ОПРЕДЕЛЯНЕ СТРУКТУРНИ ЕЛЕМЕНТИ НА СВЛАЧИЩЕ ВЪЗ ОСНОВА НА ГНСС ИЗМЕРВАНИЯ

инж. Ивайло Любомиров Николов, научен ръководител: проф. д-р инж. Славейко Господинов

1. Обща характеристика на обекта

На територията на община Варна са регистрирани 61 свлачища, 18 от които активни. По техни данни общата им площ в района надхвърля 33 000 декара. Само под и около Варна са разположени общо 29 свлачища. Едно от най-активните в дългосрочен период от време и регистрирало значителни премествания и разрушения е свлачището в местността „Трифон Зарезан“.

Самото свлачище е разположено на север от град Варна, на границата между к.к. „Чайка“ и к.к. „Златни пясъци“. В източната си част достига до плажната ивица на Черно Море, на запад активната част на свлачището достига до панорамен път Варна – Златни Пясъци. На север свлачището достига до границата с к.к. „Златни Пясъци“, а на юг се простира около 450м. Във височинно отношение свлачището се спуска от запад на изток, като надморската височина варира от 35,50 до 0,60м.

Районът на свлачището е слабо залесен, с предимно ниска и средновисока растителност. Допълнително техногенно натоварване оказват ниското застрояване и техническа инфраструктура, изградени преди активизиране на свлачището /фиг. 1/.

Фиг. 1

2. Практическа постановка на измерванията

Избрани са осем на брой наблюдавани точки, попадащи в активната свлачищна част, като всяка една от тях е избирана на стабилна в относително положение основа и с чист просвет, с цел постигане на най-висок възможен брой видими спътници от навигационните системи NAVSTAR-GPS и ГЛОНАСС. Точките са стабилизирани с метална тръба с дължина 70см с бетонирана горна част /20см х 20см х 40см/. Изходните точки са стабилизирани с метални пирони извън очакваната активна свлачищна зона. Стабилизирани са и контролни точки, разположени на разстояние около 300м от изходните с цел контролиране на тяхната стабилност по време на предвидените за измерване три цикъла през равен период от време – 4 месеца.

Първият цикъл измервания бе проведен август 2014г. Измерванията са извършени с два комплекта ГНСС измервателни системи Topcon Hyper Pro /фиг. 2/, осигуряващи необходимите за целта на изследването точност при предвиден престой на точка от 15 минути, като всички измервания се извършват в статичен режим, с интервал на запис 1 секунда. Поставени са два от приемниците на изходните точки, а с останалите са обходени останалите наблюдавани и контролни точки. Извършено е измерване на точките по измервателния план във втори цикъл през ноември 2014г., като действията и последователността на измерване е непроменена спрямо началния цикъл.

Фиг. 2

Първоначално се определя една от точките за определяща изходното ниво – от предходни измервания и контрол на изходните точки се счита за най-удачно изборът на точка 101 от мрежата. Задава се проекционна равнина, която е определена с вид и параметри, съответстващи на минимални деформации от проекцията за обхвата на мрежата. Последващи трансформации на координатите, с цел да се представят в Държавна координатна система, трябва да се извършва само чрез транслация и ротация, за да не се наруши вътрешната точност на мрежата.

След тази предварителна подготовка се пристъпва към изчисляването на вектора, като се разделят измерванията между корелирани вектори на времеви сесии, всяка от който трябва да продължи поне 10мин /минимално са оставени по 15 мин/ за да имаме сигурно фиксирано решение при липса на проблеми от космическия сегмент на навигационната система. Получените резултати се визуализират в доклад, като при незадоволителни резултати могат да се премахнат сателити с некачествени измервания, да се увеличи ъгълът на хоризонта, над който се регистрират сигнали, след което векторът се изравнява повторно

Получените по този начин вектори са независими помежду си и покриват всички възможни определения в образуваната мрежа. Следва параметрично изравнение на изходните точки, схема и извадка от резултатите.

С получаване координатите на изходните точки приключва първия етап от изравнението на мрежата. Следва обработката на векторите, свързващи изходните с наблюдавани точки, както и векторите между самите наблюдавани точки. Извършва се повторно изравнение на цялата мрежа, като резултатите след приемане на окончателното изравнение са представени в геодезически географски координати, Декартова координатна система и приетата локална координатна система

3. Резултати от обработката на извършените измервания

Последващата обработка на данните е извършена с Topcon Tools. Обработени са векторите между точките от схемата, като са спазени изискванията за независими измервания. В таблица 1 са показани несвръзките по вектори и резултатите от изравнение на мрежата по МНМК. В резултат на тази обработка и при спазване на зададените изисквания за точност са получени координатите на наблюдаваните точки в двете изследвани дати. /таблици 2 и 3/. Координатите от двете измервания са нанесени на фиг.3.

Фиг. 3

Табл. 1

СКГ на векторите между точките при първият цикъл на измерване

СКГ на векторите между точките при вторият цикъл на измерване

СКГ на векторите между точките при третият цикъл на измерване

Табл. 2

На база преместванията на точките между трите цикъла на измерване може да се съди за интензивно движение на активната свлачищна част. Преместванията на точките в координатна ситема 1970г. Зона К7 са показани в таблица 4 и 5 .

Табл. 4

Табл. 5

4. Анализ и заключения от получените премествания

Извършените измервания в три цикъла показват активно движение на точките от свлачищната повърхност достигаща до десетки сантиметра във вертикално и хоризонтално полложение за период от четири месеца. Макар и активизирането да се дължи отчасти на обилните валежи, паднали в района между двете измервания, не са за подценяване и непрекъснатите антропогенни и природни фактори, които подсилват естествените свлачищни процеси за изследвания обект. Разнопосочните движения на наблюдаваните точки показват комплексен характер на свлачището и възможно наличие на няколко разломни структури, действащи на негова територия.

На база тези премествания се изчислява тензор на деформациите, което, заедно с геоложките доклади и картни материали дава основа за определяне на плъзгателната повърхнина на свлачището при продължаване във времето на изследваните процеси и предложения за укрепителни дейности. Подобна информация освен чисто научна стойност би имала сериозно влияние за намаляване икономическите и социални негативи породени от свлачищни процеси.

5. Анализ и заключения от получените премествания

Извършените измервания в два цикъла показват активно движение на точките от свлачищната повърхност достигаща до десетки сантиметра във вертикално и хоризонтално полложение за период от четири месеца. Макар и активизирането да се дължи отчасти на обилните валежи, паднали в района между двете измервания, не са за подценяване и непрекъснатите антропогенни и природни фактори, които подсилват естествените свлачищни процеси за изследвания обект. Разнопосочните движения на наблюдаваните точки показват комплексен характер на свлачището и възможно наличие на няколко разломни структури, действащи на негова територия.

На база тези премествания се изчислява тензор на деформациите, което, заедно с геоложките доклади и картни материали дава основа за определяне на плъзгателната повърхнина на свлачището при продължаване във времето на изследваните процеси и предложения за укрепителни дейности. Подобна информация освен чисто научна стойност би имала сериозно влияние за намаляване икономическите и социални негативи породени от свлачищни процеси.

6. Определяне на деформации на територията на свлачище „Трифон Зарезан“

В разглежданият метод елементите, които апроксимират изследваната област се задават в двумерното пространство със следната аналитична зависимост:

и

, където

U_i – изменение в координатите на точка i спрямо двете епохи (спрямо X)

V_i – изменение в координатите на точка i спрямо двете епохи (спрямо Y)

а_i и b_i – параметри на крайният елемент

Аналитичният вид на уравнението на крайният елемент е следния:

След изчисляване на уравнението се стига до израза:

От полученият израз могат да се изчислят коефицентите на деформация по следните зависимости.

От получените коефиценти на деформация могат да се изчислят съответно:

,

които са визуализирани в таблица 6.

Табл. 6

Площна деформация между 1 и 2 цикъл на измерване

Фиг. 4

Деформация на срязване между 1 и 2 цикъл на измерване

Фиг. 5

Ъглова деформация между 1 и 2 цикъл на измерване

Фиг. 6

Схема на мрежата с номерация на крайните елементи и нанесени центровете на тежестта за съответната фигура

Фиг. 7

7. Определяне на плъзгателна повърхнина на база преместванията на наблюдавани точки от геодезическата мрежа

Геоложките проучвания са основна част от комплексния набор инженерни дейности, необходими за цялостен и коректен анализ на свлачищните процеси. Като научен и практически метод, геологията представя абослютно неоспорими данни за местоположение на плъзгателната повърхнина, дълбочина на подпочвените води, плътност и строеж на земната основа и други. В същото време, извършването на геоложки проучвания е скъпа и трудоемка процедура, като една от целите на разработката е да се преодстави възможност за предварително определяне на приблизителната плъзгателна повърхнина на свлачището, на база използване само преместванията на точки от стабилизираната върху обекта геодезическа мрежа.

Като административен акт може да се използва „Наредба № 12 от 3 юли 2001 г. за проектиране на геозащитни строежи, сгради и съоръжения в свлачищни райони“.

Поради технически – залесеност, опасност от полуразрушени сгради и съоръжения, труднодостъпен терен и административни фактори – частна собственост на голяма част имотите в активната част на свлачището, мрежата от наблюдавани точки е изградена по модела на фиг. 10. При изградената мрежа липсва възможност за създаване на профилите, описани в т.15, §2 поради факторите, описани по-рано в абзаца. Поради това и описаната в т. 6 от практическата част на разработката можем да интерполираме преместванията на точки от крайните елементи, съставени от наблюдаваните точки, стабилизирани на терена. Избраните за целта интерполирани точки изпълняват изискванията на т.15, §2 от Наредба №12, като се използват изцяло в петте новосъздадени профила всички реално измерени точки – фиг. 8

Фиг. 8

Повърхнината на плъзгане може да се определя по фиг. 9, като от мястото на пукнатината (т. А), което се приема за начало на повърхнината на плъзгане, се прекарва права, успоредна на вектора 1 до точка В’. От т. В’ до т. С’ се прекарва права, успоредна на вектора 2, и т. н. Полученият полигон представлява с известно приближение търсената повърхнина на плъзгане. Относителната големина на векторите показва местата с най-интензивно движение, както и зоните, в които трябва да се съсредоточат укрепителните мероприятия. При делапсивни свлачища разстоянията между точките в обсега на свлачището в профилни линии успоредно на движението се увеличават, а при детрузивни свлачища намаляват.

Фиг. 9

Получените по този начин профили са изобразени на фиг. 10-14. Определените профили са изведени между втори и трети цикъл на измерване поради по-интензивните премествания през този период, даващи по-надеждна оценка на определяне на плъзгателната повърхнина по предложения метод. Геодезическата снимка на терена е извършена преди повече от 10 години, поради което са нанесени корекции към нея с цел отразяване коректно настоящето състояние на релефа.

Фиг. 10

Фиг. 11

Фиг. 12

Фиг. 13

Фиг. 14

С цел определяне на плъзгателната повърхнина на база получените профили на фиг. 10-14, е необходима интерполация и екстраполация на функцията, описваща плъзгатлната повърхнина. Основни изисквания, които трябва да се спазват при определяне на функцията, апроксимираща повърхнината са:

1. моделиращи ограничения, включващи условия за гладкост и непрекъснатост на функцията φ (X) :

–            φ (X_i) = f (X_i) за всяко i. Това означава че функцията приема – стойността на определените точки за дадените възли;

–            φ’ (X_i) = f’ (X_i) и φ’ (X_k) = f’ (X_k)

–            φ (X) да има непрекъсната втора производна

1. Условия за ортогоналност на функциите

Получените условия са изпълнени от множество приети в геодезията модели на интерполация, като най-често използваните са полиномната, сплайн и моделно-базираната интерполация. [Вълчинов, 2003]

За целите на предварително приблизително определяне на плъзгателната повърхнина на свлачище е подбран методът на кубичните сплайни поради следните свой предимства:

–            Устойчивост на сплайните на локални промени, което означава че промяната в един възел влияят слабо на целия сплайн;

–            Сплайните притежават добра сходимост при интерполиране;

–            Сравнително лесни за решаване, при степен не по-висока от трета.;

–            Възможност за оценка на гладкост на функции.

Получената на база интерполация и екстраполация чрез кубични сплайни прогнозна пресечна линия на плъзгателната повъхнина с терена е показана на фиг. 15

Фиг.15

Получената по този начин хлъзгателна повърхнина може да бъде сравнена с определените деофрмации на крайните елементи, показани на фиг. 5, 7 и 9. Получените стойности за ъглова, площна и деформация на срязване кореспондират с определената по предложения метод плъзателна повърхнина.

Обхватът на мрежата не покрива изцяло обхватът на активното свлачищно тяло, тъй като появата му е нова за изследвания обект. По разположението му, както и на база преместванията на точките може да се анализира, че старата плъзгателна повърхнина – обект на изследване през периода 1998-2006 не е активно движеща се, а по продължение на нея се отцепва нов участък, определен на фиг. 15.

Класификация на свлачището може да се направи на база посочените в наредба 12/3.07.2001г. за проектиране на геозащитни строежи, сгради и съоръжения в свлачищни райони.

„…В зависимост от площта и дълбочината си свлачищата се разделят на класове съгласно табл. 7.

(2) В зависимост от скоростта на преместванията си активните свлачища се класифицират по групи съгласно табл. 8.

Забележка. Свлачища с движение на повърхността, по-малко от 0,01 mm в денонощие, се класифицират като пълзящи склонове.

(3) В зависимост от значимостта на застрашаваните обекти свлачищата се разделят на категории съгласно табл. 9.

Получените от нас резултати – скорост на преместване, площ и дълбочина класифицират изследваното свлачище в клас I, група 5 и категория 5.

8. ИЗВОДИ И ЗАКЛЮЧЕНИЯ

На база получените резултати може да се твърди, че е възможно получаването на приблизително положение на плъзгателната повърхнина, базирано на преместването на точки от предварително изградената за целта мрежа. На база получената плъзгателна повърхнина могат да се изведат много от характеристиките на свлачището (така както е направено в т. 7), да се предвидят укрепителни дейности, както и да се прогнозират оптималните места за извършване на сондажи, поставяне на инклинометри и други геоложки и хидрогеоложки проучвантелни дейности. Това в никакъв случай не омаловажава приноса на специалистите геолози и хидрогеолози, но използването на предложения метод в комбинация със съществуващите практики би могло да доведе до значителни икономически изгоди при проучването на свлачища. Комбинацията с предложената методика за определяне на движенията на точки от свлачищната повърхнина, попадаща в обхвата на геодезическата мрежа би довела до определени икономически изгоди и техническо облекчаване при предпроектни проучвания за укрепване на свлачища.