VERIFYING THE PREDICTION AND ANALYSIS OF BEDDING JOINT CHARACTERISTICS AS A BASIS FOR THE EVALUATION OF NATURAL SLOPE IN FLYSCH MASSIFS OF THE BLACK SEA COAST
VERIFYING THE PREDICTION AND ANALYSIS OF BEDDING JOINT CHARACTERISTICS AS A BASIS FOR THE EVALUATION OF NATURAL SLOPE IN FLYSCH MASSIFS OF THE BLACK SEA COAST
Abstract
Within the framework of the present research, the engineering geological zoning of the Black Sea coast of the North-West Caucasus has been repeated in order to analyse changes in rock flysch massifs over the last 10 years. Previously studied outcrops were resurveyed in 2024, and the data obtained were compared with the 2013–2014 forecasts. Particular attention was paid to the assessment of the accuracy of the predictions and the identification of factors affecting slope stability, including fracture characteristics, tectonic disturbances and weathering processes. The results confirmed the necessity of an integrated approach to slope stability assessment, taking into account all types of geological heterogeneity. The obtained conclusions can be used to improve the methods of slope stability forecasting and increase the reliability of engineering solutions in areas with flysch structure.
1. Введение
Ускоренное развитие строительства на Черноморском побережье особенно в последние десятилетия требует проведения все более тщательного и глубокого анализа инженерно-геологических условий этого региона.
Более 100 лет назад основоположник отечественной геологии Николай Сибирцев впервые обратил внимание на важность учета неоднородностей в геологических исследованиях. В своих трудах он подчеркивал, что неоднородность геологических массивов играет решающую роль в формировании ландшафта и влияет на проведение горных работ (Сибирцев, 1910). На сегодняшний день наличие инженерно-аварийных секторов автодороги, вплоть до раскола дорожного полотна, даже на горных участках федеральной трассы М4, несмотря на проведение исчерпывающих геологических изысканий в соответствии с нормативными требованиями, свидетельствует о том, что данная проблема остается актуальной. Подобные инженерные и геологические реалии говорят о нетривиальности того, что каждая строительная площадка обладает уникальными геологическими характеристиками, которые существенно влияют на стабильность и надежность будущих инженерных сооружений. Несмотря на обширные научные исследования по данной теме, вопросы достаточного и необходимого изучения неоднородности требуют дальнейших научных разработок.
Тщательное исследование и учет геологических условий на каждой стадии строительства являются критически важными для обеспечения долговечности и безопасности инженерных проектов на Черноморском побережье.
Десять лет назад автор предложил к использованию формат инженерно-геологического районирования, базирующийся на характеристике значений дисперсий между трещинами напластований для флишевых массивов. В рамках данного районирования были определены районы с различными характеристиками неоднородности и уровнем риска обрушения.
В данной статье мы повторно обследуем каждое ранее изученное обнажение с целью проанализировать изменения скальных флишевых массивов за последние 10 лет. Все результаты, полученные в ходе текущих полевых работ в 2024 году, будут сопоставлены с прежними прогнозами, выполненными в 2013–2014 году, включая анализ того, какие из них оправдались, а какие нет.
1.1. Обзор предыдущих работ
Основные тезисы представленные в предыдущих статьях автора
, , сводились к следящим пунктам:1. Важнейшим параметром при инженерно-геологическом районировании на Черноморском побережье считается трещиноватость геологических флишевых отложений, а именно характеристика трещин напластований.
2. Исследования выявили районы с высоким риском обрушения склона на основе количественного описания трещиноватости и применения математической статистики.
3. Анализ обнажений и использование корреляционного и кластерного анализов подтвердили взаимосвязь между дисперсией расстояний между трещинами напластований и характеристикой устойчивости склонов.
4. В процессе инженерно-геологическое районирования выявлены потенциально нестабильные и опасные скальные обнажения.
5. Подход к делению территории, предложенный в статье, помогает оптимизировать работу и ресурсы на ранней стадии выполнения изысканий (например, на стадии проект планирования территории) и позволяет на следующих этапах инженерно-геологических исследований сосредоточить большее внимание на уже выявленных проблемных и опасных склонах.
1.2. ХАРАКТЕРИСТИКА ОБЪЕКТА ИССЛЕДОВАНИЙ
Исследуемая область — это Пшадско-Беттинское междуречье на черноморском побережье между населенными пунктами Криница и Архипо-Осиповка в районе Геленджика. Исследования проводились на естественных обнажениях в пределах четырех геологических участков, свиты которых были определены в стратиграфическом разделении С.Л. Афанасьевым (см. таблицы 1, 2)
. Для представления карбонатного флиша были выбраны выходы васильевской и снегуревской свит. Обнажения свит сукко и навагирская были использованы для представления терригенного флиша. В ходе геолого-съемочных работ, проведенных в 1979 году И.Н. Резниковым на исследуемой территории, нижняя часть подсвиты навагирской свиты была отнесена к свите сукко. Литологические характеристики свит приведены по данным С.Л. Афанасьева в таблицах 1, 2.Таблица 1 - Стратиграфическая схема меловых отложений Северо-Западного Кавказа
Система | Отдел | Ярус | Подъярус | Комплекс | Серия | Свита | Подсвита | Мощность, м | Тип флиша |
Меловая | Верхний | Маастрихтский | Верхний | Новороссийский | Супсехская | Снегуревская | Верхняя | 176 | Карбонатный |
Нижняя | 240 | ||||||||
Васильевская | Верхняя | 140 | |||||||
Нижняя | 102 | ||||||||
Нижний | Лихтеровская | Верхняя | 124 | ||||||
Средняя | 141 | ||||||||
Нижняя | 185 | ||||||||
Мысхакская | Верхняя | 166 | |||||||
Средняя | 157 | ||||||||
Нижняя | 105 |
Примечание: составлено авторами по [1]
Таблица 2 - Стратиграфическая схема датских отложений Северо-Западного Кавказа
Система | Отдел | Ярус | Подъярус | Комплекс | Серия | Свита | Подсвита | Мощность, м | Тип флиша |
Палеогеновая | Нижний (палеоцен) | Датский | Нижний | Новороссийский | Прасковеевская | Цице | Верхняя | 112 | Терригенный |
Средняя | 100 | ||||||||
Нижняя | 124 | ||||||||
Анапская | Верхняя | 202 | |||||||
Нижняя | 203 | ||||||||
Навагирская | Верхняя | 153 | |||||||
Средняя | 145 | ||||||||
Нижняя (Сукко) | 167 |
Примечание: составлено авторами по [1]
2. Методика исследований
Ранее ,
автором было предложено, что характеристики, связанные с распределением расстояний между трещинами в циклитах флиша Черноморского побережья Северо-Западного Кавказа, могут зависеть от угла наклона природных откосов. Для подтверждения этой гипотезы были исследованы различные слои с различной структурой и характеристиками трещин. Выявлены особенности и сделан вывод о необходимости выделении областей с большим разбросом (дисперсией) расстояний между трещинами напластований, которые могут представлять потенциально опасные и нестабильные инженерно-геологические зоны.2.1. Полевые работы
В период с 2013 по 2014 годы полевые исследования проводились методом замеров систем трещин на скальных обнажениях. Мы осуществили измерения и описали 21 скальный массив на участке побережья протяженностью 3600 метров с интервалом до 200 метров. На каждом обнажении были проведены измерения для выявления неоднородностей. Они включали в себя: ориентацию трещин (азимут падения α и угол падения β); истинное расстояние между трещинами напластований (a); угол природного залегания откоса. Для обнаружения дополнительных неоднородностей на каждом обнажении проводились соответствующие работы.
Полевые работы в 2024 году включали обследования склонов, с целью проанализировать изменения ранее изученных массивов; с целью сопоставления современного состояния обнажений с прежними прогнозами, включая обсуждения, и анализ того, какие из них оправдались, а какие нет.
Процесс производства текущих работ заключался в следующем: для достижения каждого из 21 обнажения использован GPS-навигатор Garmin. Точность определения местоположения проверялась контрольными измерениями трещин напластований, включающими определение азимута и угла падения. После этого на каждой точке я открывал карту с ранее выполненными прогнозами и проводил детальное описание и анализ текущей геологической ситуации у природного склона. Эти действия позволили сопоставить прогнозы десятилетней давности с текущим состоянием склона, что обеспечило более точное понимание произошедших изменений связанных со стабильностью скальных массивов.
При структурировании описания используется терминология выявленной неоднородности (первичная, вторичная, третичная) из статьи автора
. Данная терминология в основном описывает структурированный процесс последовательного появления различных неоднородностей, причем важно заметить, что каждая из них может отдельно значительно влиять на стабильность и устойчивость склона.Первичная неоднородность — заложена в процессе образования пород. Она связана с пластовым строением: чередованием слоёв, турбидитов, изменением состава и текстуры пород. Первичные неоднородности обуславливают анизотропию свойств массива и наличие слабых слоёв, по которым могут развиваться сдвиги. Например, различия в прочности между слоями могут создавать потенциальные плоскости скольжения.
Вторичная неоднородность — формируется тектоническими процессами. К ней относят разломы, трещины, складчатость, появляющиеся на орогенной стадии развития массива. Вторичные структурные нарушения резко повышают трещиноватость и расчленённость склона, что снижает его устойчивость. Сеть трещин и разрывов облегчает зарождение и развития опасных склоновых геологических процессов, особенно при наличии провоцирующих факторов (водонасыщения, сейсмических воздействий и др.). Обуславливает усложнение залегания пород и резкое увеличение трещиноватости массива.
Третичная неоднородность — обусловлена внешними поверхностными процессами выветривания и эрозии. Длительное атмосферное выветривание в зоне гипергенеза приводит к разуплотнению верхних частей склона, образованию трещин раскрышивания и зон ослабления. В результате прочность пород снижается, что повышает вероятность обрушений. Например, выветривание вызывает появление микротрещин и пор, уменьшая эффективное сцепление и сопротивление сдвигу в массиве. Наблюдения показывают, что постепенное выветривание ведёт к заметному ослаблению склонов: длительное воздействие приводит к снижению прочности и развития опасных склоновых процессов.
Все указанные типы неоднородностей (первичная, вторичная, третичная и пр.) могут существенно сказаться на устойчивости склонов. Если пренебречь тем, что свойства грунта и горных пород (плотность, прочность, трещиноватость и т. д.) варьируются в пространстве, легко недооценить устойчивость откоса. Расчёты, основанные только на средних значениях параметров, порой придают ложное чувство уверенности: например, если прочность возрастает с глубиной, классический подход способствует тому, чтобы «переоценить» надёжность, не учитывая зоны ослабления в верхних слоях. В итоге реальные факторы безопасности оказываются ниже расчётных. Чтобы адекватно оценить вероятность разрушения, необходимо моделировать неоднородность массива, то есть задавать распределение свойств по всему объёму склона и отдельно учитывать его влияние при расчётах устойчивости.
3. Описание полевых работ
Дата обследования: 02 апреля 2024 года.
Местоположение: Прибрежный участок между Беттой и Архипо-Осиповкой (координаты: 44.3754, 38.4122). Обнажения 1–16.
Погодные условия: ясно, температура +25°C, безветренно.
Ниже приводится инженерно-геологическое описание природного склона с учётом ранее выполненных прогнозов риска обрушения и неоднородности грунтов.
Номер обнажения: 1.
Характеристика неоднородности массива: Осложнённый.
Характеристика риска обрушения: Низкий.
Уровень совпадения прогноза: Полное совпадение.
Рисунок 1 - Обнажение 1
1. Высота склона: 50 метров / 25 метров открытого обнажение и далее до 25 метров, древесно-покрытого склона.
2. Угол наклона: в среднем 45 градусов.
3. Тип поверхности: Скальный выход флишевого циклита с редкими участками перекрытыми дресвяным материалов, редко кустарниковая растительность.
4. Трещиноватость: ярко представлена трещиноватость перепендикулярная склону, ширина раскрытия трещин до 20 мм. Многочисленные мелкие трещины пересекают склон под различными углами. Ширина раскрытия мелких трещин до 1 см.
Гидрогеологические условия:
1. Наличие воды: на момент обследования следы поверхностной воды у обнажения отсутствуют. Влажность незначительная.
2. Дренаж, водопроявления: на расстоянии 30 метров к западу от заданной точки находится овраг с присутствием воды, а в 15 метрах к востоку — корневая система камыша, с водопроявлением в виде капель.
Прочностные характеристики: Порода в удовлетворительном состоянии, но высокая трещиноватость снижает её прочность. Зоны ослабления вдоль крупных трещин.
Тектонические процессы: тектонические нарушения (изгибы слоев напластований, выклинивания) у подножия обнажения ярко выражены, их активность в обоих направлениях обнажения — увеличивается.
Геоморфологические процессы: наблюдаются местные выветренные участки с рыхлыми фрагментами, что представляет опасность для устойчивости склона.
Описания неоднородностей: первичная — не высокая, вторичная — высокая, третичная — средняя.
Сопоставление прогноза и анализ состояния склона:
Изученный участок находится в стабильном состоянии и не претерпел значительных изменений. Однако с обеих сторон от него наблюдаются значительные тектонические изгибы слоев напластований, характеризующиеся высокой степенью трещиноватости. Эти зоны требуют повышенного внимания и дальнейших наблюдений, особенно в области разгрузки воды.
Уровень совпадения — приведен в таблице.
Номер обнажения: 2.
Характеристика неоднородности массива: осложнённый.
Характеристика риска обрушения: низкий.
Уровень совпадения прогноза: полное совпадение.
Рисунок 2 - Обнажение 2
Изученный участок находится в стабильном состоянии, он не испытал значительных изменений, у подножия склона не наблюдается значительное количество продуктов обвальных процессов.
Наблюдается повторная ситуация, при которой в конкретной точке замеров прогноз оказался точным. Однако, на расстоянии до 200 метров между обнажениями 1 и 2 во время маршрутного наблюдения были выявлены несколько опасных участков, требующих внимания. В этих местах проявились экзогенные процессы и тектонические нарушения, сопровождающиеся частичными обвалами.
Номер обнажения: 3.
Характеристика неоднородности массива: простой.
Характеристика риска обрушения: низкий.
Уровень совпадения прогноза: полное совпадение.
Рисунок 3 - Обнажение 3
Номер обнажения: 4.
Характеристика неоднородности массива: простой.
Характеристика риска обрушения: низкий.
Уровень совпадения прогноза: полное совпадение.
Рисунок 4 - Обнажение 4
Обсуждение результатов: при низком разбросе характеристик трещин напластований прослеживается что склон на 20% покрыт коллювиально-делювиальным материалом; в 30 метрах западнее от точки изучения прослеживаются значительные тектонические деформации пластов.
Номер обнажения: 5.
Характеристика неоднородности массива: простой.
Характеристика риска обрушения: низкий.
Уровень совпадения прогноза: полное совпадение.
Рисунок 5 - Обнажение 5
Обсуждение результатов: при низком разбросе характеристик трещин напластований прослеживается что склон на 50% покрыт коллювиально-делювиальным материалом на 5-10 см, что служит «панцирем» для поверхности обнажения, способствует естественному увеличению его изолированности.
Номер обнажения: 6.
Характеристика неоднородности массива: неоднородный.
Характеристика риска обрушения: высокий.
Уровень совпадения прогноза: частичное несовпадение.
Рисунок 6 - Обнажение 6
Обсуждение результатов: вопреки прогнозу, данный склон за 10 лет не разрушился и выглядит почти так же, как соседние склоны 5 и 4. Следует отметить, что само скальное обнажение достигает высоты 10—12 метров. Нижние 5 метров представлены скальной породой, а выше, до 12 метров, обнажение более чем на 80% покрыто коллювиально-делювиальным материалом. Этот материал действует как защитный барьер, уменьшая воздействие внешних факторов и предотвращая эрозию. Выше начинается участок склона, покрытый древесной растительностью, что также способствует укреплению склона. Корневая система деревьев и кустарников стабилизирует грунт, уменьшая вероятность оползней и обвалов. Общая высота склона на этом участке достигает 40 метров, и совокупность факторов, таких как наличие защитного слоя коллювиально-делювиального материала и развитая древесная растительность, действует как естественное защитное сооружение, обеспечивая долговременную стабильность склона Этот фактор стоит учитывать при проектирование укрепительных (стабилизирующих) склоновых конструкций.
Номер обнажения: 7.
Характеристика неоднородности массива: осложненный.
Характеристика риска обрушения: низкий.
Уровень совпадения прогноза: частичное несовпадение.
Рисунок 7 - Обнажение 7
Обсуждение результатов: на первый взгляд, обнажение выглядит иначе, чем прогнозировалось, но мы предпримем попытку разобраться более подробно. Ситуация на данном участке в целом схожа с обнажением 6 (за исключением значений дисперсии напластований), где был высокий уровень неоднородности, но это не стало определяющим фактором его нестабильности в естественных условиях. Далее я провел расчистку и отметил, что сам склон фактически перекрыт делювием, который сошел с верхней части обнажения (на склоне наблюдается незначительное количество обвального материала, сформированного за счет трещиноватости массива, что говорит о процессе сформировашем текущее состояние склона). Вероятно, данный делювиальный конус выноса сформировался в период высокого выпадения осадков в прошедшее межсезонье. Скальные напластования обнажения также подверглись процессу перекрытия делювием, что видно на фото.
Вывод: третичная однородность имеет определяющий фактор в данном обнажении. Из этого подчеркнем важность изучения склона от самого начала склона до вершины уступа.
Номер обнажения: 8.
Характеристика неоднородности массива: неоднородный.
Характеристика риска обрушения: высокий.
Уровень совпадения прогноза: полное совпадение.
Рисунок 8 - Обнажение 8
Обсуждение результатов: текущее обнажение представляет собой «идеальную» иллюстрацию влияния разброса расстояний трещин напластований на стабильность природного склона при незначительном воздействии вторичных и третичных неоднородностей.
Номер обнажения: 9.
Характеристика неоднородности массива: граничные.
Характеристика риска обрушения: высокий, при высоких значениях дисперсии.
Уровень совпадения прогноза: полное совпадение.
Рисунок 9 - Обнажение 9
Обсуждение результатов: текущее обнажение характеризуется потенциальной опасностью согласно прогнозу. На площадке наблюдаются сходства с обнажением 7 в первом приближении, но различие заключается в наличии на склоне продуктов обвальных процессов, сформированных трещиноватостью массива. Первичная и третичная неоднородности подтверждают его опасность.
Номер обнажения: 10.
Характеристика неоднородности массива: неоднородный.
Характеристика риска обрушения: высокий.
Уровень совпадения прогноза: частичное несовпадение.
Рисунок 10 - Обнажение 10
Обсуждение результатов: здесь мы наблюдаем частичное несовпадение прогноза и состояние обнажения. Отметим, что даже в процессе анализа обнажения со склона падал обломочный материал размером до 50 мм, а на склоне присутствуют единичные продукты обломочного склонового материала. До 30% склона покрыто водолюбивой растительностью, в этих местах наблюдаются водопроявления. Согласно нашей логике процессов, данное обнажение нестабильно, но визуальные наблюдения показывают обратное. Единственной гипотезой, объясняющей текущую картину, может быть то, что у данного обнажения линия берега, покрытая аллювием, является самой узкой на всем участке исследований, и, вероятно, накопленный обломочный материал вымывается отсюда штормовыми волнами в межсезонье.
Номер обнажения: 11.
Характеристика неоднородности массива: осложненный.
Характеристика риска обрушения: низкий.
Уровень совпадения прогноза: частичное совпадение.
Рисунок 11 - Обнажение 11
Обнажение характеризуется невысоким риском обрушений, и важнейшими факторами здесь является развитая растительность в местах водопроявлений (присутствуют) и наличие покровных отложений, которые способствуют стабилизации склона. С одной стороны водные процессы способны активизировать эрозию и др.опасные процессы, но с другой стороны текущая растительность помогает укреплять грунт.
Номер обнажения: 12.
Характеристика неоднородности массива: осложненный.
Характеристика риска обрушения: низкий.
Уровень совпадения прогноза: частичное совпадение.
Рисунок 12 - Обнажение 12
На данном обнажении используем формулировку частичное совпадение, т.к. определяющими факторами по нашей оценке не является дисперсия, хотя по формальным признакам можно наблюдать полное совпадение. Одновременно прослеживается высокая дистанцированность пластов, что затрудняет положительную оценку стабильности склона. Так же непосредственно участок обнажения размером 10 на 10 м, имеет резкий откос; но далее обнажение сложный составной профиль, с чередующимися подъемами и понижениями, что говорит о необходимости дополнительного комплексного доизучения всего склона.
Номер обнажения: 13.
Характеристика неоднородности массива: граничные.
Характеристика риска обрушения: низкий/высокий.
Уровень совпадения прогноза: частичное совпадение.
Рисунок 13 - Обнажение 13
Склон тектонически и геоморфологически выглядит крайне нестабильно, так же он характеризуется высокими характеристиками дисперсии. Одновременно по формальному признаку в текущий момент и включая анализ за 10 лет, он не претерпел критических изменений. Склон покрыт дерном на высоту на 30%, , что указывает на значительное влияние эрозионных процессов. Верхняя часть склона (выше 10 м) задернована и переходит в лесную зону, которая укрепляет склон, снижая риск обрушений.
Корневая система деревьев играет важную роль в текущей стабилизации участка, несмотря на высокий риск обрушений, ограничивая активность гравитационных процессов.
Подножие склона состоит из продуктов средней окатанности, что означает наличие смешанных размеров обломков, без явных признаков крупных обвалов в момент наблюдения. Однако, динамичная и потенциально нестабильная геологическая обстановка требует внимательного мониторинга для своевременного выявления возможных обрушений.
Номер обнажения: 14.
Характеристика неоднородности массива: осложненный.
Характеристика риска обрушения: низкий.
Уровень совпадения прогноза: частичное совпадение.
Рисунок 14 - Обнажение 14
На данном обнажении используем формулировку частичное совпадение, т.к. определяющими факторами по нашей оценке не является дисперсия, хотя по формальным признакам можно наблюдать совпадение.
Обнажение характеризуется высокой задернованностью склона, с внешне устойчивым состоянием склона. Отмечается, что на данном участке отсутствуют признаки значительной дислоцированности пород. Про текущее обнажение можно сказать, что лес поглотил почти весь участок, его корневая система оказывает существенное влияние на стабилизацию склона. Обследованное скальное обнажение не превышает высоты 3–4 метров, после чего начинается сосновый лесной массив.
Номер обнажения: 15.
Характеристика неоднородности массива: неоднородный.
Характеристика риска обрушения: высокий.
Уровень совпадения прогноза: частичное совпадение.
Рисунок 15 - Обнажение 15
Участок характеризуется высоким риском обрушения, что подтверждается значительными разбросами трещин в напластованиях. Однако, на данный момент, явные признаки опасности отсутствуют. У подножия склона практически не наблюдаются продукты обвальных процессов, что свидетельствует о его относительной стабильности. Стабилизирующим фактором является развитая сосновая растительность, аналогично предыдущему участку. Корневая система деревьев существенно укрепляет склон, снижая вероятность обвалов и эрозии. Этот фактор следует учитывать при разработке рекомендаций по дальнейшему укреплению и мониторингу склона.
Номер обнажения: 16.
Характеристика неоднородности массива: осложненный.
Характеристика риска обрушения: низкий.
Уровень совпадения прогноза: полное совпадение.
Рисунок 16 - Обнажение 16
Участок обнажения находится в данный момент в стабильном состоянии и в подножии обнажения отсутствуют следы обвальных процессов, учитывая широкую береговую линию, что подтверждает ранее сделанный прогноз. Подходя к данному участку прослеживается плавное окончание соснового леса и изменение характера флишевых напластований. До 25% обнажения покрыты коллювием, деллювием, на котором частично распространен рост травы и микро-деревьев. Эта характеристика особенно важна в верхней части склона, т.к. она способствует укреплению склона и предотвращает осыпание. Для обнажений критическим для разрушений периодом является: сильные осадки, землятресения, а так же резкий перепад температур, как в летнее очень знойное время (утро и вечер), так и в зимнее время, когда изредка возможны заморозки (увеличение объема) воды расположенной в массиве.
Номер обнажения: 17.
Характеристика неоднородности массива: граничные.
Характеристика риска обрушения: низкий/высокий.
Уровень совпадения прогноза: частичное не совпадение.
Рисунок 17 - Обнажение 17
На протяжении последних 10 лет склон сохраняет пологий профиль и находится в стабильном состоянии, не претерпев значительных изменений. Отсутствие продуктов разрушения у подножия склона указывает на то, что возможные опасные геологические процессы здесь уже реализованы, и склон достиг своего естественного состояния покоя. Несмотря на наличие многочисленных трещин и расслоений, стабильность склона сейчас не вызывает угрозы ввиду низкого угла наклона. Основной геологический процесс, наблюдаемый на данном участке, — это неравномерная эрозия слоев флиша, проявляющаяся в разных циклитах. Однако за последние 10 лет этот процесс не оказал значительного влияния на характеристики обнажения.
Номер обнажения: 18.
Характеристика неоднородности массива: граничные.
Характеристика риска обрушения: низкий/высокий.
Уровень совпадения прогноза: частичное не совпадение.
Рисунок 18 - Обнажение 18
Склон характеризуется перевернутым расположением флишевых пластов «на голове». У подножия склона наблюдаются продукты разрушения пород, что свидетельствует о плавно протекающих геологических процессах. На протяжении времени наблюдений склон сохраняет крутой и резкий профиль несмотря на то, что такое залегание пластов требует повышенного внимания ввиду высокой обвалоопасности.
Высокая обвалоопасность обусловлена следующими факторами: легкий доступ влаги к трещинам, что увеличивает водонасыщенность и снижает устойчивость склона; минимизация сцепления между пластами из-за гравитационных процессов, что способствует разрушению контактов между слоями; уязвимость к эрозионным процессам, что приводит к постепенному разрушению и ослаблению склона.
Номер обнажения: 19.
Характеристика неоднородности массива: граничные.
Характеристика риска обрушения: низкий/высокий.
Уровень совпадения прогноза: частичное не совпадение.
Рисунок 19 - Обнажение 19
Номер обнажения: 20.
Характеристика неоднородности массива: граничные.
Характеристика риска обрушения: низкий/высокий.
Уровень совпадения прогноза: частичное несовпадение.
Рисунок 20 - Обнажение 20
Склон сохраняет крутой и резкий профиль, и за последние 10 лет он не претерпел значительных изменений. Наблюдаются незначительные продукты обвалов у подножия, однако в целом склон остается стабильным. На данном участке меры по укреплению склона не проводились, что свидетельствует о его естественной устойчивости.
Номер обнажения: 21.
Характеристика неоднородности массива: неоднородный.
Характеристика риска обрушения: высокий.
Уровень совпадения прогноза: частичное несовпадение.
Рисунок 21 - Обнажение 21
На протяжении времени наблюдений склон сохраняет крутой и резкий профиль, оставаясь в сравнительно стабильном состоянии без значительных изменений. Наличие обвальных скальных продуктов у подножия склона свидетельствует о том, что возможные опасные геологические процессы здесь ещё окончательно не завершены, и склон не достиг своего естественного состояния покоя. Однако данные процессы протекают достаточно медленно. Важно отметить, что значительная часть этих процессов связана с неравномерной эрозией слоев флиша.
4. Статистические итоги и оценка качества прогнозирования
Таблица 3 - Краткая таблица характеристик неоднородности массива совмещенная с уровнем совпадения прогноза
Номер обнажения | Характеристика неоднородности массива | Характеристика риска обрушения | Уровень совпадения прогноза |
1 | осложненный | низкий | полное совпадение |
2 | осложненный | низкий | полное совпадение |
3 | простой | низкий | полное совпадение |
4 | простой | низкий | полное совпадение |
5 | простой | низкий | полное совпадение |
6 | неоднородный | высокий | частичное несовпадение |
7 | осложненный | низкий | частичное несовпадение |
8 | неоднородный | высокий | полное совпадение |
9 | граничные | низкий/высокий | полное совпадение |
10 | неоднородный | высокий | частичное несовпадение |
11 | осложненный | низкий | частичное совпадение |
12 | осложненный | низкий | частичное совпадение |
13 | граничные | низкий/высокий | частичное совпадение |
14 | осложненный | низкий | частичное совпадение |
15 | неоднородный | высокий | частичное совпадение |
16 | осложненный | низкий | полное совпадение |
17 | граничные | низкий/высокий | частичное несовпадение |
18 | граничные | низкий/высокий | частичное несовпадение |
19 | граничные | низкий/высокий | частичное несовпадение |
20 | граничные | низкий/высокий | частичное несовпадение |
21 | неоднородный | высокий | частичное несовпадение |
Таблица 4 - Распределение описания характеристик неоднородности обнажений
Характеристика | Частота |
Простой (1) | 3 |
Осложненный (2) | 7 |
Граничный (3) | 6 |
Неоднородный (4) | 5 |
Таблица 5 - Распределение оценок качества прогноза риска обрушения
Оценка качества | Частота |
Полное совпадение (1) | 8 |
Частичное совпадение (2) | 5 |
Частичное несовпадение (3) | 7 |
Полное несовпадение (4) | 0 |
Анализ совокупности данных о неоднородности массива, уровнях риска обрушения и совпадении прогнозов для каждого из 21 обнажения позволяет сделать следующие выводы:
1. Большинство обнажений (№ 1, 2, 3, 4, 5, 8, 9, 16) характеризуется:
– низким риском обрушения;
– полным совпадением с ранее сделанными прогнозами.
Это означает, что в данных точках распределение трещиноватости и степень выраженности вторичных/третичных неоднородностей практически не искажают исходные предположения об устойчивости. Подтверждение прогноза указывает на высокую достоверность методики при относительно простой структуре массива (или при «осложнённой» неоднородности, но без критических зон выветривания и тектонических нарушений).
2. Обнажения с характеристикой «Осложнённый»:
– обычно имеют низкий риск обрушения;
– в некоторых случаях (№ 11, 12, 14, 16) фиксируется частичное совпадение прогноза, когда реальные условия склонов не полностью соответствуют ожидаемыми.
Подобная «частичная» реализация прогноза часто связана с тем, что «осложнённые» обнажения могут включать умеренно развитую вторичную трещиноватость, не всегда в полной мере учтённую в исходных предложениях оценки. Кроме того, к отклонению от прогноза нередко приводят локальные факторы (развитая растительность, сезонное переувлажнение, залегание делювиальных или коллювиальных отложений), которые смягчают или, наоборот, усиливают тенденцию к обрушению.
3. Обнажения с характеристикой «Неоднородный»:
– зачастую ассоциируются с высоким риском обвалоопасности;
– при этом наблюдается либо частичное, либо (по некоторым критериям) почти полное несоответствие изначальным прогнозам (№ 6, 8, 10, 15, 21).
В данных зонах неоднородность выражена сильнее и может иметь разную природу: сложную конфигурацию трещин, существенную вариацию механических свойств по толщине слоя (тектонические нарушения, дислокации, выклинивания), а также выветрелые прослои. Если прогноз не до конца учёл такую пространственную вариативность, возникают отличия между теоретическим и фактическим состоянием. Но даже в рамках «неоднородных» склонов порой выявляется относительная стабильность, объясняемая дополнительными факторами, такими как корневая система растений и наличие защитных покровных отложений.
4. Граничные случаи («Граничные» обнажения):
– демонстрируют как относительно низкий риск, так и высокую вероятность обрушения;
– чаще всего регистрируется частичное несовпадение прогноза (№ 13, 17, 18, 19, 20).
«Граничные» обнажения обычно характеризуются комбинированной неоднородностью, при которой сразу несколько факторов (первичная слоистость, трещиноватость, тектонические разрывы, выветривание) проявляются почти одновременно и влияют на устойчивость. Низкий угол откоса, развитая растительность или перекрывающие отложения могут стабилизировать такие массивы, нивелируя часть рисков. В то же время любая дестабилизирующая нагрузка (аномальные осадки, сейсмические воздействия, нарушение дренажа) может резко усилить угрозу обрушения. Подобная противоречивость и объясняет «частичность» прогноза для таких склонов.
4.1. Оценка качества прогноза риска обрушения
Обобщённая статистика совпадений/несовпадений прогноза с фактическим состоянием склонов распределилась так:
1. Полное совпадение (1): 8 случаев из 21.
Подобный результат говорит об очень высокой точности оценок для этих обнажений. Как правило, речь идёт о наиболее однородных или умеренно осложнённых склонах, где нет резких изменений в структуре массива либо дополнительный комплекс исследований (геолого-геофизические данные, мониторинг и т. п.) позволил учесть все значимые факторы при расчёте.
2. Частичное совпадение (2): 5 случаев из 21.
Это означает, что прогноз в целом отразил категорию риска (низкий или высокий), однако отдельные параметры (например, скорость и характер развития трещиноватости, масштаб обвальных процессов, локальные геоморфологические особенности) оказались не полностью учтены. Такие результаты служат сигналом к уточнению методики: возможно, следует дополнить расчёты поправками на вторичную или третичную неоднородность, гидрогеологические условия или растительный покров.
3. Частичное несовпадение (3): 7 случаев из 21.
Здесь окончательные полевые наблюдения и фактическая устойчивость склонов расходятся с прогнозами заметнее, чем в предыдущей группе. Однако в каждом случае выявляется логичное геологическое объяснение: например, формирование защитного слоя делювиальных отложений, укрепление склона корневой системой деревьев, необычная структура пластов или периодические подтопления. Эти факторы способны существенно корректировать исходные расчёты. Следовательно, для подобных склонов имеет смысл проводить углублённые исследования (буровые работы, георадарные съёмки и т. д.) или внедрять более сложные модели, учитывающие пространственную изменчивость свойств.
4. Полное несовпадение (4): ни в одном обнажении не зафиксировано.
В целом, представленная методика прогнозирования риска обрушений на базе оценок трещиноватости и характеристик неоднородности массива продемонстрировала достаточную точность и приложимость к анализу склонов различной сложности. Однако для ряда обнажений (особенно с ярко выраженной вторичной/третичной неоднородностью) выявлены расхождения между расчётом и фактическими результатами. Это подчёркивает важность комплексного подхода к оценке устойчивости:
– учёт пространственной изменчивости свойств;
– уточнение параметров выветривания и геологических нарушений;
– включение информации о растительном покрове;
– при необходимости, расширение интервального шага обследований.
Развитие методики, в частности автоматизированный анализ неоднородностей (сегментация вторичных/третичных факторов) и внедрение более детальных статистических или численных моделей, может ещё более повысить точность прогнозов.
5. Заключение
Проведённые исследования показывают, что флишевая формация Черноморского побережья Северо-Западного Кавказа отличается сложным строением и выраженной неоднородностью, прямо влияющей на устойчивость склонов. Детальный учёт всех факторов — от первичной слоистости и вторичной тектонической трещиноватости до процессов выветривания и особенностей растительного покрова — является необходимым условием для точного прогнозирования геологических рисков и принятия эффективных мер по укреплению откосов. Такой комплексный подход обеспечивает более высокую надёжность инженерных решений и повышает общую безопасность при освоении прибрежных территорий.
ВЫВОДЫ:
1. Трещиноватость горных пород представляет собой ключевой фактор, определяющий устойчивость склонов на Черноморском побережье Северо-Западного Кавказа, представленная в виде оценки значений дисперсии между трещинами напластований. Однако в процессе исследования было установлено, что помимо трещиноватости, вторичные и третичные неоднородности могут становиться решающими факторами при оценке рисков обрушений. Представленный ряд примеров иллюстрирует случаи, когда именно эти дополнительные факторы становятся определяющими при анализе и прогнозировании рисков обрушения природных откосов.
2. Анализ качества прогноза риска обрушения, основанный на представленных данных и изменения за 10 лет, показывает следующее распределение: полное совпадение (1) составляет 40% от общего числа наблюдений, что свидетельствует о достаточно высокой точности прогнозов в предсказании риска обрушения; частичное совпадение (2) составляет 25% от общего числа наблюдений, указывая на случаи, когда прогнозы частично соответствуют реальным условиям риска обрушения; частичное несовпадение (3) составляет 35% от общего числа наблюдений, что указывает на случаи, когда прогнозы отличаются от фактической устойчивости склонов, при этом несоответствия имеют геологические объяснения; полное несовпадение (4) не наблюдается в данном наборе данных.
3. Исследование охватывает первичные, вторичные и третичные неоднородности, оказывающие разностороннее влияние на устойчивость склонов, где каждая категория проявляет собственный механизм воздействия на массив. Каждая из этих категорий может стать определяющей при выборе методов укрепления или разработки рекомендаций по наблюдению (мониторингу) за состоянием склонов.
4. В 35% случаев выявлено расхождение прогнозов и фактической устойчивости, что подчёркивает необходимость комплексного учёта дополнительных факторов — от особенностей тектонической структуры до влияния сезонной переувлажнённости и растительности. Данный вывод указывает на то, что одних только показателей трещиноватости недостаточно для полного понимания риска обрушений, и важно на Черноморском побережье Северо-Западного Кавказа вести расширенные исследования неоднородности массива.
5. Роль растительности при стабилизации склонов, особенно в неоднородных (опасных) условиях, крайне существенна. Как показывают результаты полевых наблюдений, развитая корневая система деревьев и кустарников снижает вероятность обвалов, а значит, учитывается при прогнозировании и выборе мер инженерного воздействия.
6. Требуется дальнейшее совершенствование методов прогнозирования, поскольку в ряде ситуаций наблюдаются недочёты в моделировании. Длина обследованного участка (3600 м) и интервалы между точками замеров (200 м) могут оказаться слишком крупным шагом для детального выявления зон неоднородности, которые могут обнаруживаться на расстоянии 10–20 м по горизонтали и меняться по вертикали. Это говорит о необходимости дополнительной детализации исследований и обновления методики для надёжного определения участков повышенного риска и последующего проектирования противооползневых мероприятий.