CC BY
20УДК 624.131.543
ИНЖЕНЕРНО - ГЕОФИЗИЧЕСКИЕ ИЗЫСКАНИЯ ПРИ РЕКОНСТРУКЦИИ ОБЪЕКТОВ КУЛЬТУРНОГО НАСЛЕДИЯ КРЫМСКОГО ПОЛУОСТРОВА НА ПРИМЕРЕ ИСТОРИКО-КУЛЬТУРНОГО КОМПЛЕКСА «НОВЫЙ КУЧУК - КОЙ»
Суббота И.Л., Якобчак О.Ю
Академия строительства и архитектуры ФГАОУ ВО «КФУ им. Вернадского» ул. Киевская, 181, г. Симферополь, 295943 pb.zheneva@mail.ru, saturdayphoto@yandex.ru;
Аннотация. Предметом исследования являются инженерно-геофизические изыскания при реконструкции объектов культурного наследия Крымского полуострова на примере историко-культурного комплекса «Новый Кучук - Кой». В геоморфологическом плане участок изысканий находится в пределах Кучук -Койской оползневой системы, характеризующейся активной тектоникой. Исследования проводились с использованием геофизического метода ЕИЭМПЗ (естественных импульсов электромагнитного поля Земли). В результате исследований было определено, что территория, в настоящее время, имеет зоны с высокой и максимально высокой концентрацией напряжений, что свидетельствует о возможной неустойчивости пород. Для полноты оценки ситуации и определения динамики необходимо провести повторные исследования. Данные полученных исследований позволят наиболее точно оценить характер устойчивости территорий особенно в период массовой застройки Южного берега Крыма и в условии активизации оползневых процессов
Ключевые слова. Инженерно-геофизические изыскания, напряженно-деформированное состояние грунтового массива, объекты культурного наследия
ВВЕДЕНИЕ
В настоящее время проблема проведения инженерных изысканий, обеспечивающих комплексное изучение природных и техногенных условий территорий объектов культурного наследия при их реставрации, реконструкции или консервации, а также составления прогноза взаимодействия таких объектов с окружающей средой в условиях их безопасного функционирования, является для Крымского полуострова достаточно актуальной. На сегодняшний день в Крыму насчитывается более 550 объектов культурного наследия.
Крым является геодинамически активным регионом со сложными вертикальными и горизонтальными движениями разных его частей, что создает изменчивое поле напряжений. Наиболее сложный по геодинамике и техногенной нагрузке участок территориально приурочен к району Южного берега Крыма на участке юго-западного склона Главной гряды Крымских гор от мыса Айя до горы Кастель. Объектом исследования является территория историко - культурного комплекса «Новый Кучук-Кой», расположенная на Южном берегу Крыма, в пгт. Парковое.
АНАЛИЗ ПУБЛИКАЦИЙ
Обзор геофизических методов при проведении изысканий приведен в работах [1,5]. Систематические исследования на данном объекте,
в настоящее время, не проводятся в связи с ограниченным доступом на территорию.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
Материалами для исследования являются данные отчета по историко-культурному обоснованию строительства рекреационных сооружений на территории бывшей усадьбы «Новый Кучук-Кой», выполненный
государственным научно-исследовательским и проектным институтом «Укрпроектрестоврация» в 2007г. Методами исследований является систематизация имеющихся данных наблюдений, а также геофизический метод естественных импульсов электромагнитного поля Земли «ЕИЭМПЗ» [5].
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ АНАЛИЗ
Историко-культурный комплекс «Новый Кучук-Кой» представляет собой парковую территорию (парк распланирован и засажен деревьями и кустами в начале 20-го века) со зданиями и сооружениями: бывшей дачи Жуковского и дома садовника (сооружены в 19081911 гг.) и бывших сооружений пансионата «Криворожский горняк» (расположенный в большинстве своем в западной части территории комплекса. Площадь историко-культурного комплекса (территория парка) составляет 4,74 га.
Территории деревни Кучук-Кой в конце XIX века принадлежали петербургскому торговцу Растеряеву и на рубеже веков были распроданы тремя частями. Ближнюю к морю, в 1901 году, приобрёл финансист и художник Яков Евгеньевич Жуковский — так появилась усадьба Новый Кучук-Кой. В Статистическом справочнике Таврической губернии. Ч.П-я. Статистический очерк, выпуск восьмой Ялтинский уезд, 1915 г. в Дерекойской волости Ялтинского уезда «Новый Кучук-Кой» записан, как безымянная дача Я. Е. Жуковского при деревне Кучук-Кой. Парковое названо в честь паркового ансамбля, расположенного в бывшем имении Якова Жуковского. Время присвоения бывшей усадьбе названия Парковое пока не установлено, известно, что на 1968 год просто посёлок уже существовал, а в 1971 году, после присоединения села Бекетово, присвоен статус пгт. Во время Великой Отечественной войны почти все скульптуры парка были разрушены. Лишь отдельные фрагменты оригиналов сохранились
в Русском музее (Санкт-Петербург). По ним, а также по копиям, в 1960-е гг. скульптуры были восстановлены [2].
В геоморфологическом плане участок изысканий находится в пределах Кучук - Койской оползневой системы. Сама территория представляет собой субгоризонтальную
оползневую террасу с западной стороны и восточной стороны, непосредственно, расположен V-образный овраг, глубиной до 7-8м. Кучук-Койский оползень известен, как один из самых страшных в истории Крыма. Оползневые подвижки произошли 10 февраля 1786 года, и явились доказательным моментом активной тектоники Крыма. По оценкам специалистов объем оползня составил около 50-ти миллионов кубометров [2,3,4].
На рисунке 1 представлена схема зонирования территории комплексного памятника архитектуры, искусства и садово-парковой архитектуры «Новый Кучук- Кой».
Рис. 1. Схема зонирования территории комплексного памятника архитектуры, искусства и садово-парковой
архитектуры «Новый Кучук-Кой».
Fig. 1. The zoning scheme of the territory of the complex monument of architecture, art and landscape architecture
"New Kuchuk-Koy".
В геологическом строении территории принимают участие оползневые отложения и техногенные образованиями: аргиллиты верхнего триаса - нижней юры, перекрытые оползневыми суглинистыми и дресвяными отложениями верхнечетвертичного возраста и техногенными образованиями голоцена. В геоструктурном отношении в пределах структуры I порядка -Горно-крымское складчато-надвиговое сооружение и его составной структурной части II порядка -Ялтинской антиклинали. Район изысканий по сложности инженерно-геологических условий
относится к средней категории. Территория нуждается в инженерной противооползневой защите, обязательно включающей в себя мероприятия по исключению возможного замачивания грунтов под основанием, во избежание появления деформаций в конструкциях. Сейсмическая интенсивность территории (фоновая или исходная) для средних грунтовых условий в баллах шкалы МSK-64 в соответствии с картой 0СР-2015-А для 10% вероятности превышения расчётной сейсмической интенсивности в течение 50 лет и средним периодам повторения таких
интенсивностей один раз в 500 лет составляет 8 баллов [2,3,4].
Исследования проводились с использованием геофизического метода ЕИЭМПЗ (естественных импульсов электромагнитного поля Земли). Аббревиатура ЕИЭМПЗ применялась впервые А.П. Краевым в книге «Основы геоэлектрики», 1965 г. В 1976 году в Крыму профессором В.Н. Саломатиным впервые проводились исследования, совместно с сотрудниками лаборатории ЭДИП Томского политехнического института, электромагнитного излучения (ЭМИ) на оползневых участках, в юго-восточном Крыму [6].
На оползневых участках всегда имеются условия, благоприятные для возникновения электромагнитных импульсных эмиссионных процессов. Накопление напряжений в породах до критических значений и релаксация их, развитие микро- и макротрещен, явления электроадгезии, трибополяризации, дегидротации, разрушение двойных электрических слоев, фазовые переходы, трение и др. приводят к образованию различных по интенсивности импульсных электромагнитных полей. В зависимости от масштабов оползня и геологических условий его развития частотный диапозон ЭМИ может быть широким [5]. Определение величин и характера распределения напряжений на оползневых территориях достаточно актуально для оценки их устойчивости и прогноза оползневых деформаций. По данным работ [1,5] современный арсенал методов изучения напряженно-деформированного состояния пород достаточно разнообразен и условно их можно поделить на две группы:
-непосредственные измерения напряжений с помощью месдоз различных конструкций, тензометров, а также методы частичной разгрузки и измерения порового давления;
-косвенные методы - геофизические, повторной трещиной съёмки, фотоупругости.
Геофизические методы (сейсмоакустические, электроразведочные, магниторазведочные и гравиразведочные) в последнее время находят все более широкое применение для изучения напряженно- деформированного состояния массивов горных пород. Разнообразие этих методов объясняется недоступностью к прямому наблюдению многих физико-механических процессов, происходящих в земле. Поэтому метод изучения территории подбирается индивидуально, в зависимости от таких факторов, как сложность рельефа, сейсмическая активность, наличие гравитационных и тектонических процессов. Одним из наиболее универсальных методов, применяемых к использованию в различных инженерно-геологических условиях, является метод естественного импульсного электромагнитного поля Земли (ЕИЭМПЗ). В развитие данного метода большой вклад внесли такие ученые, как
A.А.Ольви, Г.Я.Черняк, В.К.Хмелевской, Д.С.Саев, Н.Н.Горяинов, В.С.Матвеев, А.А.Воробъев,
B.Н.Саломатин, Л.А.Защинский [1,5,6].
По данным работ [1,5] в настоящее время для изучения напряженно-деформированного
состояния массивов горных пород методом регистрации ЕИЭМПЗ применяют вариационные (режимные) наблюдения и профилирование. Вариационные наблюдения выполняются двумя и большим числом вариационных станций, одна из которых располагается в нормальном поле (вдали от индустриальных помех). Измеряемой величиной на станциях является число импульсов электромагнитного поля, превышающих порог чувствительности станций, фиксируемых в определенном интервале времени (время экспозиции). Производятся либо дискретные наблюдения, либо непрерывная регистрация электромагнитных импульсов за единицу времени («скорость счёта»). Выбор способа регистрации электромагнитных импульсов определяется, прежде всего, масштабностью и активностью изучаемого процесса. Так, наблюдение за электромагнитными предвестниками землетрясений в густонаселенных сейсмоактивных районах необходимо проводить непрерывно и длительное время. Такие же наблюдения целесообразно ставить и на активно развивающихся крупных оползнях или в зонах подготовки горных ударов, обвалов, вулканических извержений
Изучение гравитационных смещений (оползней, обвалов, селей, снежных лавин) методом регистрации ЕИЭМПЗ требует для выбора положения станции знаний об общих условиях их развития и закономерностях вариаций ЕИЭМПЗ в каждом районе. Учитывая эти закономерности, антенны размещают в наиболее сложных местах, где постоянно происходит изменение напряженного состояния и подготовка очага к геодинамическому событию. Для изучения фоновых характеристик ЕИЭМПЗ в исследуемом районе размещают так называемую опорную станцию для регистрации сигналов, не связанных непосредственно с изучаемом очагом. Перед размещением станции в зоне ожидаемого очага ЕИЭМПЗ на опорной станции проводят комплекс исследований, целью которых является выявление характерных для района и региона изменений скорости счёта: временный ход, сезонные, метрологические, а также проявление помех, от которых обычно, не удаётся избавиться полностью.
Вторым способом исследования напряженно-деформированного состояния пород является профилирование. Именно таким способом и проводились исследования. Профилирование выполнялось двумя станциями, одна из которых, неподвижная, предназначена для измерений вариаций ЕИЭМПЗ во времени, а вторая перемещается по профилю для обнаружения скорости счёта на некотором участке. Профилирование из большого количества кратковременных вариационных наблюдений, выполненных синхронно неподвижной станцией. Методически различаются одноточечное профилирование, когда в каждой точке
передвижной станции производится одно определение скорости счёта; многоточечное профилирование, в котором синхронно производятся при неподвижных станциях несколько отсчётов по подвижной, после чего она перемещается на другую точку. Профилирование позволило в течение короткого времени охватить исследованиями значительную площадь, выбрать участки будущего расположения станций для вариационных наблюдений, оценить влияние нестационарных помех при проведении исследований
Профили были заданы, по следующему принципу. Для обнаружения геологического элемента, имеющего четко выраженное простирание, их закладывали вкрест него. В случае
обнаружения аномалии шаг наблюдения уменьшался с таким расчётом, чтобы выделить 5-9 аномальных точек по каждому профилю. При этом закладывалось дополнительных 2-3 профиля параллельно тому, по которому выявлена аномалия. Мерой относительного изменения скорости счёта по перекрытым участкам является отношения полуразности отсчётов измеряемой величины в соседних точках к их полусумме. При отличии этих величин в последовательно выполняемых сериях наблюдений на 25% данные наблюдений по такому профилю не учитывался
На рисунке 2,3 по данным исследований представлены карты-схемы полей напряжений на базе метода ЕИЭМПЗ в двухмерном и трехмерном изображении.
Рис.2. Карта-схема напряженно-деформированного состояния грунтового массива исследуемой территории Fig.2. Map diagram of the stress-strain state of the soil massif of the study area
Рисунок 3.13. Карта-схема напряженно-деформированного состояния грунтового массива исследуемой территории (трехмерное изображение)
Figure 3.13. The map of the stress-strain state of the soil massif of the study area (three-dimensional image)
Метод ЕИЭМПЗ постоянно развивается, совершенствуется, расширяется круг областей его применения и, соответственно, улучшения и совершенствуется применяемая аппаратура. По данным работ [2,5] одним из первых приборов является прибор типа «РВИНДС 1-3» -радиоволновой индикатор напряженно -деформированного состояния пород, выпущенный в 1984 году во Львове. Следующий прибор «Апогей» был разработан Киевским заводом «Геофизприбор». В начале 1990-х годов в Феодосии был выпущен усовершенствованный опытный образец прибора типа «ДЭМОН» -дистанционный электромагнитный обнаружитель напряжений, затем был изготовлен усовершенствованный прибор индикаторного типа «Адонис», на базе которого были проведены исследования.
В результате исследований было определено, что территория, в настоящее время, имеет зоны с высокой и максимально высокой концентрацией напряжений, что свидетельствует о возможной неустойчивости пород. Для полноты оценки ситуации и определения динамики необходимо провести повторные исследования. Данные полученных исследований позволят наиболее точно оценить характер устойчивости территорий особенно в период массовой застройки Южного берега Крыма и в условии активизации оползневых процессов. На сегодняшний день такие исследования в Крыму проводятся преимущественно в научных целях, хотя они дают возможность определить дополнительные факторы прогнозирования поведения опасных геологических процессов. Эти данные могут снизить шансы возникновения чрезвычайных ситуаций на объекте во время его эксплуатации.
ВЫВОДЫ
1. Проведение инженерных изысканий, обеспечивающих комплексное изучение природных и техногенных условий территорий объектов культурного наследия при их реставрации, реконструкции или консервации, а также составления прогноза взаимодействия таких объектов с окружающей средой в условиях их безопасного функционирования, является для Крымского полуострова, на сегодняшний день, является очень востребованным.
2. В геоморфологическом плане участок изысканий находится в пределах Кучук - Койской оползневой системы, характеризующейся активной тектоникой.
3. Применяемый, в данной работе, метод ЕИЭМПЗ (естественных импульсов электромагнитного поля земли) позволяет выявить процессы, происходящие глубоко в толще грунтового массива и определить величины и характер распределения напряжений на оползневых территориях, что достаточно актуально для оценки
их устойчивости и прогноза оползневых деформаций.
4. Исследование напряженно -деформированного состояния пород проводилось способом профилирования с использованием двух станций.
5. В результате исследований было определено, что территория, в настоящее время, имеет зоны с высокой и максимально высокой концентрацией напряжений, что свидетельствует о возможной неустойчивости пород. Для полноты оценки ситуации и определения динамики необходимо провести повторные исследования.
6. На сегодняшний день такие исследования в Крыму проводятся преимущественно в научных целях, хотя они дают возможность определить дополнительные факторы прогнозирования поведения опасных геологических процессов. Эти данные могут снизить шансы возникновения чрезвычайных ситуаций на объекте во время его эксплуатации.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Воробьев А.А. Равновесие и преобразование видов в недрах. - Томск: Изд-во ТГУ, 1980. - 211 с.
2. Отчет по историко-культурному обоснованию строительства рекреационных сооружений на территории бывшей усадьбы «Новый Кучук-Кой». - Киев: Укрпроектреставрация, 2007. - 30 с.
3. Ерыш И.Ф., Саломатин В.Н. Оползни Крыма. Часть 1. История отечественного оползневедения. - Симферополь: Апостроф, 1999. -247 с.
4. Ерыш И.Ф., Саломатин В.Н. Оползни Крыма. Часть 2. Методы изучения оползней. -Симферополь: Апостроф, 1999. - 175 с.
5. Саломатин, В. Н. Методические рекомендации по изучению напряженного состояния пород методом регистрации естественного импульсного электромагнитного поля Земли (ЕИЭМПЗ) / В. Н. Саломатин, Ш. Р. Мастов, Л. А Зашинский. - М.; Симферополь: КИПКС, КОС-НИО, 1991. - 87 с.
6. Устойчивый Крым. План действий: Научные труды КИПКС. - Киев-Симферополь: СОНАТ, 1999. - 400 с.
REFERENCE
1. Sparrows A.A. Equilibrium and transformation of species in the depths. - Tomsk: TSU publishing house, 1980. - 211 p.
2. Report on the historical and cultural substantiation of the construction of recreational facilities in the territory of the former manor "New Kuchuk-Koy". - Kiev: Ukrproektrestavratsiya, 2007. -30 p.
3. Erysh I.F., Salomatin V.N. Landslides of the Crimea. Part 1. History of national landslide. -Simferopol: Apostrophe, 1999. - 247 p.
4. Erysh I.F., Salomatin V.N. Landslides of the Crimea. Part 2. Methods of studying landslides. -Simferopol: Apostrophe, 1999. - 175 p.
5. Salomatin, V.N. Methodical recommendations on the study of the stress state of rocks by the method of NPEFE (natural pulses of the electromagnetic
field of the Earth)./ V.N. - M .; Simferopol: KIPKS, KOS-NIO, 1991. - 87 p.
6. Sustainable Crimea. Action Plan: KIPCS research papers. - Kiev-Simferopol: SONAT, 1999. -400 p
ENGINEERING - GEOPHYSICAL SURVEYS IN THE RECONSTRUCTION OF OBJECTS OF THE CULTURAL HERITAGE OF THE CRIMEAN PENINOUS ON THE EXAMPLE OF THE HISTORICAL AND
CULTURAL COMPLEX "NEW KUCHUK - KOY"
Subbota I.L., Yakobchak O.Yu.
Summary The subject of the research is engineering and geodesy surveys during the reconstruction of the Crimean Peninsula cultural heritage objects on the example of the historical and cultural complex "New Kauchuk - Koy". In geomorphological regard, the survey site is located within the Kuchuk-Koisk landslide system, characterized by active tectonics. The studies were carried out with the help of the geophysical method NPEFE (natural pulses of the electromagnetic field of the Earth). As a result of the research, it was determined that the territory currently has zones of high and maximally high stress concentration, which indicates possible instability of the rocks. To complete the assessment of the situation and determine the dynamics, it is necessary to conduct repeated studies. The data obtained from the studies will most accurately assess the nature of the territory stability, especially during the period of mass development of the Southern Coast of Crimea and in the condition of the landslide activation processes.
Key words. Engineering-geophysical surveys, non-uniform deformation state, objects of cultural heritage
