Геомаркетинг » ПОВЕРХНОСТНЫЕ ДЕФОРМАЦИИ В УСЛОВИЯХ ПОКРЫТОГО КАРСТА: КОМПЛЕКСИРОВАНИЕ МЕТОДОВ ОЦЕНКИ МОРФОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ В ИНЖЕНЕРНЫХ ЦЕЛЯХ

DOI: 10.25296/1993-5056-2018-13-6-10-23

Читать полную версию

“Инженерная геология”, том XIII, № 6/2018

ПОВЕРХНОСТНЫЕ ДЕФОРМАЦИИ В УСЛОВИЯХ ПОКРЫТОГО КАРСТА: КОМПЛЕКСИРОВАНИЕ МЕТОДОВ ОЦЕНКИ МОРФОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ В ИНЖЕНЕРНЫХ ЦЕЛЯХ

ЩЕРБАКОВ С.В., КАТАЕВ В.Н., ЗОЛОТАРЕВ Д.Р., КОВАЛЕВА Т.Г.

Щербаков С.В., Катаев В.Н., Золотарев Д.Р., Ковалева Т.Г., 2018. Поверхностные деформации в условиях покрытого карста: комплексирование методов оценки морфометрических параметров в инженерных целях. Инженерная геология, Том ХIII, № 6, с. 10-23, https://doi.org/10.25296/1993-5056-2018-13-6-10-23.

Исследование посвящено поиску оптимального решения в части комплексирования различных методов прогноза размеров карстово-суффозионных деформаций на поверхности земли или в основании фундаментов неглубокого заложения. Необходимость комплексирования продиктована инженерно-геологическими условиями закарстованных территорий и сложностью их достоверного изучения современными методами исследования (бурение, геофизика и пр.). В этом свете повышение достоверности итогового прогноза находится в прямой зависимости от полноты изучения как размеров наблюдаемых поверхностных карстовых форм, так и особенностей поведения грунтового массива над карстовой полостью. Механизм протекания карстового процесса в толще грунтов определяется, прежде всего, геологическим строением (мощностью и чередованием различных грунтовых слоев), гидрогеологическими условиями и физико-механическими свойствами грунтов. На сегодняшний день известны три основных механизма деформирования грунтов над карстовой полостью: карстово-обвальный, карстово-суффозионный и карстово-суффозионно-обвальный. Даже в условиях одного участка данные механизмы могут чередоваться в течение года, что делает процесс карстообразования в части определения диаметров провалов и оседаний трудно прогнозируемым. Сегодня известны и применяются следующие четыре метода оценки возможных размеров карстово-суффозионных деформаций: 1) метод аналогий, 2) вероятностно-статистический, 3) детерминистический (расчетный) и 4) лабораторное физическое моделирование. Каждый из четырех методов прогноза размеров карстово-суффозионных деформаций имеет свои преимущества и недостатки, что ограничивает возможность применения какого-либо одного из них в различных природных обстановках развития карста. Для повышения объективности и достижения необходимой точности оценки диаметров и глубин поверхностных карстовых деформаций в инженерно-строительных целях рекомендована блок-схема комплексирования различных методов прогноза. В ее основу положены сведения о поверхностной закарстованности района, глубине залегания карстующихся пород и уровне ответственности проектируемого объекта.

1. Адерхолд Г., 2010. Классификация провалов и мульд оседаний в карстоопасных районах Гессена. Рекомендации по оценке геотехнических рисков при проведении строительных мероприятий, под ред. Е.В. Копосова, пер. с нем. В.В. Толмачева, ННГАСУ, Нижний Новгород.
2. Андрейчук В.Н., Дорофеев Е.П., Лукин В.С., 1990. Органные трубы в карбонатно-сульфатной кровле пещер. Пещеры. Проблемы изучения, Вып. 22, с. 16–23.
3. Андрейчук В.Н., 1999. Провалы над гипсовыми пещерами-лабиринтами и оценка устойчивости закарстованных территорий. Прут, Черновцы.
4. Аникеев А.В., 2017. Провалы и воронки оседания в карстовых районах: механизмы образования, прогноз и оценка риска. РУДН, Москва.
5. Ерофеев Е.А., Катаев В.Н., 2010. Применение вероятностно-статистических методов оценки карстовой опасности в условиях техногенного воздействия на закарстованные территории. Инженерная геология, № 4, с. 34–46.
6. Ерофеев Е.А., Катаев В.Н., 2017. Идентификация поверхностных форм карста по материалам спутниковых изображений. Геология и полезные ископаемые Западного Урала. Сборник статей 37-й Всероссийской научно-практической конференции с международным участием, Пермь, 2017, с. 193–197.
7. Зиангиров Р.С., Миронов Н.А., Пендин В.В., 1986. Применение многомерного корреляционно-регрессионного анализа для оценки и прогноза устойчивости закарстованной территории. Инженерная геология, № 3, с. 55–64.
8. Катаев В.Н., Ковалева Т.Г., 2013. Роль экспертной оценки в карстологическом прогнозе. Фундаментальные исследования, № 8, с. 1130–1135.
9. Нещеткин О.Б., 2017. Механизм образования карстовых провалов. Часть 1. Моделирование. Инженерная геология, № 5,
с. 40–51.
10. Толмачев В.В., Троицкий Г.М., Хоменко В.П., 1986. Инженерно-строительное освоение закарстованных территорий. Стройиздат, Москва.
11. Толмачев В.В., Ройтер Ф., 1990. Инженерное карстоведение. Недра, Москва.
12. Хоменко В.П., 2003. Закономерности и прогноз суффозионных процессов. ГЕОС, Москва.
13. Хоменко В.П., 2015. Карстовое провалообразование: механизм и оценка опасности. Экологическая безопасность и строительство в карстовых районах, Материалы Международного симпозиума, Пермь, 2015, с. 50–60.
14. Щербаков С.В., Катаев В.Н., 2011. Интегральная оценка карстоопасности урбанизированных территорий (на примере
г. Кунгура). Ученые записки Казанского университета. Серия Естественные науки, Том 153, кн. 1, с. 203–224.
15. Щербаков С.В., Катаев В.Н., 2013. К оценке морфометрических параметров карстовых форм. Инженерная геология, № 1,
с. 56–64.
16. Щербаков С.В., Катаев В.Н., 2016. Механические свойства дисперсных грунтов покровной толщи и их роль в прогнозе карстовой опасности. Инженерная геология, № 6, с. 4–17.
17. Galve J.P., Gutierrez F., Lucha P., Guerrero J., Bonachea J., Remondo J., Cendrero A., 2009. Probabilistic sinkhole modeling for hazard assessment. Earth Surface Processes and Landforms, No. 34, pp. 437–452.
18. Long Jia, Yan Meng, Zhen-de Guan, Li-peng Liu, 2015. Numerical simulation of karst soil cave evolution. 14th Sinkhole Conference. NCKRI Symposium 5, 2015, pp. 493–500.
19. Tao X., M. Ye, D. Wang, X. Wang, J. Zhao, R.P. Castro, 2014. Experimental investigation of catastrophic cover-collapse sinkhole formation. AGU Fall Meeting Abstracts., December 15–19, 2014, San Francisco, CA.
20. Scherbakov S.V., 2013. Modern approach to an assessment of karst hazard. Global View of Engineering Geology and the Environment. Proceeding of the International Symposium and 9th Asian Regional Conference of IAEG, Beijing, 2013, pp. 867–872.
21. Shcherbakov S., Drobinina E., 2016. Influence of deformation and strength properties of covering soil on karst activity. 16th International Multidisciplinary Scientific GeoConference (SGEM 2016), 2016, Book 1, Vol. 1, Part A, pp. 863–870.

ЩЕРБАКОВ С.В.*
Пермский государственный национальный исследовательский университет, г. Пермь, Россия, sherbakov.lpmg@mail.ru
Адрес: ул. Букирева, д. 15, г. Пермь, 614068, Россия
ООО «Противокарстовая и береговая защита», г. Дзержинск Нижегородской области, Россия, sherbakov@antikarst.ru
Адрес: ул. Бутлерова, д. 3, г. Дзержинск Нижегородской области, 606000, Россия
КАТАЕВ В.Н.
Пермский государственный национальный исследовательский университет, г. Пермь, Россия, kataev@psu.ru
ЗОЛОТАРЕВ Д.Р.
Пермский государственный национальный исследовательский университет, г. Пермь, Россия, zolotarev.lpmg@mail.ru;
ООО «Противокарстовая и береговая защита», г. Дзержинск Нижегородской области, Россия, zolotorev@antikarst.ru
КОВАЛЕВА Т.Г.
Пермский государственный национальный исследовательский университет, г. Пермь, Россия, kovalevatg@mail.ru;
ООО «Противокарстовая и береговая защита», г. Дзержинск Нижегородской области, Россия, kovaleva@antikarst.ru

Inzhenernaya Geologiya Vol. XIII, No. 6/2018

COVERED KARST LANDFORMS: COMPLEXIFICATION OF METHODS TO ESTIMATION OF MORPHOMETRIC PARAMETERS IN ENGINEERING PURPOSES

SERGEY V. SHCHERBAKOV, VALERY N. KATAEV, DENIS R. ZOLOTAREV, TATYANA G. KOVALEVA

Shcherbakov S.V., Kataev V.N., Zolotarev D.R., Kovaleva T.G., 2018. Covered karst landforms: complexification of methods to estimation of morphometric parameters in engineering purposes. Inzhenernaya Geologiya, Vol. XIII, No. 6, pp. 10-23, https://doi.org/10.25296/1993-5056-2018-13-6-10-23.

The research is aimed to search of optimal solution in integration of various methods for predicting the sizes of karst-suffosion deformations on the ground surface or at the base of shallow foundations. Necessity of integration is dictated by engineering-geological conditions of the karst areas and the complexity of their reliable study with using modern approaches (drilling, geophysics etc.). From this point of view increasing of authenticity of the final forecast is in direct dependency from completeness of investigation of sizes of observed surface karst forms and features of behavior soils massif above the karst cavity. The mechanism of the karst process in the soils thickness is defined, first of all, by geological structure (thickness and interleaving of different soil layers), hydrogeological conditions and the physical-mechanical properties of soils. At the present day are known three basic mechanisms of soil deformation over karst cavity: karst-collapse, karst-suffosion and karst-suffosion-collapse mechanism. Even in the conditions of one site these mechanisms can be interleave during the year, which makes the karst formation process hard-to-predict in part of diameters of sinkholes and subsidence zones. Today are known and applicable next four methods to estimations of possible sizes of karst-suffosion deformations: 1) method of analogy, 2) probabilistic method, 3) deterministic (calculated) method, 4) laboratory physical modeling method. Each of four methods for predicting the sizes of karst-suffosion deformations has its own advantages and disadvantages, which limit the possibility of using any one of them in different natural environments of karst development. To improve objectivity and reach necessity accuracy of estimation of diameters and depths of surface karst deformations in engineering-geological purposes a block-scheme of integrations of different forecasting methods is recommended. This scheme is based on the data about surface karst area, the depth of occurrence of karst rocks and level of responsibility of the projecting object.

karst sinkhole karst hazard karst deformations subsidence diameter depth morphometric parameters

1. Aderhold G., 2010. Classification of failures and settling sediments in the karstopasnyh areas of Hesse. Recommendations for the evaluation of geotechnical risks during construction activities, in E.V. Koposova (ed.), translated from German by V.V. Tolmacheva, NNGASU, Nizhny Novgorod. (in Russian)
2. Andreychuk V.N., Dorofeev E.P., Lukin V.S., 1990. Organ tubes in carbonate-sulfate roof of caves. Caves. Problems of study, Vol. 22,
pp. 16–23. (in Russian)
3. Andreychuk V.N., 1990. Sinkholes under gypsum caves-labyrinths and estimation of sustainability of karst territories. Prut, Chernovtsy. (in Russian)
4. Anikeev A.V., 2017. Sinkholes and subsidence craters in karst areas: mechanisms of occurrence, forecast and risk estimation. RUDN, Moscow. (in Russian)
5. Erofeev E.A., Kataev V.N., 2010. Using probabilistic and statistical methods for estimating karst hazards under conditions of anthropogenic influence on karst areas. Engineering Geology, No. 4, pp. 34–46. (in Russian)
6. Erofeev E.A., Kataev V.N., 2017. Identification of surface karst forms on satellite data. Geology and mineral resources of Western Ural, Materials of the 37th All-Russian scientific-practical conference with International participation, Perm, 2017, pp. 193–197. (in Russian)
7. Ziangirov R.S., Mironov N.A., Pendin V.V., 1986. Application of multidimensional correlation-regression analysis for estimation and forecast sustainability of karst territory. Engineering Geology, No. 3, pp. 55–64. (in Russian)
8. Kataev V.N., Kovaleva T.G., 2013. Role of the expert estimation in the karst forecast. Fundamental Research, No. 8, pp. 1130–1135. (in Russian)
9. Neschetkin O.B., 2017. Sinkholes development model. Part 1. Modeling. Engineering Geology, No. 5, pp. 40–51. (in Russian)
10. Tolmachev V.V., Troitsky G.M., Khomenko V.P., 1986. Engineering and construction development of karst territories. Stroyizdat, Moscow. (in Russian)
11. Tolmachev V.V., Roiter F., 1990. Karst engineering. Nedra, Moscow. (in Russian)
12. Khomenko V.P., 2003. Regularities and forecasting of suffusion. GEOS, Moscow. (in Russian)
13. Khomenko V.P., 2015. Collapse sinkholes formation: mechanisms and hazard assessments. Environmental safety and construction in karst areas, Proceedings of the International Symposium, Perm, 2015, pp. 50–60. (in Russian)
14. Scherbakov S.V., Kataev V.N., 2011. Integral estimation of karst hazard on the urbanized territories (on example of Kungur city). Scientific notes of Kazan University. Natural sciences, Vol. 157, Book 1, pp. 203–224. (in Russian)
15. Shcherbakov S.V., Kataev V.N., 2013. Towards assessment of morphometric characteristics of karst forms. Engineering Geology,
No. 1, pp. 56–64. (in Russian)
16. Shcherbakov S.V., Kataev V.N., 2016. Influence of mechanical features of covering disperse soils on the prognosis of the karst hazard.
Engineering Geology, No. 6, pp. 4–17. (in Russian)
17. Galve J.P., Gutierrez F., Lucha P., Guerrero J., Bonachea J., Remondo J., Cendrero A., 2009. Probabilistic sinkhole modeling for hazard assessment. Earth Surface Processes and Landforms, No. 34, pp. 437–452.
18. Long Jia, Yan Meng, Zhen-de Guan, Li-peng Liu, 2015. Numerical simulation of karst soil cave evolution. 14th Sinkhole Conference. NCKRI Symposium 5, 2015, pp. 493–500.
19. Tao X., M. Ye, D. Wang, X. Wang, J. Zhao, R.P. Castro, 2014. Experimental investigation of catastrophic cover-collapse sinkhole formation. AGU Fall Meeting Abstracts., December 15–19, 2014, San Francisco, CA.
20. Scherbakov S.V., 2013. Modern approach to an assessment of karst hazard. Global View of Engineering Geology and the Environment. Proceeding of the International symposium and 9th Asian Regional conference of IAEG, Beijing, 2013, pp. 867–872.
21. Shcherbakov S., Drobinina E., 2016. Influence of deformation and strength properties of covering soil on karst activity. 16th International Multidisciplinary Scientific GeoConference (SGEM 2016), 2016, Book 1, Vol. 1, Part A, pp. 863–870.

SERGEY V. SHCHERBAKOV*
Perm State National Research University; Perm, Russia; sherbakov.lpmg@mail.ru
Address: Bld. 15, Bukireva St., 614068, Perm, 614068, Russia
Karst and Bank Protection LLC; Dzerzhinsk, Nizhny Novgorod Region, Russia; sherbakov@antikarst.ru
Address: Bld. 3, Butlerova St., 606000, Dzerzhinsk, Nizhny Novgorod Region, Russia
VALERY N. KATAEV
Perm State National Research University; Perm, Russia; kataev@psu.ru
DENIS R. ZOLOTAREV
Perm State National Research University; Perm, Russia; zolotarev.lpmg@mail.ru
Karst and Bank Protection LLC; Dzerzhinsk, Nizhny Novgorod Region,Russia; zolotorev@antikarst.ru
TATYANA G. KOVALEVA
Perm State National Research University; Perm, Russia; kovalevatg@mail.ru
Karst and Bank Protection LLC; Dzerzhinsk, Nizhny Novgorod Region, Russia; kovaleva@antikarst.ru

Статьи из журнала

О КРУПНЫХ ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ ПОТЕРЯХ ИНЖЕНЕРНОЙ ГЕОЛОГИИ КАК НАУКИ В ПОСЛЕРЕВОЛЮЦИОННОЙ РОССИИ (ПОСЛЕ 1991 ГОДА)

“Инженерная геология”, том XIII, № 6/2018

Автор: ТРОФИМОВ В.Т.

Охарактеризованы пять фундаментальных потерь инженерной геологии как науки в Российской Федерации. Первая из них — преобразование Инженерно-геологического центра АН СССР, созданного в 1988 году, в Институт геоэкологии РАН в 1996 ...

ПОВЕРХНОСТНЫЕ ДЕФОРМАЦИИ В УСЛОВИЯХ ПОКРЫТОГО КАРСТА: КОМПЛЕКСИРОВАНИЕ МЕТОДОВ ОЦЕНКИ МОРФОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ В ИНЖЕНЕРНЫХ ЦЕЛЯХ

“Инженерная геология”, том XIII, № 6/2018

Авторы: ЩЕРБАКОВ С.В., КАТАЕВ В.Н., ЗОЛОТАРЕВ Д.Р., КОВАЛЕВА Т.Г.

КАРСТОВО-СУФФОЗИОННЫЕ ПРОЦЕССЫ НА ТЕРРИТОРИИ Г. МОСКВЫ И ПРОБЛЕМА ОЦЕНКИ ИХ ОПАСНОСТИ

“Инженерная геология”, том XIII, № 6/2018

Авторы: КОЧЕВ А.Д., ЧЕРТКОВ Л.Г., ЗАЙОНЦ И.Л.

Изучение процессов, приводящих к образованию воронок на поверхности земли на территории г. Москвы, началось в конце 60-х гг. прошлого века. К настоящему времени выявлено 42 карстово-суффозионные воронки. Анализ всех изученных ...

ВЛИЯНИЕ СТРЕССОВОГО ДАВЛЕНИЯ НА ФОРМИРОВАНИЕ СВЯЗАННОЙ ВОДЫ В КАОЛИНОВОЙ ГЛИНЕ

“Инженерная геология”, том XIII, № 6/2018

Авторы: СЕРЕДИН В.В., МЕДВЕДЕВА Н.А., АНЮХИНА А.В., АНДРИАНОВ А.В.

Глины в ходе литогенеза изменяют состав, структуру и свойства, в том числе и физико-химические. В работах некоторых исследователей представлены результаты изучения изменения свойств связанной воды в глинах под действием повышающих ...

СТАТИСТИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ПАРАМЕТРОВ НАРУШЕНИЯ ПРИРОДНОЙ СТРУКТУРЫ ЛАБОРАТОРНЫХ ОБРАЗЦОВ ГЛИНИСТЫХ ОТЛОЖЕНИЙ ПРИ ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ ИЗЫСКАНИЯХ НА ТЕРРИТОРИИ САНКТ-ПЕТЕРБУРГА И ОКРЕСТНОСТЕЙ

“Инженерная геология”, том XIII, № 6/2018

Автор: ВАСЕНИН В.А.

В отечественных нормативных технических документах отсутствуют критерии оценки степени нарушения природной структуры лабораторных образцов связных дисперсных грунтов. В то же время такие грунты широко представлены в различных регионах страны, в ...

ОСОБЕННОСТИ ПРОЯВЛЕНИЯ СОВРЕМЕННЫХ ЭКЗОГЕННЫХ ГЕОЛОГИЧЕСКИХ И ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ НА ТЕРРИТОРИИ ВИТЕБСКА

“Инженерная геология”, том XIII, № 6/2018

Авторы: ТОРБЕНКО А.Б., ГАЛКИН А.Н., КРАСОВСКАЯ И.А.

Экзогенные геологические и инженерно-геологические процессы (ЭГиИГП) — один из наиболее динамичных факторов преобразования земной поверхности, который существенно влияет как на геологическую среду, так и хозяйственную деятельность человека. Распространение, интенсивность развития ...