Закономерности формирования и пространственной изменчивости инженерно-геологических условий Обь-Томского междуречья и их использование при инженерно-геологической оценке территории

АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕШ. Основными направлениями экономического и социального развития СССР на 1981;1985 годы и на период до 1990 года предусмотрено дальнейшее развитие Западно-Сибирского территориально-производственного комплекса. Одним из перспективных, быстро развивающихся регионов Западной Сибири является Обь-Томское междуречье (рис. I). Важнейшей задачей, возникшей в ходе хозяйственного освоения этой территории, явилось изучение закономерностей формирования и пространственной изменчивости инженерно-геологических условий с целью их использования при инженерно-геологической оценке территории. Решение этой задачи имеет не только практическое, но и теоретическое значение, поскольку междуречье расположено в пределах двух крупнейших разновозрастных структур. Конкретные пути реализации выявленных закономерностей указаны в опубликованных материалах по итогам проведенной в 1979;1981 годах журналом «Инженерная геология» Всесоюзной дискуссии по проблемам оптимизации инженерно-геологических изысканий. Они сводятся к следующему:

— оптимизацией инженерных изысканий должно предусматриваться полное использование материалов прежних исследований, развитие теоретических и опытно-методических работ;

— основные пути снижения затрат на инженерные изыскания, в частности, на буровые работы, следует видеть в применении таких методов изысканий, как повторное использование материалов разведки, геофизические, пенетрационные и дистанционные методы. В связи с с этим выбранное направление исследований является весьма.

Рис. I Обзорная карта района работ Масштаб I: 1 500 000 ' Условные обозначения: I — границы района работ актуальным. Оно входит в число проблем, рекомендованных для разработки Научным советом по инженерной геологии и грунтоведению АН СССР в XI пятилетке [пэ] .

ЦЕЛЬ РАБОТЫ. В соответствии с изложенным целью данной работы является повышение эффективности и качества инженерно-геологических изысканий путем типизации грунтовых толщ междуречья, оптимизации инженерно-геологического опробования и использования моделей пространственной изменчивости физико-механических свойств пород Обь-Томского междуречья для прогноза их частных значений.

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ. Для достижения указанной цели при выполнении работы использовались следующие методы исследования: естественно-исторический, методы полевых и лабораторных исследований, математический.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА РАБОТЫ состоит в следующем. Впервые для территории Обь-Томского междуречья на основании исследования закономерностей формирования и пространственной изменчивости инженерно-геологических условий цроизведены классификация и выделение типов грунтовых толщ. Для каждого типа грунтовых толщ разработаны научно обоснованные интервалы инженерно-геологического оцробова-ния. Впервые для этой территории осуществлена классификация режимов цространственной изменчивости физико-механических свойств пород в пределах выделенных типов грунтовых толщ. Изучена возможность осуществления прогноза частных значений показателей физико-механических свойств пород на глубину с использованием полиномиальных и полиномиально-авторегрессионных моделей.

ОСНОВНЫЕ ЗАЩИЩАЕМЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ.

1. Основные факторы формирования инженерно-геологических условий Обь-Томского междуречья.

2. Классификация и схема распространения грунтовых толщ междуречья.

3. Интервалы инженерно-геологического опробования грунтовых толщ междуречья.

4. Прогнозные модели изменчивости физико-механических свойств пород в пределах выделенных типов грунтовых толщ.

ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ РАБОТЫ. Выявленные закономерности формирования и пространственной изменчивости инженерно-геологических условий использованы цри проектировании и строительстве различных объектов на территории Обь-Томского междуречья. Разработанные интервалы инженерно-геологического опробования использованы в практике инженерных изысканий рядом цроектно-изыскательских организаций. Предложенные аналитические модели изменчивости показателей позволяют прогнозировать значения показателей физико-механических свойств пород на глубину с заданным уровнем доверительной вероятности. Практическое использование результатов исследований значительно увеличило информативность, а, следовательно, и качество инженерно-геологических исследований без увеличения объёмов работ.

РЕАЛИЗАЦИЯ РАБОТЫ. Результаты исследований внедрены в производство изыскательских работ в Новосибирском отделении научно-исследовательского и цроектно-изыскательского института по цроек-тированию атомных электростанций и крупных топливно-энергетических комплексов «Атомтеплоэлектропроект», в Сибирских отделениях институтов «Энергосетьпроект» и НИИ Энергетики (Приложение П).

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на Всесоюзных конференциях: «Системный подход в геологии» (г.Москва, 1983 г.) — «Повышение эффективности инженерных изысканий для строительства в нефтегазоносных районах Западной Сибири» (г.Тюмень, 1983 г.) — «Проблемы инженерной геологии в связи с промышленно-гражданским строительством и разработкой месторождений полезных ископаемых» (г.Свердловск, 1984 г.) — на.

Республиканской конференции «Проблемы геологии и разведки месторождений полезных ископаемых Сибири» (г.Томск, 1983 г.) — на XI конференции молодых научных сотрудников по геологии и геофизике Восточной Сибири (г.Иркутск, 1984 г.) — на семинаре лёссовой комиссии АН СССР «Классификационные критерии разделения лёссовых пород» (г.Москва, 1983 г.) — на Всесоюзной школе передового опыта «Применение системных исследований в гидрогеологии и инженерной геологии» (г.Ташкент, 1983 г.) — на научных семинарах кафедры «Гидрогеология и инженерная геология» Томского политехнического института и кафедры «Геология, основания и фундаменты» Новосибирского института инженеров железнодорожного транспорта.

ПУБЛИКАЦИИ. Основные результаты данной работы опубликованы в 7 статьях.

ОБЪЁМ И СТРУКТУРА РАБОТЫ. Диссертация состоит из введения, пяти глав и двух приложений. Работа содержит, НО страниц машинописного текста, 22 рисунка, 22 таблицы. В списке использованной литературы значится 143 наименования.

выводы.

В цроцесее исследований получены следугацие результаты, которые определяют теоретическую, методическую и практическую ценность диссертационной работы,.

1. Выполненные исследования показали, что инженерно-геологические условия Обь-Томского междуречья весьма сложны и существенно неоднородны в разных его частях. Это обусловлено различием истории геологического развития слагающих междуречье тектонических структур — Западно-Сибирской плиты и Колывань-Томской складчатой зоны в альпийский цикл тектогенеза. Особенно большая роль принадлежит неотектоническому этапу развития, в ходе которого сформировались плиоцен-плейстоценовые отложения, современный рельеф и речная сеть территории. Специфическая палеогеографическая обстановка позднеплейстоценового и голоценового времени благоприятствовала формированию лёссового элювия из субстрата глинистых пород различного генезиса. Наиболее важное значение с инженерно-геологической точки зрения имеют нижне-среднеплейстоценовые существенно глинистые отложения тайгинской свиты, залегающие с поверхности большей части междуречья и характеризующиеся, благодаря особенностям геологического развития территории в плейстоцене, низкой несущей способностью и свойствами, резко изменяющимися в зависимости от степени увлажнения пород.

2. Анализ большой группы факторов (геологическое строение территории, геоморфологические условия, гидрогеологические условия, состав, состояние и свойства пород и др.) позволил впервые для территории Обь-Томского междуречья выделить типы грунтовых толщ и произвести детальную их классификацию. За основу классификации взяты генезис и тип структурных связей, состав и степень увлажненности пород. По особенностям состава выделяются два типа грунтовых толщ: грунтовые толщи, на 95 $ и более сложенные суглинками, и грунтовые толщи, сложенные суглинками с прослоями глины, супесей и песка. Этот тип по составу црослоев делится на два вида: вид, сложенный суглинками с прослоями супесей и песка и вид, сложенный суглинками с прослоями глины. В зависимости от степени водонасыщения пород в зоне аэрации, выделенные таксоны делятся на три разновидности каждый: слабоувлажненные (степень влажности грунтов зоны аэрации менее 0,5), умеренноувлажненные (степень влажности 0,5−0,8), сильноувлажненные (степень влажности более 0,8). Поскольку каждая выделенная таксономическая единица имеет вполне определённую площадную цриуроченность, то составлена схема распространения грунтовых толщ Обь-Томского междуречья. Эта схема используется для решения вопросов внестадийного проектирования в Новосибирском отделении «Атомтеплоэлектропроект» и СО НИИ Энергетики (Приложение П).

3. Изучена изменчивость состава и свойств плиоцен-плейстоценовых отложений по площади междуречья и по глубине. Минералогический и химический состав глинистых отложений характеризуется большим постоянством по площади и глубине. Отложения тайгинской свиты имеют близкий состав с подстилающими плиоценовыми отложениями кочковской свиты и с ранне-среднеплейстоценовыми отложениями федосовской свтты Восточной Барабы. Это убедительно подтверждает сделанные при изучении палеогеографической обстановки выводы об унаследованности в плейстоценовое время обстановок осадкона-копления, существовавших на юге Западной Сибири в плиоцене и об едином характере осадконакопления для Обь-Томского междуречья и смежной с ним Восточной Барабы.

4. Для детального исследования пространственной изменчивости показателей состава и свойств плейстоценовых отложений Обь.

Томского междуречья с помощью факторного анализа оценена их информативность. Выделены ведущие показатели: естественная влажность, влажность на пределе текучести, коэффициент пористости, число пластичности и сопротивление грунта конусу зонда при погружении.

5. В пределах типов грунтовых толщ произведено строгое математическое доказательство существования выделенных ранее режимов изменчивости ведущих показателей состава и свойств пород. Установлен квазистационарный режим изменчивости с глубиной для влажности на пределе текучести всех разновидностей квазиоднородного типа грунтовых толщ и для других показателей сильноувлаж-ненной разновидности этого типа. Во всех остальных случаях режим изменчивости нестационарный.

6. Созданы аналитические полиномиально-авторегрессионные модели изменчивости ведущих показателей состава и свойств плейстоценовых отложений для каждого типа грунтовых толщ, с высокой точностью аппроксимирующие ряды изменчивости этих показателей. Разработаны рекомендации по оптимальному набору параметров моделей в зависимости от режима изменчивости показателей: для аппроксимации изменчивости значений показателей в пределах типа грунтовых толщ, А для практических целей можно воспользоваться полиномиальной, в пределах типа грунтовых толщ Б — полиномиально-авторегрессионной моделями. Разработаны параметры полиномиально-авторегрессионных моделей, с помощью которых можно осуществлять прогноз значений показателей на глубину, превышающую охарактеризованную опробованием в пределах выделенных типов грунтовых толщ междуречья. Созданные модели внедрены в практику изыскательских работ ряда организаций (Приложение П).

7. На основании изучения изменчивости автокорреляционной функции ведущих показателей состава и свойств пород получены конкретные рекомендации по выбору интервала инженерно-геологического опробования для различных разновидностей выделенных типов грунтовых толщ Обь-Томского междуречья. Использование рекомендаций цроектно-изыскательским институтом СО «Энергосетьцроект» при изысканиях на ряде строительных площадок Обь-Томского междуречья позволило осуществить более качественное опробование грунтов без увеличения объема работ (Приложение П).

8. Анализ созданных моделей изменчивости позволил уточнить геологическую обстановку осадконакопления верхней 15−20 метровой толщи отложений тайгинской свиты. Установлено, что на большей части междуречья в среднем плейстоцене происходили процессы, приводившие к постепенному уменьшению глинистости отложений (это могло быть, например, уменьшение глубины озерного водоёма). В тех районах, в которых существовали озерно-аллювиальные условия осадконакопления, наоборот, происходило затухание активных аллювиальных процессов.

9. Стадийность использования результатов основных научных разработок при инженерно-геологической оценке территории Обь-Томского междуречья приведена в табл. 22.