Terénní exkurze: Svahové deformace na Vsetínsku Termín: 13.-15. květen 2006, Hutisko-Solanec Doprava na lokalitách: automobily CGS (+ soukromé) Ubytování: Terénní základna ČGS, Hutisko-Solanec, spacáky s sebou, sprcha, pokoje po 5 a 3 lidech Strava: individuální, možnost vaření večeří - kuchyňka Vyzbroi: terén. oblečení, plástěna, pevná obuv - starší (možnost pos montérky/overal do jeskyní, helma, baterka - nejlíp čelovka, prac. ruk zápisník, mapovací desky, tužka, propiska, guma, mm-papír, busola/geol.komp kdo Mapa: 1:50 tis. Javorníky západ, MSl. Beskydy i Svahové deformace: blok 3 Metody průzkumu, stabilizace a monitoringu S.D. přímé a nepřímé metody průzkumu: • kopané sondy, vrtné práce • geofyzikální metody • geomorfologické metody • bioindikační metody • datovací a paleoenvironmentální metody stabilizace svahových deformací metody měření pohybů římé metodv průzkumu: kopané sondy, vrtné práce kopané sondy - příliš pracné, nejlepší obraz, odběr nepor. vzorků ze sm. ploch vrtné práce - poměrně drahé a problematické, na S.D. pouze jádrové vrtání (wire-line: diamantová korunka), odběr část. por. vzorků hornin, někdy nelze přímo potvrdit sm. plochy-ztráta jádra Geofyzikální metody průzkumu S.D. cíl: vymezit základní ohraničení S.D. (smykové plochy) a jejich stavbu zjištěním rozhraní v materiálech o různých fyzikálních vlastnostech (obj. hmotnost, porozita, nasycení vodou, el. a mag. vodivost, radioaktivita atp.) Povrchová geofyzika: • elektrické a odporové metody • seizmické • gravimetrické • georadar Karotážní metody: • elektrická • akustická • gamma • gamma-gamma • televizní Další metody určení sm. ploch ve vrtech: • geoakustika • přesná inklinometrie Povrchová geofyzika: elektrické odporové metody založeny na registraci změn el. odporu hornin mezi elektrodami (A,B) do hloubky AB/2 • VES - vertikální elektrické sondování (oddalováním elektrod na 1 bodě se sleduje změna odporu v hloubce • SOP - symetrické odporové profilování (přesunováním elektrod o konst. vzdál. zjistíme změnu el. odporu na profilu, 2 paralel. řady = náznak 3-D) Povrchová geofyzika: seizmické metody ------------*H • vysílání, lom/odraz a příjem seizm. vln (podélné) • refrakční X reflexní ---------- - -j j' . _ _ Bľ*r\* *NORTH 100 METERS liiiiiniiiififľniňfiiiiliimifitiiiiniiiiiiiiii....."""" - _ prikúrte {B) Povrchová geofyzika: seizmické metody (a) MULTI - CHANNEL SEISMOGRAPH ENERGY SOURCE MULTIPLE DETECTORS ^777? SELECTED ENERGY WAVE PATHS p { * * 1 ť (b) SINGLE-CHANNEL SEISMOGRAPH SEQUENCE OF ENERGY SOURCES ý? 4% SINGLE ET ECTOR" •|OH ßUfpJOOtU 0U|pJ83«U „9JOl{SSOJ0ť flt'í ********* * \\ i *********** *^**^ M. \ i s **************** ■11 ******************* s^uoqdooo ofoquMOQ W x N wEL+m—0r \ XXXXXXXVXVXVVxxXNNXX 1 IV-fc^V / ******************** flIU ********************** XXX,XXX\XXXxVx\xx\\\\\\ V|w y y Éžŕ ***************** a ^lH^^»^\> x\\>\XN\\\\\XXX\XX PIVrJÉrPr<* *************** / / J^/^ ******** \x\xxxxxxxx ************ /VV/V/V/V/V, /V///V/V/VA m < sWxVxVsWx'sVxWx'x' ******************* \X\XX\XXXXXXXVXXVX> \\\Vv^\\Vx\\v>avxA A /\ y >Ulf y y y SUHrl BAftAA ********** ŕ VÄIA \ s \ '"ffl \XXXXXXVXX VtW yyy ********** Pri TU ********************** I \ IW> %X\%%VSN\\XXXX\X%\ \ \ N \ >Y\H y *******************'* *^ LAUbv nxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx* H|m1 ********************** nEjwx \\\\XXX\\XX\\\\X\sxx\ Ir T* T* ********* * * * ********* •,oh Bu,pioD^^^ N^^nos «i«ia 0D«pnc punojfi uo stuoqdo^ „qoquAYop" „qoiidn" Povrchová geofyzika: georadar (ground penetrating radar - GPR) • vysílání, odraz a příjem elmag. radarových vln • geofyzikální rozhraní materiálů o různé RDP, elmag, vodivosti, nasycení vodou, spec. obj. hm..... • spíše mělčí struktury (do 20 - 40 m) IMLmH Povrchová geofyzika: gravimetrie • přesná detailní metoda registrace změn tíhového pole nad materiály o různé obj. hmotnosti • aplikovatelná na rel. rozsáhlé sesuvy •přístroj: GRAVIMETR • nákladná, zdlouhavá a nepraktická metoda • elektrická k.: odporová, EP, MKK (měření změny el. odporu nebo elektrických potenciálů horniny v profilu vrtu) • gamma k. (registrace přir.rad., rozl. jílů a jílovců od psamitů a psefitů) • gamma-gamma k. (hustotní; vysílání y-záření, v materiálech s atomy o at.čísle <30 dochází k rozptylu => registrovaná int. y-záření nepřímo úměrná hustotě hornin) • televizní k. („vizuální"/ ultrazvukové ověření rozhraní ve vrtu) • akustická k. (seizmická metoda přímých vln, zdroj seizm/akustických vln ve vrtu pod rozhraním) • geoakustika (SARN- subaudible rock nois) snímá ve vrtu „neslyšitelné" zvuky vydávané horninou při jejím deformování geofyzika ve vrtu) Přehled metod povrchové geofyziky aplikovatelných na S.D. Tyfe of Survey Applications LlMETATtONS Electrical and electromagnetic Electrical resistivity Electromagnetic conductivity profiling Seismic Seismic refraction profiling Locates boundaries between clean granular and clay strata, groundwater table* and soil-rock interface Locates boundaries between clean granular and clay Virata, groundwater table, and rock-mass quality; offers even more rapid reconnaissance than electrical resistivity Determines depths to strata and their characteristic seismic velocities Direct seismic (uphole, downhole. Obtains velocities for particular strata, and crosshole surveys) their dynamic properties, and rock-mass quality Microgravity Extremely precise: locates small volumes of low-density materials utilizing very sensitive instruments Difficult co Inrerprer and subject to correctness of the hypothesised subsurface conditions; does nor provide engineering strength properties. Difficult to Interpret and subject to correctness of hypothesized subsurface conditions; does not provide engineering strength properties May be unreliable unless strata are thicker m&n a minimum thickness, velocities increase with depth, and boundaries are regular. Information is indirect and represents average values Data are indirect and represent averages; may be affected by muss characteristics Use of expensive and sensitive instruments in rugged terrain typical of many landslides may be impractical; requires precise leveling and elevation data; results must be corrected tor local topographic features; requires detailed information on topography and material variations; not lecommended for most landslide investigations Ground*penetraring radar Provides a subsurface profile; locates buried objects (such as utility lines), boulders, and soil bedrock interface Has limited penetration in clay materials přímé a nepřímé metody průzkumu: geomorfologické metody • analýza kolmých leteckých snímků (stereoskopie, 3-D vnímání, vhodné pro přehledný ale neschůdný a plošně rozsáhlý např. vysokohorský terén: Alpy, Apeniny, Andy... ) • analýza vrstevnic na topografických mapách velkého měřítka římé a nepřímé metodv průzkumu: geomorfologické metody geomorfologická rekognoskace a inventarizace; účelové geomorfologické mapování (tachymetrie, skicování, interpolace); block-type movement mixed-colluvium movement pressure ridges rock-fall scarps former and present lakes, swamps přímé a nepřímé metody průzkumu: geomorfologická mapa a řezy (Malá Brodská - Rybář et al. 2001) římé a nepřímé metody průzkumu: bioindikační metody • dendrologické metody (dendrogeomorfologie, lépe dendroinklinometrie) • typické druhy rostlin (mokřadní byliny, přesličky) íi Ktattn■afta^R> 3HBrf?Éť"' *••'" mS^^ Metody datování a paleoenvironmentálních studií S.D. Úvod • pro předpovědi aktivace sesuvů v budoucnu je třeba porozumět klimatickým cyklům v minulosti; • pokud se nám podaří datovat dobu vzniku sesuvů, jsme schopni rozpoznat období zvýšených až extrémních srážkových výkyvů; • sesuvy mohou tedy vypovídat o změnách klimatu a prostředí v minulosti; Hlavní metody datování sesuvných událostí 1. radiokarbonové datování organické hmoty 2. pylová analýza 3. malakozoologická analýza 4. metoda superpozice (spraší překryté sesuvy) 5. tefrostratigrafie Metody datování sesuvných událostí 1. radiokarbonové datování organické hmoty • materiál: kmeny stromů, rozptýlená organická hmota (rašelina, ostřice, řasy............ ) •založeno na úbytku izotopu uhlíku 14C jeho radioaktivním rozpadem; • kosmogenní izotop 14C se asimilací nebo potravou váže na datovaný biologický materiál; ASSIMILATION FLOATING PLANTS SUBMERGED PLANTS ROOTS DISSOLVED CARBONATE HUM* ACID Emm MIXING, R£WORKING TRtNSPGflTATlOM ROOTS Metody datování sesuvných událostí • po odumření organizmu se obsah izotopu 14C v jeho těle stabilizuje a poté postupně klesá v určitém množství za jednotku času = poločas rozpadu (5570 let) ve prospěch stabilního izotopu 12C; • přesným změřením zbývající radioaktivity izotopu 14C lze přibližně zjistit dobu od jeho zakomponování do organismu (nutno kalibrovat na změny poměru 14C/ 12C v minulosti); _ Metody datování sesuvných událostí 2. pylová analýza Metody datování sesuvných událostí 4. Malakozoologická analýza: ve vápnitém prostředí (např. pramenné vápence - pěnovce) jsou uchovány schránky měkkýšů; určité druhy poměrně citlivě vypovídají o charakteru okolí i době vzniku sedimentu; Typy sedimentačních prostorů „pramenné vápence" • pěnovce vznikají vyluhováním CaCO3 z podložní horniny a jeho opětným vysrážením na povrchu; • vznikají nejrůznější tělesa (kupy, kaskády atp.), která lze často korelovat s tělesy sesuvů; • datování: malakozoologické, radiokarbonové; Problém !! Nedostatek pěnovců v sesuvných územích na Vsetínsku. ■ St js * 4 Typy sedimentačních prostorů akumulace sesuvů • spodní část s. deformací; • promísený balvanito -kamenitý materiál s jílovitou matrix; • možnosti: radiokarbonové datování pohřbených kmenů problém: možnost několikanásobného přemísťování a pohřbení kmenů; Typy sedimentačních pánví hrazená jezera • js •spoo • hrazená jezera jsou ve flyšových Karpatech p%ěrně častá;; • jsou vyplněna velmi , rychle (v Polsku průměrně kolem 20 let); • odebrané kmeny z báze jezera poměrně přesně datují aktivitu v připlavení starých (dříve odumřelých) pánve; spodní části sesu Problém: možnost p kmenů do jezera / přinese Pouze novější fáze u pol ve v době eroz Pouze novější fáze u arýc novějších polyfázových deformací; -1 19 i / Typy sedimentačních pánví -„čelní jezera" I a • datují nepříliš dobře definovatelný úsek aktivity; odobá, mělká a nevýznamná; Typy sedimentačních pánví - týlní jezera a deprese i • pomě • vznik • mož v blízkosti odl. ■ srázů v blokových částech deformace; ...... datování: radiokarbonové, pylová analýza; ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^ sesuvu; sedimentace Odběr vzorků: ruční vrtná souprava „INSTORF" Odběr vzorků: týlní deprese na Vaculově a Kobylské íi!é 125 voda Vaculov - Sedlo vrt VJ1 157 recentní jezerní sediment, černohnědý 180 hnědý organický sediment s úlomky dřev 1 200 modrošedý jílovito-písčitý sediment 275 modrošedý jílovito-písčitý sediment s drobnými 0 125 125 157 157 180 180 200 2 200 275 - 280 vložka prachovitého hnědošedého sedimentu s organickou příměsí (palyno) 280 - 300 modrošedý jílovito-písčitý sediment s drobnými pískovcovými klasty 300 - 305 nahnědlá prachovitá poloha s dřevy 305 - 350 modrošedá štěrkovitá poloha (rozvětralý slepenec) 350 - 380 hnědošedý prachovito-písčitý sediment na bázi s klacíky (možná strženy 380 - 400 kmen 400 - 450 zetlelé kmeny a tmavě hnědá prachovitá až jílovitá hmota s úlomky dřev a jinou organikou 450 - 565 jílovito písčitý modrošedý horizont bez organiky, od 520 se zjemňuje 275 280 300 305 350 380 4 400 450 565 - 575 hnědošedý jemně písčitý organický sediment s klacky ^341645903^5292544 0 - 017 voda (led) 017 - 025 černé recentní jezerní bahno 025 - 065 tmavě hnědý jemnozrnný sediment s dřívky 065 - 075 rozpadlý kmen 075 - 213 tmavě hnědý jemnozrnný sediment s dřívky Vaculov - Sedlo vrt VJ2/2 mm 213 - 218 tmavě hnědý sediment s dřívky a úlomky hrubozrnných pískovců 218 - 229 hrubé úlomky dřev a kůry nad 5 cm a hnědý jemnozrnný sediment 229 - 284 vertikálně uložený (zapíchnutý-?) kmen stromu, částečně zabořený v podložním jílu 270 - 286 šedomodrý jíl 286 - 289 hnědošedý jezerní sediment s úlomky pískovců 289 - 291 šedomodrý jílovitý horizont 291 - 298 jezerní tmavě hnědý prachovitý sediment 298 - 304 šedý jíl s klacíky, kůrou aj. organikou a ojediněle s pískovcovými klasty 304 - 327 šedomodrý jíl s větším podílem organiky než předchozí horizont, přechod mezi nimi plynulý 327 - 332 hnědošedý jezerní sediment s organikou plynule přechází v nižší horizont 332 - 350 modrošedý jílovitý horizont s úlomky pískovců, organikou (splachové sedimenty) postupně přechází v hlinito-kamenité modrošedě zbarvené podloží 0 17 25 65 75 213 218 229 270 286 304 327 350 Charakter sedimentů v týlních depresích I : .v* / i Další metody paleoklimatického výzkumu týlních depresí (Margielewski 2001) íiitilcgia (Shapaitl, 1954| fhofogy fatter Shepart, 1954) sandy-sitty cby It miilkiíwy granulometrie straty jiraienla fr - So 1 § J?íř?°? granulome tri a Qiain size paJeofclimal (wg rtúnycti autorrjw] pafBBOCllmate (after various avthorsi teniptralura np.iiiy _ tómjwm/uw + ptvcipitaUun T CL m ai-0.05-D102-0,006-O.OOS!<(mm) /j mulkowy j miitf(fJW0-rjiaszEzv5íy_ sandy-šifiy day Sesuvné fáze pozdního glaciálu a holocénu ve Švýcarských Alpách (Dapples et al. 2002) Sesuvné fáze pozdního glaciálu a holocénu v Evropě věk hEvQ^fepaKarpaty (Margielewski 1998) Sesuvné fáze pozdního glaciálu a holocénu v Evropě (Margielewski 1998) stabilizace svahových deformací • okamžitá Opatření (odvedení přítoku povrch. vod, vyčerpání studní, zaplnění a zadusání trhlin) • terénní úpravy (odlehčení odlučné oblasti, přitížení paty svahu porézním materiálem, shlazení terénních nerovností / depresí) • odvodnění: a) povrchové (samo o sobě nestačí, je však důležité)- příkopy, rýhy b) podpovrchové - subhorizontální vrty, „vrtná hnízda", čerpací vertikální studny, trativodní rýhy (žebra); důležitá provázanost odvodňovacích systémů • sanace rostlinným porostem: travní a dřevinný porost mechanicky zpevňuje, aktivně vysušuje svah (evapotranspirace) - tráva až do hl. 2,5 m a pasivně vypařuje dešťovou vodu na listech (velký povrch) • geotechnické konstrukce: zárubní, opěrné, kotvené a pilotové zdi, kotvené svahy přemostění sesuvu či infrastruktury..... Zárubní zeď - Ústí u Vsetína (Maršálek 2003) Gabionová opěrná zeď - Lidečko Račné (Maršálek 2003) metody měření pohybů povrchové X ve vrtu (zejm. „přesná inklinometrie", vrtné dilatometry) Povrchové: manuální X automatizované (výstražné systémy, lasery, radar) Povrchové: optické (laser, geodetické/theodolit - nepřes.) X opticko-mechanické (TM 71) X mechanické (pásmové extenzometry, tyčové příložné dilatometry, fixní extezometry, kolíková metoda) X radarové X indukční měření pohybů ve vrtu: metoda přesné inklinometrie (PIM) ,— Pulley Assembly Cable Total Displacement — ELsfnSe - Displacement ^ LsinÔG \ i 1 Distance between V , Successive Readings y' Casing Groove Guide Wheels True Vertical or Initial Profile - no SM ;9o ^ Přístroj TM 71 pracuje na mechanicko-optickém principu (Jánoš 2003) Methods of displacement measurin 1. Rod dilatometer Holle (accuracy 10-2 mm) Methods of displacement measurin iff •/II i i 2. Tape extensometer Kobra (accuracy 0,5 .10-1 mm) i; Methods of displacement measuring: 3. Glass indicators (no accuracy - general only!) 4. Geological structures measurement (no time accuracy - general only!) Landslide Monitoring Requirements and INSAR Applicability INSAR: AE - Area extended; PS - Permanent Scatterer; GB - Ground-Based Landslide Motion Monitoring Requirements INSAR Tools Resolution Motion range Accuracy Repeat interval Rapid slides ca. 5C m > 1 m/d 1C % of velocity 1C min -2 h GB Moderate motion ca. 5C m C.5 m/a - 1 m/d C.1 m/a -C.1 m/d 1 -2C d AE , GB Slow slides 5C m - 1CC m C.C1 - C.5 m/a C.CC2 - C.C5 m/a C.1 -1 a PS, AE, GB (H. Roth 2GG5) InSAR Across Track Geometry Orbit 2 Time T2 Repeat Pass Interferometry: (j)12 = f (flat) + f(topo) + f (dis) + f(atmos) f (flat) = f (baseline; from satellite orbits) f (topo) = f (baseline, elevation) f (dis) = f (surface displacement) ured Phase Difference: 4pB sin {e-h)+f( dis) + f( atmos ) Path Difference: Ellipsoid DR = — {Fx-F 2 ) = 4P 1 4p 1,2 (H. Roth 2005) DINSAR Analysis of Slope Motion - Felbertauern LOS | F Interferogram Bn = 4m ERS SAR 29 Sep 1997 - 10 Aug 1998 (H. Roth 2005) Surface motion after differential processing