Введение к работе
Актуальность темы исследования. Сохранение и восстановление природных экосистем в современных условиях становится все более важным фактором обеспечения комфортного и безопасного проживания людей, устойчивого развития производительных сил и общества в целом. Президентом РФ 30 апреля 2012 г. утверждены «Основы государственной политики в области экологического развития Российской Федерации на период до 2030 года» (далее «Основы»).
Одним из принципов реализации «Основ» является научно обоснованное
сочетание экологических, экономических и социальных интересов человека,
общества и государства в целях устойчивого развития в условиях благоприятной
окружающей среды и экологической безопасности. Достижение же поставленных
стратегических целей должно обеспечиваться совершенствованием системы
государственного экологического мониторинга (включая научное и
информационное обеспечение) и прогнозированием чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера. Одним из элементов решения поставленных задач является расширение комплексных фундаментальных и прикладных исследований в области прогнозирования угроз экологического характера.
Эффективность антисейсмического проектирования, оценок сейсмического
риска, зависит от качества прогнозов ожидаемых в данном месте сейсмических
воздействий. На территориях центрального Предкавказья отвечающие
современным требованиям вероятностные оценки долговременной сейсмической
опасности пока системно осуществляются лишь на основе результатов общего
сейсмического районирования (ОСР) и вытекающих из них стандартных
рекомендаций СП 14.13330.2014 Строительство в сейсмических районах (СНиП II-
7-81*). Однако, как подчеркивается в программных разработках ведущих ученых,
данные ОСР слишком генерализованы и часто не отражают важные региональные
и локальные особенности конкретных участков и строительных площадок. Это
ограничивает точность и достоверность прогнозных оценок. Поэтому
разрабатываемая тема «Геоэкологическая оценка сейсмической опасности и риска на примере застраиваемых территорий центрального Предкавказья», отражающая важные региональные и локальные особенности конкретных участков и строительных площадок, представляется актуальной научной задачей.
Работа направлена на исследование вопросов оценки сейсмической опасности застраиваемых территорий, опасности сейсмогенного разжижения грунта оснований зданий и сооружений, а также геоэкологической оценки сейсмического риска. В связи с этим тема исследования соответствует паспорту научной специальности 25.00.36 – Геоэкология (строительство и ЖКХ), в частности пункту 5.11 «Динамика, механизм, факторы и закономерности развития опасных природных и техноприродных процессов, прогноз их развития, оценка опасности и риска, управление риском, мероприятия по снижению последствий геокатастрофических процессов, геоинженерная защита территорий, зданий и сооружений».
Научная гипотеза. Общий уровень защищенности объектов строительства и его повышение в условиях наличия факторов сейсмической опасности и риска во многом определяется степенью достоверности оценки указанных факторов. Возникает необходимость расчетного обоснования достаточного уровня
защищенности объектов строительства путем разработки методов детального
прогнозирования сейсмической опасности, оценки сейсмогенного разжижения
грунтов оснований и геоэкологической оценки сейсмического риска. Было
предположено, что разработанные методы направлены на повышение
сейсмостойкости объектов строительства как геоэкологического фактора.
Объект исследования. Геоэкологическая оценка сейсмической опасности и риска на примере застраиваемых территорий центрального Предкавказья.
Предмет исследования. Геоэкологическая оценка сейсмической опасности и риска на примере застраиваемых территорий центрального Предкавказья как фактор устойчивой человеческой жизнедеятельности.
Степень разработанности темы исследования. Большой вклад в развитие данного направления в разные годы внесли видные ученые Аверьянова В. Н., ,Алешин А. С., Ананьин И. В., Аптикаев.Ф. Ф., Арефьев С. С., Бабешко В. А., Буне В. И., Горшков Г. П., Гусев А. А., Джибладзе Э. А., Заалишвили В. Б., Карлович И. А., Кейлис-Борок В. И., Кофф Г. Л., Медведев С. В, Никонов А. А., Осипов
B. И., Рогожин Е. А., Передельский Л. В., Платов Н. А, Потапов А. Д.,
Приходченко О. Е., Ризниченко Ю. В., Слесарев М. Ю., Стоиков В. Ф., Татевосян
Р. Э., Теличенко В. И., Трофимов В. Т., Уломов В. И., Чернов Ю. К., Чернышев
C. Н., Шебалин Н. В., Штейнберг В. В. ,Шумилина Л. С., Ясаманов Н. А. Их
усилиями создана общая теоретическая база подобных исследований, разработаны
эффективные методики, получены важные практические результаты.
Цель исследования – совершенствование методики и проведение геоэкологической оценки сейсмической опасности и риска на примере застраиваемых территорий центрального Предкавказья.
В соответствии с поставленной целью решались следующие задачи:
1. Адаптировать к условиям центрального Предкавказья современные
вероятностные методы детального прогнозирования сейсмической опасности,
включая разработку новых и усовершенствование имеющихся региональных и
локальных моделей сейсмичности и сильных движений грунта и произвести
уточненные вероятностные оценки инженерных параметров сейсмических
воздействий для исследуемых территорий.
2. Апробировать в условиях центрального Предкавказья методику
вероятностной оценки сейсмогенного разжижения грунтов оснований объектов
строительства, выходящую за рамки действующих нормативов и способную стать
составной частью геоэкологического мониторинга и аудита.
3. С использованием полученных результатов выполнить геоэкологические
оценки сейсмического риска, на основе которых разработать способ оценки
оптимальной сейсмостойкости объектов строительства различной степени
ответственности в различных сейсмотектонических, инженерно-геологических,
социально-экономических, экологических и иных условиях, который может быть
использован как инструмент управления проектом, реализуемым в условиях
центрального Предкавказья.
Научная новизна исследования.
1. Результаты детального прогнозирования сейсмической опасности, разработка новых и адаптация к условиям центрального Предкавказья имеющихся региональных и локальных моделей сейсмичности и сильных движений грунта.
2. Количественные оценки вероятности и глубины сейсмогенного
разжижения грунтов оснований для застраиваемых территорий исследования,
выходящие за рамки действующих нормативов и способные стать составной
частью геоэкологического мониторинга и аудита.
3. Геоэкологическая оценка сейсмического риска, которая может быть
использована как эффективный инструмент управления проектом, реализуемым на
исследуемых территориях.
Теоретическая и практическая значимость исследования.
Значимость результатов, выводов и рекомендаций, изложенных в данной работе, состоит в следующем:
– они могут быть использованы при актуализации существующей
нормативной базы в части учета для отдельных территорий расширенного перечня
инженерных параметров сейсмических воздействий, фактора опасности
сейсмогенного разжижения грунта основания;
– а также при определении «достаточного» или «оптимального» уровня проектной сейсмостойкости объектов строительства;
– предложенная методология может быть использована как эффективный инструмент управления проектом.
Значение полученных результатов исследования для практики подтверждено опытно-промышленным внедрением в производство инженерно-строительных изысканий, проводимых АО «Ставрополь ТИСИЗ» и ООО «Изыскатель» в 2007 – 2015 г.г.
Результаты диссертации используются в учебном процессе ФГАОУ ВО «Северо-Кавказский федеральный университет».
Методология и методы исследования. Экспериментальную основу
настоящего исследования составляет комплекс сейсмологических, геолого-
геофизических, макросейсмических, инженерно-строительных и других данных из
разных районов центрального Предкавказья и смежных территорий, а также ряда
других сейсмоактивных районов мира (Дальний Восток, центральная Азия, южная
Европа, запад США, Япония и др.). Исходные материалы обрабатывались при
помощи методов теории вероятностей и математической статистики – применялись
корреляционный, регрессионный и дисперсионный анализы. Использовались также
методы инженерно-геологических аналогий, спектральный анализ и
математическое моделирование. Методологическую базу составили научные труды отечественных и зарубежных авторов.
В числе информационных источников диссертации использованы:
– научные источники в виде данных и сведений из книг, журнальных статей, научных докладов и отчетов, материалов научных конференции, семинаров;
– официальные документы в виде нормативных и инструктивно-методических материалов, относящихся к исследуемой области;
– результаты собственных разработок.
Основные результаты и положения, выносимые на защиту.
1. Результаты детального прогнозирования сейсмической опасности в
условиях центрального Предкавказья с использованием вероятностных методов и
региональных локальных моделей сейсмичности и сильных движений грунта.
2. Методика и результаты количественной оценки вероятности
сейсмогенного разжижения грунтов оснований для застраиваемых территорий
исследования, выходящие за рамки действующих нормативов как составной части геоэкологического мониторинга и аудита.
3. Геоэкологическая оценка сейсмического риска и разработанный на этой
основе способ оценки «достаточного» или «оптимального» уровня
сейсмостойкости для объектов строительства различной степени ответственности в
различных сейсмотектонических, инженерно-геологических, социально-
экономических и экологических условиях центрального Предкавказья.
Личный вклад автора. Разработка теоретических положений,
представленных в настоящей диссертационной работе; участие автора в разработке
и внедрении детального прогнозирования сейсмической опасности в условиях
центрального Предкавказья, оценки вероятности и глубины сейсмогенного
разжижения грунтов оснований, а также геоэкологической оценки сейсмического
риска; в проведении работ по практическому использованию результатов
диссертационного исследования в производстве инженерно-строительных
изысканий, проводимых АО «Ставрополь ТИСИЗ» и ООО «Изыскатель» в 2007 –
2015 г.г., а также в учебном процессе ФГАОУ ВО «Северо-Кавказский
федеральный университет»; подготовке публикаций по материалам
диссертационной работы.
В диссертации отсутствуют недостоверные сведения об опубликованных соискателем ученой степени работах, в которых изложены основные научные результаты диссертации.
В диссертационной работе решена научная задача, имеющая существенное значение для развития страны: предложены новые научно обоснованные технологические решения, обеспечивающие совершенствование методики и проведение геоэкологической оценки сейсмической опасности и риска. Диссертация полностью отвечает установленным критериям на соискание ученой степени кандидата технических наук.
Оригинальность диссертационной работы составляет более 77 %.
Степень достоверности.
Большой объем использованных в данном исследовании исходных данных и качество их проработки, сопоставление полученных результатов (расчетных моделей, вероятностных оценок, практических рекомендаций) с данными имеющихся аналогичных работ, а также инструментально и другими способами зарегистрированными реальными сейсмическими событиями свидетельствуют об обоснованности и достаточной степени достоверности получаемых результатов.
Апробация результатов. Основные положения диссертационной работы
докладывались на научных семинарах, совещаниях и международных
конференциях, в том числе на III Международная научная студенческая
конференция «Научный потенциал студенчества в XXI веке» (Российская
Федерация, г. Ставрополь, СевКавГТУ, 2009); VIII Международная научная
конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «География, геоэкология,
геология: опыт научных исследований в контексте международного
сотрудничества и интеграции» (Украина, г. Днепропетровск, 2011); Современные проблемы освоения недр: материалы I Всерос. заочной (с международным участием) науч.-практ. конф. молодых ученых, аспирантов и студентов (Российская Федерация, г. Белгород, 2011); Науки о Земле на современном этапе: Материалы I Международной научно-практической конференции (Российская Федерация, г. Москва, 2011); Современное состояние естественных и технических наук:
Материалы IV Международной научно-практической конференции (Российская Федерация, г. Москва, 2011); II Международной научной конференции «Географические и геоэкологические исследования в Украине и сопредельных территориях» (Украина, г. Симферополь, 2013); Актуальные проблемы строительства, транспорта, машиностроения и техносферной безопасности: материалы II-й ежегодной научно-практической конференции Северо-Кавказского федерального университета «Университетская наука – региону» (Российская Федерация, г. Ставрополь, 2014); Актуальные проблемы строительства, транспорта, машиностроения и техносферной безопасности: материалы III-й ежегодной научно-практической конференции Северо-Кавказского федерального университета «Университетская наука – региону» (Российская Федерация, г. Ставрополь, 2015), а также на кафедре «Строительства» Северо-Кавказского государственного технического университета (СевКавГТУ) и Северо-Кавказского федерального университета (СКФУ).
Публикации.
По теме диссертационной работы опубликовано 15 работ, 4 из которых в рецензируемых изданиях, рекомендованных перечнем ВАК при Минобрнауки России.
Структура и объем работы.
Работа состоит из введения, четырех глав и заключения; включает в себя 142 страницы текста, 17 таблиц, 40 рисунков, библиографический список включает 148 наименований. Имеются приложения на 21 странице.