Автореферат диссертации (Динамика развития подземных и поверхностных проявлений карста и методика оценки их опасности)

На правах рукописиУткин Михаил МихайловичДИНАМИКА РАЗВИТИЯ ПОДЗЕМНЫХ И ПОВЕРХНОСТНЫХПРОЯВЛЕНИЙ КАРСТА И МЕТОДИКА ОЦЕНКИ ИХ ОПАСНОСТИСпециальность 25.00.36 – Геоэкология (строительство и ЖКХ)Авторефератдиссертации на соискание ученой степеникандидата технических наукМосква – 20192Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательномучреждениивысшегообразования«НациональныйисследовательскийМосковскийгосударственный строительный университет».Научный руководитель:Хоменко Виктор Петрович,доктор геолого-минералогических наук, старший научныйсотрудник.Официальные оппоненты:Готман Наталья Залмановна,доктор технических наук, Федеральное государственноебюджетноеобразовательноеучреждениевысшегообразования«Российскийуниверситеттранспорта(МИИТ)», кафедра «Автомобильные дороги, аэродромы,основания и фундаменты», профессор.Аникеев Александр Викторович,доктор геолого-минералогических наук, Федеральноегосударственное бюджетное учреждение науки Институтгеоэкологии им.

Е.М. Сергеева Российской академии наук,главный научный сотрудник.Ведущая организация:Федеральное государственное бюджетное образовательноеучреждениевысшегообразования«Российскийгосударственный геологоразведочный университет имениСерго Орджоникидзе».Защита диссертации состоится 6 июня 2019 г. в 14:00 (по местному времени) на заседаниидиссертационного совета Д 212.138.13, созданного на базе ФГБОУ ВО «Национальныйисследовательский Московский государственный строительный университет» (НИУ МГСУ), поадресу: 129337, г.

Москва, Ярославское шоссе, д. 26, Зал ученого совета.С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке и на сайте ФГБОУ ВО «Национальныйисследовательский Московский государственный строительный университет» www.mgsu.ru.Автореферат разослан «___» _____________ 20__ г.Ученый секретарьдиссертационного советаСлесарев Михаил Юрьевич3ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность темы исследования.

Увеличивающийся дефицит городских ипромышленных территорий приводит к тому, что инженерам все чаще приходится осваивать тестроительные площадки, которые ранее браковались или их освоение настоятельно нерекомендовалось. Параллельно с инженерно-строительным освоением площадок с вероятнымпроявлением опасных природных (карстовых) процессов необходимо развивать методынаблюдений, которые направленны на оперативное (ранее) выявление и дальнейшеепрогнозирование развития подземных и поверхностных карстовых деформаций. Этообстоятельство позволит своевременно выполнять проектирование и реализацию инженернойзащиты, благодаря которой будет обеспечена безопасность зданий и сооружений.Протекание карстовых процессов неразрывно связано с динамикой их развития.

Динамикуразвития поверхностных карстовых форм рельефа, наряду с традиционными способами,предлагается определять с помощью беспилотных летательных аппаратов (БПЛА). Такойкомплексный подход активно практикуется за рубежом. Раннее выявление и динамикудальнейшего развития подземных карстовых деформаций, особенно в условиях глубокого карста,предложено оценивать с помощью глубинных (подземных) реперов. Такие репера активноприменяются за рубежом, в частности в Германии и Южной Африке.На основании динамики развития поверхностных и подземных карстопроявленийстановится возможным выполнение пространственно-временного прогнозирования их проявленияв сжимаемой толще (активной зоне) основания объектов. Результаты такого прогноза предлагаетсяиспользовать в качестве исходных данных при оценке карстовой опасности площадок идальнейшей разработке комплекса защитных (противокарстовых) мероприятий.Таким образом, настоящее исследование является актуальным, востребованным, так каконо ориентировано на достижение новейших научных результатов.

Их внедрение в инженернуюпрактику, в конечном счете, будет способствовать существенному повышению безопасностизданий и сооружений, возводимых на карстоопасных территориях.Тема диссертационного исследования соответствует паспорту выбранной научнойспециальности – 25.00.36 Геоэкология (строительство и ЖКХ), п. 5.11: Динамика, механизм,факторы и закономерности развития опасных природных и техноприродных процессов, прогнозих развития, оценка опасности и риска, управление риском, мероприятия по снижениюпоследствий геокатастрофических процессов, геоинженерная защита территорий, зданий исооружений.Степень разработанности темы исследования.

Разработка и внедрение беспилотныхлетательных аппаратов в инженерную практику – сложная многоаспектная задача, требующаяслаженной работы специалистов многих профессий. Поэтому, как правило, указанная задачарешается группой ученых. Среди отечественных и зарубежных групп исследователей можноотметить следующие: А.И. Захаров, Н.В. Иванов и А.В. Студеникин (2012); В.К. Барбасов,Н.М. Гаврюшин, Д.О. Дрыга, М.С. Батаев и А.Е. Алтынов (2012, 2013); Е.К. Никольский,Н.Ю. Королев (2015); J.B. Stoll, D. Moritz, R.

Erroes, B. Tezkan, R. Bergers (2014); M. Francioni,R. Salvini, D. Stead, R. Giovannini, S. Riccucci, C. Vanneschi, D. Gulli (2015); R. Salvini,G. Mastrorocco, G. Esposito, S. Di Bartolo, J. Coggan, C. Vanneschi (2018) и др. Однако в трудах4отечественных ученых в недостаточной мере освещен вопрос практического внедрения БПЛА длявыполнения наблюдений за развитием опасных природных (инженерно-геологических) процессов,в особенности карста.Опыт проектирования и внедрения в инженерную практику подземных реперов, ксожалению, изложен только в зарубежных работах следующих исследователей: J.E. Jennings(1966); A.B.

Brink (1984); F. Reuter, V.V. Tolmačёv et al. (1990). Здесь необходимо отметитьнебольшое количество научно-технических публикаций.Положения и накопленный практический опыт по оценке опасности карстовых деформацийи разработке противокарстовых мероприятий для вновь возводимых и существующих объектовизложены в трудах отечественных и зарубежных ученых: Н.З. Готман, В.С. Крашенинникова,И.А. Саваренского, В.В. Толмачева, Г.М. Троицкого, В.П. Хоменко, F. Reuter, G.F. Sowers и др.В настоящее время рассматриваемая тема исследований «Динамика развития подземных иповерхностных проявлений карста и методика оценки их опасности» – разработана внедостаточной степени.Цель исследования – динамика развития подземных и поверхностных проявлений карста иразработка методики оценки их опасности, на основании результатов которой возможновыполнить назначение рационального комплекса противокарстовых мероприятий для объектовпромышленного, гражданского и транспортного строительства.Задачи исследований, которые решались для достижения поставленной цели, заключалисьв следующем:- анализ нормативно-методических документов и научно-технических публикаций понаблюдению за карстовыми формами рельефа, выявлению подземных карстовых деформаций иоценке опасности указанных карстопроявлений;- исследование динамики изменения напряженно-деформированного состояния покровнойтолщи грунтов при проявлении карстовых процессов;- изучение динамики развития поверхностных карстовых форм рельефа;- анализ и обобщение основных положений по динамике развития подземных иповерхностных карстовых деформаций, оценке их опасности, а также по дальнейшему учетуполученных результатов при разработке комплекса противокарстовых мероприятий.Объект исследования – динамика развития подземных и поверхностных проявленийкарста.Предмет исследования – методика оценки опасности подземных и поверхностныхкарстопроявлений.Методология исследований базируется на детерминистическом подходе, которыйзаключается в эмпирической проверке выдвинутой гипотезы о том, что развитие подземных иповерхностныхкарстовыхдеформацийсопровождаетсяизмененияминапряженнодеформированного состояния покровной толщи грунтов.

Это обстоятельство доказываетсятеоретическими и экспериментальными методами. Теоретические доказательства основаны насуществующих механизмах формирования карстовых деформаций, которые предусматриваютуказанные изменения в покровной толще. Экспериментальные доказательства базируются нарезультатах физического моделирования карстовых процессов и на результатах полевых5наблюдений за развитием карстовых форм рельефа, в т.ч.

с применением беспилотноголетательного аппарата.Научная новизна выполненной работы заключается в следующем:1) Новая методика оперативного выявления и дальнейшего наблюдения за динамикойформирования подземных карстопроявлений с помощью разработанной системы глубинныхреперов, правомерность практического применения которых подтверждена результатамилабораторного физического моделирования.2) Новая методика полевого наблюдения за динамикой эволюционного развитияповерхностных карстовых форм рельефа с применением беспилотных летательных аппаратов,целесообразность использования которых показана на конкретном практическом примере.3) Впервые сформулированы основные положения по назначению рациональногокомплекса карстозащитных мероприятий с учетом аспектов, характеризующих вероятностностатистические особенности карстовых процессов, динамику формирования подземныхкарстопроявлений, эволюционное развитие поверхностных карстовых форм рельефа истроительные параметры объектов.Положения, выносимые на защиту:1.

Методика оперативного выявления и дальнейшего наблюдения за динамикойформирования подземных карстопроявлений с помощью разработанной системы глубинныхреперов.2. Методика полевого наблюдения за динамикой эволюционного развития поверхностныхкарстовых форм рельефа с применением беспилотных летательных аппаратов.3. Основные положения по назначению рационального комплекса карстозащитныхмероприятий с учетом аспектов, характеризующих вероятностно-статистические особенностикарстовых процессов, динамику формирования подземных карстопроявлений, эволюционноеразвитие поверхностных карстовых форм рельефа и строительные параметры объектов.Степень достоверности результатов исследований обеспечена за счет:- детальной проработки отечественных и зарубежных научно-технических публикаций,связанных с тематикой диссертации;- фактических материалов, полученных автором диссертации и его коллегами в ходепроведения инженерных изысканий (в т.ч.