова с точки зрения ее устойчивости, а также направленности природоохранных мероприятий. Она поможет осуществить размещение хозяйственных объектов с учетом реакции территории на характерные типы воздействия и тем самым свести к минимуму неблагоприятные последствия освоения территории.

С точки зрения содержания легенды, интересно и удачно использованы в качестве критерия устойчивости геологической среды типы ее реакции на нарушение поверхностных покровов, которые увязаны с тем, перейдет ли в измененных условиях среднегодовая температура пород через 0° или нет и соответственно приведут ли активизировавшиеся при этом геологические процессы к деформации поверхности.

6.2.3. Среднемасштабные карты

В качестве примера среднемасштабных инженерно-геологических оценочно-прогнозных карт синтетических по содержанию рассмотрим карты устойчивости. Коллективом сотрудников кафедры инженерной геологии и охраны геологической среды МГУ под руководством В. Т. Трофимова разработаны общие положения проблемы устойчивости геологической среды и факторов, ее определяющих (1994), на основе которых была создана методика составления карт устойчивости массивов (Трофимов и др., 1994а) и серия макетов карт устойчивости массивов пород платформенных и горно-складчатых областей: карты устойчивости массивов дисперсных пород масштаба 1:25 000 и 1:200 000, карты устойчивости массивов лессовых пород масштаба 1:25 000 и 1:100 000, карты устойчивости пород к техногенному загрязнению масштаба 1:50 000, карты устойчивости массивов пород горно-складчатой территории к техногенным воздействием в масштабах 1:25 000 и 1:200 000 за пределами криолитозоны и аналогичные карты для криолитозоны.

Под устойчивостью массива горных пород к техногенным воздействиям авторы понимали его способность сохранять под их влиянием неизменными состав, структуру и состояние или изменять последние в таких пределах, в которых не могут проявляться процессы, ведущие к нарушению функционирования природно-технических систем или к неблагоприятным последствиям. Методологической основой оценки устойчивости массивов пород является положением о том, что устойчивость массивов пород является функцией их природных геологических особенностей и техногенных воздействий определенной интенсивности и должна оцениваться к конкретному типу воздействия определенной интенсивности (Трофимов, Герасимова, Красилова, 1994).

В соответствии с разработанной типовой легендой В. Т. Трофимова, Н. С. Красиловой и А. С. Герасимовой (1996) составлена Карта устойчивости геологической среды к техногенным воздействиям масштаба 1:200 000 для территории с преимущественным развитием глинистых, реже песчаных отложений разнообразного возраста с широким диапазоном изменения влажности и плотности и уклонов поверхности массивов. Фрагмент этой карты представлен на рис. 134.

Рис. 134. Карта устойчивости массивов дисперсных грунтов
к техногенным воздействиям (макет) масштаба 1:200 000
(по В. Т. Трофимову, Н. С. Красиловой, А. С. Герасимовой, 1996)

Пояснения к рис. 134. Генезис и возраст отложений глинистых и песчаных массивов: а1У — современные аллювиальные отложения пойменных террас (пески, пески с гравием и галькой, супеси, суглинки и глины, мощность 5–30 м); a2ІІІ — верхнечетвертичные аллювиальные отложения вторых надпойменных террас (пески, супеси, суглинки, мощность 8–20 м); al2ІІІ — верхнечетвертичные аллювиально-озерные отложения вторых террас (глины, суглинки, пески алевриты, мощность 10–30 м); la3ІІІ — верхнечетвертичные озерно-аллювиальные отложения третьих террас (суглинки, глины, супеси, пески, мощность 15–25 м); la4ІІ–ІІІ — средне-верхнечетвертичные озерно-аллювиальные отложения четвертичных террас (суглинки, супеси, глины, пески, мощность 20–30 м); fІІulp — среднечетвертичные флювиогляциальные отложения усть-ляпинской толщи (пески, пески с гравием, галькой и валунами); saІІІ — верхнечетвертичные субаэральные покровные отложения (супеси и суглинки, мощность 2–10 м); g1lg1laІІulp — среднечетвертичные нерасчлененные отложения усть-ляпинской толщи ледниковые, озерно-ледниковые, озерно-аллювиальные (суглинки, супеси, глины, суглинки и супеси с галькой, пески с галькой, мощность около 30 м); І–ІІsmk+tb среднечетвертичные и нижнечетвертичные озерно-ледниковые и аллювиальные отложения объединенных семейкинской и тобольской свит соответственно (ленточные глины и пески, мощность 10–20 м). Современные опасные геологические процессы и явления: 1 — подмыв склонов; 2 — обвально-осыпные процессы; 3 — действующие и приостановившиеся оползни; 4 — овражная эрозия. Категории устойчивости массивов: 5 — устойчивые; 6 — условно устойчивые; 7 — неустойчивые (штриховка: косая — устойчивость массивов при воздействии статической нагрузки < 0,1 МПа без дополнительного увлажнения (111), горизонтальная — устойчивость массивов при воздействии 112, вертикальная — устойчивость массива при воздействии 113); 8 — круговая диаграмма, каждый сектор соответствует определенному типу техногенного воздействия — 12, 21, 22, 51, 52, 61 (см. табл. 57). Тип штриховки (сплошная, пунктирная, точечная) в сегментах сектора отражает изменение устойчивости массива при увеличении интенсивности техногенного воздействия (121, 122, 123 и т. д.) соответственно от центра к периферии; 9 — границы массивов пород разных видов; 10 — границы геолого-генетических комплексов в пределах массива пород одного вида

Легенда к карте состоит из нескольких разделов. Первый раздел содержит характеристику генезиса и возраста отложений глинистых и песчаных массивов, представленных аллювиально-озерными, флювиогляциальными, озерно-ледниковыми и ледниковыми породами от современного до раннечетвертичного возраста, их литологического состава и мощности. Генезис и возраст отложений показаны на карте геологическим индексом в пределах контура каждого вида массива.

Во втором разделе систематизированы современные опасные геологические процессы и явления: подмыв склонов, обвально-осыпные процессы, действующие и приостановившиеся оползни, овражная эрозия; они показаны на карте условными значками.

Третий раздел легенды содержит оценку устойчивости массивов пород к техногенным воздействиям и выражен в виде таблицы, в вертикальных рядах (колонки) левой части которой даны природные факторы устойчивости массивов, в горизонтальных рядах (строки) верхней части — характер и интенсивность ожидаемого техногенного воздействия (табл. 57). К природным критериям устойчивости отнесены, прежде всего, типы массивов, которые обозначены буквенными индексами и выделены по преобладающему литологическому типу пород с последующим подразделением массивов глинистых пород по увлажненности и набухаемости, лессовых — по увлажненности, суммарной просадке, песчаных — по степени влажности и плотности.

Таблица 57. Оценка устойчивости массивов пород к техногенным воздействиям

Тип массива	Природные факторы устойчивости массивов
	Уклон поверхности	Естественная влажность		Относительное набухание	Плотность сложения песков	Возраст и генезис отложений
	Уклон поверхности	глин, W	песков, Sr	Относительное набухание	Плотность сложения песков	Возраст и генезис отложений
Глинистый, А	0,01—0,1	≤ WP	—	> 0,04	—	la4 II–III, sa III, g, lg, la II ulp
		WP < We ≤ WL	—	< 0,04	—	al2 III, la3 III, la4 II–III, sa III, g, lg, la II ulp
		>WL	—	< 0,04	—	al2 III, la3 III, sa III, g, lg, la II ulp
	> 0,1	WP	—	> 0,04	—	la4 II–III, sa III,
		WP < We ≤ WL	—	< 0,04	—	la3 III, la4 II–III
		> WL	—	< 0,04	—	la3 III, sa III, g, lg, la II ulp, I–II smr + tb
Песчаный, В	< 0,01	—	0,8 < Sr ≤ 1	—	Рыхлые	а IV
Преимущественно песчаный с глинистым слоем сверху, А/В	< 0,01	> WL	0,8 < Sr ≤ 1	< 0,04	Рыхлые	а IV
	0,01–0,1	WP	0,8 < Sr ≤ 0,5	> 0,04	Плотные	sa I II, f II ulp
		WP < We ≤ WL	0,5 < Sr ≤ 0,8	< 0,04	Средней плотности	a2 III
		> WL	0,8 < Sr ≤ 1	< 0,04	Средней плотности	a2 III
Глинистые и песчаные переслаивающиеся, АВ	0,01–0,1	> WL	0,8 < Sr ≤ 1	< 0,04	Средней плотности	al2 III

Характер и интенсивность ожидаемого техногенного воздействия

с увлажнением до WP < W ≤ WL/Sr = 0,5–0,8

статические нагрузки, МПа

динамические нагрузки (ускорение), м/с2

<0,1

0,1–0,3

>0,3

<0,025

0,025–0,1

>0,1

211

221

231

212

222

232

1, 8 , 9

III

1, 6, 8, 9

III

1, 6, 8, 9, 12

1, 6, 8

III

1, 6, 11

III

1, 6, 11

3, 6, 8, 9

III

3, 6, 8, 9

III

3, 6, 8, 9, 12

III

3, 11

III

3, 11

III

3, 11

III

6, 9

III

6, 9

III

6, 9, 12

III

3, 6, 8, 9

III

3, 6, 8, 9, 12

III

3, 11

III

3, 11`

III

3, 11

3, 9

3, 6, 9

III

3, 6, 9, 12

3, 11

III

3, 11

III

3, 11

III

3, 6, 9

III

3, 6, 9

III

3, 6, 9, 12

III

3, 11

III

3, 11

III

3, 11

III

6, 9

III

6, 9

III

6, 9, 12

III

1, 8 , 9

III

1, 6, 8, 9

III

1, 5, 6, 8, 9, 12

1, 6, 8

III

1, 5, 6, 11

III

1, 5, 6, 11

6, 9

III

6, 9, 12

III

6, 9

III

6, 9

III

6, 9, 12

III

5, 11

III

5, 11

III

5, 11

III

6, 9

III

6, 9

III

5, 6, 9, 11

III

5, 11

III

5, 11

III

5, 11

Индекс
массива

Характер и интенсивность ожидаемого техногенного воздействия

без дополнительного увлажнения

статические нагрузки, МПа

динамические нагрузки
(ускорение), м/с2

<0,1

0,1–0,3

>0,3

<0,025

0,025–0,1

>0,1

111

121

131

112

122

132

A22

III

A32

4, 6

III

4, 6

4, 10

III

4, 10

A52

III

6, 9

III

6, 9

III

6, 9, 12

III

A23

4, 6

4, 10

III

4, 10

A33

3, 9

3, 6, 9

III

3, 6, 9, 12

3, 11

III

3, 11

III

3, 11

A53

III

3, 6, 9

III

3, 6, 9

III

3, 6, 9, 12

III

3, 11

III

3, 11

III

3, 11

B91

III

A51/B31

III

6, 9

III

6, 9

III

6, 9, 12

III

A22/B12

III

A32/B52

6, 9

III

6, 9, 12

III

A52/B82

III

6, 9

III

6, 9

III

6, 9, 12

III

5, 11

III

5, 11

III

5, 11

A2B2

III

6, 9

III

6, 9

III

5, 6, 9, 12

III

5, 11

III

5, 11

III

5, 11

Характер и интенсивность ожидаемого техногенного воздействия

с осушением до W ≤ WL/Sr ≤ 0,5

водного потока
со скоростью, м/с

статические
нагрузки, МПа

динамические нагрузки
(ускорение), м/с2

0,3–0,55

0,55–0,8

>0,8

<0,1

0,1–0,3

>0,3

<0,025

0,025–0,1

> 0,1

511

521

531

512

522

532

611

621

631

III

4, 6

4, 10

III

6, 9

III

6, 7, 12

7, 10

III

7, 10

4, 6

4, 10

III

4, 10

III

4, 6, 7

III

4, 6, 7

4, 7, 10

III

4, 7, 10

III

4, 6, 7

III

4, 6, 7

4, 7, 10

III

4, 7, 10

III

6, 7, 12

III

7, 11

III

7, 11

III

6, 7

III

6, 7, 12

7, 10

III

7, 10

6, 7

III

6, 7

7, 10

III

7, 10

6, 7

III

6, 7

III

При составлении макета карты устойчивости масштаба 1:200 000 рассмотрено пять типов техногенного воздействия на выделенные массивы пород. Эти типы проиндексированы в соответствии с типовой легендой цифрами: статические (11) и динамические (12) нагрузки, увлажнение пород (2), осушение (5), воздействие водного потока (6). Интенсивность воздействия — надстрочный цифровой индекс.

Рассмотрены три уровня статических нагрузок: < 0,1 МПа (111); 0,1–0,3 МПа (112) и > 0,3 МПа (113) и три уровня динамических нагрузок с ускорениями: < 0,025 МПа (121); 0,025–0,1 МПа (122) и > 0,1 м/с2 (123). Указанные уровни динамических нагрузок отвечают землетрясениям силой < 4, 4–7 и > 7 баллов соответственно, но отличаются неограниченностью времени воздействия.

Далее отражено влияние статических и динамических нагрузок также трех уровней по интенсивности, наложенных на увлажнение или на осушение массивов пород. Для данного макета карты устойчивости из типовой легенды взято увлажнение глинистых массивов до пластичной консистенции грунтов (Wp < Wест ≤ WL), а песчаных — до увлажненного состояния (Sr = 0,5–0,8); осушение массивов — до твердой консистенции глинистых пород (Wест ≤ Wp) и до слабо увлажненного состояния песчаных пород (Sr ≤ 0,5).

Выделено три уровня по силе воздействия водного потока на основании известных максимальных неразмывающих скоростей течения для разных групп пород. В легенде предусмотрены следующие скорости воздействующего потока: 0,3–0,55 м/с (611), 0,55–0,8 м/с (612) и > 0,8 м/с (613).

Устойчивость каждого массива к техногенному воздействию в таблице-матрице показана римскими цифрами в клетках на пересечении вертикальных и горизонтальных рядов: I — устойчивые, ІІ — условно устойчивые и ІІІ — неустойчивые. В цветном варианте макета карты они показаны соответственно зеленым, желтым и красным цветом. Рядом с римской цифрой в квадрате арабскими цифрами обозначены инженерно-геологические процессы, которые могут возникнуть в массиве в результате техногенного воздействия определенной интенсивности. Содержание их раскрыто в пятом разделе легенды.

Четвертый раздел легенды расшифровывает приемы отображения в таблице и на карте категории устойчивости массивов пород.

В пятом разделе перечислены те антропогенные процессы, которые могут возникнуть в результате рассматриваемых техногенных воздействий: 1 — заболачивание, 2 — овражная эрозия, 3 — оползни, 4 — обвалы и осыпи, 5 — механическая суффозия, 6 — неравномерная осадка, 7 — усадка, 8 — набухание, 9 — пучение, 10 — трещинообразование, 11 — разупрочнение грунтов от динамической нагрузки до полного разжижения, 12 — разрушение грунта в основании сооружений из-за полного нарушения структурных связей.

В шестой раздел легенды вынесены прочие обозначения, в число которых входят границы массивов пород и геолого-генетических комплексов.

Принципы выделения массивов. Массивы пород на карте выделяются по преобладающему литологическому типу пород. На рассматриваемой карте выделены однопородные однослойные глинистые и песчаные массивы (А, В), двухпородные двухслойные массивы (А/В) и массивы двухпородного переслаивания (АВ).

Однопородные однослойные глинистые массивы (А) развиты в основном среди озерно-аллювиальных и аллювиально-озерных отложений ІІ, ІІІ и ІV надпойменных террас, однопородные песчаные массивы (В) встречаются редко в пределах прирусловых валов поймы. Двухпородные массивы с двухслойным характером разреза (А/В) представлены преимущественно песчаными отложениями с глинистым слоем в верхней части, входящими в состав аллювиальных отложений поймы, I и ІІ надпойменных террас, флювиогляциальных и озерно-ледниковых среднечетвертичных отложений высоких террас и водоразделов. Двухпородные массивы в виде переслаивания песчаных и глинистых отложений (AВ) локально развиты среди аллювия ІІ надпойменной террасы.

На втором уровне подразделение массивов проведено по уклону их поверхности с выделением трех градаций: < 0,01 (< 1°); 0,01–0,1 (1–6°); > 0,1 (> 6°), обозначенных в легенде и на карте арабской цифрой в подстрочном индексе у буквенного индекса: А1, А2, А3.

На третьем уровне подразделение массивов проведено на основании учета двух признаков: для глинистых грунтов — степени увлажненности и набухаемости, для песчаных — степени увлажненности и плотности сложения.

Среди глинистых массивов по степени увлажненности выделены: 1) слабо увлажненные, с весовой влажностью ниже влажности нижнего предела пластичности (Wест < Wp), обусловливающей твердую консистенцию пород; 2) увлажненные, с колебанием весовой влажности между нижним и верхним пределами пластичности (Wp < Wecт ≤ WL), обусловливающим пластичную консистенцию пород; 3) сильно увлажненные массивы при весовой влажности выше верхнего предела пластичности (Wecт > WL), обеспечивающей скрытотекучую консистенцию грунтов.

Массивы с разной степенью увлажненности разделены на набухающие (относительное набухание > 0,04) и ненабухающие (< 0,04). Всего по указанным признакам на карте выделены 3 вида глинистых массивов, обозначенных в соответствии с предложенной типовой легендой карты устойчивости арабской цифрой в надстрочном индексе при буквенном индексе: А2, А3, А5.

Глинистые массивы слабо увлажненные, обычно набухающие (A22, А32), на рассматриваемой территории встречаются достаточно редко среди озерно-аллювиальных и озерно-ледниковых отложений средне- и позднечетвертичного возраста и приурочены в основном к прибровочной части высокого берегового уступа, где они слабооблессованы.

Глинистые массивы увлажненные (А23, А33), но не набухающие, тяготеют к прибровочным частям пойменных террас и приводораздельным участкам пологих склонов, дренируемых верховьями логов и оврагов.

Сильно увлажненные глинистые массивы ненабухающие (A25, A35) приурочены к широким, слабо расчлененным, плохо дренируемым водоразделам и тыловым частям надпойменных террас, а также к правобережному береговому уступу, где массив сильно увлажнен из-за разгрузки подземных вод.

Среди песчаных массивов по степени увлажненности выделены:

1) слабо увлажненные, при степени влажности грунтов ≤ 0,5, обусловленной достаточно глубоким (> 5 м) залеганием грунтовых вод. Породы такой влажности на данной территории не образуют однопородных массивов, а составляют лишь песчаную часть разреза в двухпородных двухслойных массивах типа A22/В21 среди среднечетвертичных флювиогляциальных отложений, перекрытых покровными суглинками;

2) увлажненные, при степени влажности 0,5–0,8, с глубиной залегания грунтовых вод 2–5 м. Породы такой увлажненности составляют часть двухпородного двухслойного массива (A23/В25) среди аллювиальных отложений ІІ надпойменной террасы;

3) насыщенные водой при степени увлажненности > 0,8, обусловленной близким залеганием (< 2 м) грунтовых вод, особенно широко развиты среди аллювиальных отложений поймы.

Песчаные массивы разной степени увлажненности разделены по плотности сложения на рыхлые, средней плотности и плотные.

Масштаб исследований не позволяет определить в массовом порядке гранулометрический состав и соответственно воспользоваться определением категории плотности по коэффициенту пористости (по ГОСТу). Поэтому на основании экспертной оценки к песчаным массивам рыхлого сложения авторы отнесли пески поймы (аІV) и I надпойменной террасы (аІІІ–ІV), средней плотности — пески ІІ надпойменной террасы (а2ІІІ), а к плотным — флювиогляциальные пески среднечетвертичного возраста. По совокупности двух признаков выделен один реально существующий на данной территории песчаный массив — водонасыщенный песчаный массив рыхлого сложения (B19), локально развитый в пределах поймы.

Двухпородные двухслойные массивы подразделены на виды также в совокупности по рассмотренным выше двум парам признаков для каждой части разреза. В результате среди преимущественно песчаных массивов с глинистым слоем в верхней части выделено четыре следующих реально существующих на данной территории вида массивов, из которых один имеет ровную поверхность (уклон < 0,01) и три с уклоном 0,01–0,1. Массивы сложены: 1) сильно увлажненными ненабухающими глинистыми породами, которые залегают на водонасыщенных рыхлых песках (А15/B19), слагающих пойму р. Северная с практически ровной поверхностью (< 0,01); 2) слабо увлажненными ненабухающими глинистыми верхнечетвертичными покровными породами на слабо увлажненных плотных среднечетвертичных флювиогляциальных песках (А22/B21); 3) увлажненными ненабухающими глинистыми породами на увлажненных песках средней плотности (А23/B25), слагающих аллювий ІІ надпойменной террасы мелких притоков; 4) сильно увлажненными ненабухающими глинистыми породами на водонасыщенных песках средней плотности ІІ надпойменной террасы мелких притоков (А25/B28).

Локально развит двухпородный массив, представленный переслаиванием сильно влажных ненабухающих глинистых и водонасыщенных средней плотности песчаных грунтов (А25/B28), среди аллювиально-озерных отложений II надпойменной террасы.

В целом в соответствии с разработанной типовой легендой на карте выделено 12 видов массивов, индексы которых приведены в соответствующей колонке таблицы-матрицы.

Принципы оценки устойчивости массивов глинистых и песчаных пород к техногенному воздействию. На пересечении горизонтальных и вертикальных рядов таблицы приведена оценка устойчивости конкретных массивов к определенному техногенному воздействию. Выделены три категории устойчивости массивов пород: устойчивые (I), условно устойчивые (ІІ) и неустойчивые (ІІІ). Условно устойчивую оценку получили массивы, для которых переход от категории устойчивых к неустойчивым и наоборот может зависеть от двух причин: 1) конкретизации величины техногенной нагрузки в пределах указанного диапазона того или иного уровня по интенсивности или 2) от более точного определения наименования пород грунтового массива по дисперсности и состоянию. Сначала оцениваются результаты одиночного воздействия в виде статических или динамических нагрузок разной интенсивности без дополнительного увлажнения (I1, І2).

Для оценки устойчивости глинистых массивов к статическим нагрузкам использована табл. 3 из СНиП 2.02.01–83 (1985, с. 37) с расчетными сопротивлениями для пылевато-глинистых (непросадочных) грунтов с различными составом, пористостью и показателем текучести. Но так как при масштабе 1:200 000 известна лишь консистенция грунта и величина прилагаемой нагрузки, мы считаем глинистый массив устойчивым к ней, если нагрузка не превышала ни одно из указанных в таблице расчетных сопротивлений для глинистых грунтов разных состава и пористости. Если же она превышала какую-то часть из них, то массив оценивался как условно устойчивый, т. е. условность оценки связана с тем, что в зависимости от состава глинистого грунта (супесь, суглинок или глина) и его пористости (неопределенные при данном масштабе исследований) массив может быть устойчивым или неустойчивым при данной нагрузке. Если же прилагаемая статическая нагрузка была больше всех расчетных сопротивлений, приведенных в СНиП 2.02.01–83 (1985, с. 37), то массив оценивался как неустойчивый. Характер оценки как бы подкреплен указанием (цифровым) тех инженерно-геологических процессов, которые могут при этом возникнуть.

Как устойчивые оценены массивы глинистых грунтов слабо увлажненные с твердой консистенцией (А22, А32) при нагрузках < 0,1 МПа. Для больших нагрузок оценка снижена до условно устойчивой, так как у массивов, сложенных супесями и суглинками с большой пористостью (> 0,7), может возникнуть неравномерная осадка. Как условно устойчивые при воздействии статических нагрузок < 0,1 и 0,1–0,3 МПа оценены увлажненные массивы пластичной консистенции с наклонной поверхностью (> 0,1), в которых могут возникать неравномерная осадка, пучение грунтов и оползни. К неустойчивым при всех статических нагрузках отнесены сильно увлажненные глинистые массивы (А25, А35) со скрытотекучей консистенцией, а массивы увлажненные с пластичной консистенцией (А23, А33) неустойчивы при нагрузках > 0,3 МПа. В таких массивах могут происходить неравномерная осадка фундамента, пучение, а при больших нагрузках (> 0,3 МПа) — разрушение грунта в основании сооружений из-за полного нарушения структурных связей и перехода в текучее состояние.

При оценке устойчивости к статическим нагрузкам песчаных массивов использована табл. 2 из СНиПа 2.02.01–83 (1985) с расчетными сопротивлениями R0 для песчаных грунтов с различными составом, влажностью и плотностью. На основании этих данных водонасыщенные рыхлые массивы (B19) оценены как неустойчивые по отношению к статическим нагрузкам всех трех градаций, так как под их воздействием может возникнуть неравномерная осадка фундамента.

Устойчивость к статическим нагрузкам двухпородного, преимущественно песчаного массива с глинистым слоем в верхней части (А/В) оценивали сначала по устойчивости глинистой части разреза с последующей корректировкой (при необходимости) по песчаной части. Устойчивость к статическим нагрузкам преимущественно глинистых массивов с песчаным слоем в верхней части (В/А) определяли по песчаному грунту с уточнением оценки по глинистому грунту. Устойчивость массивов глинистых и песчаных переслаивающихся (АВ) пород оценивали по наихудшему варианту относительно состояния каждого из переслаивающихся типов пород.

При оценке устойчивости массивов пород к воздействию динамических нагрузок с различными виброускорениями мы ориентировались, с одной стороны, на характеристику остаточных деформаций горных пород по шкале MSK–64 при землетрясениях соответствующей балльности, а с другой — поскольку время воздействия динамических нагрузок на массив в отличие от сейсмических нагрузок не ограничено, использовали закономерности квазитиксотропного разупрочнения глинистых грунтов, полученные экспериментально (Вознесенский, Калачев, Трофимов и др., 1990). При этом мы исходим из того, что устойчивость к динамическим нагрузкам не может быть выше, чем к статическим.

К неустойчивым отнесены все сильно увлажненные глинистые (А25, А35) и водонасыщенные песчаные (B19) массивы при всех ускорениях, а также увлажненные глинистые пластичной консистенции (А23, А33) массивы при ускорениях > 0,025 м/с2, поскольку в этих условиях динамические нагрузки могут вызвать разупрочнение грунтов до полного разжижения, а в массивах с уклоном поверхности > 6° и возникновение оползней. К массивам, устойчивым к воздействию динамических нагрузок с ускорениями < 0,025 м/с2, отнесены глинистые слабо увлажненные массивы твердой консистенции (А22, А32). С увеличением ускорений такие глинистые массивы переходят в разряд условно устойчивых и неустойчивых из-за возможного развития трещинообразования, а на склонах — обвалов и осыпей. Устойчивость к динамическим нагрузкам двухпородного преимущественно песчаного массива с глинистым слоем в верхней части (А/В) определяли, прежде всего, по устойчивости глинистой части разреза (по аналогии с однопородным глинистым массивом), но при наличии рыхлых увлажненных и водонасыщенных песков значение оценки массива по устойчивости существенно снижали из-за возможного развития механической суффозии.

При оценке устойчивости глинистых массивов к статическим и динамическим нагрузкам в условиях увлажнения пород до пластичного состояния (до влажности, которая больше нижнего предела пластичности, но меньше или равна влажности верхнего предела пластичности) мы исходили, прежде всего, из того, изменяет ли увлажнение в данных пределах существующую консистенцию пород или нет. В тех случаях, когда породы массива уже имели пластичную (А23, А33) или текучую (А25, А35) консистенцию, категорию устойчивости оставляли такой же, что и при аналогичных нагрузках без дополнительного увлажнения. При этом прогнозировалось развитие тех же инженерно-геологических процессов, т. е. пучение, неравномерная осадка, а при больших нагрузках — разрушение грунта в основании сооружений из-за полного нарушения структурных связей. Устойчивость глинистых массивов твердой консистенции (А22, А32) к статическим нагрузкам при увлажнении до пластичной консистенции оценивали по аналогии с пластичными грунтами без дополнительного увлажнения, но в данном случае следует учитывать возможность развития процессов набухания, а также заболачивания массива, наклон поверхности которого <0,01, поэтому для этих массивов категория устойчивости понижена на ступень. Таким же образом подходили к оценке устойчивости глинистых грунтов к динамическим нагрузкам с наложением увлажнения.

Для песчаного массива В19, сложенного рыхлыми водонасыщенными песками поймы, а также для массива В25, представленного влажными песками II надпойменной террасы со средней плотностью, увлажнение до влажного состояния не изменяет состояние пород, поэтому массиву присвоена такая же категория устойчивости, как и при статических нагрузках, приложенных к этим породам без дополнительного увлажнения.

Устойчивость двухпородных двухслойных массивов к статическим нагрузкам (> 0,1 МПа) определяли по наихудшей из оценок каждого слоя, полученных по аналогии с однопородными массивами соответствующей влажности. При малых нагрузках (< 0,1 МПа) влияние нижнего неблагоприятного слоя зависит от глубины его залегания (т. е. от мощности верхнего слоя), поэтому при необходимости суммарную оценку относительной устойчивости верхнего слоя понижали до условно устойчивой.

Устойчивость массивов пород к динамическим нагрузкам с одновременным наложением техногенного увлажнения (221, 222, 223) определяли по аналогии с устойчивостью к динамическим нагрузкам без дополнительного увлажнения массивов того же состава (121, 122, 123), но естественная влажность пород которых близка к той, которая достигается при дополнительном увлажнении.

Аналогичный подход сохранялся при оценке устойчивости массивов пород к статическим (511–3) и динамическим (521–3) нагрузкам в условиях осушения. Для преимущественно глинистых массивов, уже имеющих естественную влажность ниже нижнего предела пластичности, устойчивость к техногенным воздействиям (511–3 и 521–3) будет такой же, как и к воздействию статических (111–3) и динамических (121–3) нагрузок без дополнительного увлажнения. Для глинистых массивов с пластичной консистенцией пород (А23, А33), а особенно с текучей (А25, А35) осушение до твердой консистенции вызовет усадку и процессы растрескивания, которые могут привести к снижению прочности. При этом приложение статических нагрузок может сопровождаться неравномерной осадкой, поэтому в данном случае устойчивость к техногенным воздействиям статических нагрузок с осушением (511–3) будет несколько ниже, чем в случае воздействия статических нагрузок без дополнительного увлажнения (111–3).

Массив рыхлых водонасыщенных песков (В19), неустойчивый к статическим нагрузкам в естественном состоянии, после осушения становится устойчивым при малых нагрузках и по мере их роста переходит в категорию условно устойчивого, затем неустойчивого массива из-за нарастающей неравномерной осадки. Интенсивность этого инженерно-геологического процесса возрастает с приложением динамических нагрузок, и категория устойчивости соответственно понижается.

Устойчивость глинистых массивов к воздействию водного потока оценивали на основании известных допустимых максимальных неразмывающих скоростей течения воды для разных групп пород (Эрозионные процессы, 1984); для суглинков использовали установленные Т. Г. Жордания зависимости изменения неразмывающих скоростей от влажности (Сергеев и др., 1983). При воздействии водного потока со скоростью < 0,55 м/с к устойчивым массивам отнесены все глинистые массивы с влажностью больше нижнего предела пластичности (А23, А25, А33, А35), а при влажности < Wp приняты за условно устойчивые. С увеличением скорости потока до 0,8 м/с устойчивыми остаются массивы с влажностью > Wр, но с уклоном поверхности < 0,1. Увеличение уклона поверхности (массивы А33, А35) приводит к дополнительному росту скорости потока и снижению устойчивости массивов из-за более активного развития процесса эрозии. Особенно неустойчивы к воздействию водного потока с увеличением его скорости массивы (А22, А23) глинистых грунтов воздушно-сухие и слабо влажные (Wест < Wp), поскольку текущая вода быстро впитывается и вызывает резкое ослабление связей между частицами, слагающими грунт.

Преимущественно песчаные массивы (B19) сложены легко размываемыми породами, поэтому при воздействии водного потока со скоростью > 0,55 м/с они будут неустойчивыми; при скоростях < 0,55 м/с эти массивы оценены нами как условно устойчивые, поскольку в зависимости от дисперсности, содержания включений гравийно-галечного материала и т. п. категория устойчивости может изменяться в ту или иную сторону.

Устойчивость двухслойных двухпородных массивов к воздействию водного потока определяется с учетом сказанного выше для глин и песков по реакции верхнего слоя. Соответственно преимущественно песчаные массивы со слоем увлажненных (А23/B25) и сильно увлажненных (А25/B28) глин в верхней части оценены как устойчивые к воздействию водного потока со скоростью 0,8 м/с и как условно устойчивые при превышении этой скорости. Массив преимущественно песчаный, перекрытый слабо влажными глинами, устойчив к воздействию водного потока лишь со скоростью < 0,55 м/с, но с увеличением скорости он становится условно устойчивым и неустойчивым. Наличие в верхней части глинистого массива песчаного слоя делает его в основном неустойчивым к воздействию водного потока.

Графические приемы отображения необходимой информации на карте. Приемы отображения категорий устойчивости на карте и в таблице-матрице описаны в IV разделе легенды. На макете карты устойчивость массивов пород к техногенным воздействиям показана штриховкой разных типа и наклона (в цветном варианте карты — цветом и цветной штриховкой), а также диаграммами. Точечный крап на карте и в диаграмме показывает устойчивые массивы, штриховые линии — условно устойчивые; а сплошные — неустойчивые. На карте устойчивость массивов пород к самому распространенному техногенному воздействию — статическим нагрузкам — отражена наклоном штриховки: < 0,1 (111) — косая, 0,1–0,3 (112) — горизонтальная и > 0,3 МПа (113) — вертикальная.

Устойчивость массивов к другим техногенным воздействиям показана на карте разной штриховкой в секторах диаграммы, где каждый сектор соответствует определенному типу техногенных воздействий, обозначенному индексом (12, 21, 22, 61) в соответствии с таблицей-матрицей. Вид штриховки в концентрических сегментах сектора отражает изменение устойчивости массива при увеличении интенсивности техногенного воздействия (121, 122,123 и т. п.) от центра к периферии диаграммы.

Карта устойчивости массивов дисперсных пород в предложенной редакции позволяет наглядно представить информацию о природном состоянии массивов пород, дать перечень ожидаемых техногенных воздействий определенной интенсивности и на основании экспертной оценки и нормативных документов показать прогноз устойчивости массивов пород к этим воздействиям и тем негативным антропогенным процессам, которые могут при этом возникнуть. Укрупнение масштаба исследования (1:50 000; 1:25 000) повышает разрешающие возможности карты и дает возможность, как показывает наш опыт, более дробно подразделять массивы глинистых и песчаных пород по гранулометрическому составу с учетом требований строительных норм и правил, а также точнее определять плотность сложения песков по коэффициенту пористости. В результате появляется более аргументированная оценка устойчивости массивов к техногенным воздействиям, а в ряде случаев уточняется устойчивость тех массивов, которые ранее оценивались как условно устойчивые, что помогает перевести их в категорию устойчивых или неустойчивых.

6.2.4. Крупномасштабные карты

В качестве примера крупномасштабных оценочно-прогнозных карт, синтетических по содержанию, рассмотрены: типовая легенда Карты устойчивости массивов пород орогенных областей к техногенным воздействиям, разработанная В. Т. Трофимовым и Н. С. Красиловой (1998) и иллюстрирующий ее макет; детальная Карта прогноза критических ситуаций в состоянии железнодорожных ГТС участка БАМ и рекомендаций по повышению ее устойчивости, составленная А. Л. Ревзоном совместно с Е. А. Толстых (Ревзон, 1992).

Типовая легенда и методика составления Карт устойчивости массивов пород орогенных областей к техногенным воздействиям разработана авторами данного произведения. Они исходили из того, что устойчивость массивов пород является функцией природных факторов и техногенных воздействий и должна оцениваться лишь к конкретному типу техногенных воздействий определенной интенсивности. Это положение служит методологической основой оценки устойчивости массивов пород.

Типовая легенда карты устойчивости состоит из шести разделов. Первый включает сведения о типах разрезов четвертичных отложений и стратиграфических комплексах дочетвертичных пород, в нем отражаются генезис, возраст, литологический состав и мощность пород.

Во втором разделе приводятся сведения о современных геологических процессах и явлениях, которые развиты на данной территории и могут представлять угрозу для инженерных сооружений, и расшифровывается способ отображения их на карте условными значками.

В третьем разделе дается оценка устойчивости массивов пород к техногенным воздействиям. Этот раздел легенды представляется в виде двухрядной таблицы-матрицы, в левой части которой в вертикальных рядах отражены выделенные типы массивов пород (табл. 58), а в горизонтальных рядах в верхней части — характер и интенсивность ожидаемых техногенных воздействий (табл. 59). В клетках, образующихся на пересечении вертикальных и горизонтальных рядов, предполагается цветом показывать устойчивость определенного вида массива пород к конкретному техногенному воздействию определенной интенсивности. На фоне цвета в клетках цифрами будут показываться те антропогенные геологические процессы, которые могут при этом возникнуть.

Таблица 58. Типы массивов горных пород (фрагмент таблицы-матрицы легенды
Карты устойчивости массивов пород к техногенным воздействиям)

По классу грунтов		Растворимость (при взаимодействии с водой)		По преобладающим породам в массиве
Сложенные грунтами одного класса (однородные)	дисперсные (I)	нерастворимые (<0,01 г/л ) (I1)		однослойные	глинистые	I11*
					лёссовые	I12
					песчаные	I13
					валунно-галечниковые	I14
					щебнисто-каменистые	I15
					сапропелево-торфяные	I16
				двухслойные	песчаные с глинистым слоем в верхней части	I11/3
					глинистые с песчаным слоем в верхней части	I13/1
				многослойные	переслаивание глинистых и песчаных пород и т. д.	I11,3
	полускальные (II)	нерастворимые (<0,01 г/л) (II1)		конгломераты, песчаники среднелитифицированные		II17
				алевролиты, аргиллиты, глины		II18
				глинистые, углисто-глинистые, филлитовидные сланцы		II19
				опоки		II110
				трепел, диатомиты		II111
				сильновыветрелые скальные породы		II112
				милониты, катаклазиты, тектонические брекчии		II113
		трудно- растворимые (II2)		трещиноватые смещенные блоки скальных и полускальных пород		II114
			водостойкие	мергели		II215
			неводостойкие	мел		II216
		среднерастворимые (1–10 г/л) (II3)		гипсы		II317
		легкорастворимые (II4)		каменные соли (галит, сильвин, карналлит)		II418
	cкальные (III)	нерастворимые (III1)		гранитоиды и др.		III119
				базальтоиды. андезиты и др.		III120
				кристаллические сланцы, гнейсы, кварциты и др.		III121
				песчаники, аргиллиты, алевролиты сильно литифицированные		III122
		труднорастворимые (III2)		доломиты, известняки		III223
				мраморы		III224
		среднерастворимые (III3)		ангидриты		III325
Сочетание грунтов разных классов (неоднородные)	дисперсные на полускальных (I/II)	растворимость грунтов каждого класса характеризуется по аналогии с грунтами однородных массивов (I, II, III)		перечень преобладающих пород тот же, что и для массивов, сложенных грунтами одного класса
	дисперсные на скальных (I/III)
	полускальные на дисперсных (II/I)
	полускальные на скальных (II/III)
	скальные на дисперсных (III/I)

* Под таким знаком класс грунтов, входящих в массив, их состав и растворимость при взаимодействии с водой отображены в интегральном индексе вида массива.

Таблица 59. Характер и интенсивность техногенных воздействий

В четвертом разделе расшифровывается значение цвета. Зеленый цвет соответствует устойчивому состоянию массива, желтый — условно устойчивому, красный — неустойчивому. В этом же разделе помещены сведения о том, как отображаются категории устойчивости массивов пород на карте, объясняются построение и содержание специальных круговых диаграмм.

В пятом разделе типовой легенды перечисляются прогнозируемые антропогенные геологические (инженерно-геологические) процессы и явления, показанные цифрами в клетках таблицы-матрицы, которые могут возникнуть в пределах конкретного массива при определенном техногенном воздействии. В шестом разделе помещаются прочие обозначения в виде различного рода границ.

Выделение массивов пород в таблице-матрице, устойчивость которых к техногенному воздействию оценивается, производится с учетом класса слагающих грунтов, типа взаимодействия с водной жидкой компонентой, состава преобладающих пород и их сочетания в массиве (см. табл. 58). По классу пород, в соответствии с характером связей в них, массивы подразделяются на: 1) однородные массивы, сложенные породами одного класса (дисперсные — I, полускальные — ІІ, скальные — ІІІ); 2) неоднородные, сложенные сочетанием пород разных классов. Последние представлены: дисперсными породами, залегающими на полускальных (І/ІІ), дисперсными — на скальных (I/ІІІ), полускальными — на дисперсных (ІІ/І), полускальными на скальных (ІІ/ІІІ), скальными — на дисперсных (ІІІ/I). На следующем уровне массивы разделяются по степени растворимости пород при взаимодействии с водной жидкой компонентой, которая определяет масштаб развития таких неблагоприятных процессов и явлений, как снижение прочности из-за размягчаемости пород и развития пластических деформаций или потеря несущей способности из-за развития карстовых процессов. В соответствии с ГОСТом выделено четыре типа массивов: нерастворимые (сложенные породами с растворимостью менее 0,01 г/л), труднорастворимые (0,01–1 г/л), среднерастворимые (1–10 г/л), легкорастворимые (более 10 г/л). Эти массивы обозначаются арабской цифрой в нижнем индексе римской цифры (I1–4).

Далее подразделение массивов идет по преобладающим в них породам. Среди массивов дисперсных грунтов выделяются однослойные, двухслойные и многослойные. Массивы, выделенные по преобладающим породам, обозначаются арабской цифрой в основной строчке (І11–25). Генетическая и возрастная принадлежность пород массива показывается геологическим индексом. Дальнейшее ранжирование массивов пород на виды проводится на основании природных факторов устойчивости (табл. 60), включающих сейсмическую балльность, энергию рельефа и уклоны поверхности территории развития массива, пораженность опасными экзогенными геологическими процессами, наличие зон и поверхностей потенциального разрушения и соотношение их с уклонами рельефа, увлажненность (обводненность), для многолетнемерзлых пород дополнительно учитывается льдистость, среднегодовые температуры и тепловая инерция пород.

Таблица 60. Природные факторы устойчивости массивов
пород к техногенным воздействиям

На последнем уровне массивы ранжируются по некоторым специфическим показателям (для глинистых пород — относительное набухание, для лессовых — суммарная просадка и т. п.), наиболее полно отражающим инженерно-геологические особенности пород, и определяющим их поведение в массиве. Каждый из выделенных в таблице-матрице видов массива на основании учета всех природных факторов получает сложный индекс, состоящий из буквенных и цифровых знаков, который может быть вынесен на карту.

По сейсмической балльности выделяются три группы массивов:

1) с сейсмичностью ≤ 6 баллам, проектирование сооружений на которых проводится без учета сейсмического воздействия;

2) 7–9 баллов — проектирование с учетом сейсмического воздействия;

3) > 9 баллов, когда строительство не рекомендуется (СНиП, 1985).

Геодинамическая обстановка существования массивов пород во многом определяется рельефом их поверхности. В качестве характеристики рельефа используется его энергия, которая описывается как превышение местности в абсолютных отметках горизонталей на линейный километр в направлении, перпендикулярном линиям врезов. Предлагается выделить четыре типа массивов по энергии рельефа: 1) A — низкая энергия рельефа (< 200 м/км), типична для массивов, развитых на территориях с равнинным и холмистым рельефом с преобладающими уклонами < 12°; 2) Б — средняя энергия рельефа (200–500 м/км), типична для массивов, развитых на территориях с низкогорным и среднегорным рельефом в основном с уклонами 12–31°; 3) В — высокая энергия рельефа (600–1000 м/км), типичная для массивов, развитых на территориях со среднегорным и высокогорным рельефом с преобладающими уклонами 31–45°; 4) Г — очень высокая энергия рельефа (> 1000 м/км), характерна для массивов пород, развитых в районах с альпийским высокогорным рельефом, с высокой сейсмичностью.

Массивы пород в горных районах по уклону поверхности подразделяются на три группы: 1) с уклоном < 5°— пригодны для жилищного и других видов строительства; 2) 5–16° — ограниченно пригодны; 3) > 16° — не пригодны (СНиП, 1967). Выделенные массивы пород по этому признаку индексируются соответственно цифрами 1, 2, 3, которые ставятся в верхней строчке буквенного индекса рельефа (I121А1–3).

По площадной пораженности территории опасными экзогенными геологическими процессами (ОЭГП), в значительной степени определяющими устойчивость массивов пород к техногенным воздействиям, выделены три группы: слабой пораженности — 1–5 %, средней — 5–25 % и сильной — более 25 %. Выделенные по этому признаку массивы обозначаются арабскими цифрами 1–3 в нижней строке относительно буквенного индекса (I121А21–3).

Дальнейшее подразделение массивов проводится по таким важным особенностям строения и состояния массива, как наличие зон и поверхностей потенциального разрушения и соотношения их ориентировки с уклонами рельефа. Выделены группы массивов, в которых такие зоны отсутствуют или присутствуют. В последнем случае они подразделяются на две подгруппы: 1) массивы, в которых присутствующие зоны и поверхности потенциального разрушения не совпадают с топографическими уклонами рельефа и 2) то же, но приблизительно совпадают с топографическими уклонами рельефа. Вторая подгруппа массивов пород, как правило, всегда будет неустойчивой, поскольку воздействие техногенных нагрузок будет приводить из-за легкости соскальзывания пачек пород к развитию оползневых и обвально-осыпных процессов. Массивы пород, выделенные по этому признаку, индексируются арабской цифрой в основной строчке после буквенного индекса (I121А21–3 1–3).

Следующим признаком разделения массивов пород является характер их увлажненности (для дисперсных грунтов) и обводненности (для скальных), поскольку от этого зависит изменение состояния и свойств пород, развитие неблагоприятных процессов и явлений. Массивы дисперсных грунтов подразделяются на слабоувлажненные, увлажненные и сильноувлажненные или насыщенные водой (см. табл. 60). Среди массивов скальных грунтов выделяются сдренированные, слабообводненные со спорадическим распространением подземных вод и обводненные. Степень обводненности (увлажненности) массивов пород индексируется арабскими цифрами в нижней строчке относительно предыдущего цифрового индекса (I121А21 110–20).

Дальнейшее подразделение массивов пород проводится по некоторым специфическим показателям, которые характеризуют наиболее важные с точки зрения устойчивости массивов инженерно-геологические особенности пород: для глинистых грунтов — набухаемость, для лессовых — величина суммарной просадки, для песчаных пород — плотность сложения.

Массивы крупнообломочных грунтов (валунно-галечниковых и щебнисто-каменистых) предлагаем подразделять по составу и содержанию заполнителя, так как эти показатели обусловливают инженерно-геологические особенности всех крупнообломочных грунтов. Предлагается выделение массивов с содержанием песчаного заполнителя более 40 % и менее 40 %, а глинистого — более 30 % и менее 30 %. Такие значения в качестве рубежных предлагаются в ГОСТе (1981).

Для оценки устойчивости массивов скальных грунтов наиболее важным показателем, отражающим их состояние, является степень трещиноватости, которая определяет важные с точки зрения устойчивости, массива свойства пород, такие как прочность, деформируемость, плотность, неоднородность, проницаемость, анизотропия, напряженное состояние. В связи с этим предлагаем выделять массивы по частоте трещин в соответствии с данными СНиПа (1967), где по расстоянию между трещинами породы подразделяются на слаботрещиноватые (> 50 см), трещиноватые (30–50 см) и сильнотрещиноватые (< 30 см). Индексация массивов, выделенных по некоторым специфическим показателям, проводится арабской цифрой (1–17) в верхней строке относительно предыдущего цифрового индекса (I121А21 1101–17).

Массивы пород, ранжированные по природным факторам устойчивости, характеризуются в итоге в таблице-матрице интегральном индексом, в котором каждый фактор имеет свое буквенное или цифровое обозначение. Этот знак дается красным цветом для тех факторов, которые очевидно будут способствовать снижению устойчивости массива при техногенном воздействии. Каждому выделенному массиву пород однородному по составу, строению и природным факторам устойчивости присваивается номер, который выносится на карту. По этому номеру из таблицы-матрицы вычитывается полная информация о составе пород и природных факторах устойчивости для каждого массива.

В верхних горизонтальных рядах таблицы-матрицы помещены наиболее широко распространенные типы техногенных воздействий (см. табл. 59): статические и динамические нагрузки, разгрузка, изменение и колебание уровенного режима подземных вод, воздействие водного потока с различными скоростями. Такие воздействия оказывают на массивы наземные массовые виды строительства, такие как городское, промышленное, мелиоративное, дорожное и т. п. Каждый вид воздействия подразделяется на категории по интенсивности и имеет свой цифровой индекс (111–3, 121–3* и т. д.). Воздействие разгрузки на массивы горных пород предполагается при подрезке склонов и заложении откосов в карьерах и дорожных выемках и т. п. Количественно она не характеризуется, поскольку такие показатели пока не разработаны.

Реакция массивов горных пород на действие статических и динамических нагрузок различной интенсивности, а также на разгрузку будет зависеть от состояния массива, обусловленного степенью увлажненности пород и уровенным режимом подземных вод. Поэтому предложено воздействие этих нагрузок на массивы пород рассматривать в условиях без дополнительного увлажнения, т. е. в их естественном состоянии при отсутствии утечек воды (111–3, 121–3), при техногенном увлажнении пород в зоне аэрации (21–6), пpи однонаправленном изменении уровенного режима (его повышении (3) и понижении (4)), при колебании уровня подземных вод (51–3).

Изменение влажности пород в зоне аэрации может возникнуть при эпизодических утечках вод, которые не приводят к изменению уровня подземных вод, а лишь отражаются на повышении влажности пород. Причем увлажнение рассматривается незагрязненными водами и промстоками. Во всех случаях устойчивость глинистых и лессовых пород определяется при увеличении влажности до величин между нижним и верхним пределами пластичности, а песчаных — при относительной влажности > 0,5, но ≤ 0,8. Для массивов скальных или полускальных пород пороговых значений влажности не предлагается.

Воздействие статических и динамических нагрузок на массивы пород, а также их разгрузка рассматривается в условиях антропогенного изменения уровенного режима грунтовых вод в двух вариантах: 1) подъем уровня грунтовых вод с сокращением мощности зоны аэрации до определенных значений (31–12); 2) понижение уровня грунтовых вод с увеличением мощности зоны аэрации (41–9).

В первом случае сокращение мощности зоны аэрации рассматривается до следующих пороговых значений глубин свободной поверхности грунтовых вод: а) меньше 0,8 м — в результате происходит подтопление оснований фундаментов и затопление подвальных помещений сооружений всех классов; глинистые и лессовые породы увлажняются до влажности выше верхнего предела пластичности и приобретают текучую консистенцию, песчаный массив становится водонасыщенным; происходит подтопление всей территории, в результате развиваются процессы заболачивания, в аридных областях начинается активное засоление пород, подъем уровня грунтовых вод приводит к повышению сейсмической балльности на 1 балл; массивы пород в этих условиях неустойчивы; б) 0,8–3 м — в результате произойдет подтопление оснований сооружений ІІІ, ІІ и I классов, затопление подвальных помещений, будет происходить взаимодействие бетона с подземными водами, подъем уровня грунтовых вод вызовет дополнительное увлажнение пород в основании сооружений, глинистые породы приобретут пластичную консистенцию, что может привести к развитию пластических деформаций; повысится сейсмическая балльность территории на 0,5 балла; массивы пород в данных условиях можно оценить как неустойчивые и условно устойчивые; в) 3–10 м — такое залегание свободной поверхности подземных вод имеет существенное значение для сооружений I класса, бетон свайных фундаментов будет взаимодействовать с водой, что может обусловить развитие коррозионных процессов; г) 10–40 м — сокращение мощности зоны аэрации до этих глубин важно в основном для сооружений I класса, внеклассных сооружений (например, атомные реакторы), для подземных сооружений.

Во втором случае понижение уровня грунтовых вод рассматривается с увеличением мощности зоны аэрации (41–9) дo следующих пределов: а) < 3 м (41–3) — такое понижение обычно обеспечивается мелиоративными работами при антропогенном осушении территории в сельскохозяйственных целях. При этом уменьшается естественная влажность глинистых пород до влажности, близкой к нижнему пределу пластичности, когда порода приобретает тугопластичную консистенцию, песчаных — до относительной влажности, ≤ 0,5, при которой пески относятся к сухим; б) 3–10 м или нескольких десятков метров (44–6) — такое осушение достигается при длительной работе крупных водозаборов.

Резкое понижение уровня грунтовых вод приводит к нарушению гидродинамического режима в массивах горных пород, влияние которого на их устойчивость следует оценивать индивидуально для каждого массива; в) 100 n, м — техногенное понижение уровня подземных вод в несколько сотен метров (47–9) может произойти при осушении крупных месторождений при разработке нефтегазовых комплексов.

К техногенным факторам, определяющим устойчивость массива пород, мы предлагаем отнести колебания уровня подземных вод (51–3). Такой вид воздействия на массивы горных пород наблюдается вблизи, а также на склонах, примыкающих к береговой зоне водохранилищ, для которых характерен резко нестационарный уровенный режим. При этом оценка устойчивости массивов в склонах может быть ограничена одновременным воздействием статических нагрузок, равных бытовым (51), а динамических — сопоставимых по ускорениям с землетрясениями более 7 баллов (52) с учетом возможной разгрузки при подрезке склонов (53). Следующим не менее важным техногенным фактором, определяющим устойчивость массивов горных пород, может быть воздействие водного потока с различной скоростью, возникающего в результате сосредоточенных техногенных утечек. В легенду карты введены следующие градации скоростей потока (м/с): 0,3–0,55; 0,55–0,8; 0,8–2,0; 2–5; 5–15.

Значимость и порядок расположения техногенных воздействий в легенде может изменяться в зависимости от вида хозяйственной деятельности человека в пределах конкретной территории. Это определит преобладающий вид техногенного воздействия, который выйдет на первое место по значимости.

Оценка устойчивости массивов пород к техногенным воздействиям проводится в два этапа. На первом этапе, на основании рассмотрения в легенде природных факторов устойчивости, в последней вертикальной графе таблицы-матрицы дается оценка благоприятности для хозяйственного освоения территории развития каждого массива. Решающее значение при такой оценке имеют три природных фактора: сейсмическая балльность, крутизна поверхности и пораженность территории опасными природными процессами (табл. 61). Все массивы пород подразделяются на три категории: благоприятные, условно благоприятные и неблагоприятные для массовых видов наземного гражданского и промышленного строительства.

Таблица 61. Оценка благоприятности территории для хозяйственного
освоения по природным условиям

Критерии оценки		Категории оценки
Критерии оценки		Благоприятна	Условно благоприятна	Неблагоприятна	Обоснование категорий
Сейсмичность	Сейсмическая балльность	≤6	7–9	>9	СНиП 2.02.01-83 ≤ 6 — проектирование без учета сейсмического воздействия; 7–9 — проектирование с учетом сейсмического воздействия; >9 — строительство не рекомендуется
Рельеф	Крутизна поверхности	<5°	5–16°	>16°	СНиП, ч. II, раздел К, гл. 2.1967, жилищного, промышленного и других видов строительства; крутизна < 5° — пригодна; 5–16° — ограниченно пригодна; > 16° — не пригодна; для равнинных территорий соответственно < 5°, 5–11°, > 11°
Природные процессы	Пораженность территории процессами	<5 %	5–25 %	>25 %	Ин-т ВСЕГИНГЕО; пораженность: < 5 % — низкая, 5–25 % — средняя, > 25 % — высокая

К неблагоприятным относятся территории развития массивов с сейсмической балльностью выше 9 баллов (строительство не рекомендуется, СНиП, 1985), или поверхностью крутизной более 16° (не пригодны для жилищного, промышленного и других видов строительства, СНиП, 1967), или с высокой пораженностью опасными геологическими процессами — более 25 % (при хозяйственном освоении процессы резко активизируются).

К условно благоприятным относятся территории развития массивов с сейсмической балльностью 7–9 баллов (проектирование требуется проводить с учетом сейсмического воздействия) или с крутизной поверхности в пределах 5–16° (ограниченно пригодна для жилищного, промышленного и других видов строительства), со средней пораженностью геологическими процессами — 5–25 %.

К благоприятным территориям отнесены территории развития массивов с сейсмической балльностью равной или менее 6 баллов (проектирование проводится без учета сейсмического воздействия), с крутизной поверхности менее 5° и слабой пораженностью геологическими процессами (менее 5 %).

Оценка устойчивости массивов пород к техногенным воздействиям на втором этапе проводится только для благоприятных и условно благоприятных массивов, поскольку использование неблагоприятных массивов для массовых видов наземного гражданского и промышленного строительства не целесообразно, потому что особенности природных условий делают их заведомо неустойчивыми к большинству техногенных воздействий, это обусловит проведение дорогостоящих мероприятий по инженерной защите территории. Оценка устойчивости к техногенному воздействию благоприятных и условно благоприятных массивов показывается цветом на карте и в легенде в прямоугольных клетках на пересечении горизонтальных и вертикальных рядов таблицы-матрицы.

Выделены массивы трех категорий: устойчивые, условно устойчивые и неустойчивые. Оценка устойчивости проводится путем экспертной оценки на основании логики причинно-следственных связей и метода аналогий с использованием нормативных документов. Она подкрепляется анализом возможности возникновения под влиянием техногенных воздействий антропогенных процессов. При оценке устойчивости следует учитывать предрасположенность массивов к развитию тех или иных природных процессов, их характер и интенсивность, поскольку техногенные воздействия приводят, как правило, к увеличению масштаба развития и интенсивности существующих процессов и явлений. Например, определение устойчивости массивов дисперсных грунтов к статическим нагрузкам (без изменения влажности — 111–3) основано на использовании таблиц с расчетными сопротивлениями (R0) в СНиПе 2.02.01-83 для крупнообломочных грунтов, песчаных, пылевато-глинистых (непросадочных) и просадочных (СНиП, 1985).

На карту устойчивости выносятся номера массивов, контуры их расположения и геологический индекс пород. По номеру в таблице-матрице легенды вычитывается вся информация о природных факторах устойчивости. Массивы, площади развития которых неблагоприятны для хозяйственного освоения, закрашиваются на карте и в легенде розовым цветом и исключаются из дальнейшего анализа влияния на них техногенных воздействий. Оценка устойчивости остальных массивов (благоприятных и условно благоприятных) к каждому виду техногенного воздействия показывается в легенде на пересечении вертикальных и горизонтальных рядов таблицы-матрицы цветом по светофорному принципу: красным — неустойчивые, желтым — условно устойчивые и зеленым — устойчивые. По цветовому фону дается прогноз возможного возникновения при техногенных воздействиях негативных антропогенных геологических процессов, которые перечисляются под установленными номерами.

Оценка устойчивости каждого массива пород по всем видам техногенных воздействий приводится в легенде в виде круговых диаграмм (рис. 135), сектора которых соответствуют типам техногенных воздействий (в соответствии с содержанием таблицы-матрицы). Цвет концентрических сегментов таких секторов отражает изменение устойчивости массива пород при трансформации интенсивности техногенного воздействия: сегменты, расположенные ближе к центру, характеризуют реакцию массивов при минимальных воздействиях, а сегменты внешние — при максимальных. Диаграммы для каждого массива даются в последней графе таблицы-матрицы, но могут быть вынесены на карту, если это позволяет размер контуров массивов.

Рис. 135. Циклограммы устойчивости массивов пород (а и б). Из легенды
Карты устойчивости массивов пород орогенных областей к техногенным
воздействиям (В. Т. Трофимов, Н. С. Красилова, 1998)

Пояснения к рис. 135. Секторам циклограммы соответствуют типы техногенных воздействий, обозначенные в соответствии с таблицей-матрицей легенды. Каждый сегмент сектора соответствует определенной интенсивности техногенного воздействия, возрастающей от центра к периферии: 12 — динамические нагрузки и сейсмическое воздействие без изменения влажности пород (ускорение: < 0,025 м/с2; 025÷0,1 м/с2; 0,1 м/с2); 13 — разгрузка массива пород при подрезке склонов и заложении откосов без изменения влажности; 21 — статические нагрузки в условиях изменения влажности пород в зоне аэрации незагрязненными водами (<0,1 МПа; 0,1÷0,3 МПа; >0,3 МПа); 22 — динамические нагрузки и 23 — разгрузка массива в тех же условиях; 31 — статические нагрузки в условиях подъема уровня грунтовых вод с сокращением мощности зоны аэрации до 0,8 м; 32 и 33 — динамические нагрузки и разгрузка массива в тех же условиях соответственно; 34, 35 и 36 — статические, динамические нагрузки и разгрузка соответственно в условиях подъема уровня грунтовых вод с сокращением мощности зоны аэрации до 0,8÷3 м; 37, 38 и 39 — аналогичные техногенные воздействия в условиях сокращения мощности зоны аэрации до 3÷10 м; 61 — воздействие водного потока с различными скоростями движения воды (0,55÷0,8; 0,8÷2,0 м/с; 2÷5 м/с; 5÷15 м/с); 71 и 72 — повышение и понижение среднегодовой температуры на определенную величину соответственно (< 1°; 1÷3°; 3÷5°; > 5°). Характер штриховки (цвета) в сегментах каждого сектора циклограммы отражает изменение устойчивости массива при увеличении интенсивности техногенного воздействия от центра к периферии: 1 — устойчивые; 2 — условно устойчивые; 3 — неустойчивые

На карте фоновой закраской показываются категории устойчивости массивов к основному ожидаемому виду техногенного воздействия в зависимости от предполагаемого вида хозяйственной деятельности на данной территории. Это может быть любой вид техногенного воздействия, оценка устойчивости к которому изымается из круговой диаграммы и «разворачивается» на карте. При этом цветовая фоновая закраска на карте отдается категории устойчивости при минимальной интенсивности воздействия, горизонтальная цветовая штриховка — устойчивости при том же типе воздействия средней интенсивности, вертикальная — при его максимальной интенсивности. Цвет штриховки дается в соответствии с цветом определенной категории устойчивости.

Позднее легенда Карты устойчивости массивов пород орогенных областей к техногенным воздействиям была расширена применительно к территории криолитозоны, хотя принцип ее построения не изменяется (Трофимов, Красилова, Афанасенко и др., 1999). В грунте однородных массивов, сложенных породами одного класса, выделены дополнительно многолетнемерзлые породы (IV). Среди неоднородных массивов, сложенных сочетанием пород разных классов, выделены дисперсные на многолетнемерзлых (І/ІV), многолетнемерзлые — на полускальных (ІV/ІІ), многолетнемерзлые — на скальных (ІV/ІІІ), переслаивание ММП с дисперсными (ІV, I).

Дальнейшее ранжирование массивов пород проводилось по таким природным факторам устойчивости как льдистость, среднегодовые температуры и тепловая инерция пород.

По льдистости массивы многолетнемерзлых пород подразделяются на четыре категории: слабольдистые, льдистые, сильнольдистые и ультральдистые. Массивы глинистых пород относятся к слабольдистым при объемной льдистости, равной или меньшей 20–25 % (за счет льда-цемента) с суммарной весовой влажностью ниже величины нижнего предела пластичности; при протаивании они приобретают твердую консистенцию. К льдистым относятся породы с объемной льдистостью от 21–26 до 40–50 % (за счет шлирового льда и льда-цемента) с суммарной весовой влажностью от нижнего до верхнего предела пластичности; при протаивании они приобретают пластичную консистенцию. К сильнольдистым отнесены грунты с объемной льдистостью больше 40–50 % (за счет шлирового льда и льда-цемента) с суммарной весовой влажностью, превышающей верхний предел пластичности; при протаивании они приобретают текучую консистенцию. К ультральдистым относятся глинистые грунты с суммарной весовой влажностью больше верхнего предела пластичности, с объемной льдистостью больше 60 % и с содержанием повторно-жильных и пластовых льдов.

Дисперсные крупнообломочные и песчаные грунты с объемной льдистостью, меньшей или равной 40 % (за счет поровой разновидности льда-цемента), с суммарной весовой влажностью менее 25 % относятся к льдистым; к сильнольдистым — с объемной льдистостью, большей 40 % (содержащие шлиры льда), с суммарной весовой влажностью больше 25 %. Массивы торфяных пород относятся, как правило, к сильнольдистым. При наличии в массивах дисперсных грунтов любого состава повторно-жильных или пластовых льдов они относятся к ультральдистым.

Массивы скальных и полускальных пород рассматриваются как слабольдистые и льдистые.

Массивы с разной влажностью (обводненностью) и льдистостью индексируются арабской цифрой (10–24) в нижней строчке относительно предыдущего цифрового индекса.

Ранжирование массивов по среднегодовым температурам (tср), что особенно важно для многолетнемерзлых пород. Среди массивов талых и немерзлых выделяются массивы: 1) талые высокотемпературные c tср выше +5°; 2) талые среднетемпературные с tср +(3÷5°); 3) талые низкотемпературные с tср +(1÷3°); 4) талые особо низкотемпературные с tср +(0,5÷1°); 5) талые ультранизкотемпературные с tср +(0÷0,5°). Среди массивов мерзлых пород выделяется также пять градаций: 1) мерзлые низкотемпературные с tср ниже –5°; 2) мерзлые среднетемпературные с tср –(3÷5°); 3) мерзлые высокотемпературные с tср –(1÷3°); 4) мерзлые, особо высокотемпературные с tср –(0,5÷1°); 5) мерзлые ультравысокотемпературные с tср 0 ÷ –0,5°. Выделение градаций tср 0 ÷ ±0,5 необходимо в связи с тем, что массивы с частой перемежаемостью по площади талых и мерзлых пород имеют среднегодовые температуры, близкие к 0 °С. Выделение указанных интервалов среднегодовых температур (tср) обусловлено как динамикой состояния пород в естественных условиях (под влиянием климатических ритмов), так и воздействием величины tср на формирование состояния и свойств грунтов. Массивы пород с разными среднегодовыми температурами индексируются арабской цифрой (25–34) в верхней строчке относительно предыдущего цифрового индекса.

На основании величины льдистости и среднегодовой температуры массивы многолетнемерзлых пород подразделяются по тепловой инерции на четыре группы: слабоинерционные, среднеинерционные, сильноинерционные и ультраинерционные. К слабоинерционным массивам относятся ультра и особовысокотемпературные слабольдистые, высокотемпературные слабольдистые и ультравысокотемпературные льдистые. К среднеинерционным массивам относятся ультравысокотемпературные ультральдистые, особовысокотемпературные сильнольдистые, высокотемпературные льдистые и среднетемпературные слабольдистые. К сильноинерционным массивам относятся особовысокотемпературные ультральдистые, высокотемпературные сильно и ультральдистые, среднетемпературные льдистые и низкотемпературные слабольдистые. К ультраинерционным массивам относятся низкотемпературные льдистые, сильнольдистые и ультральдистые, среднетемпературные сильно и ультральдистые.

Для талых и немерзлых массивов пород (среднегодовая температура которых выше 0°) тепловая инерция определяется из соотношения их объемной влажности и среднегодовой температуры. Для характеристики тепловой инерции талые (немерзлые) грунты объединены по объемной влажности в четыре категории (табл. 62): слабовлажные (Woб. < 20 %), влажные (20 % > Woб. < 40 %), средневлажные (40 < Wоб. < 60 %) и сильновлажные (Wоб. > 60 %).

Таблица 62. Соотношение показателей влажности талых дисперсных
грунтов для определения их тепловой инерции

Объемная влажность		Типы грунтов
Объемная влажность		глины	суглинки	лёссы	торф	песок
слабовлажные	0–20	<WP Wp–Wl	объемная влажность	Wmg–Wmmc Wmmc–Wp	<WP	Sr <5 Sr = 0,5–0,8
влажные	20–40	Wp–W	Wp–WL> WL	Wp–WL> WL	<WP	Sr = 0,5–0,8 Sr >0,8
средневлажные	40–60	Wp–WL>WL	>WP	>WP	<WP	Sr >0,8
сильновлажные	>60	>WL	>WL

Примечание. Wp — нижний предел пластичности, WL — верхний предел пластичности, Wmg — максимальная гигроскопичность, Wmmc — максимальная молекулярная влагоемкость, Sr — относительная влажность.

По тепловой инерции талые (немерзлые) грунты подразделяются на четыре группы: слабоинерционные, среднеинерционные, сильноинерционные и ультраинерционные. К слабоинерционным массивам относятся ультра и особонизкотемпературные слабовлажные, низкотемпературные слабовлажные и ультранизкотемпературные влажные. К среднеинерционным массивам относятся ультранизкотемпературные сильновлажные, особонизкотемпературные средневлажные, низкотемпературные влажные и среднетемпературные слабовлажные. К сильноинерционным массивам относятся особонизкотемпературные сильновлажные, низкотемпературные средне и сильновлажные, среднетемпературные влажные и высокотемпературные слабовлажные. К ультраинерционным массивам относятся высокотемпературные влажные, средне и сильновлажные, среднетемпературные средне и сильновлажные.

Тепловая инерция массивов пород обозначается буквенным индексом в основной строчке (И, К, Л, М).

На устойчивость массивов пород в криолитозоне решающее влияние может оказать тепловое воздействие, которое происходит в результате нарушения в процессе хозяйственной деятельности природных факторов, определяющих условия формирования температурного режима грунтов (растительность, снеговой покров, водный режим, искусственные насыпи и т. п.). При этом тепловое воздействие должно рассматриваться (табл. 63) в двух вариантах: 1) ведущее к повышению среднегодовой температуры грунтов на величины в 1°, 1–3°, 3–5° и > 5°; 2) ведущее к понижению среднегодовой температуры на величины в 1°, 1–3°, 3–5° и > 5°. Конкретная величина изменения температуры в том или ином случае в результате хозяйственной деятельности человека определяется с помощью разработанных методов мерзлотного прогноза. Повышение среднегодовой температуры, как правило, больше изменяет устойчивость массивов многолетнемерзлых пород, понижение — талых. В обоих случаях наиболее существенное изменение устойчивости массивов пород будет при переходе среднегодовой температуры грунтов в результате теплового воздействия через 0 °С, когда начинаются фазовые переходы и появляются или исчезают криогенные структурные связи в грунтах. Оценка дается по изменению среднегодовой температуры. Массивы дисперсных немерзлых или талых грунтов при тепловом воздействии, ведущем к повышению среднегодовой температуры, остаются устойчивыми (табл. 64). При понижении температуры на величину, достаточную для компенсации положительных среднегодовых температур, массив становится неустойчивым, так как начинаются фазовые переходы, массив промерзает, развиваются процессы морозного пучения, морозобойного растрескивания и т. п.

Массивы многолетнемерзлых дисперсных грунтов, имеющие отрицательные среднегодовые t°, при тепловом воздействии, вызывающем понижение температур, остаются устойчивыми. Повышение температуры на некоторую величину t°, при определенном ее соотношении со среднегодовой tср (см. табл. 64) приводит к переходу температуры через 0°, оттаиванию грунта и, как правило, к снижению или потере устойчивости массива. Степень потери устойчивости зависит от величины льдистости. Чем больше льдистость, тем при протаивании массив менее устойчив и тем более интенсивны антропогенные процессы. Устойчивость слабольдистого массива при этом может не изменяться, так как мало меняются показатели физико-механических свойств такого массива при оттаивании. Массивы скальных грунтов, как правило, остаются устойчивыми при тепловом воздействии.

Оценка устойчивости массивов подкрепляется анализом возможности возникновения под влиянием техногенных воздействий антропогенных процессов, которые показываются цифрами для каждого массива в клетках таблицы-матрицы. Расшифровка содержания цифр дается в пятом разделе легенды.

Таблица 63. Фрагмент таблицы-матрицы легенды карты устойчивости
с оценкой устойчивости массивов пород к тепловому воздействию.
Усл. обозначения см. в табл. 64.

Номер массива на карте	Характер и интенсивность техногенных воздействий								Суммарная оценка категорий устойчивости
Номер массива на карте	повышение среднегодовой температуры (tср) на величину, град.				понижение среднегодовой температуры (tср) на величину, град				Суммарная оценка категорий устойчивости
	<1	1–3	3–5	> 5	<1	1–3	3–5	> 5
	711	712	713	714	721	722	723	724
40	41	42	43	44	45	46	47	48	49
1	—	—	—	—	У	УУ	НУ Р124 Р224 Р325	НУ Р124 Р224 Р325	диаграммы устойчивости (рис. 135)
2	—	—	—	—	У	У	УУ	НУ Р124 Р224 Р325
6а	—	—	—	—	У	УУ	НУ Р121 Р224 Р323	НУ Р112 Р226 Р324
8	У	УУ	НУ Р118 Р226 Р323	НУ Р223, 30 Р319	—	—	—	—
9а	У	У	УУ	НУ Р118 Р221, 24 Р319	—	—	—	—
9б	У	У	УУ	НУ Р18, 18 Р219 Р320	—	—	—	—
10	У	УУ	НУ Р118 Р22 Р323	НУ Р118 Р218 Р319	—	—	—	—
12	У	УУ	НУ Р18, 18 Р221 Р319	НУ Р118 Р219 Р320	—	—	—	—
14	УУ	НУ Р118 Р224 Р323	НУ Р118 Р224 Р323, 31	НУ Р118 Р221 Р324, 7	—	—	—	—
15	УУ	НУ Р118 Р221 Р323	НУ Р118 Р224 Р323	НУ Р118 Р221 Р323	—	—	—	—
18	—	—	—	—	У	УУ	НУ Р121 Р224 Р323	НУ Р121 Р224 Р316, 23
19	—	—	—	—	У	У	УУ	НУ Р121 Р224 Р325
22	—	—	—	—	НУ Р121 Р222 Р322	НУ Р121 Р221, 26 Р323, 24	НУ Р121 Р224 Р323	НУ Р121, 26 Р224 Р323

Таблица 64. Оценка устойчивости массивов дисперсных грунтов с разными
среднегодовыми температурами к тепловому воздействию

Массивы грунтов	Среднегодовые температуры, град.	Тепловое воздействие
		повышающее среднегодовые температуры				понижающее среднегодовые температуры
		на 1°	1–3°	3–5°	>5°	на 1°	1–3°	3–5°	>5°
Дисперсные талые и немерзлые	+5	У*	У	У	У	У	У	У	УУ* и НУ*
	+3 ÷ +5	У	У	У	У	У	У	УУ	НУ
	+1 ÷ +3	У	У	У	У	У	УУ	НУ	НУ
	+0,5 ÷ +1	У	У	У	У	УУ	НУ	НУ	НУ
	0 ÷ +0,5					НУ	НУ	НУ	НУ
Дисперсные многолетнемерзлые	0 ÷ – 0,5	НУ	НУ	НУ	НУ
	– 0,5 ÷ –1	УУ**	НУ**	НУ**	НУ**	У	У	У	У
	–1 ÷ –3	У	УУ**	НУ**	НУ**	У	У	У	У
	–3 ÷ –5	У	У	УУ**	НУ**	У	У	У	У
	< –5	У	У	У	НУ и УУ	У	У	У	У

* У — устойчивый (отсутствуют фазовые переходы, не возникают и не разрушаются криогенные связи); НУ — неустойчивый (происходят фазовые переходы и изменяется характер связей в дисперсных грунтах); УУ — условно устойчивый (вероятность риска);
** слабольдистые дисперсные грунты при протаивании остаются устойчивыми.

Для отображения устойчивости массивов пород к техногенным воздействиям на карте в пределах территории криолитозоны приходится использовать более сложное сочетание изобразительных средств, чем на предыдущих аналогичных картах, из-за достаточно пестрых природных условий.

На карту вынесены контуры распространения всех видов массивов, выделенных в таблице-матрице и обозначенных соответствующим номером, который заменяет сложный буквенно-цифровой индекс, присвоенный массиву пород после рассмотрения всех природных факторов устойчивости (рис. 136). Все массивы, отнесенные к категории неблагоприятных по своим природным факторам для массовых видов промышленного и гражданского строительства, закрашиваются в легенде и на карте розовым цветом (или крапом на черно-белом макете). Неблагоприятные массивы многолетнемерзлых пород обозначаются, в отличие от талых, дополнительно синим крапом по розовому цвету (или крапом соответственно). Массивы нерасчлененных мерзлых и талых пород этой же категории показываются также двойным крапом, но ставятся два номера, причем на первом месте стоит номер преобладающего массива (талого или мерзлого).

Рис. 136. Фрагмент Карты устойчивости массива
пород криолитозоны к техногенным воздействиям
(по В. Т. Трофимову, Н. С. Красиловой, В. Е. Афанасенко и др., 1999)

Оценка устойчивости благоприятных и условно благоприятных массивов пород к конкретному тектоническому воздействию определенной интенсивности показывается цветом по светофорному принципу (зеленый — устойчивый, желтый — условно устойчивый, красный — неустойчивый) или буквами (У, УУ, НУ) на черно-белом макете в клетках на пересечении вертикальных и горизонтальных рядов таблицы-матрицы. Здесь же в клетках под номерами показываются прогнозируемые антропогенные процессы. Реакция массивов на тепловое воздействие помимо цвета показывается буквенно-цифровым индексом P1,2,31-n, где 1-n обозначают антропогенные процессы, а 1, 2, 3 — время их проявления (соответственно через 1–5 лет, через 5–20 лет и более чем через 20 лет).

Оценка устойчивости массивов пород ко всем типам техногенных воздействий показывается в последней графе таблицы-матрицы в круговых циклограммах (см. рис. 135). На карту фоновой закраской выносится оценка устойчивости массивов к наиболее значимому для данной территории техногенному воздействию. На представленном макете предпочтение отдано оценке устойчивости массивов пород к статическим нагрузкам без изменения влажности. Тип штриховки показывает категорию устойчивости, а ее уклон — интенсивности воздействия (< 0,1 МПа; 0,1–0,3 МПа и > 0,3 МПа). Для многолетнемерзлых пород со среднегодовой температурой ниже 0°, выделенных крапом, характер штриховки показывает категорию устойчивости их к тепловому воздействию. Устойчивость нерасчлененных талых и мерзлых массивов с частой их перемежаемостью показывается с использованием полос («матрацем»). Цвет (или характер штриховки) широких полос соответствует устойчивости наиболее часто встречаемых массивов, цвет узких — менее встречаемых. В этих полосах дается оценка устойчивости. К тепловому воздействию: для мерзлых — к повышению среднегодовых температур на 1 °С, для талых — к понижению среднегодовых температур на 1 °С.

Рассмотренные карты устойчивости относятся к типу специальных оценочно-прогнозных инженерно-геологических карт. Они отражают реакцию каждого массива горных пород на определенные виды и интенсивность техногенных воздействий в соответствии с его строением, состоянием и условиями залегания и дают прогноз антропогенных и природных геологических процессов, которые могут при этом возникнуть. По подобной легенде карты устойчивости могут составляться в диапазоне масштабов от 1:200 000 до 1:25 000 и крупнее, в зависимости от характера задач и стадии инженерно-геологических исследований.

Детальная Карта прогноза критических ситуаций в состоянии железнодорожных ГТС для одного из околотков БАМ в масштабе 1:5000 и рекомендаций по повышению ее устойчивости составлена А. Л. Ревзоном совместно с Е. А. Толстых (Ревзон, 1992). Состояние этого участка было оценено как опасное в процессе предварительного картографирования территории в масштабе 1:100 000 и составления карты оценки опасности состояния железнодорожной ГТС в условиях техногенной интенсификации геологических процессов. На основе анализа состояния ГТС и были определены участки, в пределах которых выполнено последующее крупномасштабное прогнозно-оценочное картографирование.

Легенда к Карте прогноза критических ситуаций в состоянии железнодорожной геотехнической системы участка БАМ состоит из четырех разделов. Первый из них отражает инженерно-геологическую ситуацию с позиции состояния геотехнической системы на детальном уровне с присутствием оценочных показателей: параметров горных пород, подземных вод, скорости и частоты развития гравитационных процессов и функционирующие защитные инженерные сооружения и мероприятия (рис. 137). На карте условным знаком показаны коренные породы — гранитогнейсы. Горизонтальной штриховкой выделены залесенный склон средней крутизны; линиями с разными бергштрихами отрисованы техногенные и природные обрывы с указанием их высоты в метрах и крутизны в градусах, нависающие козырьки блоков трещиноватых пород, крапом выделены осыпные шлейфы. Особыми знаками показана размерность продуктов гравитационных процессов (глыбы, камни, щебень, дресва, мелкозем). Отражены различные виды водопроявлений (струйные выходы подземных вод и их расход в л/с, капеж, застойные скопления вод после дождей). Отрисованы на карте тектонические трещины, заполненные мелкоземом и раскрытые, трещины выветривания. Для них дается направление и угол падения, в отдельных случаях — мощность (в масштабе). Приведены количественные показатели скорости и частоты развития гравитационных процессов, определенных экспериментально в полевых условиях Е. А. Толстых по его методике: скорости выветривания (осыпания) в м3/м в год и частота камнепадов единиц/км в год. Указаны существующие защитные сооружения и мероприятия: вертикальной редкой штриховкой отмечена технологическая полка, косой штриховкой — улавливающая траншея в основании склона, водопропускники под путями, знаки-предупреждения подвижному составу о замедлении скорости до 15 км/ч.

Рис. 137. Прогноз критических ситуаций в состоянии железнодорожных
ГТС участка БАМ и рекомендации по повышению ее устойчивости
(один из околотков БАМ) (по А. Л. Ревзону, Е. А. Толстых, 1992)

Второй раздел легенды содержит данные прогноза деформаций верхнего строения пути и притрассовой ЛЭП с количественными показателями объемов завалов, ведущих к критическим ситуациям, их точной площадной привязкой и степенью интенсивности развития опасных гравитационных процессов. Показаны участки трассы, где возможны: завалы вторых путей и деформации опор ЛЭП, завалы первых и вторых путей и деформации опор ЛЭП, участки, где аварийные ситуации уже имели место ранее. В прямоугольных рамках указаны годы заполнения улавливающей траншеи и ежегодное количество камнепадов на второй (n2) и первой (n1) путь.

Третий раздел легенды содержит районирование геотехнической подсистемы по ее устойчивости. Поперечной штриховкой разной плотности выделены участки путей: неустойчивые, относительно устойчивые, устойчивые.

Четвертый раздел легенды освещает рекомендации по защите земляного полотна, включающие общепринятые инженерные решения и мероприятия. Косой штриховкой с левым уклоном обозначена длина той части земляного полотна, для которой рекомендовано то или иное защитное мероприятие. Рекомендуются мероприятия: 1) удаление обвалоопасных блоков буровзрывным способом с последующей расчисткой земляного полотна; 2) удаление нависающих козырьков и неустойчивых обломков механическим способом; 3) покрытие склона металлической сеткой, предохраняющей от камнепадов; 4) расширение и углубление улавливающей траншеи; 5) сдвижка пути (в случае экономической нецелесообразности выполнения рекомендации 2); 6) устройство водоотводных сооружений для сброса застойных вод; 7) периодическая расчистка улавливающей траншеи; 8) анкерное крепление глыб.

Такая детальная карта является результатом анализа динамики компонентов геотехнической системы при разных режимах ее функционирования. Она создается для прогнозирования и предупреждения критических ситуаций путем управления системой с помощью рекомендуемых инженерных решений и мероприятий.

Легенда к карте составлена удачно; предусмотрена возможность конкретной и детальной характеристики компонентов инженерно-геологических условий каждого участка трассы с количественной характеристикой угрожающих устойчивости путей геологических процессов. Прогноз развития процессов для каждого участка дается в объемах завалов, с отражением информации об аналогичных данных по прошлым годам. Поэтому рекомендации защитных мероприятий для каждого участка, приведенные в легенде, выглядят конкретными и обоснованными.

6.3. Карты инженерно-геологические прогнозные аналитические

6.3.1. Обзорные карты

В качестве примера обзорных инженерно-геологических прогнозных аналитических карт нами рассматриваются: Прогнозная геокриологическая карта севера Западной Сибири на 110 год от начала возможного глобального потепления климата, составленная Э. Д. Ершовым, А.Н. Козловым, С. Ю. Пармузиным и др. (1996); Карта опасности и риска переработки берегов водохранилищ России, составленная А. Л. Рагозиным и В. Н. Буровой (1995).

Э. Д. Ершов, А. Н. Козлов, С. Ю. Пармузин, М. Б.Чепурнов (1996) составили Прогнозную геокриологическую карту севера Западной Сибири на 110 год от начала возможного глобального потепления климата за счет воздействия антропогенного фактора (по сценарию ИГКЭ). Авторы исходили из того, что на территории криолитозоны России к 2100 г. среднегодовая температура приземного слоя воздуха повысится на 4–8 °С в зависимости от географического положения района. А закономерности деградации многолетнемерзлых пород могут быть представлены в виде пространственно-временной изменчивости трех характеристик: время начала оттаивания ММП, повышение их среднегодовой температуры, понижение кровли ММП. Были выбраны пункты, расположенные примерно равномерно на территории криолитозоны, с относительно длинными рядами наблюдений метеостанций. В соответствии со строением разреза каждого пункта, состава и криогенного строения пород назначались необходимые для расчетов их теплофизические характеристики. С помощью численных методов и использования ЭВМ проводились при определенных заранее оговоренных допущениях прогнозные расчеты, которые позволили выявить определенные зависимости: времени начала оттаивания ММП от их начальной среднегодовой температуры для разных трендов потепления климата (0,045 °С/год и 0,06 °С/год); прогнозной среднегодовой температуры ММП от их начальной среднегодовой температуры через 50 и 110 лет от начала потепления климата с трендом 0,06 °С/год; глубин оттаивания ММП от времени с начала потепления климата с трендом 0,06 °С/год для торфа, суглинка и песка при равной начальной среднегодовой температуре ММП (–1 °С, –3 °С; –5 °С). Все зависимости показаны на соответствующих графиках. Результаты расчетов позволили выявить некоторые пространственно-временные закономерности, дающие возможность установить количественные оценки интенсивности деградации ММП при их разной исходной среднегодовой температуре на любой момент времени от начала повышения температуры воздуха для разных пород.

Состояние криолитозоны Западной Сибири через 110 лет от начала потепления климата отражено на прогнозной геокриологической карте (рис. 138). При ее составлении авторы использовали границы и градации среднегодовых температур ММП, показанные на геокриологической карте России масштаба 1:2 500 000. На карте (крапом и штриховкой) выделены четыре области с различными прогнозируемыми геокриологическими условиями.

Рис. 138. Прогнозная геокриологическая карта севера
Западной Сибири на 110 год от начала возможного глобального
потепления климата (по сценарию ИГКЭ)
(по Э. Д. Ершову, А. Н. Козлову, С. Ю. Пармузину и др., 1996)

1. Область, расположенная на юге территории, в которой существующие сейчас ММП за расчетный период полностью протают. Начнется протаивание через 5–10 лет от начала потепления. Среднегодовые температуры пород по всему разрезу будут положительные. Северная граница области установится на уровне современной границы распространения высокотемпературных (не ниже –0,5 °С) ММП.

2. Область, где практически повсеместно ММП оттают с поверхности. Оттаивание начнется через 10–50 лет от начала потепления в зависимости от интенсивности повышения температуры. В разрезе выделяются 2 горизонта пород: талые со среднегодовой температурой от 0 до 2 °С и подстилающие их ММП, температура которых меняется с глубиной от 0 до –0,5 °С. Эта область соответствует современному распространению ММП со среднегодовой температурой от –0,5 до –5 °С.

3. Область, где будут преобладать ММП со среднегодовой температурой до –2,5 °С и встречаться участки, на которых не ранее чем через 80 лет от начала потепления произойдет оттаивание ММП с поверхности. Южная граница этой области является прогнозной границей распространения ММП на 110 год от начала потепления. Граница залегающих с поверхности ММП сместится за этот период на 700–800 км к северу.

4. Область сплошного распространения ММП, соответствующая современному распространению ММП со среднегодовой температурой ниже –7 °С. Среднегодовая температура ММП этой области останется отрицательной, за исключением таликовых зон под крупными реками и озерами, но будет на 4–6 °С выше, чем в современных условиях.

Эти разработки были расширены на всю территорию страны. Итогом проведенных исследований явилась Прогнозная геокриологическая карта России масштаба 1:25 000 000 на 110 год от начала возможного глобального потепления климата (рис. 139), составленная по тому же принципу. На ней закономерности изменения геокриологической обстановки в соответствии с очень мелким масштабом отражены в генерализованном виде.

Рис. 139. Прогнозная геокриологическая карта России
на 110 год от начала возможного глобального потепления климата
масштаба 1: 25 000 000 (по сценарию ИГКЭ)
(по Э. Д. Ершову, А. Н. Козлову, С. Ю. Пармузину и др., 1996)

Пояснения к рис. 139. 1 — область протаявших ММП; 2 — область распространения ММП несливающегося типа с глубиной залегания кровли от 5 до 20 м (реликтовые ММП, залегающие на глубине 50 м и более, на карте не показаны), со среднегодовой температурой пород (t0) 0–3 °С; 3 — область распространения ММП сливающегося (50–90 % площади) и не сливающегося типа, t0 = 0,5–2 °С, 4 – 6 — область сплошного распространения ММП: 4 — t0 = –1 ÷ –5 °C, 5 — t0 = –5 ÷ –6 °С, 6 — t0 = –5 ÷ –8 °С; границы: 7 — ММП несливающегося типа, 8 — островного распространения ММП, 9 — сплошного распространения ММП, 10 — современная южная граница распространения ММП

Как и на всех аналитических прогнозных картах обзорного масштаба, легенда этой карты проста, но в данном случае за ней стоят сложные расчеты с использованием ЭВМ, хотя и со многими допущениями. Тем не менее выраженные на картах пространственно-временные закономерности деградации криолитозоны будут полезны для более обоснованного решения прогнозных инженерно-геологических задач и прогноза динамики развития криогенных процессов и явлений.

Обзорная прогнозная аналитическая карта опасности переработки берегов водохранилищ и морей России в масштабе 1:5 000 000 составлена А. Л. Рагозиным и В. Н. Буровой (1995). На ней дается оценка степени опасности переработки берегов и связанного с этим вероятного экономического риска. Составлению этой карты предшествовали: сбор и анализ материалов по фактической переработке берегов водохранилищ России с объемом более 10 млн м3; определение влияния регионально-геологических, зонально-климатических и техногенных факторов на интенсивность процессов переработки берегов водохранилищ; типизация и параметризация процесса переработки по интенсивности на отдельных водохранилищах; ранжирование по степени опасности1, экстраполяция полученных данных на всю территорию на основе ее специального районирования (табл. 65) по условиям развития процесса и выявленным общим закономерностям его развития. Затем определялся экономический риск2 по характеристикам опасности и стоимостным показателям для эксплуатируемых водохранилищ, после чего переходили к удельному экономическому риску и выделению территории с одинаковыми значениями данной характеристики.

Таблица 65. Схема районирования прибрежных территорий морей, озер,
водохранилищ и рек по природным обстановкам (факторам)
развития процесса переработки берегов в масштабе 1:500 000 – 1:2000

Таксоны и критерии районирования

Регионально-
геологические
индивидуальные

Зонально-
климатические
индивидуальные

Перекрестные
типологические
(масштаб)

Районы побережий (комплексы пород)

Подрайоны разного порядка: 1-го — типы береговых склонов;

2-го — характер подземных вод;

3-го — характер современных
геологических процессов

Зоны водоемов и рек
(уровенный режим)
Подзоны (энергия волнения
или скорости течений)

Акватория (бюджет наносов)

Макроакватерры

1-го порядка

(1:500 000 и крупнее)

Макроакватерры 2-го порядка

(1:200 000–1:25 000)

Участки (разновидности пород)

Подучастки разного порядка:
1-го — морфометрия склонов и отмелей;

2-го — напоры, градиенты
подземных вод;

3-го — интенсивность других
геологических процессов;

4-го и других порядков —
неучтенные ранее факторы

Субакватории разных порядков:

1-го — энергия волнения или
скорости течений на различных
отметках;

2-го — объемы разрушаемого,
перемещаемого и аккумулируемого материала

Мезоакватерры разных порядков

(1:10 000–1:2000)

За основной показатель принималась интенсивность процесса переработки берегов водохранилищ, которая определяется объемными и линейными скоростями берегоразрушений. Ранжирование процесса переработки по степени опасности проводилось по специально введенной характеристике средней по водохранилищу или участку морского побережья удельного объема (Vу) или линейной скорости переработки берегов (м/год). Удельный объем переработки (объем, приходящийся на километр береговой линии в год) вычисляется по формуле

Vу = VуLn/Lt,

где Vу — объемная скорость переработки, м3/м в год, Ln — протяженность абразионных берегов; Lt — протяженность береговой линии водохранилища. На карте разными типами штриховки выделены пять типов территории по степени опасности процесса, исходя из величин удельного объема (в тыс. м3/км в год) и линейной скорости переработки берегов (м/год): 1 — чрезвычайно опасный на локальных участках (возможны оползни и обвалы объемом более 100 тыс. м3); 2 — опасный (удельный объем 12–70; линейная скорость > 3); 3 — умеренно опасный (соответственно 6–12 и 1–3); 4 — малоопасный (соответственно 1–6 и 1–0,5); 5 — незначительно опасный (< 1 и < 0,5). Проведены изолинии протяженности перерабатываемых берегов (%).

Удельный экологический риск Rе(Н), отраженный на карте-врезке, рассчитывался по формуле:

Rе (Н) = Rm(Н)×de,

где de — плотность национального богатства (руб/га, руб/км2 и т. д.).

(Н) — символизирует возникающую опасность. Rm(Н) — риск потери земель от развивающегося процесса, его удельное значение устанавливается прямо через скорость развития процесса по формулам:

Rm(Н) = VnP(Vn)(L)Lt,

где Vn — линейная скорость развития процесса, P(Vn) — вероятность реализации этой скорости; и Р(L) = Vm(Н) = Ln/Lt — геометрическая вероятность линейного поражения (уязвимость) территории при протяженности границ развития процесса Ln и общей ее протяженности Lt. В расчетах использовались среднемноголетние скорости берегоразрушений, для которых условно было принято Р(Vn) = 1. Были получены значения удельного экономического риска для побережий водохранилищ России в руб./га в год в ценах 1990 г. На карте-врезке штриховкой различного типа выделены четыре категории удельного экономического риска (рис. 140): 1 — очень большой (> 300); 2 — большой (110–300); 3 — средний (10–110); 4 — небольшой (< 10). Проведены также изолинии удельного экономического риска (руб./га в год).

Рис. 140. Карта-схема опасности переработки берегов водохранилищ
и морей России с фрагментом карты абразионного риска
(по А. Л. Рагозину, В. Н. Буровой, 1995)

Пояснения к рис. 140. Степень опасности процесса (средние по водохранилищу или участку морского побережья удельные объемы (м3/км в год) и линейные скорости переработки берегов (м/год), тыс. м3/км в год ÷ м/год) на водохранилищах (а) и морях (б): 1 — чрезвычайно опасный на локальных участках (возможны оползни и обвалы объемом более 100 тыс.м3); 2 — опасный (удельный объем 12–70; линейная скорость > 3); 3 — умеренно опасный (соответственно 6–12 и 1–3); 4 — малоопасный (соответственно 1–6 и 1–0,5); 5 — незначительно опасный (соответственно < 1 и < 0,5). Удельный экономический риск (руб. /га в год в ценах 1990 г.): 6 — очень большой (> 300); 7 — большой (110–300); 8 — средний (10–110); 9 — небольшой (< 10). Изолинии: 10 — протяженности перерабатываемых берегов (%); 11 — удельного экономического риска (руб./га в год)

Рассмотренная карта интегрирует огромную информацию о переработке берегов и позволяет при необходимости выбрать оптимальный вариант при размещении новых водохранилищ на территории России; при разработке схем расселения людей и размещении производства; при определении очередности защиты территорий от негативных последствий этого процесса. В то же время она является примером прогнозной оценки опасности процесса переработки берегов на федеральном уровне и в доступном для понимания неспециалистами виде.

6.3.2. Мелкомасштабные карты

В качестве примера аналитических прогнозных мелкомасштабных карт нами рассматриваются: Карта оценки потенциальной возможности развития техногенного термокарста на севере Западной Сибири в зависимости от мощности и свойств снежного и растительного покрова и льдистости ММП, составленная С. Ю. Пармузиным и И. И. Шамановой (1985); Макет оценочно-прогнозной карты устойчивости природных микрорайонов к техногенным нарушениям на начальном этапе освоения нефтегазовых площадей, составленный И. А. Казначеевой (1983) на район междуречья Лая-Колва в западной части Большеземельной тундры; Схематическая карта прогноза инженерно-геологических условий разработки полезных ископаемых Урала масштаба 1:1 000 000, составленная Ю. Б. Осиповым, М. Н. Бучкиным и М. Э. Аронзоном (1987). Первая из указанных карт по своему назначению является общей, две вторые — специальные.

С. Ю. Пармузин и И. И. Шаманова (1985) составили Мелкомасштабную карту оценки потенциальной возможности развития техногенного термокарста на севере Западной Сибири в зависимости от мощности и свойств снежного и растительного покрова и просадочности MMП. Она составлена исходя из определенного типа техногенного воздействия, ведущего к таким наиболее распространенным видам техногенного нарушения, как изменение снегонакопления и удаления растительного покрова, в результате чего изменяется температурный режим и развивается конкретный инженерно-геологический процесс — термокарст, обусловливающий неустойчивость территории.

При оценке потенциальной возможности развития территории решались вопросы определения вероятной осадки грунта при оттаивании, а также критической мощности снега (hкр), при которой среднегодовая температура на поверхности почвы равна 0 °С для различных типов грунтов при наличии напочвенного растительного покрова и при его удалении.

Пространственная изменчивость величины потенциальной осадки при оттаивании ММП обусловлена особенностями генезиса и состава пород, их льдонасыщенностью. На карте выделены природные микрорайоны с различным типом геологического разреза (по литологии и льдистости) верхних горизонтов ММП (до глубины 10 м) с указанием прогнозной величины суммарной потенциальной осадки (Н, м). С помощью штриховки разного типа и крапа обособлены 11 таких типов геологического разреза (рис. 141).

Рис. 141. Карта оценки потенциальной возможности развития
техногенного термокарста в зависимости от мощности и свойств снежного
и растительного покровов и просадочности ММП
(по С. Ю. Пармузину, И. И. Шамановой, 1985)

Пояснения к рис. 141. 1–11 — типы геологического разреза верхних горизонтов ММП (до глубины 10 м) и суммарная потенциальная осадка (Н, м): 1 — слабольдистые преимущественно песчано-супесчаные породы (Н < 0,3); 2 — сильнольдистые преимущественно песчано-супесчаные породы, в южной части перекрытые торфом до 2 м (Н = 0,3–1,0); 3 — слабольдистые преимущественно глинистые породы (Н = 0,3–1,0); 4 — среднельдистые преимущественно глинистые породы, в южных районах перекрытые торфом (Н = 1–2), на участках распространения повторно-жильных льдов (ПЖЛ) суммарная осадка составляет 2–3 м; 5 — сильнольдистые супесчано-песчаные и глинистые породы, в южных районах перекрытые торфом мощностью 2–4 м (Н = 2–4); 6 — сильнольдистые глинистые породы (Н > 4); 7 — сильнольдистые преимущественно песчано-супесчаные и переслаивающиеся песчано-глинистые породы с ПЖЛ мощностью 2–5 м (Н = 1–3); 8 — сильнольдистые преимущественно глинистые породы, перекрытые торфом до 2 м, с ПЖЛ мощностью 2–5 (Н = 3–5); 9 — сильнольдистые глинистые породы с ПЖЛ мощностью до 6–12 м (Н > 5); 10 — переслаивающиеся песчано-глинистые породы, вмещающие залежи пластовых льдов, залегающих близ поверхности (катастрофические осадки при протаивании); 11 — отдельные небольшие массивы ММП, сложенные преимущественно песками, перекрытыми торфом мощностью до 2–4 м (Н < 0,5); 12–14 — линии критической мощности снежного покрова (hкр, м) при различном термическом сопротивлении растительного покрова R = 0(12), 0,25 (13), 0,5 м2×ч×°С/ккал (14); 15 — норма количества снега D0 г/см2 (по В. Б. Славину-Боровскому)

Мелко прерывистыми изолиниями показана норма количества снега (Dо, г/см2, по данным метеостанций). Параметр Dо, равный произведению мощности снега на его плотность, определяется по данным метеостанций, расположенных на открытых площадках в условиях, исключающих ветровое перераспределение снега.

Значение критической мощности снега (hкр) определялось из условия равенства величин зимнего промерзания и летнего оттаивания грунтов при среднегодовой температуре отложений (tcp) равной 0 °С. Учитывалась зависимость отепляющего влияния снега, а следовательно, и расчетного значения его критической мощности от климатических условий района, характера напочвенного растительного покрова (его термического сопротивления в мерзлом и талом состоянии), состава и свойств грунтов сезонно-талого слоя. Рассчитанные значения критической мощности снежного покрова (hкр, м) нанесены на карту в виде изолиний различного характера в зависимости от термического сопротивления (R) растительного покрова: 12) R = 0; 13) R = 0,25; 14) R = 0,5 м2 × ч × °С/ккал.

При оценке допустимых пределов увеличения мощности снега необходимо знать мощность снежного покрова в естественных условиях. Для этого в легенде карты приведен построенный С. Ю. Пармузиным и И. И. Шамановой график зависимости мощности снега (hсн) в различных типах природных микрорайонов от нормы количества снега (D0). Используя график и зная величину D0, определяли пределы изменения мощности снега в различных ландшафтных условиях. Полученные значения использовались для приближенных расчетов.

Приведенная карта носит прогнозный характер и позволяет оценить допустимое значение мощности снега при сохранении или при удалении растительного покрова; вероятность развития термокарста при удалении растительного покрова; возможные осадки грунта при оттаивании, если tср перейдет через 0°. По содержащейся информации карта кажется достаточно простой — штриховкой выделены типы геологического разреза по литологии, льдистости и прогнозной величине суммарной потенциальной осадки и проведены изолинии нормы количества снега и критической мощности снежного покрова, но за всем этим стоит анализ достаточно сложной ситуации и математические расчеты.

Maкет оценочно-прогнозной мелкомасштабной карты устойчивости природных микрорайонов к техногенным нарушениям на начальном этапе освоения нефтегазовых площадей составлен И. А. Казначеевой (1983) на район междуречья Лая-Колва в западной части Большеземельской тундры. На нем природные микрорайоны отделены друг от друга границами и отмечены индексами (рис. 142). Характеристика состава, свойств и температурного режима пород в пределах природных микрорайонов изложена в таблице, которая включает описания основных типов местности и слагающих их отложений, характера микрорельефа и растительности, индекс микрорайона на карте, состав отложений. Для каждого литологического типа пород дается влажность (%), плотность скелета грунта, амплитуда колебаний среднемесячных температур на поверхности пород (С°), среднегодовая температура пород. Для каждого микрорайона указана мощность СTC и CMC (табл. 66).

Таблица 66. Состав, свойства и температурный режим пород
в пределах природных микрорайонов

Основные типы местности и слагающие их отложения	Характер микрорельефа и растительности	Индекс	Состав отложений	Влажность, %	Плотность скелета грунта, кг/см3	Амплитуда колебаний среднемесячных температур на поверхности пород, °С	Среднегодовая температура пород, °С	Мощность СТС, м	Мощность CMC, м
Плоские или слабонаклонные заболоченные и заозерные расчлененные полосами стока межбугровыми и канавообразными понижениями. Сложены озерно-болотными отложениями (lр III—IV), подстилаемые ледово-морскими отложениями (gm II2–4)	бугристые кустарничково-мохово-лишай-никовые с осоково-сфагновыми мсжбугровыми понижениями	3	торф торф	200 200	250 250	16,1 8,1	–1,7 2,6	0,8	0,6
	плоско-бугристые кустарничково-мохово-ли-шайниковые с травяно-моховыми межбугровыми понижениями	3а	торф	800	93	17,4	–4,0	0,75
	полигона ьно-кустарничково-мохово-лишайниковые с кустарничково-осоково- сфагновыми канавообразными понижениями	Зв	торф	1200	59	16,3	–4,3	0,7
Плоские или слабовсхолмленные слабодренированные, расчлененные полосами стока, межблочными понижениями, котловинами. Сложены биогенными (в IV) и элювиально-делювиальными отложениями (ed III—IV), подстилаемые ледово-морскими отложениями (gm II2–4)	пологоволнистые мелкоблочные кустарничково-мохово-лишайниковые с кустарничково-травяно-сфагновыми и ивняково-травяно-моховыми межблочными понижениями	4а	торф суглинок суглинок	250 48 40	228 1190 1240	16,6 12,7	–2,8 0,8	1,4	1,6
	пологоволнистые грядово-блочные ивняково-кустарничково-моховые с ивняково-травяно-моховыми межблочными понижениями	4б	торф суглинок суглинок	200 42 25	250 1220 1610	14,8 12,1	–1,4 0,7	1,7	2,0
Склоновые или слабонаклонные расчлененные полосами стока, межблочными понижениями, водотоками, умеренно дренированные, сложены элювиально-делювиальными (ed III—IV) и аллювиальными отложениями (а III — IV), подстилаемые ледово-морскими (gmll2–4) и озерно-аллювиальными (lа III1) отложениями	грядово-блочные кустарничково-лишайниковые с ивняково-кустарничково- мохово-лишайниковыми межблочными понижениями	4г	песок суглинок	20 35	1630 1320	16,2 12,6	–2,5 0,7	2,0	1,8
	ровные мелкобугристые пятнисто-медальонные кустарничково- лишайниковые с кустарничково-мохово-лишайниковыми и ивняково-сфагновыми межбугровыми понижениями	4д	песок торф	20 150	1630 262	18,3 12,2	–2,0 0,5	2,2	0,7
	плоские и слабоволнистые крупнокочковатые кустарничково-мохово-лишайниковые с травяно-сфагновыми мочажинами	4з	торф суглинок суглинок	150 39 20	262 1320 1630	15,3 10,3	–1,7 1,0	1,9	1,7

Штриховкой на карте показаны прогнозируемые деформации, обусловленные возможными термокарстовыми просадками поверхности или пучением. При этом считалось, что их максимально возможное распространение по площади соответствует процентному соотношению распространения талых и мерзлых пород. По этому параметру выделяются четыре градации возможных деформаций поверхности (условно допуская, что пучению подвергаются только талые породы, а термокарстовым просадкам — только мерзлые): 1 — деформации, связанные с термокарстовыми просадками более чем на 95 %, с пучением не менее чем на 5 % площади; 2 — связанные с термокарстовыми просадками от 50 до 90 %, с пучением от 5 до 50 % площади; 3 — связанные с термокарстовыми просадками от 10 до 50 %, с пучением от 50 до 90 % площади, 4 — связанные с термокарстовыми просадками не менее чем на 10 %, с пучением не более чем на 90 % площади.

Рис. 142. Макет мелкомасштабной карты устойчивости
природных микрорайонов к техногенным нарушениям на начальном этапе
освоения нефтегазоносных площадей (по И. А. Казначеевой, 1983)

Пояснения к рис. 142. Характер возможных деформаций поверхности по площади: 1 — связанные с термокарстовыми просадками более чем на 95 %, с пучением не менее чем 5 % площади; 2 — связанные с термокарстовыми просадками от 50 до 95 %, с пучением от 5 до 50 % площади; 3 — связанные с термокарстовыми просадками от 10 до 50 %, с пучением от 50 до 90 % площади; 4 — связанные с термокарстовыми просадками не менее чем 10 %, с пучением не более чем 90 % площади. Виды хозяйственной деятельности на начальном этапе освоения нефтегазоносных площадей: 5 — обустройство и бурение скважин на нефть и газ; 6 — создание временных поселков; 7 — создание зимников; 8 — неорганизованное движение гусеничного транспорта в летнее время; 9 — создание водоемов-отстойников; 10 — проходка сейсмопрофилей; 11 — относительные показатели аварийных выбросов нефти и газа. Характеристика устойчивости природных микрорайонов к техногенным нарушениям (обозначения в циклограммах): 12 — устойчивые; 13 — относительно устойчивые; 14 — неустойчивые

Условными значками на карте показаны основные виды хозяйственной деятельности, характерные для начального этапа освоения нефтегазоносных площадей. Это обустройство и бурение скважин на нефть и газ; создание временных поселков, создание зимников; неорганизованное движение гусеничного транспорта в летнее время; создание водоемов-отстойников; проходка сейсмопрофилей.

Устойчивость И. А. Казначеева предлагает характеризовать в основном двумя показателями (табл. 67): 1) величиной положительной и отрицательной деформации поверхности в результате пучения и термокарстовых просадок и 2) возможной инверсией знака температуры пород на том или ином участке. По первому параметру выделяются следующие градации деформации поверхности: а) < 0,1 м, б) от 0,1 до 0,3 м, в) > 0,3 м. По второму параметру выделяются градации, когда: а) инверсия знака tξ не происходит, б) инверсия знака tξ происходит, в) инверсия знака tξ происходит лишь в отдельные наиболее благоприятные годы. В зависимости от сочетания этих параметров разные по исходным условиям участки при различных видах освоения могут быть охарактеризованы как сохраняющие устойчивое состояние, относительно устойчивое или неустойчивое. Устойчивыми считались участки, в пределах которых в результате соответствующих тектонических нарушений не происходит инверсия знака tξ и деформация поверхности за счет пучения или термокарстовых просадок составляет менее 0,1 м. К находящимся в относительно устойчивом состоянии отнесены участки, техногенные нарушения, в пределах которых приводят к деформации поверхности на 0,1–0,3 м, но инверсия знака tξ при этом не происходит или происходит лишь в отдельные наиболее благоприятные годы, а также участки, деформация поверхности которых менее 0,1 м, но инверсия знака температуры происходит в отдельные наиболее благоприятные годы. К неустойчивым относятся участки, в пределах которых техногенное воздействие вызывает инверсию знака tξ, приводит к развитию пучения и термокарстовых просадок, в результате которых происходит деформация поверхности более чем на 0,3 м. Наименее устойчивыми считались участки, на которых деформация поверхности превышает 0,3 м и происходит инверсия знака tξ. При этом автор карты подчеркивает, что в зависимости от вида техногенного воздействия одни и те же участки могут быть устойчивыми, относительно устойчивыми и даже неустойчивыми.

Таблица 67. Устойчивость природных микрорайонов к техногенным нарушениям

Величина деформации поверхности, м	Инверсия знака tξ не происходит	Инверсия знака tξ происходит в отдельные наиболее благоприятные годы	Происходит инв ерсия знака tξ
<0,1	устойчивые	относительно устойчивые	неустойчивые
0,1–0,3	относительно устойчивые	относительно устойчивые
>0,3	неустойчивые	неустойчивые

На карте характеристика устойчивости природных микрорайонов к техногенным нарушениям приводится в циклограммах, вынесенных за пределы карты, и показывается штриховкой различного наклона и разрядки (см. рис. 142). В циклограммах значками показаны виды хозяйственной деятельности, техногенные нарушения при которых определяют степень устойчивости каждого участка. В циклограмме два круга: внешний с отображением устойчивости мерзлых пород и внутренний с отображением устойчивости талых пород.

Подобная карта дает прогноз геокриологической устойчивости территории к конкретному виду техногенного воздействия на начальном этапе освоения, а также на стадии поиска и разведки, в процессе съемки нефтегазоносных площадей. Использование циклограмм представляется удачным, поскольку они несут много информации.

Ю. Б. Осиповым, М. Н. Бучкиным и М. Э. Аронзоном (1987) составлена Схематическая карта прогноза инженерно-геологических условий разработки полезных ископаемых Урала масштаба 1:1 000 000 на основе разработанного верифицируемого алгоритма прогноза, позволяющего экстраполировать результаты инженерно-геологической типизации на территорию региона. Авторы исходили из того, что разрабатываемые месторождения возможно типизировать в рамках терминального подхода как геодинамические системы на основании анализа определенного набора горно-геологических процессов или ассоциации процессов, сопровождающих разработку полезных ископаемых (самовозгорание углей и руд, оползни, набухание глин, выбросы газов и др.). Для этого физически разнородные горно-геологические процессы и явления были представлены в некоторой единой системе — специально построенной в виде решетки классификации видов вещественно-энергетических взаимодействий. В качестве основания деления использованы два признака: 1) вид вещественно-энергетического взаимодействия (теплофизическое, термодинамическое, электродинамическое, электрохимическое, физико-химическое, термохимическое, гравитационное, гравидинамическое, упругодинамическое, механическое); 2) геосфера — источник вещественно-энергетических ресурсов (литосфера, подземная и поверхностная гидросфера, подземные газы и атмосфера).

Элементы классификационной таблицы имеют сплошную нумерацию от 1 до 50, и каждый процесс закодирован в двоичной системе. Был составлен «Словарь процессов», включающий 70 разновидностей. Таксономическую структуру любого явления представляли в виде матрицы сопряженности видов взаимодействия (50×50), в которой взаимосвязи элементов геовещественно-энергетического парагенезиса обозначаются единицами, а их отсутствие — нулями. Статистический анализ результатов изучения разных процессов, возникающих при разработке месторождений, сводился к сложению этих матриц. Интерпретация выявленной таким образом реакции геологической среды на горные работы основывается на факторной модели парагенетического метода, учитывающей факторы регионального характера (общность), факторы, зависящие от способа разработки и вида полезного ископаемого (специфичность), факторы, обусловленные особенностями горных работ и ошибками метода (случайность).

В результате была получена типологическая схема Урала, основанная на результатах анализа процессов, сопровождающих разработку полезных ископаемых, включающая 39 типов инженерно-геологических условий, объединенных в 17 групп. Затем с использованием ЭВМ проводилось автоматизированное прогнозирование по принципу прямых аналогий. Задача заключалась в установлении принадлежности участка региона размером 25×25 км, соответствующего размеру рудного поля, принятого за элементарный объект прогноза, к одному из 39 известных типов инженерно-геологических условий разработки полезных ископаемых Урала. Предварительно каждый из 850 участков в границах горно-складчатого Урала был описан в среднем 50 (30–80) признаками.

Алгоритм типологического прогноза, разработанный авторами карты, основан на принципах теории распознавания образов. В нем предусмотрены операции по оценке евклидовых расстояний элементарного участка до всех известных горнодобывающих районов, вошедших в классификацию, оценке классификационной (межгрупповой) значимости признаков, оценке весов (типичности) объектов, входящих в обучающие совокупности (классы), оценки весов (уникальности) классов и др. Распознаваемый объект сравнивается не с формальным средним в классе, а с каждым объектом, входящим в класс. В результате определяется принадлежность прогнозируемого участка к одному из 39 типов инженерно-геологических условий. ЭВМ для каждого опознанного участка вычисляет меру относительной достоверности прогноза в принятой типологии, которая измеряется как доля «вклада» опознанного типа условий в прогнозируемом объекте.

Составленная карта прогноза инженерно-геологических условий разработки полезных ископаемых Урала содержит региональную прогнозную оценку сложности инженерно-геологических условий разработки: 1 — преимущественно весьма сложные; 2 — сложные; 3 — преимущественно простые, обозначенные на карте штриховкой. Выделены инженерно-геологические районы (типы условий, рис. 143), номера которых показаны на карте, разрезы характерных рудоконтролирующих структур района, а также дан прогноз возможных парагенетических ассоциаций горно-геологических процессов при разработке месторождений регионов.

Рис. 143. Схематическая карта прогноза инженерно-геологических условий
разработки полезных ископаемых Урала масштаба 1:1 000 000
(по Ю. Б. Осипову, М. Н. Бучкину, М. Э. Аронзону, 1987)

Пояснения к рис. 143. 1 — преимущественно весьма сложные инженерно-геологические условия; 2 — сложные; 3 — преимущественно простые; 4 — границы инженерно-геологических регионов ІІ порядка. 5 — номера инженерно-геологических районов (типов условий) в регионе ІІ порядка

Отнесение каждого участка при освоении новых горно-рудных районов к определенному типу инженерно-геологических условий позволяет использовать уже имеющийся уникальный опыт разработки известных месторождений этого региона.

Использование при составлении карты алгоритма типологического прогноза, основанного на принципах теории распознавания образов, позволяет значительно расширить возможности метода аналогий, использовать практически неограниченный фактический материал в многофакторных моделях инженерно-геологических ситуаций, автоматизировать операции обработки и анализа исходных данных и выполнение прогнозов, обеспечить объективную оценку достоверности полученных результатов.

6.3.3. Среднемасштабные карты

В качестве примера среднемасштабных аналитических прогнозных инженерно-геологических карт нами рассматриваются четыре карты: Карты прогнозов развития оползней, абразии и селей на Черноморском побережье СССР до 2000 г. масштаба 1:200 000, составленные сотрудниками ВСЕГИНГЕО А. И. Шеко, В. С. Круподеровым и др. (Прогноз экзогенных геологических процессов на Черноморском побережье СССР, 1979); Прогнозная карта районирования территории по оползневому потенциалу масштаба 1:200 000, составленная К. А. Гулакяном, В. В. Кюнтцелем и Г. П. Постоевым (1975); Карта районирования территории Крымской области по условиям реакции геологической среды на воздействие техногенного фактора масштаба 1:200 000, составленная К. О. Цуриковым (1991); Карта пучинистости грунтов Ленинградской области масштаба 1:500 000, составленная Л. С. Гарагулей, И. В. Чесноковым, Г. Л. Коффом (1991). Все рассматриваемые карты относятся по своему назначению к общим.

В 1975 г. сотрудниками ВСЕГИНГЕО А. И. Шеко, В. С. Круподеровым, В. И. Дьяконовой и др. были составлены инженерно-геологические карты прогнозов развития оползней и абразии на Черноморском побережье СССР до 2000 г. масштаба 1:200 000 (Прогноз экзогенных геологических процессов на Черноморском побережье СССР, 1979). Они составлены на основании разработанных А. И. Шеко теоретических основ и методов долговременных региональных прогнозов проявления ЭГП на основе системного подхода. Это карты региональных прогнозов, на которых показаны основные наиболее важные характеристики, такие как генетические виды процессов, их интенсивность и прогноз режима активизации того или иного генетического типа геологического процесса до 2000 г.

На карте прогноза активизации оползневых и абразионных процессов на Черноморском побережье СССР проведено, прежде всего, районирование территории по условиям и интенсивности развития экзогенных геологических процессов. Самой крупной таксономической единицей являются регионы, выделенные по геоструктурному признаку, наиболее полно отражающему общие особенности геологической истории развития территории и проявления ЭГП. В качестве регионов выделены: I — Причерноморская впадина, ІІ — мегантиклинорий Горного Крыма, ІІІ — мегантиклинорий Главного Кавказского хребта; ІV — Грузинский срединный массив; V — мегантиклинорий Малого Кавказа.

Регионы по геоморфологическому признаку подразделены на области: А — нивально-альпийские (> 2000 м); Б — высокогорные (1300–2000 м); В — среднегорные (600–1300 м); Г — низкогорные (200–600 м); Д — холмистых предгорий; Е — заболоченных низменностей; Ж — грядово-холмистых поверхностей в районе Керчи и Тамани; З — приморских склонов Горного Крыма; И — Крымских яйл и куэстовых гряд; К — прибрежных равнин; Л — плавней и днищ крупных долин.

Области по литологическому составу пoрoд подразделяются на районы, а последние, по интенсивности развития экзогенных геологических процессов разделяются на участки. Регион, области и районы разделяются только границами и обозначаются сочетанием символов.

Интенсивность развития процессов оценивается по пораженности и показывается крапом. Выделено семь категорий интенсивности (в долях единицы площади): 1 — оползни не зафиксированы; 2 — интенсивность весьма слабая (< 0,05); 3 — слабая (от 0,05 до 0,1); 4 — средняя (от 0,1 до 0,3); 5 — сильная (от 0,3 до 0,5); 6 — очень сильная (от 0,5 до 0,7); 7 — весьма сильная (> 0,7).

Условными значками показаны генетические типы оползней: 8 — оползни-блоки с захватом коренных пород; 9 — оползни — блоки в четвертичных отложениях; 10 — оползни потоки; 11 — оплывины и сплывы.

Временной прогноз конкретного геологического процесса дается на карте через показ прогноза режима его активизации. Для этого на основе анализа возможной активизации геологического процесса выделяются типы, подтипы и виды режимов его активизации в различных районах. Например, на Кавказском побережье авторами карты по особенностям увлажнения выделено восемь видов режима, в Крыму — два, по особенностям абразии на участках распространения оползней выделено пять видов режима. Затем производилось районирование территории по характеру состояния видов режима основных факторов (в данном случае абразии и режиму атмосферных осадков) с выделением временных зон. Количество и размеры временных зон определяются различными факторами, в том числе и рельефом, но главное — изменчивостью быстроизменяющихся факторов ЭГП, их количеством. На карте для Черноморского побережья выделено 11 временных зон, каждая из которых имеет свой характерный временной режим процесса, свой набор периодов активизации. На карте временные зоны с различными режимами активизации до 2000 г. показаны штриховкой; границы их не совпадают с границами регионов или областей (рис. 144).

Рис. 144. Схематизированный фрагмент инженерно-геологической карты
прогноза активизации оползневых и абразионных процессов на Черноморском побережье
СССР до 2000 г. масштаба 1:200 000 (от р. Шахе до р. Кодори)
(по А.И. Шеко, В.С. Круподерову и др., Прогноз экзогенных геологических
процессов на Черноморском побережье СССР, 1979)

Условные обозначения 1–11 см. в тексте.

Во второй части легенды карты дается характеристика развития и прогноз активизации абразии. Под абразией авторы карты понимают процесс разрушения и продвижения берегового уступа (клифа) в сторону суши. В легенде рассматриваются, прежде всего, факторы, определяющие активность абразии: штормы, режим уровня моря, ширина пляжа, морфология берега. На карте проведено районирование побережья по штормам; при этом указывается граница (квадратной скобкой) и номер района. Далее приводится его характеристика в виде дроби, в числителе которой цифрой слева от вертикальной черты показывается число штормов силой более 5 баллов, справа — силой более 6 баллов; в знаменателе слева — более 7 баллов, справа — более 8 баллов.

При районировании побережья по уровням моря граница района обозначается круглой скобкой и ставится номер района, затем в виде дроби дается характеристика режима уровня моря: в числителе слева от вертикальной линии — разность годовых экстремальных значений уровня (см), справа — средняя амплитуда колебания уровня в течение суток, при шторме более 6 баллов (см); в знаменателе слева указываются максимальные среднемноголетние месячные значения уровня (см), справа — уровни наиболее штормовых месяцев (см).

Пляжи по ширине (м) разделены на четыре градации: 0–10; 10–20; 20–40 и > 40 и отмечены на карте различными тонкими пунктирными линиями. На карте показана активность происходящих абразионных процессов, выраженная величиной отступания берегового уступа, в м/год (см. рис. 144). Для отдельных участков, где есть результаты стационарных наблюдений, величина отступания берегового уступа показана в виде дроби, в числителе которой — среднегодовые значения, с обозначением в скобках числа лет наблюдений или годы. В знаменателе дроби указываются максимальные наблюдаемые значения, а в скобках год, когда наблюдалось это значение. Отдельными знаками (44) выделены участки с активной абразией пород и оползневых накоплений.

Прогноз развития абразии составлялся на основании прогноза изменения преобладающего фактора, которым является или шторм, или уровень моря. Они определяют активность абразионных процессов и изменение их во времени. В тех случаях, когда штормы и уровни в равной мере определяли активность абразионных процессов, прогноз строился на основании изменения обоих факторов. В результате границы временных зон (или районов с одинаковым временным ходом абразии) совпали с границами районов, выделенных либо по штормам, либо по уровням. Границы временных зон показаны на карте, отмечены годы активизации абразии; более активные годы выделены крупными цифрами.

А. И. Шеко, В. С. Круподеровым и И. В. Харламовой была составлена аналогичная Инженерно-геологическая карта прогноза активизации селей на Черноморском побережье СССР масштаба 1:200 000 (Прогноз экзогенных геологических процессов на Черноморском побережъе СССР, 1979). На ней выделены по тому же принципу, что и на предыдущей, регионы и области, обозначенные соответственно цифровыми и буквенными индексами. Участки обособлены по интенсивности проявления селевых процессов, выраженной в пораженности территории селями (доли единицы длины водотоков): 1 — сели не зафиксированы; 2 — весьма слабая интенсивность (< 0,05); 3 — слабая (от 0,05 до 0,1); 4 — средняя (от 0,1 до 0,3); 5 — сильная (от 0,3 до 0,5); 6 — очень сильная (от 0,5 до 0,7); 7 — весьма сильная (> 0,7). На карте районы выделены крапом (рис. 145).

Отмечены очаги зарождения селей с разделением их на оползневые, эрозионные, эрозионно-оползневые, техногенные. Выделены типы селей: водокаменные, грязекаменные, грязевые. На карте они показаны в прямоугольных рамках, в левой части которых условными значками даны очаги зарождения селей, а в правой — буквенными индексами — типы селей.

Для прогноза активизации селей были составлены и проанализированы временные ряды проявления селей на южном берегу Крыма и на Черноморском побережье Кавказа. Анализ показал, что активизация селевых процессов наиболее сильная в годы с большим числом дней с ливневыми осадками и общим большим количеством осадков. Были выявлены временные зоны, где активизация селей будет происходить в различные годы. На карте эти временные зоны показаны различными типами штриховки. Всего выделено восемь временных зон (см. рис. 145). Они не совпадают с границами регионов или областей.

Рис. 145. Инженерно-геологическая схема прогноза активизации
селей на Черноморском побережье СССР (Крым)
масштаб 1: 200 000 (по А. И. Шеко, В. С. Круподерову, И. В. Харламовой.
Прогноз экзогенных геологических процессов
на Черноморском побережье СССР, 1979)

Пояснения к рис. 145. Регион: мегантиклинорий Горного Крыма (II). Интенсивность проявления селевых процессов, выраженная в пораженности территории селями (доли единицы длины водотоков): 1 — сели не зафиксированы; 2 — весьма слабая (< 0,05); 3 — слабая (от 0,05 — до 0,1); 4 — средняя (от 0,1 до 0,3); 5 — сильная (от 0,3 до 0,5); 6 — очень сильная (от 0,5 до 0,7); 7 — весьма сильная (> 0,7) Очаги зарождения селей: 8 — оползневые, 9 — эрозионные, 10 — эрозионно-оползневые, 11 — техногенные. Типы селей: 12 — водокаменные, 13 — грязекаменные, 14 — грязевые. Прогноз активизации селей: 15 — наиболее сильная активизация ожидается в 1986–1989 гг. (декабрь и август), значительная — в 1996–1997 гг., слабая — в 1981–1982 гг.; 16 — значительная активизация ожидается в 1981–1984, 1992–1994 гг. (июль—август); 17 — наиболее сильная активизация ожидается в 1997–2000 гг., на фоне общего ослабления селевой активности ожидается активизация в 1981–1982, 1987–1988, 1992–1993 гг. (декабрь, август, сентябрь); 18 — наиболее сильная активизация ожидается в 1981–1982 гг., слабая — в 1987, 1992 и 1996 гг. (август—сентябрь); 19 — наиболее значительная активизация ожидается в 1986–1987 гг., менее значительная — в 1995–2000 гг., очень слабая — в 1980–1981 гг. (июль-сентябрь); 20 — наиболее сильная активизация в оползневых очагах ожидается в 1987, 1995–1996 гг., менее значительная (в основном в эрозионных очагах) в 1999–2000 гг. (июль, сентябрь); 21 — наиболее сильная активизация в оползневых и эрозионных очагах ожидается в 1986–1988 гг., значительная — в 1997–2000 гг., активизация в эрозионных очагах ожидается в 1981–1982, 1991–1993 гг. (май, июль); 22 — наиболее сильная активизация в оползневых и эрозионных очагах ожидается в 1986–1989 гг., значительная, преимущественно в оползневых очагах — в 1980–1981, 1995–2000 гг.; 23 — наибольшая активизация ожидается в 1992–1997 гг., менее значительная — в 1984–1987, 1981–1982 гг. Границы: 24 — регионов; 25 — областей; 26 — участков с различной интенсивностью проявления селевых процессов, 27 — временных зон, выделенных по режиму активизации селей, не совпадающие с границами регионов или областей; 28 — территории исследований

Сделанные на рассмотренных картах прогнозы дают возможность определить наиболее опасный сезон проявления экзогенных геологических процессов. А. И. Шеко, В. С. Круподеров и другие авторы карт в 1999 г. отметили достаточно хорошую оправдываемость сделанных прогнозов. При этом особенно хорошо оправдался прогноз тенденции развития ЭГП во времени. Ошибка в определении наступления периодов активизации не превышала одного года, редко двух. Чаще период активизации наступает раньше расчетного на 1 год. Хуже оправдался прогноз степени (силы) активизации.

К. А. Гулакян, В. В. Кюнтцель, Г. П. Постоев (1975) предложили методику составления прогнозных инженерно-геологических карт различных масштабов территорий активного развития современных геологических процессов. Суть методики заключается в вероятностной оценке влияния природных факторов и техногенной деятельности человека на возникновение и активизацию оползневых процессов на исследуемой территории. К такому набору факторов были отнесены: литологический состав комплексов пород, густота тектонических нарушений, крутизна склонов, густота эрозионной сети, годовые суммы атмосферных осадков, техногенная деятельность человека (табл. 68). Эти факторы составляют множество 1, 2, ... j, …m. Построены аналитические карты каждого фактора (например, рис. 146А). На карте каждого j-гo фактора показываются границы распространения его классов, т. е. значений факторов, составляющих подмножество 1, 2, .., j, ...S. Составляется также карта распространения оползневых проявлений с их типизацией. Определение вероятностей Рj… проявления оползней в пределах площади …-го класса j-го фактора определяется как отношение площади оползней в пределах класса к площади всего класса и производится на ключевых участках. Результаты выяснения вероятностей Рj… появления оползней в пределах площади каждого класса j-го фактора приведены в табл. 68.

Таблицы 68. Факторы и результаты вычисления вероятностей Pji
появления оползней в пределах площади каждого класса j-го фактора

Фактор	Класс	Площадь класса	Площадь оползней	Вероятность
1	2	3	4	5
I. Литологическая характеристика пород	1. Галечники, пески, илы, глины, четвертичные	60,6	0,2	0,003
	2. Глины с прослоями песка, рыхлые песчаники, неогеновые	23,4	2,5	0,108
	3. Глина с прослоями массивных песчаников, терригенные, палеогеновые	95,6	14,9	0,156
	4. Аргиллиты с прослоями мергелей и песчаников, терригеные, палеогеновые	28,0	40,0	0,142
	5. Глины, алевролиты, аргиллиты, известняки, палеогеновые	58,4	6,9	0,118
	6. Аргиллиты, песчаники, мергели, палеогеновые	7,3	0,8	0,111
	7. Известняка, мергели, известняки, рифовые, органогенные доломиты, юрско -палеогеновые	109,8	0,9	0,008
	8. Алевролиты, мергели, известняки, песчаники, глины, юрско-меловые	218,2	0,8	0,003
	9. Аогиллиты, песчаники, нижнемеловые	84,2	2,0	0,024
	10. Авгитовые порфириты и их туфы, граувакковые песчаники, туфобрекчии, спилиты, покровы диабазов, аспидные сланцы, кремнистые сланцы, аргиллиты, туфопесчанники, юрские	43,2	0,1	0,003
II. Густота тектонических нарушений	1. 0–1 км/км2 2. 1–1,5 3. > 1,5	355,0 174,7 63,1	6,7 4,6 3,0	0,019 0,026 0,048
III. Крутизна склонов	1. 0–8° 2. 8–15° 3. 15–30° 4. >30°	126,96 317,6 275,1 22,7	1,6 21,9 6,8 0,7	0,012 0,069 0,025 0,029
IV. Густота эрозионной сети	1. 0–0,5 км/км2 2. 0,5–1,0 3. 1,0–1,5 4. 1,5–2,0	64,4 239,7 344,8 101,2	4,6 10,6 9,3 2,8	0,071 0,044 0,027 0,027
V. Воздействие антропогенного фактора	1. Область слабого воздействия и отсутствие воздействия (слабо освоены территории)	478,6	5,8	0,012
	2. Область значительного воздействия (сведение лесов, распашка территории)	55,6	4,2	0,074
	3. Область интенсивного воздействия (города, поселки, железные и шоссейные дороги)	215,2	21,3	0,094
VI. Годовые суммы атмосферных осадков	1. 800–1200 (мм) 2. 1200–1600 (мм) 3. 1600–2400 (мм)	64,0 359,6 163,2	1,45 19,0 3,5м	0,021 0,053 0,021

Путем совмещения всех карт-факторов устанавливаются участки пересечения площадей разных классов рассматриваемых m-факторов. Результирующая вероятность Wоп (оползневой потенциал) возникновения или активизации рассматриваемого типа оползней на любом участке определяется как вероятность суммы конечного числа событий

Wоп = 1 – П(1 – Рк), к =1

где П — знак произведения; Рк — вероятность Pj… в совокупности m-классов различных факторов, возникшей при совмещении аналитических карт факторов.

На основании результирующих вероятностей Wоп, показывающих сравнительную предрасположенность данного участка территории к возникновению или активизации оползней, составлена прогнозная карта, где на количественной основе выделены районы с очень высокой, высокой, средней, низкой и очень низкой степенью потенциальной оползневой активности (см. рис. 146).

Рис. 146. Прогнозная и некоторые вспомогательные аналитические карты
в масштабе 1:200 000 (по К. А. Гулакяну, В. В. Кюнтцелю, Г. П. Постоеву, 1975)

Пояснения к рис. 146. A — фактор «крутизна склонов»: 1 — 0°–8°; 2 — 8°–15°; 3 — 15°–30°; 4 — >30°; Б — распространение оползней на ключевых участках: I — оползни; 2 — границы и номер ключевых участков; B — районирование территории по оползневому потенциалу: I — <0,20; 2 — 0,20–0,25; 3 — 0,25–0,30; 4 — 0,30–0,35; 5 — >0,35

Набор факторов для прогнозных карт разных масштабов во многом сходен. Но с укрупнением масштаба будут использоваться все более дробные таксономические единицы. Например, во всех случаях одним из главных факторов будет выступать литологический состав пород, но вместо формаций, субформаций и геолого-генетических комплексов будут использоваться петрографические типы, инженерно-геологические виды и разновидности. Другими важными факторами является мощность поверхностных отложений, крутизна склонов и такие процессы, как абразия, эрозия, а также хозяйственная деятельность человека. По мере укрупнения масштаба растет детальность, а соответственно и достоверность прогнозных оценок.

Прогнозные инженерно-геологические карты позволяют, по мнению авторов, проводить дифференцированный подход при проектировании инженерно-хозяйственного освоения территории и комплексов противооползневых мероприятий не только на оползневых участках, активных в настоящее время, но и на склонах с потенциально высокой вероятностью оползневых подвижек.

К. О. Цуриков (1991) составил Карту районирования территории Крымской области по условиям реакции геологической среды на воздействие техногенного фактора. Карта среднемасштабная, по содержанию аналитическая, по назначению общая, оценочно-прогнозная. На карте показаны коэффициенты риска проявления ЭГП под воздействием техногенного фактора и определяемые ими степени риска, используемые для качественной прогнозной оценки реакции геологической среды на техногенное воздействие.

Для составления карты автором был проведен анализ взаимосвязей, с одной стороны, между классами и типами основных экзогенных геологических процессов (ЭГП) и, с другой стороны, типами техногенного воздействия, оказываемого источниками в пределах отдельных элементов геологической среды (табл. 69). Все типы техногенного воздействия по характеру их взаимоотношений с каждым геологическим типом ЭГП были разделены на три группы: 1) основные, воздействие которых является главной причиной возникновения (активизации) ЭГП; 2) дополнительные, воздействие которых может являться причиной возникновения (активизации) ЭГП, но, как правило, для этого необходим ряд дополнительных условий; 3) прочие (нейтральные), которые обычно не вызывают возникновения (активизации) данного типа ЭГП. Выделение трех типов техногенных воздействий позволило в дальнейшем при расчете величины воздействия на конкретный участок ГС учитывать лишь те воздействия, которые являются основными факторами происходящих в среде изменений.

Таблица 69. Взаимосвязь между генетическими типами ЭГП
и вызывающими их типами техногенного воздействия

Генетический тип техногенных ЭГП	Типы техногенного воздействия, вызывающие проявление ЭГП
Генетический тип техногенных ЭГП	основные	дополнительные
Оползни	Механическое динамическое, механическое гравитационное, гигродинамическое	Виброшумовое, гидравлическое, электромагнитное
Обвально-осыпные процессы	Механическое динамическое	Биомеханическое, виброшумовое, электромагнитное
Эрозия	Биомеханическое, механическое динамическое	Гидравлическое, гигродинамическое, гидродинамическое
Сели	Биомеханическое, механическое динамическое	Гидравлическое
Аккумуляция	Гидравлическое	Механическое динамическое
Абразия и переработка берегов водохранилищ	Гидравлическое, механическое динамическое	Гигродинамическое, биомеханическое
Карст	Гидродинамическое, гидравлическое, механическое динамическое	Биомеханическое, гигродинамическое
Подтопление и заболачивание	Гидродинамическое, гидравлическое	Гигродинамическое, химическое
Загрязнение подземных и поверхностных вод	Химическое, биологическое, г идродинамическое	Тепловое

Затем было проведено районирование территории Крымской области с выделением районов по условиям преимущественного развития каждого типа ЭГП под воздействием техногенного фактора. Всего на территории Крыма выделено пять площадных и два линейных района: площадные районы с преимущественным развитием оползней, карста, обвалов и осыпей, эрозии, подтопления и заболачивания, процессов химического и биологического загрязнения подземных вод; линейные районы с преимущественным развитием селей, абразии и переработки берегов водохранилищ.

В качестве основания для их выделения служил характер реакции геологической среды на техногенное воздействие. Интегральным показателем этой реакции являются коэффициенты риска проявления ЭГП под воздействием техногенного фактора. Коэффициент риска определялся для каждого ЭГП, развитие которого отмечается или прогнозируется на данном участке. При этом инженерно-геологические, гидрогеологические и другие условия учитывались косвенно, как показатели, определяющие прогнозируемую активность ЭГП, а интенсивность и активность проявлений ЭГП учитывалась напрямую. Коэффициенты риска колеблются от 1 (процессами слабой активности поражено менее 10 % площади участка) до 20 (процессами очень сильной активности поражено более 75 % площади участка). Интенсивность проявления процессов бралась с карт пораженности ЭГП, составленных ранее по методике ВСЕГИНГЕО. Активность напрямую определялась для оползней (доля площади, пораженной активными формами процесса, от общей площади участка) и абразии (объем размытых пород с единицы длины побережья в единицу времени). Для остальных типов ЭГП использовались косвенные характеристики для определения их активности. Всего выделяется шесть степеней активности: проявление ЭГП не ожидается; слабая; средняя; сильная; очень сильная; весьма сильная. Очень и весьма сильная степень активности выделена только для наиболее опасных из развитых на данной территории процессов — оползней и карстообразования, для остальных типов ЭГП выделены две-три степени активности.

На карте показаны коэффициенты риска проявления ЭГП под воздействием техногенного фактора и определяемые ими степени риска, используемые для качественной прогнозной оценки реакции геологической среды на техногенное воздействие. Коэффициент риска обозначается на карте цифровыми индексами от 1 до 20, типы ЭГП — общепринятыми буквенными индексами, степени риска — штриховкой и крапом (рис. 147).

Рис. 147. Фрагмент карты районирования
по условиям реакции геологической среды на воздействие
техногенного фактора (по К. О. Цурикову, 1991)

Пояснения к рис. 147. I — индексы участков с различными условиями реакции (цифра — значение коэффициента риска, буква — тип ЭГП (в данном случае эрозия)); индексы ЭГП: 2 — карст, 3 — оползни, 4 — обвально-осыпные процессы; 5 — подтопление и заболачивание, 6 — абразия, 7 — сели; границы: 8 — районов преимущественного развития различных типов ЭГП, 9 — участков с различными значениями коэффициентов риска проявления ЭГП; степени риска проявления ЭГП: 10 — проявления ЭГП не ожидаются, 11 — слабая; 12, 13 — средняя, 14, 15 — сильная, 16, 17 — очень сильная, 18, 19 — весьма сильная (13, 15, 17, 19 — для линейных районов, пояснения см. текст)

Оценка интенсивности техногенного воздействия проводится через модуль техногенного воздействия, который выражается в различных единицах измерения в зависимости от условий геологической среды конкретного региона и является полуколичественной оценкой интенсивности нагрузки на геологическую среду. Для всех районов, выделенных на территории Крымской области, модуль техногенного воздействия определялся по косвенным признакам.

Например, в районах преимущественного развития оползней и обвально-осыпных явлений основными типами воздействия являются механические (динамические и гравитационные), а также гигродинамические, дополнительными — виброшумовое, гидравлическое, биомеханическое, электромагнитное. Модуль техногенного воздействия рассматривался как отношение площадей, испытывающих механические и гигродинамическое воздействие, к общей площади выбранного участка. К полученному значению модуля применялся повышающий коэффициент в зависимости от источника и интенсивности его воздействия. Для каждой близкой по своим характеристикам группы источников воздействия задавались граничные условия, определяющие степень интенсивности воздействия: для зон застройки — общий вес зданий и сооружений на единицу площади, для террасированных участков — объем перемещенных масс грунта на единицу площади; для карьеров — их глубина и высота отвалов. Для данного района модуль техногенного воздействия является безразмерной величиной.

В районах преимущественного развития эрозии и селей, где основные группы техногенных источников, такие как террасированные склоны, различные коммуникации с соответствующими им выемками и насыпями и т. п., модуль воздействия рассчитывался как отношение находящихся под воздействием площадей (или участков русел) к площади выбранного элементарного участка (общей длине селеопасных русел). Учитывались при этом и коэффициенты интенсивности воздействия.

В районах преимущественного развития карста модуль рассчитывается отдельно для механического динамического и гидравлического с гидродинамическим типом воздействия. Суммарный модуль гидравлического с гидродинамическим воздействием, который является основным, равен количеству воды, подаваемой при хозяйственной деятельности, и утечек воды из прудов, водохранилищ, каналов и других водохозяйственных объектов в единицу времени на единицу площади (тыс. м3/км2 в год). Модуль механического динамического воздействия является безразмерной величиной и определяется так же, как и для вышеуказанных районов.

Для районов преимущественного развития подтопления и заболачивания модули воздействия рассчитываются так же, как и для предыдущего района, но при этом учитывается величина сброса через дренажные системы, поскольку источники воздействия здесь — орошаемые территории и система водохозяйственных сооружений и коммуникаций (каналы, пруды и т. д.). Размерность модуля техногенного воздействия здесь — тыс. м3/км в год.

Удачным моментом в легенде рассмотренной карты является использование в качестве полуколичественной оценки интенсивности техногенного воздействия такого интегрального показателя, как модуль техногенного воздействия. Он позволяет учитывать источники воздействия различных типов и интенсивности и приводить все компоненты воздействия к единому энергетическому показателю.

Л. С. Гарагуля, И. В. Чеснокова, Г. Л. Кофф (1991) составили Прогнозную карту пучинистости грунтов территории Ленинградской области масштаба 1:500 000. Предварительно авторами была составлена классификация условий формирования и проявления пучения в Ленинградской области с выделением: группы типов условий — по особенностям теплообмена в сезонно-мерзлом слое и скорости промерзания, виды типов по составу, генезису и возрасту пород и разновидности типов — по предзимней влажности пород и глубине уровня грунтовых вод. Всего выделено 14 типов пучения пород, которые находятся в тесной взаимосвязи с выделенными ранее типами их сезонного промерзания. Они представлены на экспликации к карте (табл. 70). Типы пучения обозначены на карте (рис. 148) римскими цифрами (с I по XІV) в кружках.

Таблица 70. Классификация условий формирования
процесса пучения и их характеристика

Рис. 148. Фрагмент карты пучинистости территории
(по Л. С. Гарагуле, И. В. Чесноковой, Г. Л. Коффу, 1991)

Пояснения к рис. 148. I — тип пучения грунтов; 2 — районы с существенно неравномерным пучением (Кпуч ≥ 0,4); 3 — районы с относительно равномерным пучением (Кпуч <0,4); 4 — результаты прогноза развития процессов пучения (значения hпуч, см): 1) в холодные годы со снегом, 2) для среднемноголетних значений без снега, 3) в холодные годы без снега, 4) в теплые годы без снега; 5 — районы с практически непучинистыми грунтами (hпуч <2 см); 6 — районы со слабопучинистыми (hпуч =2–10 см) грунтами; 7 — районы со среднепучинистыми (hпуч =10–15 см) грунтами; 8 — районы с потенциально сильнопучинистыми (hпуч =15–60 см) грунтами; границы: 9 — между типами пучения; 10 — внутри типов пучения; 11 — внутри микрорайонов; 12 — номер микрорайона; 13 — глубина сезонного промерзания грунтов, м

Поскольку пучение приобретает неравномерный характер по площади вследствие неравномерности промерзания в разных точках местности из-за различий в составе пород, микрорельефе, микроклимате, составе и мощности снежного и растительного покрова, на карте выделены районы с существенно неравномерным пучением (Кпуч ≥ 0,4) и с относительно равномерным пучением (Кпуч. < 0,4). Они обозначены специальными знаками. Проведено районирование территории по интенсивности проявления процесса пучения. Выделяются районы: 1) с практически непучинистыми грунтами (hпуч.< 2 см); 2) со слабопучинистыми грунтами (hпуч= 2–10 см); 3) со среднепучинистыми грунтами (hпуч= 10–15 см) и 4) с потенциально сильнопучинистыми грунтами (hпуч= 15–60 см). Они обособлены на карте горизонтальной штриховкой разной плотности.

Прогноз пучинистости территории проводился с помощью расчетных методов с учетом возможных изменений температурного режима и глубин сезонного промерзания пород в зависимости от предполагаемых нарушений природных факторов с учетом динамики климата. Результаты прогноза развития процессов пучения (значение hпуч, см) даются в каждой четверти круговых диаграмм на карте для условий: 1) в холодные годы со снегом; 2) для среднемноголетних значений температур без снега; 3) в холодные годы без снега; 4) в теплые годы без снега.

Результаты прогноза позволяют сделать выводы, что районы со среднепучинистыми грунтами в естественных условиях (I тип пучения) при изменении условий промерзания (теплые, холодные годы, удаление снежного покрова) переходят в районы с сильнопучинистыми грунтами. Для ІІІ, V и VІІ типов пучения, относящихся к районам со слабопучинистыми грунтами, при изменении условий промерзания отмечается переход в среднепучинистые (ІІІ и VІІ типов в холодные годы со снегом) и в сильнопучинистые (ІІІ, V и VІІ типов при удалении снежного покрова) и т. д.

Легенда к рассмотренной карте привлекает комплексным учетом многочисленных факторов, обусловливающих развитие процесса пучения, и хорошей фактической базой, лежащей в основе расчетных методов, использованных для прогноза пучения. Авторы на кapтe привели оценку территории по величине пучения для естественных условий и показали динамику перехода одних типов пучения в другие при изменении условий. Это дает возможность проводить оценку сохранения сплошности дорожных покрытий, устойчивости работы трубопроводов, кабельных линий связи, электропередач и других сооружений.

6.3.4. Крупномасштабные карты

Среди опубликованных крупномасштабных прогнозных инженерно-геологических карт преобладают специальные карты. Большая часть из них посвящена городам, но они очень разнообразны по своему содержанию. Из этой серии мы рассмотрим в качестве примера следующие: Серию аналитических оценочно-прогнозных карт опасности воздействия геологических процессов для разных стадий проектирования городской застройки, наземной и подземной инфраструктуры г. Москвы в масштабе 1:10 000, составленные Г. Л. Коффом, О. П. Медведевым, Р. С. Зиангировым и др. (1999); Карту типологического районирования геологической среды территории г. Томска по степени устойчивости к подтоплению, составленную Н. В. Крепшей в масштабе 1:10 000 (1993); прогнозную схему инженерно-сейсмических условий территории г. Грозного, составленную Ю. И. Баулиным, А. М. Манохиным и В. М. Семеновым (1997).

Другой блок прогнозных карт посвящен месторождениям. Из таких карт в качестве примера рассмотрим: Прогнозную инженерно-геологическую карту кровли рудного тела для месторождения хромитовых руд Южно-Келипирсайского ультраосновного массива, составленную К. И. Фоменко, В. В. Бутюгиным (1986); Kapту потенциального состояния геокриологической составляющей природно-технической системы (ПТС) Харьягинского нефтяного месторождения центральной части Большеземельской тундры, составленную О. Н. Попковым в масштабе 1:25 000 (1996).

Из общих крупномасштабных прогнозных карт рассмотрим Карту оценки территории по устойчивости к техногенным тепловым осадкам, составленную И. И. Шамановой (1985).

Г. Л. Коффом, О. П. Медведевым, Р. С. Зиангировым, В. Д. Котловым и Т. В. Богомоловой составлена Серия аналитических оценочно-прогнозных детальных карт масштаба 1:10 000 опасности воздействия геологических процессов для разных стадий проектирования городской застройки, наземной и подземной инфраструктуры города, реконструкции и капитального ремонта, а также Карта геологического риска ущерба при наземной застройке микрорайонов. Опасность воздействия геологических процессов на здания и сооружения оценивается с точки зрения устойчивости последних. С этих позиций осуществлялось построение трехмерной модели геологической среды применительно к нескольким районам г. Москвы в масштабе 1:10 000. Концептуальная модель взаимодействия с ГС выражена авторами в виде ориентированного графа (рис. 149), отображающего причинно-следственные взаимовлияющие связи между компонентами ГС и сооружением.

Рис. 149. Граф трехмерной модели геологической среды

Пояснение к рис. 149. Базовые элементы модели, отражающие развитие и протекание геологических процессов: 1 — рельеф; 2 — состояние грунтовой толщи; 3 — уровень подземных вод; 4 — высотное положение кровли каменноугольных отложений; 5 — ее рельефность; 6 — литологический тип пород, залегающих в кровле каменноугольных толщ; 7 — наличие или отсутствие регионального юрского водоупора; 8 — наличие или отсутствие разуплотненных зон

Устойчивость зданий оценивалась с позиций рассмотрения протекания различных процессов: 1) на границе раздела «сооружение — геологическая среда»; 2) в области взаимодействия сооружения с толщей грунтов; 3) в пределах геологической среды (ГС), окружающей данную область. Соответственно процессы были подразделены на прямые, воздействущие непосредственно на сооружение (позиции 1, 2, рис. 149), и косвенные, действующие опосредованно через область взаимодействия (позиция 3).

В связи с этим в качестве базовых элементов модели геологической среды (МГС), определяющих развитие и протекание геологических процессов, были взяты рельеф, породные толщи и подземные воды. Условная вертикальная поверхность в пределах геологической среды как бы подразделена на два уровня (см. рис. 149):

• на первом уровне на сооружение действуют прямые процессы, которые определяются: 1) рельефом, 2) состоянием грунтовых толщ в области взаимодействия с сооружением и 3) близостью к дневной поверхности (а значит и к фундаменту) первого от поверхности водоносного горизонта (в результате развитой подземной инфраструктуры, а также строительства на глубоких сваях грунтовая толща выделяется не как обычно до глубины 10 м, а включает все отложения четвертичного возраста);

• на втором уровне действуют косвенные процессы, которые определяются, применительно к рассматриваемой территории: 1) характером поверхности кровли каменноугольных отложений; 2) распространением регионального юрского водоупора, отделяющего эти отложения от вышележащих четвертичных, относящихся к первому уровню ГС; 3) наличием зон разуплотнения, контролирующих тектонические нарушения, а также линий метрополитена.

Исходя из этих представлений были составлены вспомогательные карты по характеру распределения в пределах рассматриваемых территорий показателей, описывающих эту модель. К ним относятся карты: 1) распространения геоморфологических элементов; 2) распространения типов грунтовых толщ; 3) уровня первого от поверхности водоносного горизонта; 4) абсолютных высот поверхности кровли каменноугольных отложений; 5) градиента рельефа кровли каменноугольных отложений; 6) залегания пород, слагающих кровлю каменноугольных отложений; 7) распространения юрского горизонта; 8) распространения разуплотненных зон. Все эти карты были выполнены в масштабе 1:10 000 на одной картографической основе.

В результате последовательного наложения контуров всех восьми карт была сформирована синтетическая карта, состоящая из отдельных контуров разного размера («выделов») с однородным распределением внутри них значений выбранных показателей. Каждый выдел характеризовался восемью указанными выше показателями и дополнительно величиной оседания земной поверхности в миллиметрах. Исходные данные, характеризующие все выделы по девяти показателям, сводились в рабочие таблицы.

Полученная карта являлась фактографической основой для создания оценочных карт опасности воздействия геологических процессов. В результате проведения оценочных процедур были построены четыре карты.

Оценочные процедуры включали:

1) оценку взаимосвязи между элементами модели и количественной величины значимости каждого из них. 1-й и 2-й элементы модели оценены качественно с выделением типов рельефа и грунтовых толщ с последующим их ранжированием; 3, 4 и 5-й являются параметрическими, а 6, 7 и 8-й оценивались методом двоичной логики;

2) оценку значимости каждого геологического процесса в плане их опасности для устойчивости здания методом парной экспертной оценки;

3) оценку опасности развития геологических процессов в условиях каждого компонента модели. Например, каждый выделенный тип рельефа был оценен с точки зрения развития таких процессов, как верховодки-подтопление, морозное пучение, суффозионно-просадочные, карстово-суффозионные, неравномерные осадки, явления, связанные с динамическим воздействием, склоновые процессы с учетом их значимости. Вес каждого типа нормировался относительно наибольшего значения, которое принималось за наибольший нормированный вес, равный 1, отражающий наибольшую опасность развития перечисленных процессов.

Оценка опасности на 1-м модельном уровне, когда учитывались особенности рельефа, тип грунтовой толщи и уровень подземных вод, отражает, по мнению авторов карт, опасность воздействия геологических процессов, которую необходимо учитывать на стадиях проекта детальной планировки и проекта застройки.

В этих целях была подсчитана сумма по первым трем показателям. Вся совокупность полученных значений была разбита на пять приблизительно равных частей. Таким образом, все суммы были проранжированы и оценены по 5-балльной шкале. 1 балл соответствует значениям суммы менее 2,450; 2 балла — интервалу 2,450... 2,853; 3 балла — интервалу 2,894... 3,009; 4 балла — 3,010… 3,190; 5 баллов — более 3,190. Наибольший балл соответствует максимальной опасности3 воздействия геологических процессов.

В соответствии с балльностью показанные на карте выделы закрашены в разные цвета, отражающие разную степень опасности воздействия. Каждый из выделов обладает своим порядковым номером, согласно которому по таблице можно получить его детальную характеристику.

Дополнительный учет характера кровли каменноугольных отложений дал возможность Г. Л. Коффу и др. построить карту опасности, пригодную для проектирования не только наземной, но и подземной инженерной инфраструктуры. Использованные оценочные процедуры аналогичны — к предыдущей сумме прибавлялись значения 4, 5, 6-го показателей с последующим делением на интервалы и оценкой опасности в баллах.

Оценка опасности воздействия геологических процессов по всем восьми модельным элементам позволила создать карты опасности, пригодные для обоснования комплексной застройки и реконструкции микрорайонов. Полученные суммарные значения для всех элементов также были подразделены на пять интервалов с соответствующей балльностью: 1 баллом оценивается интервал значений менее 3,922; 2 баллами — интервал 3,922... 4,889; 3 баллами — 4,890... 5,714; 4 баллами — 5,715... 6,361 и 5 баллами — интервал значений более 6,361.

Такой способ построения детальных прогнозных карт с раздельным анализом влияния каждого фактора и последующим совмещением при использовании компьютерных технологий безусловно очень перспективен. Полученные оценки опасности воздействия геологических процессов в ряде районов г. Москвы, по мнению авторов карт, в целом удовлетворительно согласуются с распределением в их пределах аварий и деформаций зданий жилищно-гражданского назначения, а также с данными об инженерно-геологических условиях строительства на отдельных участках.

Н. В. Крепша (1993) составил Карту типологического районирования геологической среды территории г. Томска по степени устойчивости к подтоплению масштаба 1:10 000 как основу прогноза потенциальной подтопляемости территории города. Основной таксономической единицей районирования явился тип геологической среды, под которым понималась территория, однородная по набору ведущих факторов (компонентов), обусловливающих одинаковый механизм протекания процесса подтопления и соответственно одинаковую степень устойчивости к техногенному воздействию. Выделены три степени устойчивости: высокая, средняя и низкая, показанные на карте разным типом штриховки (рис. 150).

Рис. 150. Карта-схема типологического районирования геологической
среды территории г. Томска по степени устойчивости
к подтоплению (по Н.В. Крепше, 1993)

Пояснения к рис. 150. Степень устойчивости геологической среды к подтоплению: 1 — высокая, 2 — средняя, 3 — низкая, 4 — граница территорий с различной степенью устойчивости к подтоплению; 5–6 — геоморфологические элементы, их индексы и границы: а — первой, б — второй, в — третьей, г — четвертой надпойменных террас. Схематизация типов фильтрационных разрезов и их индексы: 7 — хорошо проницаемые грунты; 8 — слабопроницаемые, 9 — хорошо проницаемые, подстилающиеся слабопроницаемыми, 10 — слабопроницаемые, подстилающиеся хорошо проницаемыми, 11 — проницаемые с прослоями слабопроницаемых; 12 — слабопроницаемые с прослоями проницаемых, 13 — граница между типами фильтрационных разрезов; 14 — пределы колебания глубины залегания: в числителе — верховодки, в знаменателе — первого от поверхности водоносного горизонта, м; 15 — контуры развития верховодки на разные периоды времени: а — 1959 г., б — I980 г., в — 1989 г.

В качестве ведущих факторов типа геологической среды, определяющих условия дренированности территории, выбраны: гипсометрическое положение тех или иных поверхностей рельефа, его расчлененность и строение геологического разреза до глубины 15–20 м, отвечающих зоне максимального воздействия техногенной нагрузки.

Гипсометрия рассматривается как косвенный энергетический показатель, определяющий общую региональную тенденцию дренирования территории. С учетом особенности геоморфологического строения для территории города выделено пять типов поверхностей: озерно-аллювиальная равнина, четвертая, третья и вторая надпойменные террасы, нерасчлененная пойма и первая надпойменная терраса р. Томи и ее притоков. Границы этих геоморфологических элементов, их индексы показаны на карте. В пределах выделенных поверхностей оценивалась расчлененность рельефа по коэффициенту энергии рельефа, предложенному для оценки пригодности территории к строительству. Но при этом учитывалось, что применительно к задачам прогноза подтопления этот коэффициент приобретает обратный смысл — наиболее высокому значению соответствуют наиболее устойчивые к подтоплению участки, так как они находятся в условиях, наиболее благоприятных для дренирования. Территория считалась расчлененной при К > 0,6; слаборасчлененной при К от 0,6 до 0,3; с плоским рельефом при К < 0,3.

На основании подробного расчленения более 30 геолого-литологических профилей через территорию города выделено 17 типов строения геологической среды. Далее была проведена их генерализация в ранге «типа фильтрационного разреза», под которым понимается определенное сочетание различных по водопроницаемости грунтов в сфере влияния сооружений и систем коммунального хозяйства. К хорошо проницаемым отнесены грунты с коэффициентом фильтрации более 0,5 м/сут., к слабопроницаемым — менее 0,5 м/сут.

Выделено три группы фильтрационных разрезов: однослойные, двуслойные и трехслойные, а по взаимоотношению хорошо и слабопроницаемых слоев получено шесть типов фильтрационных разрезов, обладающих разной устойчивостью к развитию процессов подтопления. Характерные колонки скважин, группировка их, схематизированное изображение и индексация типов фильтрационных разрезов по всей площади до глубины 15–20 м приведены на рис. 151. Все шесть типов фильтрационных разрезов условными индексами отображены на карте.

Рис. 151. Группировка и схематизация типов
фильтрационных разрезов

Пояснения к рис. 151. 1 — галечники; 2 — пески; 3 — супеси; 4 — супеси лессовидные; 5 — суглинки; 6 — суглинки лессовидные; 7 — насыпной грунт; 8 — глины; 9 — глинистые сланцы. Типы разрезов: однослойные: 10 — хорошо проницаемые грунты, 11 — слабопроницаемые грунты; двухслойные: 12 — хорошо проницаемые подстилаются слабопроницаемыми, 13 — слабопроницаемые подстилаются хорошо проницаемыми; трехслойные: 14 — проницаемые с прослоями слабопроницаемых; 15 — слабопроницаемые с прослоями проницаемых

Следующим критерием типа геологической среды принята глубина залегания уровней верховодки или первого от поверхности водоносного горизонта. Соответственно к дренируемым отнесены участки с глубиной залегания подземных вод 10–20 м, к слабодренируемым — с глубиной 4–10 м и к недренируемым — участки, где сток грунтовых вод замедлен и глубина их залегания от 0 до 4 м. Соответственно такие участки отнесены к типам геологической среды с высокой, средней и низкой степенями устойчивости к подтоплению. На карте показаны границы распространения верховодки и первого от поверхности водоносного горизонта и глубина их залегания в виде дроби: в числителе — верховодки, в знаменателе — водоносного горизонта. Контуры развития верховодки показаны в динамике — на разные периоды времени (1959, 1980, 1989).

Итоговая типизация компонентов геологической среды территории г. Томска по степени устойчивости к подтоплению представлена в качестве экспликации к карте типологического районирования города (табл. 71). «Шапка» таблицы предусматривает характеристику рельефа (расчлененность и дренируемость), критерии выделения типа геологической среды, степень устойчивости и в последней графе — прогноз изменения геологической среды и рекомендации по дальнейшему их освоению и изучению.

Таблица 71. Типизация компонентов геологической среды территории
г. Томска по степени устойчивости к подтоплению

Рельеф (расчлененность и дренируемость)	Критерии выделения типа					Степень устойчивости	Прогноз изменения геологической среды и рекомендации по дальнейшему их освоению и изучению
	геологическое строение		тип фильтрационного разреза (индекс на карте)	Водопроницаемость грунтов в зоне аэрации (К, м/сут)	глубина залегания уровней, м: верховодки
	возраст и генезис	литологический состав (мощность слоев, м)	тип фильтрационного разреза (индекс на карте)	Водопроницаемость грунтов в зоне аэрации (К, м/сут)	первого от поверхности водоносного горизонта
Расчлененная и слаборасчлененная дренируемая поверхность II, III, IV терасс и водораздела в северной части города, абс. отм. ПО–190 м	sa III а2 III а3 III а4 II	Суглинки лёссовидные, супесь, песок (более 10–15)	Ф-I–1	Хорошо проницаемые (>0,5)	— 10–20	Высокая (неподтопляемый тип)	Развитие процессов подтопления мало вероятно, благоприятный тип для длительной эксплуатации сооружений. Техногенная нагрузка выдерживается геологической средой без дополнительных мероприятий. Режимная сеть на «ключевых» участках перспективной застройки со слабонарушенным режимом.
Расчлененная и слаборасчлененная дренируемая поверхность лево- и правобережной части р. Ушайки, восточной части водораздела, абс. отм. 85–132 м	t IV sa III а1 III а3 III	Насыпной грунт Суглинок (5–8), супесь и песок Супесь (4–4,7) Суглинок Супесь (4–4,7) Суглинок (3–4) Песок	Ф-II-2 Ф-II-1 Ф-III-1	Слабопроницаемые (0,01—0,05) и хорошо проницаемые (5,3–10)	— 0–4	Средняя (потенциально подтопляемый тип)	При дальнейшем освоении подтопление территории будет зависеть от нарушения водного баланса. Могут быть использованы под различные типы хозяйственной деятельности с предварительным проведением защитных мероприятий, соблюдением правил и норм строительства и эксплуатации инженерных сооружений. Исследования на «ключевых» участках с разным режимом, обусловленным инженерно-хозяйственным воздействием
Плоская, слабодренируемая поверхность I террасы и поймы р. Томи и ее притоков, абс. отм. 70–80 м	a1 IV—III	Насыпной слой Суглинок (8–10) Глина	Ф-II-2 Ф-II-1 Ф-III-1 Ф-I-2	Слабопроницаемые	0,2–2–4 —	Низкая I естественно подтопленные	Подтопление наиболее активизировалось и достигло критического состояния. Освоение возможно при применении специальных мероприятий по борьбе с подтоплением.
Пологонаклонная слабодренируемая поверхность II (абс. отм. 85–92 м) и III (абс. отм. 95–100 м) террас в южной части, часть водораздела	а2 III а3 III	Суглинок (3–5) Песок (2–3) Глина	Ф-III-2		1,6–6,3 0–4	II — техногенно подтопленные	Режимная сеть располагается по всей площади

Критерии выделения типа геологической среды включают геологическое строение (возраст, генезис, литологический состав слоев и мощность), тип фильтрационного разреза, водопроницаемость грунтов в зоне аэрации, глубину залегания уровней верховодки и первого от поверхности водоносного горизонта. Районы с классифицируемым типом геологической среды по степени устойчивости располагаются в строках таблицы по убыванию этой устойчивости: в верхней части таблицы характеризуются районы с высокой степенью устойчивости, внизу — с низкой. В таблице 71 приведена краткая характеристика выделенных трех типов — с высокой, средней и низкой устойчивостью по каждому ведущему компоненту. Из нее следует, что территории с высокой степенью устойчивости геологической среды (неподтопляемые) характеризуются наличием в разрезе проницаемых пород мощностью 10–15 м (Ф–I–1 — лессовидные суглинки, супеси, пески), с глубиной залегания грунтовых вод 10–20 м и соответственно благоприятными условиями дренирования. Развитие процессов подтопления маловероятно, исключается существенное изменение состава, состояния и свойств пород. Техногенная нагрузка выдерживается геологической средой без дополнительных мероприятий.

Территории со средней степенью устойчивости геологической среды к подтоплению (потенциально подтопляемые) характеризуются фильтрационными типами разреза, представленными: проницаемыми породами, подстилающимися слабопроницаемыми (Ф–ІІ–1), проницаемыми с прослоями слабопроницаемых (Ф–ІІІ–1), слабопроницаемыми, подстилающимися хорошо проницаемыми (Ф–ІІ–2). Расчлененная и слаборасчлененная дренируемая и слабодренируемая поверхность территории определяет глубину залегания грунтовых вод 4–10 м. Нарушение водного баланса на таких территориях приведет к формированию верховодки и развитию подтопления, существенному изменению состава, состояния и свойств пород и соответственно к деформации зданий и сооружений.

Территории с низкой степенью устойчивости к техногенному воздействию (естественно и техногенно подтопленные) характеризуются наличием двух-трехслойного разреза с разной мощностью слоев (Ф–ІІ–1, Ф–ІІ–2, Ф–ІІІ–1, Ф–І–2), сложенного в основном слабопроницаемыми суглинками, с преобладанием плоского рельефа, с близким залеганием грунтовых вод 0–4 м (естественно подтопленные) или верховодки с глубиной залегания 1,6–6,3 (техногенно подтопленные). Развитие процесса подтопления на данных территориях достигло критического состояния. Освоение возможно при применении специальных мероприятий по борьбе с подтоплением.

Легенда к карте составлена очень целенаправленно, районирование геологической среды проведено с комплексным учетом всех ведущих факторов, определяющих механизм протекания процессов подтопления. Учтены как региональные условия дренированности территории, так и конкретные — тип фильтрационного разреза и глубина залегания грунтовых вод.

Ю. И. Баулиным, A. M. Манохиным и В. М. Семеновой (1997) составлена Прогнозная схема инженерно-сейсмологических условий территории г. Грозного, на которой проведена типизация территории по инженерно-сейсмическим условиям. Она составлена на основании комплексной интерпретации сведений об инженерно-геологических условиях территории, материалов инструментальных наблюдений и расчетных данных.

На схеме разного типа штриховкой обособлены три зоны с сейсмичностью 7, 8 и 9 баллов (рис. 152). В пределах зоны выделены участки с прогнозным значением сейсмичности, указанным в скобках. При этом прогноз отвечает либо улучшенным инженерно-сейсмическим условиям (мероприятиями по инженерной защите, техногенной мелиорацией грунтов, инженерными решениями по фундаментам и т. д.), либо ухудшенным условиям за счет влияния природных и техногенных факторов (подтопление, неравномерные просадки грунтов и др.) без применения эффективных мер инженерной защиты.

Рис. 152. Прогнозная схема инженерно-сейсмических условий территории
г. Грозного (по Ю. И. Баулину, А. М. Манохину, В. М. Семеновой, 1997).
(Составлена на основе схематической карты сейсмического микрорайонирования
территории г. Грозного масштаба 1:10 000, ИМЦстройизыскания, ПНИИИС, КавТИСИЗпроект, 1995)

Пояснения к рис. 152. Условные обозначения: 1 — зона с сейсмичностью 7 баллов, приуроченная к участкам развития гравийно-галечниковых отложений с мощностью покровных суглинков менее 2 м (тип разреза 1) и до 2–5 (тип разреза 2); 2 — зона с сейсмичностью 8 баллов, приуроченная к участкам развития суглинков мощностью 2–5 м, подстилаемая толщей гравийно-галечниковых отложений при hугв <5 м (разрез типа 2), при опирании фундаментов на гравийно-галечниковые грунты принимается 7-балльная сейсмичность, на схеме обозначена индексом 8(7); зона с сейсмичностью 8 баллов и прогнозной сейсмичностью 9 баллов, приуроченная к участкам развития суглинков и супесей мощностью 5–10 м, подстилаемых толщей гравийно-галечниковых отложений, при hугв >5 м (разрез типа 3), для сохранения 8-балльной сейсмичности требуется проведение инженерных или конструктивных мероприятий по предотвращению остаточных деформаций в глинистых грунтах, на схеме обозначена индексом 8(9); 3 — зона с сейсмичностью 9 баллов, приуроченная к участкам развития суглинков и супесей мощностью 10–15 м, подстилаемых гравийно-галечниковыми отложениями (разрез типа 4), при hугв >5 м проведение мероприятий по предотвращению подтопления и техногенного замачивания просадочных грунтов позволит принять 8-балльную сейсмичность, при hугв <5 м проведение инженерных или конструктивных мероприятий по предотвращению остаточных деформаций в водонасыщенных грунтах также позволит принять 8-балльную сейсмичность (разрез типа 4), к этой же зоне относятся участки развития просадочных супесей и суглинков мощностью 16–30 м, подстилаемых толщей гравийно-галечниковых отложений (разрез типа 5), и мощностью 30–40 м, подстилаемых неогеновыми глинами (разрез типа 6), при проведении инженерных или конструктивных мероприятий по предотвращению техногенного замачивания и подтопления просадочных грунтов принимается 8-балльная сейсмичность, на схеме обозначены индексом 9(8); 4 — границы участков с различной сейсмичностью; 5 — границы участков с прогнозной сейсмичностью (значения прогнозной сейсмичности указаны в скобках); 6 — фрагменты Бейнойско-Эльдаровской тектонической зоны; 7 — участки с крутизной склонов более 15°; 8 — граница территории восстановления г. Грозного

При определении величины приращения сейсмической балльности в пределах выделяемых зон и участков учитывались и частично отражались в легенде карты следующие факторы: соотношение сейсмических жесткостей в покровной и подстилающей толще; мощность рыхлых покровных отложений с выделением пяти типов разреза по мощности лессовых отложений (< 2 м; 2–5 м; 5–10 м; 10–15 м и > 15 м), залегающих в основном на гравийно-галечниковых отложениях; шестой тип разреза представлен лессовыми грунтами мощностью 30–40 м, залегающими на коренных неогеновых глинах; положение УГВ на момент исследования и прогнозируемое на период до 2005 г. с выделением двух значимых в сейсмическом отношении интервалов: < 5 м и > 5 м; категория грунтов по сейсмическим свойствам по СНиП ІІ-7–81.

С учетом этих факторов в легенде и на карте в первой зоне с сейсмичностью 7 баллов выделено два участка без приращения сейсмической балльности, отличающихся мощностью покровных суглинков < 2 и 2–5 м, залегающих на гравийно-галечниковых отложениях.

Во второй зоне с сейсмичностью 8 баллов в зависимости от мощности покровных отложений и положения УГВ выделено три участка: в первом прогнозная сейсмичность будет равна 7 баллам (М = 2–5 м; h < 5 м), во втором — останется 8 баллов (М = 5–10 м; h > 5 м), в третьем увеличится до 9 баллов (М = 5–10 м; h < 5 м), поэтому для сохранения 8-балльной сейсмичности рекомендуется проведение инженерных или конструктивных мероприятий по предотвращению остаточных деформаций в глинистых грунтах.

В третьей зоне с сейсмичностью в 9 баллов в зависимости от мощности лессовых грунтов (4, 5, 6 типы разрезов) и глубины залегания грунтовых вод выделены четыре участка, для которых после проведения инженерных или конструктивных мероприятий по предотвращению остаточных деформаций в водонасыщенных грунтах или по предотвращению техногенного замачивания и подтопления просадочных грунтов может быть принята сейсмичность 8 баллов.

Дополнительно на схеме указаны фрагменты Бейнойско-Эльдаровской тектонической зоны, участки с крутизной склонов более 15°; проведена граница территории восстановления г. Грозного.

Рассмотренная карта достаточно конкретна по содержанию. При проведенной типизации инженерно-сейсмических условий территории г. Грозного учтены основные факторы, определяющие характер изменения сейсмичности. Карта позволяет в каждом конкретном случае определить объем и характер дополнительных изменений при восстановлении разрушенных зданий, реконструкции и новом строительстве, облегчит принятие необходимых инженерно-конструктивных решений для обеспечения устойчивости фундаментов зданий, о характере защитных сооружений.

К. И. Фоменко, В. В. Бутюгиным (1986) построена прогнозная, аналитическая крупномасштабная Инженерно-геологическая карта кровли рудного тела для месторождения хромитовых руд Южно-Кемпирсайского ультраосновного массива, на которой выделены участки различной степени трещиноватости и устойчивости горных пород.

Карта построена на основе полевых замеров линейных размеров структурных блоков по инженерно-геологическим скважинам и прогноза блочности пород по выходу керна разведочных скважин. Обработка полевых замеров проводилась на ЭВМ БЭСМ–4М по программе, составленной на алгоритмическом языке ФОРТРАН, расширенной и дополненной статистическими характеристиками полученных уравнений регрессии. Связь между выходом керна и размером структурного блока оценивалась коэффициентом корреляции и корреляционным отношением, а оценка надежности полиномального приближения к экспериментальным данным осуществлялась по коэффициенту регрессии. В результате были выделены зоны раздробленных и ослабленных пород, а породы месторождения по степени трещиноватости были разделены на пять категорий (табл. 72).

Таблица 72. Классификация пород по степени трещиноватости

Категория трещиноватости	Группы пород	Средний линейный размер блока, м	Удельная трещиноватость, тр/м	Количество раздробленной породы, %	Выход керна, %
1	Практически монолитные	>0,60	<2	—	90–100
2	Слаботрещиноватые	0,25–0,60	2–4	<5	60–90
3	Среднетрещиноватые	0,15–0,25	4–7	<25	40–60
4	Сильнотрещиноватые	0,07–0,15	7–15	<50	15–40
5	Раздробленные	<0,07	>15	>50	<15

Прогноз устойчивости пород в горных выработках дается путем составления расчетной модели массива, основой которой являются инженерно-геологическая карта и погоризонтальные планы физико-механических свойств пород, структурной раздробленности и устойчивости пород в горных выработках. Прочностные и деформационные свойства пород оцениваются дифференцированно для каждой категории трещиноватости пород, выделенных на месторождении, а также для ослабленных поверхностей, соответствующих региональной трещиноватости, с учетом типа и прочности заполнителя.

Построение погоризонтальных планов изменения физико-механических свойств пород проводилось методом ЭГДА. Оценка качества математической модели осуществлялась путем анализа развертки поля показателей физико-механических свойств посредством построения его последовательных сечений, а достоверность моделирования — по критерию регулярности.

Прогнозная инженерно-геологическая карта была построена по данным моделирования. На ней разными типами штриховки выделены три категории устойчивости: средняя, низкая, весьма низкая (рис. 153). При прогнозе устойчивости авторы ссылаются на использование классификации В. Т. Глушко (1978), который при выделении шести категорий устойчивости учитывал крепость пород (по прочности на одноосное сжатие), трещиноватость и условный коэффициент устойчивости. Последний определялся по отклонению размеров выработки (высоты и ширины) в каждой точке наблюдения по сравнению с минимальными их значениями в наиболее крепких и устойчивых породах.

Рис. 153. Прогнозная инженерно-геологическая карта кровли
рудного тела (по К. И. Фоменко, В. В. Бутюгину, 1986)

Устойчивость горных пород и руд: 1 — средняя, 2 — низкая, 3 — весьма низкая; 4 — категория трещиноватости; 5 — коэффициент крепости (по М. М. Протодьяконову); 6 — изолинии размеров структурных блоков; 7 — контур рудного тела; 8 — буровые скважины и их номер: в числителе — размер структурного блока, в знаменателе — процент выхода керна

На прогнозной карте цифрами в кружке показаны категории трещиноватости пород, а цифрой с коэффициентом f дается коэффициент крепости по М. М. Протодьяконову (f = 2,0–3,5); проведены изолинии размеров структурных блоков с шагом 0,10. На карте показан контур рудного тела и вынесены буровые скважины, около номера которых в виде дроби дается размер структурного блока (в числителе) и процент выхода керна (в знаменателе).

Карта сопровождается таблицами основных систем трещин массива ультраосновных пород; классификацией пород по степени трещиноватости; таблицей обобщенных показателей физико-механических свойств горных пород и руд; прочностных показателей заполнителей трещин (кремнисто-карбонатного, талько-слюдистого, серпентинового с зеркалами скольжения и серпентинового состава). К карте приложен инженерно-геологический разрез главного рудного поля. На нем выделены комплексы пород: габбро-амфиболитовый; надрудный; продуктивный; подрудный; зона мелкообломочных сильно выветрелых пород, На разрезе выделены породы различной степени трещиноватости с указанием категории трещиноватости и коэффициента крепости.

На карте удачно решен вопрос оценки трещиноватости пород рудного тела по целому комплексу показателей нарушенности пород, взаимосвязь между которыми анализировалась на основе хорошей математической базы.

Проведенное авторами разделение пород кровли рудного тела по устойчивости с анализом факторов ослабления массива способствует более оптимальному определению горно-технических условий эксплуатации, выбору технических средств, способов и схем ведения буровзрывных работ, погрузочно-доставочных операций в очистных блоках и т. п., дает возможность прогнозировать возможные неблагоприятные горно-геологические процессы и явления в условиях высокой напряженности, интенсивной трещиноватости и массовых проявлений горного давления.

О. Н. Попковым (1996) составлена Карта потенциального состояния геокриологической составляющей природно-технической системы (ПТС) Харьягинского нефтяного месторождения центральной части Большеземельской тундры масштаба 1:25 000. Нa ней показано состояние геокриологической обстановки на момент ее максимального потенциального изменения через примерно 60 лет после начала освоения, а также размещение инженерных сооружений (линейные и площадные насыпи, карьеры), с которыми связаны техногенные нарушения (в виде нарушения растительного покрова средней и сильной степени и др.) и соответственно изменения температурного режима.

В качестве основных картографических параметров использованы среднегодовая температура пород и положение верхней границы криолитозоны (глубины сезонного и многолетнего оттаивания), которые определяют несущую способность грунтов и устойчивость инженерных сооружений. На карте условными значками показаны конкретные параметры этих значений для естественных и нарушенных условий. В естественных условиях вне зоны техногенеза выделены четыре градации температур талых и немерзлых пород (рис. 154). Они соответствуют расчетным и полевым данным и отражают наиболее вероятные значения, которые формируются под влиянием динамики поверхностных и климатических условий и неоднородности свойств пород. В нарушенных техногенезом условиях этих градаций больше. Все температурные параметры отражены на карте различными типами крапа.

Рис. 154. Фрагмент карты потенциального состояния
геокриологической составляющей
ПTC Харьягинского месторождения (по О. Н. Попкову, 1996)

Пояснения к рис. 154. Среднегодовая температура пород, °С. Естественные условия: 1. —(2–0); 2. —(0–1); 3. —(1–2); 4. —(2–3). Нарушенные условия: 5. —(0,0–0.5); 6. —(0,5–1,0); 7. —(2–3); 8. —(3–4); 9. —(4–6); 10 — инверсия знака tср; 11 — повышение tср талых пород. Глубина залегания верхней границы ММП, м. Естественные условия: 12 — 0,3–0,7; 13 — 0,7–1,5; 14 — 1,5–2,5; 15 — 5–15; 16 — 15–50; 17 — сквозные гидрогенные талики. Нарушенные условия: 18 — 0,8–1,5; 19 — 1,5–2,2; 20 — 2,2–3,2; 21 — 3–10; 22 — 10–30; 23 — повышение кровли ММП под насыпями; 24 — увеличение глубины сезонного промерзания; 25 — одновременное развитие деградации и агградации ММП на участках площадных насыпей. Экзогенные геологические процессы: 26 — дефляция; 27 — термокарст (тепловые осадки ММП); 28 — оврагообразование; 29 — многолетнее пучение. Прочие обозначения: 30 — насыпи линейные; 31 — насыпи площадные; 32, 33 — нарушения растительного покрова средней и сильной степени соответственно; 34 — карьеры. Границы: 35 — микрорайонов; 36 — заболоченных (подтопленных) участков; 37 — обмелевших водоемов; 38 — врезка и ее номер

Штриховкой на карте показана глубина залегания верхней границы ММП в естественных и нарушенных условиях. Показано повышение кровли ММП под насыпями. В таликовых зонах на карте обособлены радиационно-тепловые талики с глубиной залегания верхней границы ММП 5–15 м, гидрогенные (подрусловые и подозерные) сквозные и несквозные талики. Различными видами штриховки выделены территории с увеличением глубины сезонного промерзания, территории с одновременным развитием деградации и агградации ММП на участках площадных насыпей. В деградирующих мерзлых толщах выделены на основе расчетных и полевых данных три градации значений температуры и пять — глубины сезонного и многолетнего оттаивания. В случаях агградации ММП в результате увеличения суровости мерзлотных условий таких градаций выделено три и четыре соответственно. Предусмотрено отражение на карте возможности новообразования ММП при промерзании таликов, инверсии температуры пород, изменения глубины сезонного промерзания и повышения температуры талых пород.

Значками на карте показаны экзогенные геологические процессы (дефляция, термокарст, оврагообразование, многолетнее пучение). Указаны заболоченные (подтопленные) участки, обмелевшие водоемы.

Карта отражает техногенную динамику мерзлотной составляющей ПТС и дает прогноз ее состояния на момент завершения ранней стадии развития ПТС, которая продолжается около 60 лет, по завершению которой прекращается основное проявление инженерно-геологических процессов.

И. И. Шамановой (1985) составлена крупномасштабная Карта оценки территории по устойчивости к техногенным тепловым осадкам, которые могут возникнуть при всех видах хозяйственного освоения, связанных с нарушениями естественных растительных покровов, увеличением мощности снега, выторфовкой, возведением тепловыделяющих сооружений. Такая оценка устойчивости на основе специальной типизации инженерно-геокриологических условий позволяет дать прогнозную оценку развития потенциальной тепловой осадки в пределах отдельных участков оцениваемой территории при различных видах техногенных нарушений.

Схема специального инженерно-геокриологического районирования представлена в виде развернутой таблицы, прилагаемой к карте (табл. 73). Она содержит основные типы природных микрорайонов, признаки их выделения и инженерно-геокриологическую характеристику. Классификационными признаками выделения природных микрорайонов являются: геоморфологический уровень; мезо- и микрорельеф, характер поверхности, угол наклона поверхности (УНП); дренированность поверхности, глубина залегания уровня грунтовых вод (УГВ); растительность; состав грунтов, залегающих с поверхности. Типы природных микрорайонов рассматриваются как комплексные ландшафтные индикаторы геокриологических условий.

Таблица 73. Схема специального инженерно-геокрилогического районирования

Примечание. 1) Относительная тепловая устойчивость пород (n) характеризуется, по С. Ю. Пармузину (1979), отношением количества тепла, необходимого для повышения температуры грунта от среднегодовой величины в естественных условиях до 0° С (q), к величине теплооборотов в грунтах (Q); n = q/Q, доли ед. 2) Виды техногенных нарушений: 1 — удаление растительного покрова, 2 — удаление растительного и почвенно-дернового покровов, 3 — выторфовка, 4 — выемки (траншеи), 5 — подсыпки и грунтовые дороги (h = 0,5 – 1,6 м), 6 — завалы дерна, мхов, стволов, 7 — газопровод с положительной температурой газа в траншее, 8 — то же в насыпи.

Инженерно-геологическая характеристика типов природных микрорайонов включает данные о составе и мощности сезоннопротаивающего (промерзающего) слоя, распространении многолетнемерзлых пород, их среднегодовой температуре; глубине залегания и мощности мономинеральных залежей льда; составе и мощности грунтовых разностей, подстилающих сезоннопротаивающий (промерзающий) слой до глубины 15 м; влажности отложений. Далее характеризуются условия, определяющие потенциальную возможность развития техногенного термокарста: тепловая осадка (δ) (при бытовой нагрузке) до глубины 15 м (без учета мономинеральных залежей льда) и относительная тепловая устойчивость (h). Приняты следующие градации MМП по тепловой осадке пород: < 0,1; 0,1–0,3; > 0,3. За меру тепловой устойчивости пород принят коэффициент относительной тепловой устойчивости (n), по С. Ю. Пармузину, характеризующийся отношением количества тепла, необходимого для повышения температуры грунта от среднегодовой величины в естественных условиях до 0 °С (q), к величине теплооборота в грунтах (Q): n = q/Q, доли ед. На исследуемой территории выделены следующие градации ММП по относительной тепловой устойчивости: < 0,5; 0,5–1,0; 1,0–1,5; > 1,5.

На основе количественной оценки тепловой осадки и относительной тепловой устойчивости пород выделено три градации по потенциальной устойчивости территории к тепловым осадкам: I — устойчивая (многолетнее протаивание либо не развивается, либо не сопровождается тепловыми осадками; δ < 0,1; n = 0,5–1,0); ІІ — относительно устойчивая (тепловые осадки незначительны, стабилизируются в течение 3–5 лет; период стабилизации тепловых осадок значительно меньше срока эксплуатации инженерного сооружения, δ = 0,1–0,3; n × 0,5–1,5); ІІІ — неустойчивая (прогрессирующее развитие тепловых осадок, период стабилизации соизмерим или превышает срок эксплуатации инженерного сооружения; δ > 0,3; n > 1,5).

В последних двух графах таблицы приводятся основные виды техногенных нарушений, которые подразделены на две группы: 1) вызывающие многолетнее протаивание грунтов и тепловую осадку; 2) не вызывающие тепловую осадку. Характерные для района виды техногенных нарушений, обусловливающие изменения исходной инженерно-геологической обстановки, ведущие к развитию термокарста, представлены в таблице под номерами, расшифровка которых дается в примечании. Имеются в виду следующие виды нарушений: удаление растительного покрова; удаление растительного и почвенно-дернового покровов; выторфовка; выемки (траншеи); подсыпки и грунтовые дороги (высотой 0,5–1,5 м); завалы дерна, мхов, стволов; газопровод с положительной температурой газа (в траншее); газопровод с положительной температурой газа (в насыпи).

Прогноз влияния различных видов техногенных нарушений на температуру грунта и глубину сезонного и многолетнего протаивания, определяющих развитие термокарста, проводится на основе существующих количественных методов расчета.

На карте прогнозная тепловая осадка пород показана черной горизонтальной штриховкой, относительная тепловая устойчивость пород отражена различными видами наклонной штриховки, густота которой возрастает с увеличением абсолютных значений этих параметров (рис. 155). Потенциальная устойчивость территории к тепловой осадке дается различными типами черного крапа. При цветном исполнении карты рекомендовано потенциальную устойчивость территории к тепловой осадке показывать цветом.

Виды техногенных нарушений показаны внемасштабными знаками черного цвета или соответствующими цифрами (таблица). Типы природных микрорайонов обозначены на карте цифрами (в кружке), соответствующими их порядковым номерам в схеме районирования.

Рис. 155. Макет карты оценки территории по устойчивости
к техногенным тепловым осадкам
(по И. И. Шамановой, 1985)

Пояснения к рис. 155. Тепловая осадка пород (δ): 1 — <0,1; 2 — 0,1–0,3; 3 — >0,3. Относительная тепловая устойчивость пород (n): 4 — >1,5; 5 — 1,0–1,5; 6 — 0,5–1,0; 7 — <0,5. Потенциальная устойчивость территории к тепловым осадкам: 8 — устойчивая (многолетнее протаивание либо не развивается, либо не сопровождается тепловыми осадками); δ <0,1; n = 0,5 – 1,0; 9 — относительно устойчивая (тепловые осадки незначительны, стабилизируются в течение 3–5 лет); δ = 0,1 – 0,3; n от < 0,5 до 1,5; 10 — неустойчивая (прогрессирующее развитие тепловых осадок); δ > 0,3; n > 1,5. Прочие обозначения: 11 — номер типа природного микрорайона; 12 — граница природного микрорайона; 13 — граница геоморфологических уровней

Подобная карта, содержащая прогнозную оценку развития тепловых осадок при различных видах техногенных нарушений, позволяет выбрать наиболее благоприятные строительные площадки и трассы линейных сооружений, прогнозировать изменения инженерно-геологической обстановки в целом, разработать мероприятия по регулированию процесса тепловой осадки.

Развернутая таблица, прилагаемая автором к карте как часть ее легенды, очень содержательна и наглядно демонстрирует признаки выделения типов природных микрорайонов, их характеристику, условия проявления в каждом из них тепловой осадки, прогноз ее развития и виды вызывающих ее техногенных нарушений.

1 Под опасностью А. Л. Рагозин понимал процесс, свойство или состояние природы, общества или техники, представляющие угрозу для жизни или благосостояния людей, объектов хозяйства или окружающей среды.

2 Риск – вероятная мера опасности, установленная для определенного объекта (субъекта) в виде возможных потерь за определенное время.

3 Опасность – экспертная оценка вероятности проявления последствий набора геологических и инженерно-геологических процессов в данной области геологического пространства.