91

5. Геоложки опасности и рискове

5. Geological hazards and risks.

5.1. Процеси на геоложката опасност, свързани с льоса.

5.1. Geological hazards related to loess soils Льосът е неуплътнена строителна почва с еоличен произход. Той покрива почти

изцяло Дунавската равнина. Върху него са изградени десетки селища и голям брой, транспортни, промишлени и енергийни съоръжения. Геоложките опасности, свързани с льоса, са добре изучени благодарение на усилията на изследователски екипи от БАН, ВИАС (сега УАСГ), НИСИ и други институти. Основополагащи научни трудове са “Строителни свойства на българските льосови почви” с автори проф. Г. Стефанов и Божана Кремакова, издадена през 1960 г. и “Льосът в Северна България” на чл. кор. проф. Минко Минков (1968 г.). Освен тези монографии са отпечатани десетки други публикации в наши и чуждестранни списания, както и в трудовете на многобройни конференции, част от които са с участието на Д. Евстатиев. Освен в Раздел 5.1. информация за пропадъчността, слегваемоста и водопропускливостта на българския льос, както и за неговия състав и физико-механични показатели е поместена в редица трудове, посветени на подобряването на неговите строителни свойства. Такава информация се намира също така и в раздел 4, Регионална инженерна геология. Анотираните трудове в този раздел са представени в следните групи:

5.1.1. Пропадъчност и слегваемост на льоса.

5.1.1. Loess collapsibility and settlement

Трудовете в тази глава са продължение на изследванията върху пропадъчността и слегваемостта на българския льос, описани в споменатите по-горе монографии на проф. Георги Стефанов (1960) и на чл. кор. проф. Минко Минков (1968). Проф. Минков участвува в 6 от анотираните тук трудове, а проф. Стефанов - в един от тях.

Повече от трудовете имат регионален характер. В тях се разглеждат деформационно поведение на българските льосови почви, тяхната структурна анизотропност, хоризонталната и вертикална нееднородност, слегваемостта и пропадъчността, зависимостите между деформационните параметри, деформационния модел и др. В друга група трудове се описват резултатите от геодезически измервания и от щампови натоварвания. Преобладаващата част от тях са поместени в материалите на международни конференции, проведени у нас и в чужбина.

87. Minkov, M., D. Evstatiev. 1977. The loess as a structurally complex formation (geotechnical aspects). In: Internat. simpоsium. on the geotechnics of structurally complex formations, Capri, Italy, 2, 122 – 126, fig.1, tables 3, ref. 2.

Key words: Bulgarian loess, loess varieties, engineering geology, geomorphology, collapsibility, horizontal and vertical heterogeneity, fossil soils, physical and mechanical properties.

92

Резюме

Дадена е кратка характеристика на българския льос, който има еоличен произход, а ситноземът, от който е образуван, произлиза от наносите на р. Дунав. С отдалечаване от реката пясъчната фракция намалява и се увеличава глинестата. Това обуславя образуването на льосови разновидности с различни физични и механични показатели (Таблица 1).

Българският льос е навят върху динамичен плиоценски релеф, участвува в терасообразуването на Дунав и неговите притоци. Една от най-съществените му черти е нееднородността в неговия строеж във вертикална и хоризонтална посока. В льосовия профил се редуват льосови хоризонти и погребани почви, които понякога имат твърде различни земномеханични характеристики. Поради бързи изменения на релефа на подложката типът на льосовата основа понякога се изменя на малки разстояния. На фиг. 1. е даден пример с проектирането на малък жилищен комплекс, чийто сгради попадат на твърде различна льосова основа – от силно пропадъчна, до основа с добра носеща способност. Във връзка с това се акцентира на важността на инженерногеоложките проучвания. Твърде често проектантите приемат льосовата основа за еднородна, като предвиждат едни и същи мерки за нейната подготовка, което в едни случаи води до ненужно оскъпяване, а в други – до недостатъчна сигурност на съоръженията.

В доклада се предлага нова типизационна схема на льосовата основа, според която тя се поделя на три типа, в които се разграничават подтипове и класове. Тази схема отразява по-добре строителните условия на българския льос от официално приетата, според която по своята пропадъчност той е поделен на два типа.

Таблица 1. Осреднени физични и механични показатели на българските льосови почви

93

88. Мinkov, M., D. Evstatiev, Al. Alexiev, P. Donchev. 1977. Deformation properties of Bulgarian loess soils. In: Proc. IX Intern. Congress Soil Mech. and Found. Engng., Tokyo, 1977, 215 – 218, fig. 1, table 1, ref. 6, abstract: English.

89. Минков, М., Д. Евстатиев, П. Дончев. 1979. Върху деформационното поведение на льосовите почви. - Водни проблеми, 8, 77 – 86, фиг. 1, табл. 3, лит. 7, рез. руски, англ.

Minkov, M., D. Evstattiev, P. Donchev. 1979. On the deformation behaviour of loess soils – Vodni problemi (Water problems), 8, 77-86, fig. 1, tables 3, ref. 7, abstracts: Russian, English.

Ключови думи към трудове № 88 и 89: български льос, деформационни свойства, пропадане, слягане, изпитвания на място, лабораторни изпитвания, модул на обща деформация, модели на деформационното поведение.

Key words for publications № 88 и 89: Bulgarian loess, deformation behaviour, loess collapse, settlement, plate modulus, deformation models.

Резюме на трудове № 88 и 89.

В трудовете се прави анализ и обобщение на изследванията върху деформационното поведение на българските льосови почви от края на шестдесетте и през седемдесетте години на миналия век. Вторият труд е съкратено изложение на първия, но с по-нови данни за пропадъчните характеристики и деформационните модули.

В двата труда се прави анализ на диаграмата за слягането и пропадането при товар p=3x105Pa на льосови проби (fig. 1).

Слягането ∆h/h и изчисленият от него компресионен модул М , относителното пропадане δпр,3 и общата деформация S се изменят значително при льосовите разновидности (вж. Таблица 1 от труд 87). В общата компресионна деформация преобладава слягането пред пропадането поради по-високото водно съдържание. Коментира се предложената от М. Минков формула за определяне на δпр,3, от която може да се изчисли относителното пропадане за всеки товар по метода на Г. Стефанов:

δпр,3=к(n – 40) (30 - we), където: n е обем на порите; we – водно съдържание и к – коефициент, зависещ

от зърнометричния състав и изменящ се от 0,03 до 0,09. Според препоръката на действуващия по това време нормативен документ (Н

и П-72) при изчисляване на слягането М не се удвоява, както се прави при другите строителни почви, тъй като това би довело до по-голямо натоварване от фундаментите и до по-голяма опасност от пропадане. В труд № 89 се дават данни за

94

отношението между щамповия и компресионния модули, означени като М1 и М. Установява се, че М1/М=2,3 – 3,5 (Таблица 2). Предлага се да се обмисли още веднъж препоръката на Н и П-72, особено когато опасността от пропадане не съществува или може да се отстрани.

Във втория труд се дават нови данни за пропадането от геоложки товар J, получени от водоналивания в опитни басейни, които са сравнени с изчислените по лабораторни данни и по метода на проф. Стефанов (Таблица 3). Общо взето получените in situ стойности на J са по-малки от лабораторните, като разликата между тях е най-малка при льоса с добре изразена пропадъчност.

Поддържа се становището, че пропадането не е разрушаване, а уплътняване на льосовата основа с произтичащите от това практически изводи. Дават се доказателства, че тази основа се приближава повече до Винклеровата основа, отколкото до еластичното полупространство. Обсъжда се значението на вертикалната нееднородност и се препоръчва тя да се отчита, като се използуват новите изчислителни методи.

Фиг. 1. Зависимост „напражение-деформация” при пропадъчен льос а) Теоретична зависимост; б) зависимост от щампово изпитване

Таблица 2.

95

Таблица 3.

90. Minkov, M., D. Evstatiev. G. Stefanoff, P. Donchev, I. Krastilov, Al. Alexiev. 1979. On the predicted and real behaviour of loess foundation. In: Seventh European Conf. Soil Mech. and Found. Brighton, England, 1979. vol. 1, 53 – 56, fig. 2, ref. 12, abstract: English.

Key words: loess, collapsibility, initial load of collapse, laboratory and in field tests, settlement, geodetic measurement, prognoses.

Резюме

На базата на българския опит се обсъжда прогнозирането на деформационното поведение на льосовите строителни почви. При непроменено естествено водно съдържание w измерените слягания на фундаментите обикновено са по-малки от изчислените по лабораторни данни. Прогнозираното пропадане при намокряне на льосовата основа обикновено се различава от действителното. Степента на несъответствие зависи от типа на основата, от дебелината на пропадъчната зона и от специфичната пропадъчност. При всички льосови разновидности, с изключение на песъчливия льос, прогнозираното пропадане въз основа на лабораторни данни е по-малко от действителното. Различията са по-малки, когато льосът е силно пропадъчен и при голяма дебелина на пропадъчната зона.

Освен посочените несъответствия, в доклада се подчертава, че пропадането от собственото тегло на льоса има елементи на случайност. При едни и същи условия пропадат отделни участъци на необлицованите напоителни канали.

В доклада се представя номограмата на проф. Кръстилов за определяне на началния товар, при който настъпва пропадане и опита за обяснение на Ал. Алексиев на посочените по-горе несъответствия от позицията на неговите представи за поведението на льоса като трифазна термодинамична система.

91. Милев, Г., Д. Евстатиев, П. Дончев, П. Карачоров, М. Авджиев. 1980. Исследования деформации тяжельiх зданий и сооружений, построенньiх на естественньiх и укрепленньiх лессовьiх основаниях. - В: Шестая Дунайско - европейская конференция по механике грунтов и фундаментостроению, Секция 1в, 109 – 118, фиг. 4, лит. 2, рез. бълг., немски.

Ключови думи: геодезически измервания, сгради и съоръжения, фундиране, льос, уплътнен льос, заздравен льос, прогнозирани и измерени слягания.

96

Milev, G., D. Evstatiev, P. Donchev, P. Karachorov, M. Avdjiev. 1980. Investigations of deformation of building and facilities built on natural and improved loess base. – In: Sixth Danubian-Europian conference on soil mechanics and foundation engineering, Section 1c, 109-118, fig. 4, ref. 2, abstracts: Bulgarian, German.

Key words: geodetic measurements, building and facilities, foundation work, loess, compacted loess, stabilized loess, prognostic and measured settlements.

Резюме

Описват се резултати от прецизни геодезически измервания на деформациите на сгради и съоръжения, построени на естествена льосова основа и на льосова основа, подобрена чрез взривно хидроуплътняване, заздравена чрез изграждане на циментопочвена възглавница и чрез уплътняване с тежка трамбовка. Измерванията са направени в гр. Русе.

При измерванията са използувани дълбочинни репери и повърхностни марки. Направена е съпоставка на сляганията изчислени по различни методи с действително измерените. Обсъжда се влиянието на вертикалната нееднородност. 92. Евстатиев, Д., П. Славов, П. Карачоров. 1980. Върху мащабния ефект при

определяне на деформационния модул на льоса със щампи. - В: Сборник на Националната научно-техническа конференция с международно участие “Методи за изследване и обработка на инженерногеоложката информация” , София, 1980 г.,111 – 113, табл. 1, лит. 6.

Ключови думи: изпитване със щампа, льос, методика, зависимост “напрежение-деформация”, модул на обща деформация.

Evstatiev, D., P. Slavov, P. Karachorov. 1980. On the scale effect in determination of plate modulus. In: Proc. of National scientific-technical conference with international participation “ Methods for obtaining and processing of the engineering-geological information”, Sofia, 1980, 111-113, table 1, ref. 6.

Key words: plate test, scale effect, loess, methodic, “stress-strain” relationship, plate modulus.

Резюме

Изследвано е влиянието на площта на щампа върху стойността на модула на обща деформация Eo при льосова основа, която има следния строеж: 0,00 – 1,30 m – съвременна макропореста почва с ρd=1,35-1,45 g/cm3 и компресионен модул М=3,0 – 4,0 МРа; 1,30-4,70 m – глинест макропорест льос с водно ниво на 3,10 m. На дълбочина 3,10 m - ρd=1,55 g/cm3 и М=5,0 МРа. След дълбочина 3,10 m - ρd>1,65 g/cm3. На дълбочина 4,0 – 5,0 следват терасни чакъли, под които са разположени долнокредни мергели.

Щамповото изпитване е проведено в склад за метали, чиято подова настилка е претърпяла неравномерно слягане до 0,40 m. То е направено на две нива – на 0,00 m и на -1,50 m. Използувани са щампи с площ от 0,04 до 4,0 m2. В доклада е описана използуваната методика. Доказва се, че при площ на щампа над 5000 cm2 стойността на Eo=17,5-20,0 МРа не се влияе от размера на щампа. Установено е, че Eo/М=3,5 т.е. значително по-голямо от приеманата в практиката стойност 2 за други строителни почви (според строителния правилник при пропадъчен льос стойността на М не може да се увеличава два пъти, за да се получи Eo).

97

93. Евстатиев, Д., М. Минков. 1987. Инженерногеоложки особености на пропадъчните наслаги в долината на Варненските езера. - В: Доклади на Втората национална конференция по земна механика и фундиране, Русе, 08. -10.10.1987 г., т. I., 239-248, фиг. 1, табл. 1, лит. 6, рез. руски, англ. Ключови думи: Варненски езера, льос, произход, разпространение, физични и механични показатели, пропадъчност, фундиране.

Evstatiev, D., M. Minkov. 1987. Engineering-geological peculiarities of collapsible soils in Varna lakes valley. – In: Proc. Second National Conf. Soil Mech. Found. Engng., Rousse, 08 – 10.10. 1987, vol. I, 239-248, fig. 1, table 1, ref. 6, abstracts: Russian, English.

Key words: Varna lakes, loess, origin, occurrence, physical and mechanical properties, collapsibility, foundation work.

Резюме

Прави се геоложка и инженерногеоложка характеристика на льосовите наслаги по бреговете на Варненското (т.н. аспаруховски льос) и на Белославското езеро. Наслагите имат делувиален и еоличен произход. Проучвани са предимно през шестдесетте и седемдесетте години на миналия век във връзка с промишленото и енергийно стороителство. Имат значителна порестост и добре изразена пропадъчност. Представляват льосова основа от І тип. За борба с пропадането са използувани: задълбочаване на фундаментите, уплътняване с тежка трамбовка (за първи път у нас от Д. Евстатиев е приложена 10 тонна трамбовка) и циментопочвена възглавница. Описва се приложението им на конкретни обекти.

94. Evstatiev, D., D. Antonov. 2005. Loess collapsibility problem in Bulgaria. In: International symposium on latest natural disasters – new challenges for engineering geology, geotechnics and civil protection. September 5-8, 2005, Sofia, Bulgaria. Пълният текст на доклада е отпечатан на компакт диск, а резюметo в Abstract Book, p.30.

5.1.2. Трудове с по-общ характер

5.1.2. Publications with general character

95. Minkov, M., G. Stefanoff, D. Evstatiev, J. Jelev, P. Donchev. 1985. Geotechnical problems of the Bulgarian Loess Soils. In: Proc. of the Eleventh Internat. Conf. Soil Mech. Found. Engng., San Francisco, 12 - 16, August, 9/c/13, 2435 – 2442, fig. 9, table 1, ref. 16, abstract: English.

Key words: loess, compacted loess, field plate tests, soil dynamometric measurements, stress-strain relationship, collapsibility, infiltration, underground space use, soil improvement, ecology.

Резюме

В доклад пред ХІ Световен конгрес по земна механика и фундиране е изложено състоянието на българските льосови изследвания. Описано е тяхното развитие и социално-икономическа значимост.

В първата част на доклада се разглеждат резултатите от щампово изпитване (щампа с d=0,80 m) на уплътнена и на двуслойна основа, състояща се от горен уплътнен слой (0,40 m) и долен - естествен прахов льос. Установено е значително несъответствие между измерените и теоретичните вертикални напрежения и преразпределяща роля по отношение на тези напрежения на горния слой при двуслойната основа.

98

Във втората част на доклада са описани проблемите, върху които се работеше по това време в България:

- подобряване на методите за прогнозиране на пропадъчния потенциал, като се отчита хоризонталната и вертикална нееднородност на льоса. Даден е пример (фиг. 9) с недобре изразени и малък брой погребани почви, когато действителното пропадане е значително по-малко от лабораторно определеното. При същата дебелина на льоса, обаче при голям брой дебели погребани почви по лабораторни данни се получава значително прогнозирано пропадане, а в действителност то е с нулева стойност;

- развитие на изследванията във връзка с усвояване на подземното пространство в льосовите терени;

- изследванията на свлачищата в льос; - изучаване на промените във водното съдържание, плътността и на други

земномеханични показатели в урбанизираните и напоявани площи. Въвеждане на съвременни методи за мониторинг;

- развитие на съществуващите и разработване на нови методи за подобряване на строителните качества на льоса.

Фиг. 9. Различия в инфилтрационния процес според стратиграфските условия а) западна и б) източна част на льосовата провинция: 1 – льосови

хоризонти, 2- погребани почви, 3 – чакъли, 4 – глина, 5 – басейн за водоналиване, 6 - скорост на инфилтрация

96. Jefferson, I., I. Smalley, D. Karastanev, D. Evstatiev. 2002. Comparison of the behaviour of British and Bulgarian loess. – In: van Rooy, J. L. and Jeremy, C. A. (Eds.) Proc. of the 9th Congress of the International Association of Engineering Geology and the Environment, Durban, 16-20 September, South Africa, ISBN 0-62028-5591, 253-263, fig. 9, table 1, ref. 20, abstracts: English, French.

Key words: British loess, Bulgarian loess, origin, geomorphology, engineering geology, collapsibility, physical and mechanical properties.

99

Резюме

Публикацията е резултат на сътрудничествотио между Геологическия институт на БАН и Нотингамския университет, в който от няколко десетилетия от проф. Ян Смоли се издаваха Loess Letters - популярно списание всред льосовите изследователи.

Льосът е разпространен из цяла Европа, започвайки с разпокъсани петна в Южна Англия и достигайки до обширни непрекъснати площи в източната част на континента. В Англия произходът на льосовия прах е ледников, докато в България той е речен. И двата льоса са еолични, но натрупани при различна геоморфоложка и климатична обстановка. Това обуславя съществени различия в свойствата, но се наблюдават и редица общи черти. Двата льоса са предимно прахови по състав. Еднакви са и съдържащите се в тях минерали – главно кварц, фелдшпати и карбонати. Структурата е макропореста и неуплътнена. Свързаността се дължи на тънък филм от глина, която покрива повърхността на праховите и пясъчни частици.

Направена е съпоставка на пропадъчните свойства. Английският льос е с дебелина до 8 m и формира пропадъчна основа от І тип, докато българският льос е с дебелина достигаща десетки метри и е с пропадъчност, както от І, така и от ІІ тип.

Описват се българските изследвания върху влиянието на повишеното водно съдържание върху якостта на срязване и втечняемостта при сеизмично въздействие. Дадени са карти за разпространението на льоса и за неговите дебелини. Посочени са основните задачи на бъдещите изследвания.

97. Jefferson, I. F., D. Evstatiev, D. Karastanev, N.G. Mavlianova, I. J. Smalley. 2003. Engineering geology of loess and loess – like deposits: a commentary on the Russian literature. – Engineering Geology, 68, 333-351, fig. 4, ref. 69, abstract: English. Key words: loess, loess-like deposits, Russian language loess studies, loess engineering problems, loess collapsibility, loess distribution.

Резюме

Льосът и льосовидните седименти в Русия и обкръжаващите я републики са били обект на многобройни изследвания. Литературата на руски език за льоса (около 30 000 публикации) обхваща всички негови аспекти и е не само най-обширната, но и най-стойностната. За съжаление поради желязната завеса с нея не бяха добре запознати другите изследователи по-света. Целта на публикацията е да допринесе за нейното популяризиране. Представени са публикациите по всички аспекти на льосовия проблем: произход, стратиграфия, палеоклимат, минерален и химичен състав, структура, инженерни свойства, строителен опит. Откроени са водещите автори и са анализирани най-важните публикации. Описани са дискусиите относно произхода и природата на пропадъчността на льоса.

Публикацията е цитирана в чуждестранната литература.

5.1.3. Опасности при усвояване на подземното пространство в льос

5.1.3. Hazards when using the underground space in loess

98. Evstatiev, D., P. Karachorov, I. Evlogiev. 1997. Hazards related with underground structures in collapsible loess. In: Proceedings of the International Symposium on Engineering Geology and the Environment, organized by the Greek national group of AEG, Athens, Greece, 23-27 June 1997, 619-624, fig. 5, ref. 3, abstract: English.

100

99. Evstatiev, D., P. Karachorov, J. Evlogiev. 1997. Behaviour of underground structures in wetted loess. Proc. of Bulgarian-Japanese Seminar “Geotechnics of soft soils”, 27 March 1997, Sofia, 73-85, fig. 5, ref. 3, abstract: English.

100. Evstatiev, D., P. Karachorov, I. Evlogiev. 1997. Hazards related with underground structures in collapsible loess. Loess Letter, 38, October 1997, 5-9, fig. 5, ref. 3, abstract: English.

Key words for publications Nr 97, 98 and 99: Bulgarian loess, loess varieties, main properties, use of underground space, antic galleries, air–raid shelters, main hazards, soil moistening, loess collapsibility, building deformations.

Резюме

Целта на тези три публикации е да се посочат опасностите при усвояване на подземното пространство в льос в застроените градски територии. В тях след кратко описание на досегашния опит (от древността до наши дни) в изграждането на подземни съоръжения в льос в Дунавската равнина се дават неговите основни характеристики като среда на такива съоръжения.

След това се разглеждат самите съоръжения (предимно противобомбени галерии на територията на гр. Русе) и факторите, които застрашават тяхната сигурност. Главната опасност представлява пропадането на льоса вследствие на навлажняване от повреди на водопроводната и на канализационната мрежи. В случай на дълбоко разположени галерии на границата между пропадъчния и непропадъчен льос при естествен влажностен режим съоръженията са в много добро състояние. Обаче, при пропадания вследствие на преувлажняване на льоса под съществуващи сгради (фиг. 3) в галериите настъпват слягания и деформации по свода и стените, които могат да нарушат тяхната устойчивост.

Още по тежък е случая при сгради разположени над плитки галерии, чийто сводове са разрушени от пропадане на льос (фиг. 4).

Подземните галерии в град Русе имат обща дължина няколко километра и тяхното запазване представлява не само военен, но и икономически интерес. Това може да стане, чрез отстраняването на опасността от навлажняване на льосовия масив, в който са прокопани, чрез заздравяване на основата на деформираните галерии посредством къси инжекционни пилоти и чрез укрепване на повредените конструкции.

Основна от трите публикации е първата от тях (труд № 97). Тя е представена на международен симпозиум, проведен през 1997 г. в Атина – Гърция. Отпечатана е и в сборник с трудове на българо-японски семинар, състоял се същата година в София. (труд № 98)

101

Фиг. 3. Деформации на дълбоко подземно Фиг. 4. Пропадане на сграда поради съоръжение и на сграда над него; деформация на плитко подемно Rc – съвременна почва; Ln – льосови съоръжение.

хоризонти; Fs – погребани почви; K1-долнокреден варовик.

Публикацията е отпечатана без съкращения и в брой 38 от 1997 г. на списанието Loess Letters, издавано в Англия с редактор проф. Ян Смоли.

101. Евлогиев, Й., Д. Евстатиев. 2007. Льосът като среда на подземни съоръжения. Списание на БГД, год. 68, кн. 1-3, 92-106, фиг. 9, фото 3, лит. 16, рез. англ.

Evlogiev, I., D. Evstatiev. 2007. The loess as environment of underground structure. – Rev. Bulg. Geol. Soc, vol. 68, 1-3, 92-106, fig. 9, photo 3, ref. 16, abstract: English.

102. Еvstatiev, D., J. Evlogiev. 2008. Underground facilities in loess. In: Sixth International Conference on Case Histories in Geotechnical Engineering and symposium in honor of professor James K. Mitchell, Arlington, VA (USA)-August 11-16, 2008.

Ключови думи: усвояване на подземното пространство, подземни съоръжения, льос, геоложки и геотехнически свойства, град Русе, древни подземни съоръжения, уземни къщи. Key words for publications Nr 101-102: use of the underground space, underground constructions, loess, geological and geotechnical properties, Rousse city, ancient underground facilities, near surface dwellings.

102

Резюме

В трудове № 101 и 102 са отразени изследванията на Геологическия институт на БАН и по-специално на неговата Изследователска база по геотехника в гр. Русе върху усвояването на подземното пространство в льос за строителни цели. Тези изследвания имат дълга история като вниманието беше насочено към дебелите льосови масиви с мощна аерационна зона (фиг. 1). Продължени са пред 80-те години на миналия век с финансиране от Държавната комисия по природните бедствия. Част от получените резултати, отнасящи се за опасностите, които произтичат от наличните съоръжения в гр. Русе са публикувани в анотираните по-горе трудове № 98, 99 и 100).

Фиг. 1. Дебелина на льоса в Дунавската равнина (Минков, 1968)

С труд № 101 разглежданият проблем се прави достояние на българската геологическа общност, а в труд № 102 той се представя пред Sixth International Conference on Case Histories in Geotechnical Engineering, придружена със симпозиум в чест на проф. Дж. Митчъл, с когото Д. Евстатиев има дългогодишно сътрудничество.

Подземните съоръжения в льос в България имат дълга история. Това са уземните къщи (фото 1, фиг. 6), които са били използувани от времето на траките до тридесетте години на миналия век (според античните автори това са т.н. “троглодитни” жилища), тунелът под първата столица Плиска (изграден през VІІІ век), подземните галерии в гр. Русе (фиг. 9), ресторанти, музейни зали, складове и други съоръжения. Отбелязва се опита и на други страни – строителството на подземни жилища в дебелите льосови масиви в Китай и съвременното строителство на еднофамилни жилищни сгради с подземни етажи в льоса в Айова, САЩ.

Фото 1. Преден и страничен изглед на уземна къща (Гунчев, 1934)

103

Фиг. 6. Разпределение на помещенията в уземна къща (Гунчев, 1934) 1 – къщи (стаята с огнището), 2 – земник; 3 – пруст; 4 – задник (задна стая); 5 – грива; А – огнище; Б – пещ; В – ведреник; Г – брег; Д – дървен одър; Е – ясли; З – креват; И – пруст; К – ракла; Л – кошове за брашно (Гунчев е използувал местните диалектни наименования на помещенията).

В последно време също се проявява интерес към льоса за подземно

строителство. Той е една от най-добре изучените геоложки формации в България, като са изяснени неговите литолого – стратиграфски и инженерногеоложки свойства. Льосът покрай р. Дунав се характеризира с дебела аерационна зона, достигаща до 80 – 100 m (фиг. 1) и ниско ниво на подземните води. След дълбочина от повърхността 3-4 m при естествени условия в него се поддържа постоянна влажност и температура – 15 - 160, което предлага сериозни преимущества в условията на континентален климат с високи температури през лятото и ниски през зимата.

В състава на песъчливия и типичен льос, които са най-подходящи за подземно строителство, преобладава кварца, а глинестата фракция съдържа голямо количество Са++, което обуславя сравнително ниската й хидрофилност. Освен това льосът се копае лесно, държи вертикален откос и неукрепен свод. При естествено водно съдържание той притежава задоволителна якост и носеща способност. При земетресенията подземните съоръжения в льос са претърпявали по-малки щети от разположените на повърхността. Наред с изброените преимущества льосът притежава и един съществен недостатък. При преувлажняване той проявява пропадъчни свойства, които могат да застрашат устойчивостта на подземните съоръжения (вж. труд № 98). В статията се описват най-подходящите методи за заздравяване и уплътняване на пространството около съоръженията и за тяхната хидроизолация, които могат да се прилагат превантивно или за укрепване на вече изградени съоръжения. В статията се разглежда досегашният опит от експлоатацията на подземни съоръжения в гр. Русе (фиг. 7 и фиг. 9), тяхната конструкция и нарушенията по нея.

104

Фиг. 7. Инженерногеоложка карта на гр. Русе (Й. Евлогиев)

T0 - заливна тераса на р. Дунав и р. Русенски Лом. Водно ниво на дълбочина 2 m; T1 - еднольосова тераса. Водно ниво от 7 до 9 m. Пропадъчна зона - 5 -6 m; T2 - двульосова тераса. Водно ниво на 12-15 m. Пропадъчна зона - 12-13 m; T3 - трильосова тераса. Водното ниво е във варовиците. Пропадъчна зона - до 12 m; T4 - четирильосова тераса. Водното ниво е във варовиците. Пропадъчна зона - 12-13 m в централната и до 15 m в западната част на гр. Русе; T5 - петльосова тераса. Водното ниво е във варовиците. Пропадъчна зона - 18 m; T6 - шестльосова тераса. Водното ниво е в плиоценските глини и пясъци. Дебелина на пропадъчната зона - 15 m; ОААL - старо абразионно-акумулативно ниво. Водното ниво е в плиоценските седименти и в карстовите варовици. Дебелина на пропадъчната зона - 15 m; Други обозначения: 1 - граници на гр. Русе; 2 – подземни галерии с вход от склона към р. Дунав; 3 – подземни галерии в централната част на града със стъпаловиден вход; 4 – църква «Св. Троица»; 5 – Левент табия; растер Т1 - льосови терени с пропадъчност I тип; растери Т2, Т3, Т4, Т5, Т6 и ОААL - льосови терени с пропадъчност от II тип.

Фиг. 9. Подземна галерия в района на Речната гара Русе с вход в основата на склона L – льос; FS – погребана почва; Al – алувий от чакъли и пясъци; Cr1 – долнокредни варовици; GWL – ниво на подземните води. Fig. 9. Underground gallery in the region of the River station in Rousse with an entrance in the slope base L – loess; FS – fossil soil; Al – alluvium of gravels and sands; Cr1 – Lower Cretaceous limestones.

105

5.1.4. Водопропускливост на льоса

5.1.4. Loess permeability

Изследванията, описани в настоящата глава са част от проект, разработван от началото на шестдесетте години от институти на БАН, Водпроект и др., чиято задача бе изследване на водните загуби от напоителните системи в льос и разработване на икономични решения за повишаване на тяхната ефективност.

В труд № 103 се прави обобщение на резултати както от едромащабни теренни изпитвания, така и от лабораторни тестове с проби взети от основните льосови разновидности в Северна България с помощта на роторна сонда и уред за сухо ядково сондиране, както и на проби от дълбоки проучвателни шахти.

Труд № 104 има методичен характер. В него се излагат резултати от изследване на филтрацията в льос, които показват отклонения от закона на Дарси и се обясняват причините за това.

103. Минков, М., Д. Евстатиев. 1962. Изследвания върху водопропускливостта на льосовите скали в Северна България. - Известия на ГИ “Стр. Димитров”, книга 11, 203 – 221, фиг. 10, табл. 4, лит. 13, рез. руски, френски.

Ключови думи: льос, льосови разновидности, филтрация, инфилтрация, лабораторни опити, коефициент на филтрация, опитни водоналивания, зависимости, хидромелиоративни канали, методика.

Minkov, M., D. Evstatiev. 1962. Investigation on the North Bulgarian loess permeability. – Bulletin of the “Straŝimir Dimitrov”Institute of geology, book 11, 203 – 211, fig. 10, tables 4, ref. 13, abstracts: Russian, French.

Key words: loess, loess varieties, filtration, infiltration, laboratory tests, coefficient of filtration, field tests, irrigation canal, methodic.

Резюме

В статията се дават данни за льоса в Дунавската равнина: карта за разпространението на основните льосови разновидности и за техните най-важни характеристики. Разглеждат се особеностите на инфилтрацията в льоса от напоителен канал (фиг. 1), проведени на опитен участък, предшествуващ изграждането на язовир “Ковачица”. Описват се резултатите от лабораторни опити за определяне на коефициента на филтрация. Опитите са направени с лабораторен апарат, съдържащ компресионни касетки с площ 45,2 cm2и височина 10 cm, в които са вграждани ненарушени проби взети от проучвателни шахти. Подаването на водата е отдолу – нагоре при вертикално натоварване равно на геоложкия товар. Установени са следните осреднени стойности за коефициента на филтрация kf: льосовиден пясък - kf=3,0-5,0 m/24h; песъчлив льос - kf=1,0-2,5 m/24h; типичен льос - kf=0,25-0,8 m/24h; глинест льос - kf=0,1-0,3 m/24h; льосовидна глина - kf<0,10 m/24h. Най-много проби са изследвани от типичния льос, при който са установени различията в kf по протежение на стратиграфския профил, в хоризонтална и вертикална посока, както и зависимостта между kf и порестостта n (фиг. 7).

106

Фиг. 1. Разпределение на водното съдържание под опитен канал: 1 – льос; 2- погребана почва; 3- основни червенокафяви глини; 4- горно- плиоценски глини; пунктир – контур на мокрото тяло

Фиг. 7. Зависимост между коефициента на филтрация kf и порестостта n

107

104. Алексиев, А., Д. Евстатиев. 1971. Особености на филтрацията в някои земнонaсипни материали от прахов тип. - В: Доклади на международния симпозиум по експериментални изследвания на филтрацията, Варна, 26 - 28.05.1971 г., Изд. на БАН, 169 – 173, фиг. 2, лит. 3, рез. руски, немски. Ключови думи: естествен льос, уплътнен льос, филтрационни лабораторни опити, несъответствия със закона на Дарси, кавитационен ефект.

Alexiev, Al., D. Evstatiev. 1971. Peculiarities of filtration in some silty materials. – In: Reports of International symposium on experimental filtration studies, Varna, 26 – 28.05.1971, Editing House of the Bulgarian Academy of Sciences, 169-173, fig. 2, ref. 3, abstracts; Russian, German.

Key words: natural loess, compacted loess, filtration laboratory test, discrepancy with Darcy’ low, cavitation effect.

Резюме

Описват се резултати от лабораторни филтрационни изследвания с проби от естествен и уплътнен льос. Уплътненият льос има следния зърнометричен състав: пясък – 24 %, прах – 59 % и глина 17 %. Изпитани са проби с 5 различни плътности, изменящи се от 1,64 до 1,82 g/cm3. Изпитванията са правени при падащ напор. Графиките на намаляването на напорния градиент i от 130 до 0 с течение на времето показват три режима на филтрацията, които по различен начин се подчиняват на закона на Дарси (фиг. 1). Установява се горна граница на I (независимо от плътността), под която филтрацията се описва точно със закона на Дарси в голям интервал за i. Опитите с проби от естествен льос са правени с увеличаване на i , последвано от неговото намаляване (фиг. 2). С тях се опровергават съществуващите по това време представи за влияние на свързаната вода за наличие на начална стойност на i, над която филтрацията се подчинява на закона на Дарси. Извършените опити показват, че особеният ход на кривите е предизвикан от изтласкване на въздуха от порите.

Фиг. 1. Изменение на градиента на напора във времето при филтрация в различно уплътнен льос от

с. Оряховица (зърнометричен състав: 24 % пясък, 59 % прах и 17 % глина) при следните плътности: крива А – ρd=1,64 g/cm3, крива B – ρd=1,66 g/cm3; крива C – ρd=1,68 g/cm3; крива D – ρd=1,75 g/cm3; крива E – ρd=1,82 g/cm3.

108

Фиг. 2. Зависимост Q=f(i) при циклично филтрационно изпитване на проби

от естествен льос прахов льос от с. Ковачица: крива А – обем на порите n=53%; крива B - n=48%; крива C - n=42%; крива D – льос, уплътнен при wopt до ρds .

5.1.5. Популяризиране на льосовите изследвания

5.1.5. Popularization of the loess investigations

Льосовите изследвания извършени в Българската академия на науките са популяризирани у нас на различни конференции и чрез средствата за масова информация. Част от тази дейност е представена в Раздел 2, посветен на методите за борба с пропадането и водните загуби в льоса. През 70-те години на миналия век по БНТ беше излъчен филм (с автор Д. Евстатиев) за произхода на льоса, за неговите особености и за строителните проблеми, които създава.

Тук се отбелязва статия (труд 104), поискана от редакцията на в. Дума. В нея се описва разпространението на льоса у нас и най-важните му особености като среда за строителна дейност. Посочват се центровете на льосовите изследвания и се изказва съжаление за намаляването на тяхната активност. Изтъкват се българските постижения в борбата с пропадането на сгради и съоръжения и за ограничаване на филтрационните загуби от хидромелиоративните съоръжения.

Подчертава се, че българските льосови изследвания са получили признание в чужбина, едно от доказателствата за което е желанието за съвместна работа, проявено от учени от Полша, САЩ, Русия, Великобритания и други страни.

105. Евстатиев, Д. 1994. Льосовият проблем в България. - В-к “Дума”, бр. 10, 9.05.1994.

109

5.2. Слягане на слаби водонаситени почви

5.2. Settlement of soft soils Слабите водонаситени почви (най-вече тини) са разпространени предимно в Черноморския шелф и в лиманите и лагуните покрай морето (вж. Картата за геоложката опасност в България, труд 120, фиг.1). Данните за Варненския лиман, включително и за слегваемостта на тините са обобщени в труд 81. Резултатите от изследването им в Бургаския лиман са отразени в дисертационния труд на доц. Радослав Върбанов (докторант на Д. Евстатиев). Земномеханичните данни за тинестите почви от Черноморския шелф са анализирани от Д. Евстатиев и доц. д-р Г. Манов през осемдесетте години на миналия век във връзка със стациониране на проучвателни платформи на западни компании за търсене на нефт и газ. В следващия труд се прави обобщение на резултатите от изследванията върху черноморските тини, включително и на отнасящите се за най-неблагоприятното им качество – тяхната висока слегваемост.

106. Varbanov, R., D. Evstatiev, V. Georgiev. 1997. Geotechnical characteristics of Black Sea soft soils. Proc. of Bulgarian-Japanese Seminar “ Geotechnics of soft soils”, 27 March 1997, Sofia, 103-116, fig. 6, tables 2, ref. 16, abstract: English

Key words: Black sea shelf, limans, lagoons, soft soils, mud, physical parameters, mechanical parameters, in situ tests, constructions settlement.

Резюме

Слабите водонаситени почви покриват голяма част от шелфа, както и дъната на лиманите и лагуните по Черноморския бряг. Те са проучвани във връзка с изграждане на пристанищни съоръжения и за стациониране на проучвателни платформи за търсене на нефт и газ. Образувани са през късния кватернер и холоцена, като основната им маса е транспортирана от реките вливащи се в морето. Дебелината им достига до 30 m и представляват типични слаби неконсолидирани, водонаситени почви с висока степен на водонасищане, с модул на обща деформация < 4,0 – 5,0 MPa, с ъгъл на вътрешно триене φ обикновено между 30 и 50 и кохезия с от 0,03 до 0,09х105 Ра (Табл. 2). Обикновено коефициентът на върхово съпротивление при статична пенетрация е Ckd <5.105 Ра (фиг. 5). В статиите се разглежда опита от фундирането на пристанищни съоръжения, като се описва катастрофалното слягане на Варненския вълнолом, настъпило в началото на миналия век и изследванията във връзка с неговото възстановяване. Описва се и опита в предстроителната подготовка на земната основа с цел отстраняване на опасността от големи и неравномерни слягания.

110

Таблица 2. Механични параметри на тините от шелфа и заливите

111

Фиг. 5. Изменение на коефициента на пенетрация Ckd в дълбочина. 1- Варненскси залив; 2- Бургаски залив