Модель механической устойчивости выражена уравнением:
Ssl=-0.4203*It+0.1904; Ssl=0.0928*It+0.0187
где Ssl- значение суммарной просадки, рассчитанное способом картограмм за пределами локальных сфер взаимодействия;
It - среднее интервальных оценок техногенных воздействий. Модель значима, средневзвешенная ошибка аппроксимации составляет 0,298, узел сплайна равен 0,409. Линейный характер взаимосвязи обнаруживается вне зависимости от способа расчета показателя. Проверено несколько вариантов расчета интервальных показателей и интегрального. Линейная связь суммарной просадки и интегрального показателя - аналог механической устойчивости геологической среды к техногенному воздействию, следствие упругих объемных деформаций. Коэффициент , модуль , - характеризует устойчивость в области допустимых изменений сопряженных, парагенетически взаимосвязанных процессов. Оценку механической устойчивости массива можно производить до критических значений интегрального показателя техногенных воздействий 0.409, когда восстанавливаемость не преодолена. Физический смысл узла состоит в ограничении допустимых изменений изохорно изотермического потенциала или области локального равновесия ПТЛ. При больших значениях механическая (локальная) устойчивость среды в области упругих объемных деформаций обеспечена быть не может, необходимы другие критерии. Аналогично сложному характеру деформирования объема сплошной среды во времени, в пределах ПТЛ локального уровня также возможны одновременно развивающиеся неупругие изменения объема системы. Такие изменения, по аналогии, можно отнести к пластическим как следствию химических или тепловых взаимодействий. Следовательно, существующая временная последовательность развития реальных инженерно-геологических процессов должна зависеть от термодинамических параметров системы и может быть определена.
Природно-техногенная литосистема КМЗ может рассматриваться на начальный момент времени как не изолированная гетерогенная закрытая локально-равновесная система 2 типа (Королев В.А.). В этом случае dm=0, приращения энтропии за счет внутренних процессов близки к нулю, идут почти обратимые процессы . Данный тип близок к изолированным системам. Для изолированной системы характерно равенство нулю приращений объема за счет внутренних процессов и постоянство приращений за счет внешних воздействий. Линейный характер объемных приращений системы (следствие просадочных деформаций) при техногенном воздействии не противоречит свойствам изолированной системы. Рост линейной эрозии сопровождается увеличением потенциальной энергии системы за счет увеличения энергии рельефа, а ликвидация просадочных свойств уменьшением. Т.е. в области локально равновесного состояния, ограниченного по узлу сплайна, потенциальная энергия будет стремиться к начальному состоянию. Реализация просадочного уплотнения является самопроизвольным процессом, так как уменьшение суммарной просадки обозначает уменьшение изохорно-изотермического потенциала или механической работы, которую система может совершить в области локально равновесного необратимого процесса. Градиент суммарной просадки характеризует выполненную работу, превышение которой приводит к изменению изохорно изотермического потенциала dF, так как T=0, если пренебречь изменением температуры. Система равновесна при условии выполнения механической работы, которая в нашем случае соответствует работе по развитию линейной эрозии. Работа над системой выражается в уменьшении объема из-за просадочного уплотнения (умножение отрицательного градиента на отрицательный механический потенциал дает положительную работу), а работа системы (механическая отрицательная) направлена на увеличение дискретности, что представляет пример отрицательной обратной связи. Градиент просадки равен потоку обобщенной координаты объемных изменений, а градиент горизонтальной расчлененности ее производству. Так как фундаментальным свойством обобщенной координаты является сохраняемость , что выражается в частичном восстановлении потенциальной энергии, то реализация просадочных свойств обозначает нарушение изолированности (закрытости) системы или, иначе, невыполнение условия о равенстве нулю приращений обобщенной координаты объемных изменений системы.
Так как представляют интерес не абсолютные значения свободной энергии, а их изменение, возможна количественная оценка максимальной теоретической механической работы системы как произведение величины давления, при котором определен коэффициент относительной просадочности на значение суммарной просадки (в прогнозных целях). Уравнение позволяет рассчитать теоретическую и совершенную работу равновесных переходов на любой из стадий, в дальнейшем - определить термодинамическое условие равновесности. С другой стороны, локальное равновесие геологической среды обеспечивается в области докритических значений интегрального показателя. Превышение интегрального показателя на любом уровне будет сопровождаться работой dA, направленной на химические и кинетические взаимодействия соответствующего уровня в системе. Следовательно, процессы суффозии, набухания могут сказаться и сказываются на состоянии локальной системы в целом после завершения деградации просадочных свойств. Противоречий между полученными выводами и опытом нет. Следует отметить, что анализ и прогноз динамики геологической среды должен сопровождаться расчетом градиентов в границах бассейнов первого порядка или ЭМЕ. Ориентирование на границы техногенных объектов различного назначения не позволит получить данные, на основании которых критические значения техногенных воздействий будут обоснованы реакцией среды как системы.
Для подтверждения полученных выводов выполнена попытка количественной оценки форм устойчивости геологической среды как вероятности инертности и отклонений, барьерности, буферности, чувствительности в соответствии с методическими рекомендациями Гродзинского М.Д.. Снижение барьерности сопровождается ростом чувствительности. На I- III стадиях происходит замедление темпов приращений чувствительности, на IV стадии приращения экстремальны, а на предыдущей стадии чувствительность по фактору дискретности увеличивается максимально. Дискретность результат влияния истории развития геосистемы. Следовательно, установлена зависимость локальной устойчивости от степени воздействия на формирующие область взаимодействия геологические процессы (эндогенные, в том числе). Учитывая, что среднее значение интегрального показателя приближается к критическому значению узла сплайна на IV стадии, выводы о возможности определения механической (локальной) устойчивости сплайн регрессионным анализом подтвержден. Подтверждена установленная математико-картографическими методами закономерность в развитии этих процессов деградации просадочных свойств и роста линейной эрозии. Увеличение вероятности инертности по фактору суммарной просадки (деградации просадочности) сопровождается уменьшением вероятности инертности по фактору линейной эрозии. Деградация просадочности приводит к преодолению барьерности, экстремальному росту чувствительности возможному выходу геосистемы в область критических состояний.
Таким образом, выполнена веритификация показателей устойчивости геологической среды, доказана возможность и оправданность расчета показателей механической устойчивости геологической среды, определено методами математического моделирования, теории надежности критическое значение области допустимых состояний массива просадочных грунтов ПТЛ КМЗ при техногенном воздействии.
Список литературы
1. Бондарик Г.К. Общая теория инженерной (физической) геологии. М.:Недра,1981. 256 с.
2. Вопросы математической теории надежности / Е.Ю. Бардилович, Ю.К. Беляев, В.А. Капитанов и др. / Под ред. Б.В. Гнеденко. - М.: Радио и связь, 1983. 376 с.
3. Гродзинський М.Д. Стiйкiсть геосистем до антропогенних навантажень. - К.:Лiкей, -1995. - 223с.
4. Королев В.А. Мониторинг геологической среды. - М.:МГУ,1995, - 272с.
5. Гродзинський М.Д. Стiйкiсть геосистем до антропогенних навантажень. - К.:Лiкей, -1995. - 223с.
6. Рудько Г.И. Инженерно-геоморфологический и геоэкологический анализ рельефообразующих процессов геодинамично активных территорий. - К.:тов. Знання, - 1996. - С.5.
7. Термодинамика грунтов: Учебное пособие / Королев В.А.- М.:МГУ.-1997.- 164с.
8. Тимофеев Д.А. Геоморфологические и палеогеоморфологические аспекты проблемы эрозии почв// Геоморфология. - 1989. - 2. - С.14 - 28.
9.Трофимов В.Т., Герасимова А.С., Красилова Н.С., Комиссарова Н.Н., Минервин А.В. Содержание и методика составления карт устойчивости массивов дисперсных грунтов к техногенным воздействиям// Геоэкология. - 1994. - 6. - С.91 - 107.