Выявление однородных групп перемещения оползней

УДК 528.004

О.Г. Павловская, Ю.П. Гуляев СГГА, Новосибирск

ВЫЯВЛЕНИЕ ОДНОРОДНЫХ ГРУПП ПЕРЕМЕЩЕНИЯ ОПОЛЗНЕЙ

O.G. Pavlovskaya, Yu. P. Gulyaev

Siberian State Academy of Geodesy

10 Plakhotnogo ul., Novosibirsk, 630108, Russian Federation

DETECTION OF UNIFORM GROUPS OF LANDSLIPS MOVEMENTS

Uniform groups of landslip movement velocities are allocated in intercycle observation intervals based on geodesic data.

В данном докладе представлены результаты разработки методики формирования по геодезическим данным статистически однородных групп перемещений оползней, происходящих в сложных условиях природных и техногенных воздействий. Формирование этих групп производится с целью выявления особенностей сложного развития оползневых процессов и для оценки возможности последующего построения прогнозных кинематических и др. моделей [2]. Исследования пространственной однородности перемещений на временных межцикловых интервалах геодезических наблюдений производились по результатам части многолетних наблюдений за перемещениями оползневых склонов правого берега реки Ангары в зоне примыкания строящейся каменно-набросной плотины Богучанской ГЭС.

В качестве геодезических данных использованы результаты наблюдений за вертикальными перемещениями оползневых знаков, а также топографическая информация о рельефе местности и других геоморфологических условиях, влияющих на развитие оползней. Вертикальные перемещения наилучшим образом отражают влияние гравитационной составляющей на перемещение оползней и не осложняют математическую обработку в связи с отсутствием векторной формы представления, присущей горизонтальным перемещениям. Кроме того, вертикальные и горизонтальные перемещения, как правило, коррелируют между собой.

Контролируемые вертикальные перемещения оползневых склонов простираются на 1,6 км вдоль русла реки и на 1 км в глубину берега. Оползневые явления связаны со своеобразием геологического строения правого берега, где осадочные породы, падающие в сторону реки под углами от 5О до 15О, имеют двучленное строение. Верхняя перемещающаяся часть склона сложена жесткими породами ордовика, а нижние подстилающие кембрийские отложения представлены глинистыми слабыми аргиллито-мергелистыми породами, склонными к пластическим деформациям в условиях переменного обводнения подземными водами. Таким образом,

подстилающие глинистые породы образуют поверхность скольжения. В целом по геологическому строению рассматриваемую оползневую зону можно отнести к однородной. Элементы природной неоднородности перемещений оползней в исследуемой зоне порождаются в основном различиями крутизны склонов, сезонными климатическими изменениями и наличием тектонических нарушений. По классификации, данной в работе [1], оползни правобережного склона реки Ангары в створе плотины Богучанской ГЭС можно отнести к категории пластических.

Большая сложность в выявлении однородных групп перемещений оползневых склонов изучаемой зоны вызвана имеющими место техногенными воздействиями, связанными с выполнением взрывных работ и перемещением грунтовых масс в кавальеры строящейся каменно-набросной плотины. Эти техногенные воздействия являются основной причиной дестабилизации склонов. К сожалению пространственно-временные данные о выполнении взрывных работ, силе зарядов и перемещениях земляных масс отсутствуют. Известно лишь, что их производство началось в 1983 г., чем обусловлен выбор исследуемого периода. Таким образом, в данном случае формирование однородных групп оползневых перемещений совмещается с выявлением ретроспективы производства взрывных работ и разгрузки склонов.

Геодезические данные о развитии контролируемых оползней объективно отражают в интегрированной количественной форме результаты сложного взаимодействия ряда природных и техногенных факторов, вызывающих перемещения земляных масс. Эти даны являются точной пространственно -временной информацией, практически детерминировано характеризующей фактическое развитие оползневых процессов в конкретных реальных условиях. Следовательно, есть достаточные основания для формирования по геодезическим данным однородных групп наблюдаемых перемещений, отражающих закономерности и особенности развития процессов.

В качестве инструмента для оценки однородности групп оползневых перемещений нами используются коэффициенты вариации жх , характеризующий в относительной мере степень рассеивания значений исследуемого признака хи / = 1, 2, ..., п [3]. Коэффициент вариации представляют собой отношение стандарта (среднего квадратического отклонения) сгх к среднему значению признака х . Очевидно, большая

степень рассеивания отражает большую неоднородность значений признака. Совокупность признаков считается однородной при жх < о,зз . За исследуемый признак нами выбирается скорость перемещений оползневых знаков Ух , поскольку изменения во времени ? величин перемещений, контролируемых геодезическими наблюдениями, нередко определяются на различных межцикловых интервалах т^. Переход от значений перемещений к их скоростям позволяет нормировать исследуемый процесс и оценивать изменения самого главного параметра развития оползней.

В связи с тем, что развитие исследуемых оползней зависело апостериори от очень различных, но взаимосвязанных условий и воздействий природного и техногенного характера, на первом этапе нами оценивалась однородность оползневых групп логическим путем. В группы объединялись оползневые знаки, имевшие в данном межцикловом интервале близкие значения скоростей перемещений. При этом учитывались в возможной мере пространственное положение оползневых знаков, геологические и геоморфологические особенности, а также нанесенные на топографическую карту границы взрывных карьеров и сведения об утрате оползневых знаков. Отдельные аномальные выбросы скоростей перемещений рассматривались в наших условиях как локальные результаты взрывных воздействий. Следует отметить, что размещение оползневых знаков и циклограмма наблюдений недостаточно полно регистрировали характерные особенности мобильности оползней.

На втором этапе производилась в межцикловых интервалах оценка по коэффициентам вариации однородности групп, сформированных логически. При этом аномальные выбросы скоростей перемещений рассматривались отдельно и по возможности объединялись в группы в зависимости от их местоположения, и таким образом интерпретировалось пространственно-временное проявление взрывов. Другие группы с близкими коэффициентами вариации, расположенные на различных участках местности, рассматривались как имеющие сходные условия развития перемещений в данном межцикловом интервале.

Далее осуществлялся третий этап объединения имеющихся сходных групп с близкими коэффициентами вариации. Параметры объединенных групп можно определять простым пересчетом, а при необходимости -упрощенно как средневзвешенное значение с использованием в качестве весов частостей объединенных групп. Некоторая нелинейность выражения стандарта несущественно уменьшает коэффициенты вариации при линейном вычислении их средневзвешенных величин.

В нижеприводимой таблице фрагментарно демонстрируются результаты вычислений по предложенной методике коэффициентов вариации скоростей оползневых перемещений, изменяющихся по межцикловым интервалам времени. В начале приведены данные по генеральной совокупности, охватывающей все оползневые знаки правобережного склона, объемом п, который менялся от 51 до 23 в связи с утратой ряда знаков от взрывов. Затем показаны аналогичные данные по группам, охватывающим выборки с объемами ^=5, п7=6 и по объединенной группе выборок с объемами п17=11.

Малые выборки взяты для демонстрации, прежде всего, из-за полной сохранности на периоде исследования включенных в них оползневых знаков. Кроме того, эти выборки имеют сходство по своему расположению относительно береговой линии, хотя находятся по разные стороны от положения строящейся плотины. Имеется ряд других различий, обусловливающих некоторую разнородность объединяемых выборок. Прежде

всего, это неодинаковая пространственно-временная последовательность выполнения взрывных работ, относящихся к каждой из выборок.

Следует отметить, что коэффициенты вариации скоростей оползневых перемещений в большинстве случаев имеют знак минус, означающий, что перемещения оползневых масс происходили вниз по склонам. Однако имеют место плюсовые значения коэффициентов вариации, отражающие смену направления перемещений, которая, по-видимому, происходила преимущественно под действием взрывов с последующей разгрузкой склонов.

Таблица. Коэффициенты вариации скоростей оползневых перемещений

Даты наблюдений Межцикловые интервалы (мес) Коэффициент вариации

Генеральная совокупность Выборка 1 Выборка 7 Выборка 1.7

09.1982

9,0 - 1,06 - 1,27 -0,14 -0,76

06.1983

1,2 +2,34 - 0,62 -0,71 -1,37

07.1983

3,0 - 2,76 - 0,37 -0,58 -4,31

10.1983

10,7 - 1,57 - 0,21 -0,14 -0,82

08.1984

2,4 - 2,71 - 0,35 -0,09 -1,28

11.1984

Высокая неоднородность выборок может указывать местоположение и существенный уровень реакции скоростей оползневых перемещений на взрывы в конкретных межцикловых интервалах времени. При этом близкие неоднородности выборок могут возникать в основном по одинаковым причинам. В таких случаях правомерно конструировать общие модели поведения оползней из разнопространственных геодезических данных, отражающих влияние сходных факторов в определенных временных интервалах. Такой подход может найти широкое применение в исследовании различных геоэкологических явлений.

Содержание приведенной таблицы показывает, что в целом по генеральной совокупности максимальная неоднородность скоростей оползневых перемещений проявилась на двух коротких межцикловых интервалах 1983 г., когда были начаты взрывные работы и разгрузка оползневых склонов. Очевидно, этим было обусловлено выполнение геодезических наблюдений соответственно через 1,2 и 3 месяца. Первый

большой коэффициент вариации имеет знак плюс, подтверждающий массовый вывоз разрушенных взрывом пород из карьера. Следующая большая неоднородность проявилась в 1984 г. на коротком межцикловом интервале протяженностью 2,4 месяца, также приуроченному к очередной активизации взрывных работ.

Экспериментальные малые выборки 1 и 7 и их объединение 1.7. отражают слабо согласующуюся межгрупповую однородность, которая перерастает в существенную неоднородность при объединении выборок. Однако объединенная выборка в большей мере отражает свойства генеральной совокупности. Во всех этих выборках коэффициенты вариации имеют знак минус, что можно объяснить местонахождением оползневых знаков рассматриваемых выборок вблизи границ карьера, где не было значительной разгрузки склонов.

Последующая подготовка геодезических данных экспериментальных выборок к построению кинематических моделей будет заключаться в более тщательном учете конкретной геологической и геоморфологической информации, выявлении трендовых составляющих с последующим центрированием и нормализацией конструируемых оползневых процессов, с инверстной верификацией прогнозов [2].\

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Брайт, П.И. Геодезические методы измерений смещений на оползнях [Текст] / П.И. Брайт. - М.: Недра, 1965. - 116 с.

2. Гуляев, Ю.П.Прогнозирование деформаций сооружений на основе результатов геодезических наблюдений [Текст] / Ю.П.Гуляев. - Новосибирск: изд-во СГГА, 2008.- 256 с.

3. Смирнов, Н.В. Курс теории вероятностей и математической статистики для технических приложений [Текст] / Н.В. Смирнов, И.В. Дунин - Барковский. - М.: Наука, 1969. - 512 с.

© О.Г. Павловская, Ю.П. Гуляев, 2009