Карстологические исследования

Карст, процесс растворения горных пород подземными водами, может вызвать просадки и деформации земной поверхности, создавая угрозу для зданий и жизни людей.

Карстологические исследования — это изучение карстовых процессов и их проявлений, направленных на:

• выявление, оценку опасности и предотвращение растворения горных пород (известняк, гипс, мрамор и др.);

• обеспечение безопасности жизнедеятельности;

• развития территорий, подверженных соответствующим процессам.

Цели таких исследований:

• Рассчитать возможные просадки и деформации поверхности земли, которые могут произойти из-за образования карстовых пустот.

• Предоставить проектировщикам и строителям полную и достоверную информацию о геологических условиях площадки строительства.

• Предоставить проектировщикам и строителям полную и достоверную информацию о геологических условиях площадки строительства.

Карстологические исследования имеют следующие задачи:

• Исследование процессов растворения горных пород, формирования пустот и пещер.

• Составление карт, отображающих расположение карстовых воронок, пещер, полостей и других образований.

• Наблюдение за развитием карста, измерение скорости растворения пород, деформаций земной поверхности и других параметров.

• Исследование воздействия строительства, горных работ, водоотбора и других видов деятельности на карстовые процессы.

• Проверка работоспособности существующих моделей расчетов на основании произошедших провалов и оседаний.

Компания “Гектар Групп” выполняет:

• Определение территорий, где возможно развитие карстовых процессов.
  Первый шаг для последующего детального изучения и принятия мер предосторожности.

• Определение степени риска возникновения карстовых провалов, деформаций и других негативных явлений.
  Необходимо для планирования строительства, разработки месторождений и других видов хозяйственной деятельности.

• Прогнозирование размеров и частоты провалов.
  Критически важно для обеспечения безопасности людей и инфраструктуры.

Этапы, вид и состав работ

Существует заблуждение, что геофизические методы позволяют обнаружить зарождающиеся карстовые пустоты и воронки любого размера.

Почему это не так?

Эффективность геофизических методов для обнаружения карстовых полостей зависит от размера полостей, которые определяются геологическими условиями региона.

Датчики размещаются на поверхности с шагом в 5 метров. Минимальный размер выявляемой пустоты составляет половину этого расстояния, то есть 2,5 метра.

В районах развития карстующихся пород, таких как мел, гипс и ангидрит, например, на юге России, пустоты могут достигать размеров в 5-10 метров. В этом случае геофизические методы применимы для их обнаружения.

В Московской области существуют пустоты до 2,5 метров и геофизические методы уже недостаточно полезны.

Карстовые риски: когда проводить исследования?

Решение о проведении исследований принимается на основе следующих факторов:

• наличие карстующихся пород;

• мощность перекрывающих глинистых отложений;

• наличие и химический состав подземных вод (агрессивность по отношению к карстующимся породам);

• необходимость обеспечения защиты сооружений от последствий карстово-суффозионных процессов.

Расчёт карста

Колонка скважины и расчетная схема для определения диаметра провала

Размеры возможных провалов рассчитываются по формуле из СП 499.1325800.2021 (Карст).

Формула основывается на интерпретированных в лаборатории данных полевых исследований:

• физико-механические характеристики всех пород на исследуемой территории;

• мощность этих пород;

• уровни распространения подземных вод.

Также необходимо выбрать подходящий метод расчета для конкретного типа грунта и того, как именно в нём образуются пустоты. Одни основаны на точных расчетах и экспериментальных методах, другие — на вероятности и статистике.

Расчетно-теоретические методы

Модели образования карстово-суффозионных провалов чрезвычайно разнообразны. Большинство из них базируется на схеме смещения “столба” грунта — среза по цилиндрической поверхности над карстовой полостью.

Вероятно-статистические методы

Распределение диаметров карстовых провалов подчиняется логарифмически нормальному распределению, что позволяет применять полученные результаты к территориям, которые имеют схожее геологическое строение с ранее изученными.

Предупреждение катастрофы: расчет диаметра карстовых провалов

Диаметр карстовых провалов можно прогнозировать, используя методики, учитывающие особенности геологического строения.

Существуют 2 основных подхода:

1. Расчет по эмпирическим формулам
   Основан на установленных зависимостях между параметрами геологической среды и размерами провалов.

2. Численное цифровое моделирование
   Позволяет моделировать процесс образования полости в карстующихся породах вплоть до момента обрушения перекрывающих грунтов.
   Компьютерное моделирование воспроизводит процессы, описываемые эмпирическими формулами, но с большей детализацией и учетом сложных геологических условий.

Результат работы карстологических исследований

Результат карстологических исследований — это комплексная оценка рисков карстово-суффозионных процессов на территории будущего строительства.

Эта оценка включает:

1. Качественное и количественное описание карстово-суффозионной опасности
   Исследования позволяют определить наличие и интенсивность карстовых процессов, а также прогнозировать их развитие.

2. Расчет прогнозируемых размеров провалов
   Для каждой зоны определяется потенциальный диаметр карстовых провалов, что позволяет оценить масштаб возможных последствий.

Данные используются для проектирования фундаментов, устойчивых к образованию карстовых провалов.

Также на основе результатов кастрологических исследований возможно создать карту карстовой опасности, где будут отображены зоны с различной степенью риска образования провалов.