Комплексне дослідження сезонних гідротермічних деформацій земної поверхні

Размещено на http://www.allbest.ru/

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ УКРАЇНИ

ДЕРЖАВНИЙ УНІВЕРСИТЕТ “ЛЬВІВСЬКА ПОЛІТЕХНІКА”

УДК 528.024.1+551.242

Комплексне дослідження сезонних гідротермічних деформацій земної поверхні

Спеціальність 05.24.01 - геодезія

Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Павлик Володимир Григорович

Львів 1999

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана у відділі фізики земної кори та внутрішньої будови Землі Полтавської гравіметричній обсерваторії Інституту геофізики ім. С.І.Субботіна національної академії наук України.

Науковий керівник - доктор технічних наук, професор Павлів Петро Васильович, Львівський лісотехнічний університет, кафедра таксації, лісовпорядкування та геодезії, м.Львів.

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, професор Островський Аполлінарій Львович, Державний університет “Львівська політехніка”, кафедра геодезії, м.Львів;

кандидат геолого-мінералознавчих наук, старший науковий співробітник Вербицький Тарас Зіновійович, Карпатське відділення Інституту геофізики ім.С.І.Субботіна національної академії наук України, завідувач відділу методів сейсмічних досліджень, м.Львів.

Провідна установа: Головна астрономічна обсерваторія національної академії наук України, відділ астрометрії, м.Київ.

Захист відбудеться 12 листопада 1999 р. о 10 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 35.052.13 Державного університету “Львівська політехніка” за адресою: 290646, м.Львів-13, вул.Ст.Бандери, 12.

З дисертацією можна ознайомитись в науковій бібліотеці Державного університету “Львівська політехніка”, вул.Професорська, 1.

Автореферат розісланий 8 жовтня 1999р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради кандидат технічних наук С.Г. Савчук

Анотація

Павлик В.Г. Комплексне дослідження сезонних гідротермічних деформацій земної поверхні. - Рукопис.

Дисертація на здобуття вченого ступеня кандидата технічних наук зі спеціальності 05.24.01 - геодезія. - Державний університет “Львівська політехніка”, Львів, 1998.

Показано, що основною причиною сезонних вертикальних рухів і нахилів земної поверхні є періодичні варіації запасів вологи грунту. Розглянуто дію окремих складових цього фактора на вертикальні зміщення. Встановлено залежність величини вертикальних деформацій від глибини від поверхні землі і нахилу місцевості. На основі територіального розподілу грунтів за їх механічним складом виконано якісну оцінку можливих сезонних вертикальних рухів різних регіонів України. Розглянуто вплив гідротермічних факторів на результати геометричного нівелювання.

Ключові слова: геодинамічний полігон, геометричне нівелювання, вертикальні рухи, нахили, температура, вологість, механічний склад грунту.

Аннотация

Павлык В.Г. Комплексное исследование сезонных гидротермических деформаций земной поверхности. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.24.01 - геодезия. - Государственный университет “Львивська политехника”, Львов, 1998.

Повышение достоверности геодинамических исследований невозможно без учета или методического исключения внешних возмущающих факторов. Одним из таких факторов являются сезонные гидротермические деформации земной поверхности, величина которых часто превышает точность современных геодезических и геофизических наблюдений.

Для изучения закономерностей и особенностей гидротермических движений земной поверхности, исследования их влияния на результаты высокоточного нивелирования создано четыре геодинамических микрополигона на которых регулярно выполнялись комплексные геодезические (повторное нивелирование) и геофизических (наклономерные) наблюдения.

На полигоне в обвалоопасной зоне г.Соледара (Донецкая область) установлено, что в случае одинаковых условий и продолжительности наблюдений результаты геодезических и наклономерных измерений хорошо согласуются между собой в количественном отношении.

На микрополигонах в Полтаве, Судиевке (Полтавская область) и Симеизе (Крым) исследовалась сезонная составляющая вертикальных движений и наклонов земной поверхности. Сезонный характер вертикальных смещений земной поверхности надежно определяется до глубины 4м включительно. Вертикальные колебания годового периода на поверхности земли могут достигать десятков миллиметров, с глубиной они затухают по экспоненциальному закону, и на глубине 4м не превышают нескольких десятых долей миллиметра. Момент максимального поднятия земной поверхности всегда наступает весной, опускания - осенью. ти же времена года характеризуют моменты кстремальных наклонов земной поверхности за данными наклономерных наблюдений.

Линейным температурным расширением реперов и непосредственными температурными деформациями земной поверхности нельзя обяснить полученных кспериментальным способом значений вертикальных движений годового периода. Доказано, что основной причиной сезонных вертикальных движений и наклонов земной поверхности являются обмные вариации грунта вследствие изменений его влажности. Влияние отдельных составляющих влажности (температуры, осадков, начальной увлажненности почвы) на вертикальные смещения земной поверхности изменяется в зависимости от времени года.

Рассмотрено влияние механического состава почвы на величину вертикальных движений годового периода. Выделены регионы Украины, которые должны отличаться сезонными вертикальными колебаниями земной поверхности. В местах распространения тонкодисперсных грунтов следует ожидать бльших периодических деформаций нежели в районах, где преобладают грубодисперсные грунты.

Показано, что в условиях значительных сезонных вертикальных движений систематическая среднеквадратическая ошибка исследуемого источника на результаты высокоточного нивелирования достигает допустимой величины. Для уменьшения воздействия периодических гидротермических движений земной поверхности на результаты нивелирования следует наблюдения заканчивать только на реперах, а не на переходных точках и в качестве нивелирных знаков использовать репера с обсадными трубами для предотвращения влияния на их устойчивость верхних наиболее подвижных слоев почвы.

Abstract

Pavlyk V.G. A complex research of seasonal hydrothermal defor-mations of earth surface. - Manuscript.

Thesis on competition of a scientific degree of the candidate of technical science by speciality 05.24.01 - geodesy. - State university “Lvivska polytekh-nika”, Lviv, 1998.

Is shown, that the basic reason of seasonal vertical movements are the periodic variations of a moisture of soils. The action separate components that factor on vertical displacements are considered. The dependence of magnitudes of vertical deformations from depthes from an earth's surface and tilts of district are established. On the grounds of territorial distribution of soils behind their mechanical structure in are fulfiled a qualitative evaluation of pos sible seasonal vertical motions in different regions of Ukraine. The influence of the hydrothermal factors to results of geometric levelling are considered.

Key words: geodynamic polygon, geometric levelling, vertical movements, tilts , temperature, moisture, mechanical structure of soils.

земний річний геодезичний

1. Актуальність теми

Подальше підвищення точності і достовірності геодинамічних досліджень неможливе без врахування або методичного виключення зовнішніх збурюючих факторів. Одним із таких факторів є гідротермічні деформації, під якими розуміють зміни у положенні земної поверхні внаслідок варіацій температури і вологості грунту. Цей вид деформацій земної поверхні носить в значній мірі сезонний характер і може перевищувати точність геодинамічних визначень. Залежність гідротермічних рухів земної поверхні від багатьох причин ускладнює їх вивчення і не дозволяє поки що прогнозувати це явище в просторі і часі.

В повторному високоточному геометричному нівелюванні, а також у таких перспективних методах геодезичних визначень як лазерні вимірювання відстаней до ШСЗ і спостереження з допомогою глобальної системи місцезнаходження (GPS), які з кожним роком набувають все більшої ваги для розв'язання різного роду фундаментальних і практичних задач, не вводяться поправки за гідротермічні рухи, оскільки відсутні алгоритми редукцій за такі деформації земної поверхні. Сезонна складова метеорологічного походження за даними нахиломірних визначень, які зараз використовують для прогнозу землетрусів, вивчення техногенних явищ, контролю за станом великих інженерних споруд та інше часто перевищує корисний сигнал, що спричиняє труднощі при інтерпретації результатів спостережень.

Для встановлення закономірностей сезонних гідротермічних рухів земної поверхні необхідно виконання спеціальних спостережень на геодинамічних полігонах. Порівняння результатів комплексних геодезичних (повторне високоточне нівелювання) і геофізичних (нахиломірних) визначень допоможе дослідити природу цього явища з незалежних позицій і врахувати його вплив на геодинамічні спостереження.

Зв`язок роботи з науковими програмами, планами, темами

Дана робота виконана в рамках науково-дослідних тем Полтавської гравіметричної обсерваторії (ПГО) НАНУ. Комплексні геодинамічні спостереження в Криму ( територія Сімеїзької обсерваторії) виконувались за замовленням Інституту астрономії АН СРСР, визначення динаміки обвалонебезпечної зони м.Соледара геодезичним і нахиломірним методами - за замовленням ВО “Артемсіль”(Донецька область).

Мета і задачі досліджень

1. Одержання експериментальним способом параметрів гідротермічних вертикальних рухів земної поверхні (ВРЗП) річного періоду на різних глибинах на спеціально створених геодинамічних мікрополігонах (ГМП). Встановлення залежності затухання сезонних ВРЗП з глибиною і визначення глибини, де вертикальні коливання річного періоду не виявляються з допомогою повторного високоточного нівелювання.

2. Порівняння результатів паралельних геодезичних і нахиломірних методів визначення деформацій земної поверхні.

3. Встановлення основних причин, що обумовлюють сезонні ВРЗП і нахили земної поверхні (НЗП) на створених нами ГМП. Визначення кількісних характеристик впливу окремих метеорологічних факторів на ВРЗП в різні пори року.

4. Кількісна оцінка величини впливу сезонних ВРЗП на результати високоточного нівелювання.

Наукова новизна одержаних результатів

1. Доказано, що коректно поставлені геодезичні та нахиломірні методи спостережень дозволяють отримувати практично однакові кількісні результати у вивченні динаміки земної поверхні.

2. На основі великої кількості експериментальних даних надійно визначено параметри сезонних ВРЗП на різних глибинах.

3. Виявлено залежність величини ВРЗП річного періоду від глибини від поверхні землі, нахилу місцевості, геологічної будови.

4. Встановлено причини сезонних вертикальних рухів реперів (лінійне розширення реперів, температурні вертикальні деформації земної поверхні, опади, варіації температури і запасів вологи грунту) і зроблено кількісну оцінку їх внеску у періодичні вертикальні зміщення земної поверхні на різних глибинах.

5. Встановлено, що основною причиною сезонних ВРЗП і НЗП за даними геодезичних та геофізичних спостережень є періодичні варіації вологи грунту.

6. На основі розподілу грунтів за їх механічним складом виконано якісну оцінку можливих ВРЗП річного періоду на території України.

7. Визначено кількісні характеристики впливу сезонних ВРЗП на результати високоточного нівелювання.

Практичне значення одержаних результатів

1. Виконані паралельні геодезичні і нахиломірні спостереження на ГМП в м.Соледар дозволять з успіхом використовувати геофізичний метод для контролю за станом обвалонебезпечних зон і подібних явищ.

2. Результати комплексного вивчення гідротермічних сезонних ВРЗП і НЗП будуть використані для оцінки впливу даного збурюючого фактора на результати геодинамічних спостережень.

Продовження розпочатих досліджень дозволить отримати кількісні характеристики гідротермічних ВРЗП річного періоду для різних регіонів України.

Основні положення, що виносяться на захист

1. Використання нахиломірного методу для вивчення техногенних деформацій земної поверхні.

2. Встановлені закономірності і особливості гідротермічних деформацій земної поверхні.

3. Результати дослідження причин гідротермічних ВРЗП і НЗП річного періоду.

4. Якісна оцінка можливих сезонних ВРЗП на території України.

5. Вплив ВРЗП річного періоду на результати високоточного нівелювання.

Апробація роботи

Основні наукові та практичні результати роботи доповідались на симпозіумі КАПГ “Планетарные геофизические исследования” (Дагомис, 1988р.); всесоюзній науково-технічній конференції “Повышение эффективности определения осадок инженерных сооружений и геодинамических исследований” (Воронеж, 1988р.); ХІІІ обласній міжінститутській науково-технічній конференції “Инженерно-технические изыскания и проектирование фундаментов в Донбассе” (Донецьк, 1985р.); 1-ій Українській науковій конференції “Комплексні дослідження сучасної геодинаміки земної кори” (Алушта, 1993р.); 46, 47 і 48-ій наукових конференціях Полтавського технічного університету (Полтава 1994 -1996р.р.); науковому семінарі ПГО НАНУ (Полтава, 1998р.).

Особистий внесок автора

Результати, викладені в дисертаційній роботі, отримані автором самостійно. В роботах, опублікованих у співавторстві, дисертанту належить:

- постановка задачі, розробка методики, безпосередня участь у спостереженнях, інтерпретація результатів [2-5, 8];

- постановка задачі, розробка методики, проведення обчислень, аналіз результатів [7];

- безпосередня участь у спостереженнях, інтерпретація та аналіз результатів [1,3].

Структура та обсяг дисертації

Дисертаційна робота складається із вступу, п'яти розділів і висновків. Загальний обсяг роботи складає 141 сторінку, включаючи 18 рисунків, 36 таблиць і список використаних літературних джерел із 105 найменувань.

2. Зміст роботи

У вступі відображено актуальність теми дисертації, вказано мету даної роботи, відзначено новизну і практичну значимість отриманих результатів.

В першому розділі здійснено короткий аналіз робіт присвячених вивченню гідротермічних сезонних вертикальних рухів, а також деформацій земної поверхні за даними паралельних геодезичних та нахиломірних спостереженням. Також розглянуто особливості методики дослідження гідротермічних сезонних ВРЗП і НЗП на організованих нами ГМП.

ВРЗП річного періоду встановлені дослідниками на геодинамічних полігонах і майданчиках, які розташовані в Україні, країнах бувшого СРСР, східній та центральній Європі (Русанов Б.С., Денисов А.І., Селюков Є.І., Волков В.І., Vyskocil P., Marcak P., Zurovski A. та інші). Незважаючи на те, що моменти максимального підняття і опускання земної поверхні на всіх полігонах припадають, як правило, відповідно на весняний та осінній періоди, зараз не існує однозначного пояснення причин цього явища. Це викликано, на нашу думку, високим ступенем локальності ВРЗП, використанням в якості нівелірних знаків виключно реперів без обсадних труб, що не дозволило відносити одержані результати до певної глибини, відсутність даних про затухання сезонних ВРЗП з глибиною, недостатнє забезпечення геодинамічних визначень метеорологічними даними.

На жодному з полігонів, де вивчались періодичні вертикальні рухи, не використовувались геофізичні спостереження, які здатні висвітлити дане питання з незалежних позицій.

Для вирішення поставлених вище завдань створено чотири ГМП. В м.Соледар (Донецька обл.), в умовах значних техногенних деформацій, здійснювались багаторічні паралельні геодезичні та нахиломірні спостереження за динамікою земної поверхні. На ГМП в Полтаві (територія ПГО НАНУ), в с.Судіївка (територія геофізичної станції ПГО НАНУ) та в Криму (територія Сімеїзької обсерваторії) вивчались особливості гідротермічних ВРЗП і НЗП річного періоду.

Всього на ГМП в Полтаві, Судіївці та Сімеїзі закладено 59 поверхневих реперів, глибиною 1.0м, і 37 свердловинних нівелірних знаків, глибинами від 1.5м до 20.0 м. В якості свердловинних нівелірних знаків використано репери з обсадними трубами, що виключає залежність величини їх вертикальних рухів від конструкції репера. Методика нівелювання була спрямована на досягнення максимальної точності перевищень між реперами. Середня квадратична помилка одного перевищення не перевищувала 0.07мм. На всіх ГМП паралельно з геодезичними визначеннями виконувались і геофізичні з допомогою маятникових і рівневих нахиломірів. Поряд з ГМП у Полтаві знаходиться метеорологічний майданчик Полтавського гідрометбюро, результати спостережень на якому використано для дослідження впливу гідротермічних факторів на сезонні деформації земної поверхні.

У другому розділі наведено результати паралельних геодезичних і нахиломірних спостережень в обвалонебезпечній зоні м.Соледара, яка ут-ворилась над відпрацьованим полем соляної шахти. Для контролю за опус-канням земної поверхні організовано спостереження за нахилами земної поверхні в чотирьох шурфах глибиною 6м, розташованих вздовж мікропрофіля, що перетинає зону впоперек її центральної частини. По два шурфи знаходиться на північному та південному бортах зони. В кожному з шурфів закладено глибинні репери, основою яких є нахиломірні шурфи .

Величина опускання земної поверхні за період з 06.1983 р. до 10.1994 р., визначена геодезичним та нахиломірним методами на північному та південному бортах обвалонебезпечної зони, виявилась практично однаковою (біля 20мм).

Одержані результати дозволяють зробити висновок, що при однакових умовах і тривалості спостережень результати геодезичних і нахиломірних вимірів добре узгоджуються між собою. Це свідчить про можливість використання нахиломірного методу для виявлення і контролю за станом обвалонебезпечних зон і подібних явищ, а також для вивчення локальних особливостей сучасних рухів земної поверхні. Адже нахиломірний метод має ряд переваг над геодезичним. Він менш трудомісткий, надає неперервну інформацію про досліджуване явище і дозволяє визначати не лише величину деформації, а й напрямок її поширення.

У третьому розділі розглянуто результати визначення характеристик сезонних ВРЗП і НЗП за даними комплексних геодезичних та геофізичних спостережень на ГМП в Полтаві, Судіївці та Сімеїзі.

Повторне нівелювання реперів на ГМП в Полтаві за період з 1987р. до 1996р. виявило, що всі поверхневі нівелірні знаки (глибина 1.0м) здійснюють коливання річного періоду величиною від 4.5мм до 27.8мм. Максимальне підняття земної поверхні завжди відбувається весною, а опускання - осінню. На полігоні в Полтаві, перепад висот на якому становить 19м, виявлено залежність величини сезонних вертикальних рухів поверхневих реперів від нахилу місцевості. Величина ВРЗП річного періоду на місцевості з нахилом 5-25 град. дуги виявилась в 2.5 рази більшою ніж на рівнині.

Для одержання характеристик сезонних деформацій земної поверхні (амплітуда і момент максимального підняття чи екстремального нахилу земної поверхні) використано математичну модель, яка складається з періодичної річної складової та випадкової. В табл.1 наведено оцінки амплітуди сезонної складової вертикальних рухів і моменту максимального підняття земної поверхні в місяцях календарного року, отримані на основі методу найменших квадратів за даними повторного нівелювання реперів на ГМП в Полтаві в !991-1992 р.р. Рух реперів визначався відносно найглибшого репера глибиною 20 м. В табл.1 наведено також оцінку дисперсії випадкової складової , величину довірчих інтервалів для істинних значень А і М (, ) при ймовірності 0.90. Значимість використаної математичної підтверджується за допомогою критерія Фішера (F>F2;30;0.01 , де F2;30;0.01=5.4 є критичною границею розподілу Фішера з 2 і 30 степенями свободи, що відповідає імовірності 99%).

Момент максимального підняття земної поверхні припадає переважно на четвертий календарний місяць року (квітень), а величина вертикальних рухів з глибиною затухає за законом близьким до експоненціального. Нижче глибини 4м періодичність у вертикальних зміщеннях реперів виявляється рідко. Такий самий характер сезонних коливань нівелірних знаків спостерігається і в інші роки спостережень на ГМП в Полтаві та Судіївці.

Таблиця 1 Параметри сезонної складової ВРЗП на різних глибинах на ГМП у Полтаві в 1991-1992 р.р.

Залежність величини сезонних ВРЗП від глибини z за даними повторного нівелювання реперів в Судіївці в 1989-1994р.р. добре апроксимується рівнянням виду:

. (1)

Завдяки геодинамічним спостереженням на мікрополігоні в Сімеїзі встановлено, що в районі, який в геологічному відношенні складений з міцних порід, ВРЗП і НЗП річного періоду значно менші, ніж у районі, де переважають м'якіші породи. Незважаючи на те, що полігон в Криму знаходиться в інших кліматичних та геологічних умовах, величини і характер сезонних вертикальних рухів подібні до визначених в Полтаві та Судіївці.

На всіх трьох ГМП паралельно з геодезичними спостереженнями виконувались і нахиломірні. Екстремальні сезонні НЗП завжди відбувались весною або осінню. Нахили земної поверхні можна розглядати як результати відмінностей у вертикальних рухах на поверхні землі або в її товщі. Коли б вертикальні деформації під дією різних причин були абсолютно однаковими в різних місцях, то не виникало б і нахилів, обумовлених цими причинами. Як показали геодезичні спостереження на створених ГМП, навіть близькорозташовані репери можуть мати різні величини періодичних зміщень при однакових початкових фазах. Тому, нахили земної поверхні, якщо вони спричинені тими самими факторами, що й сезонні вертикальні деформації, можуть мати будь який напрямок, але момент екстремуму річної складової нахилу повинен збігатись з моментом максимального підняття земної поверхні або бути йому протилежним. Саме такий результат ми отримали при порівнянні сезонних ВРЗП і НЗП на ГМП в Полтаві, Судіївці та Сімеїзі, що свідчить про спільні причини виникнення періодичних вертикальних рухів і нахилів земної поверхні.

Оцінці впливу гідротермічних факторів, що збуджують сезонні деформації земної поверхні присвячено четвертий розділ роботи.

Періодичні варіації температури, з одного боку, породжують фіктивні вертикальні рухи, пов'язані з різним лінійним температурним розширенням реперів, а з другого - безпосередні температурні вертикальні зміщення земної поверхні. В табл.2 наведено параметри сезонних вертикальних рухів реперів (амплітуда А і момент максимального підняття в місяцях календарного року М) викликані цими причинами . Величини безпосередніх ВРЗП отримані з використанням формул одержаних В.В.Поповим з аналітичного розв'язання квазістаціонарної двомірної термопружної задачі для однорідного напівпростору при нерівномірному нагріванні поверхні землі.

Сумарний вплив обох температурних факторів є значно меншим від експериментально отриманих величин сезонних вертикальних рухів реперів.

Встановлено, що до глибини 4м існує надійний кореляційний зв'язок між сезонними ВРЗП і запасами вологи в грунті. Коефіцієнт лінійного впливу варіацій запасів вологи в 1-метровому шарі грунту на вертикальні рухи реперів глибиною 1м на ГМП в Полтаві та Судіївці в середньому дорівнює 0.06-0.10 мм вертикальних зміщень / 1 мм зміни запасів вологи в грунті. З глибиною він зменшується за експоненціальним законом і на глибині 4м не перевищує 0.004 мм вертикальних рухів / 1 мм зміни запасів вологи.

Збільшення вологості грунту спричиняє підняття земної поверхні і навпаки. На основі кореляційно-регресійного аналізу встановлено, що основними метеорологічними складовими зміни запасів вологи, які обумовлюють періодичні вертикальні зміщення верхнього шару земної поверхні є варіації температури, кількості опадів і величини початкової зволоженності грунту. Підвищення температури викликає зменшення запасів вологи в грунті і, як наслідок, опускання земної поверхні. Опади сприяють збільшенню запасів вологи і підняттю земної поверхні. При високій зволоженності грунту зростають і її витрати за рахунок, в першу чергу, транспірації та випаровування, що спричиняє опускання реперів. В різні пори року вплив окремих складових вологості грунту на вертикальні коливання земної поверхні є різним.

Таблиця 2 Параметри сезонних вертикальних рухів реперів температурного походження на різних глибинах

Варіації вологості грунту супроводжуються змінами його об'єму, що й викликає сезонні ВРЗП. Максимальне підняття земної поверхні припадає на момент весняного максимуму запасів вологи в грунті, а максимальне опускання - на момент осіннього мінімуму вологості. Величина об'ємних змін грунту в значній мірі залежить і від його механічного складу. Чим менші за розміром частинки, тим більша сумарна площа їх поверхонь. Тому, в тонкодисперсних грунтах (глини, важкі суглинки) води у зв'язаному стані, тобто води, яка перебуває під дією електромолекулярних сил з частинками грунту і яка має властивість розсувати його твердий скелет є значно більше, ніж у грубодисперсних (піски, супіски). Саме цією причиною пояснюється різка диференціація величин ВРЗП річного періоду двох ділянок на ГМП в Сімеїзі, більш гладкий весняний екстремум кривої вертикальних рухів ніж осінній. Виявлену на полігоні в Полтаві залежність величини сезонних вертикальних рухів від нахилу місцевості можна пояснити тим, що репери, які розташовані на ділянці з найбільшим нахилом місцевості, закладені на південному схилі, який приймає найбільше сонячної радіації, що збільшує діапазон сезонних коливань запасів вологи в грунті.

Річний хід вологості грунту викликає і сезонні НЗП. Це підтверджує збіг моментів екстремумів сезонної складової нахилів і ВРЗП на всіх трьох ГМП і надійно визначений коефіцієнт кореляції між НЗП і запасами вологи в грунті.

Територіальний розподіл грунтів за їх гранулометричною будовою добре узгоджується з фізико-географічним районуванням України. Можна передбачити, що найбільші величини сезонних вертикальних рухів будуть в місцях розповсюдження важких суглинків і глин, а саме, на півдні і сході лісостепової зони та північній і центральній частинах степової. На півдні степової зони ВРЗП річного періоду будуть меншими внаслідок менших сезонних варіацій вологості. Найменші сезонні вертикальні зміщення земної поверхні слід очікувати на півночі та північному сході України, в зоні мішаних лісів, яка складена грубодисперсними грунтами. Результати спостережень на організованих нами ГМП, а також інших дослідників на Донецькому та Криворізькому геодинамічних полігонах підтверджують зроблений висновок (Тяпкін К.Ф., Волков В.І., Денисов А.І.).

У п'ятому розділі розглянуто вплив сезонних ВРЗП на результати високоточного нівелювання.

Саме в період виконання польових геодезичних робіт, з середини весни і до середини осені, внаслідок зменшення запасів вологи в грунті, опускається верхній шар земної поверхні, в якому знаходяться перехідні точки (костилі) для встановлення рейок і шар, у якому закладено грунтові репери, які служать для закріплення кінців секцій нівелювання. Cистематичний вплив ВРЗП річного періоду на різниці перевищень d між прямими та зворотними ходами, які використовують для оцінки точності виконаних спостережень і на середні перевищення (нев'язки полігонів) hсер завжди буде зі знаком плюс і дорівнюватиме:

d = 2nhп tсп - hгр (2ntсп -3t/2) , (2)

hсер = hгр t /4 ; (3)

де hп і hгр - опускання земної поверхні за добу відповідно на глибині встановлення костилів та грунтових реперів; tсп - час затрачений на нівелювання однієї секції в одному напрямку; t - час затрачений на проходження всієї лінії нівелювання в обох напрямках; n - число секцій лінії нівелювання.

Сезонні гідротермічні рухи впливають, в основному, на різниці перевищень між прямими та зворотними ходами. Зі збільшенням довжини нівелірного ходу (периметра полігону) систематичний вплив зростає, оскільки фактична помилка нівелювання, викликана періодичними вертикальними зміщеннями земної поверхні, прямо пропорційна довжині ходу, а допустимі помилки - кореню квадратному довжини ходу (периметра полігону).

Якщо прийняти, що поверхня землі здійснює коливання річного періоду величиною 30мм, а грунтові репери - 10мм (hп= 0.167мм ; hгр= 0.055мм), що узгоджується з результатами отриманими зі спостережень на Донецькому та Криворізькому геодинамічних полігонах, які розташовані на тонкодисперсних грунтах, то в залежності від довжини секцій, для полігонів периметрами 600-1200км вплив сезонних ВРЗП на різниці між прямими та зворотними ходами становить 98-207%, а на середні перевищення (нев'язки полігонів) 11-16% від допустимих нев'язок. При цьому, систематична середньоквадратична помилка впливу періодичних вертикальних рухів може досягати допустимого інструкцією значення 0.08 мм/км ходу.

Зменшення дії сезонних ВРЗП на різниці d можна досягнути скороченням довжин секцій до розмірів, які б дозволили перерви в нівелюванні влаштовувати лише на реперах, а не на перехідних точках. Для ослаблення впливу сезонних вертикальних рухів на середнє перевищення (нев'язки полігонів) грунтові репери слід закладати лише з обсадними трубами для виключення можливої дії на їх стабільність періодичних зміщень найбільш рухомого верхнього шару земної поверхні.

У висновках наведено підсумки виконаної роботи.

1. Коректно поставлені паралельні геодезичні та геофізичні спостереження дозволяють отримувати практично однакові результати у вивченні динаміки земної поверхні.

2. Сезонний характер ВРЗП визначається до глибини 4м від поверхні землі. Максимальне підняття земної поверхні припадає на весняний період, максимальне опускання - на осінній. З глибиною величина вертикальних рухів затухає за експоненціальним законом.

3. Основною причиною сезонних ВРЗП і НЗП є періодичні об'ємні варіації`грунту внаслідок змін його вологості.

4. Встановлено вплив варіацій окремих складових вологості грунту (температури, опадів, початкової зволоженності грунту) на вертикальні зміщення верхнього шару земної поверхні в залежності від пори року.

5. На всіх створених нами ГМП не виявлено жодного нівелірного знака, який би здійснював однонапрямлені вертикальні рухи. Тому, у випадку надійного закріплення реперів, така важлива задача практичної геодезії як стійкість реперів зводиться до врахування їх періодичних сезонних вертикальних рухів.

6. На основі територіального розподілу грунтів України за їх механічним складом виділено регіони, які повинні відрізнятись величинами сезонних ВРЗП. В районах розповсюдження тонкодисперсних грунтів періодичні вертикальні зміщень будуть більші ніж у місцях де переважають грубодисперсні.

7. Вплив ВРЗП річного періоду на різниці перевищень між прямими та зворотними ходами, середні перевищення (нев'язки полігонів) завжди буде зі знаком плюс, якщо спостереження виконуються в межах польового сезону. В умовах значних сезонних вертикальних рухів систематична середньоквадратична помилка даного фактора досягає допустимої для нівелювання І класу величини 0.08 мм/км.

Основні результати дисертації опубліковані в роботах

1. Богдан И.Ю., Кутный А.М., Павлык В.Г. Об устойчивости реперов над полем отработанной шахты // Научн. труды ВАГО.- Геодез. работы на подрабат. территориях.-М.-1987.-С.58-61.

2. Дычко И.А., Кутный А.М., Павлык В.Г., Шликарь Г.Н. Наблюдение наклонов земной поверхности в Симеизе // Научн. информации.-М.-1987.-вып.62.-С.56-61.

3. Кутный А.М., Павлык В.Г., Токарь В.Г. Техногенные наклоны и высокоточное нивелирование в обвалоопасной зоне // Вращ. и деформ. Земли.- К.:Наук. думка.- 1992.- С.58-61.

4. Павлык В.Г., Кутный А.М., Булацен В.Г., Корба П.С. Геодинамический микрополигон вблизи Полтавы. Первые результаты исследований // Вращ. и прилив. деформ. Земли.-К.:Наук. думка.-1992.- С.58-61.

5. Павлик В.Г., Кутний А.М., Криптова В.В., Тищук М.Ф. Вплив вологості грунту на сезонні вертикальні деформації земної поверхні // Геод., картограф. та аерофотознімання.-Львів.-1996.- 57.-С.55-64.

6. Павлик В.Г. Дослідження сезонних гідротермічних деформацій земної поверхні на різних глибинах // Геод., картограф. та аерофотознімання.-Львів.-1999.-№59.-С.33-43.

7. Павлик В.Г., Кутний А.М. Вплив сезонних вертикальних рухів земної поверхні на результати високоточного нівелювання // Геод., картограф. та аерофотознімання.-Львів.-1990.-№59.-С.44-50.

8. Павлик В.Г., Кутний А.М., Богдан І.Ю., Корба П.С. Комплексне дослідження сезонних деформацій земної поверхні на мікрополігоні в Криму // Тези доповідей 47-ї наук. конф. Полтавського інж.-буд. ін-ту.- Полтава.-1995.-С.69.

Размещено на Allbest.ru