Геологическое строение исследуемого участка до глубины, способной повлиять на активизацию экзогенных процессов, представлено в основном четвертичной, неогеновой и пермской системами. Четвертичные отложения слагают долины рек и ручьев, тальвегов оврагов аллювиальными, делювиальными и пролювиальными образованиями, перекрыты техногенными и биогенными отложениями.

Неогеновая система представлена осадками кинельской свиты, сложена плотной серой глиной. Состав глин преимущественно монтмориллонитовый, содержит каолинит, гидрослюду, включения зерен кварца, полевого шпата, кальцита. По подошве акчагыльского яруса встречены водоносные прослои, оказывающие влияние на консистенцию глин.

Пермская система в основном сложена породами уфимского яруса, состоящими из суглинков известковистых, известняков, доломитов и гипсов.

Гидрогеологические условия характеризуется наличием трех водоносных горизонтов и комплексов: водоносный горизонт делювиальных (спорадически развитых), четвертичных, пермских уфимских отложений и кунгурского яруса. Состав вод: гидрокарбонатно-сульфатные кальциево-магниевые, сульфатно-гидрокарбонатные кальциево-натриево-магниевые с минерализацией 0,4—0,6 г/л. В разные годы отмечалось разное положение уровня подземных вод, наблюдения проводились с 1991 года и показали максимально высокий уровень — 27 м, в 2012 году отмечалось значительное понижение на 11 м, в 2017 году уровень подземных вод в уфимском ярусе пермской системы вновь поднялся и зафиксирован на глубине 30,2 м.

Особенностью структурно-тектонических условий территории, оказывающей влияние на поверхностные процессы, является грабенообразная Сутолокская синклиналь, пространственно совпадающая с Аскаро-Черкасским прогибом, к восточному блоку которого примыкают тектонические «валы». Проявления неотектонических и экзотектонических нарушений пространственно и генетически связаны с заложением и развитием эрозионно-карстовых оврагов (рис. 3). Выявленные на космоснимках и при рекогносцировке древние карстовые провалы приурочены один к водоразделам рр. Уфа и Сутолока и системе оперяющих трещин (разломов) Аскарово-Черкасского прогиба, контролирующего грабенообразную Сутолокскую синклиналь, другой приурочен к региональному разлому.

В зависимости от рельефа и мощности перекрывающих отложений (менее 40 м) на речных террасах рек Уфа и Сутолока могут быть распространены карстовые формы рельефа и проявлять активность провалообразования [5]. Данные рекогносцировочных исследований подтверждают наличие понижений в рельефе: диаметр от 4 до 94 м, глубина от 0,3 до 2,4 м, в основном округлой, дугообразно-эллипсовидной формы. При проведении буровых работ в районе провалов выявлено, что породы сильно дислоцированы, встречены карстовые брекчии, залегающие согласно в толще мергеля и суглинка.

Карст на рассматриваемой территории главным образом связан с кунгурскими гипсами и гипсоносными породами соликамского и шешминского горизонтов и, в значительно меньшей степени, с карбонатными соликамскими и шешминскими породами. Согласно схеме типизации карста Башкортостана, в пределах г. Уфа развиты три класса карста: сульфатный, карбонатный и карбонатно-сульфатный. По степени защищенности сверху некарстующимися породами преобладают два подкласса — перекрытый (камский) в пределах долин рек Белой и Уфы и закрытый (русский) на междуречье. Наряду с закрытым на междуречье имеются участки перекрытого, покрытого и голого карста. Структурно-тектоническое положение кровли карстующихся пород является одним из основных факторов, определяющих неравномерное развитие карста на междуречье. В процессе проведения работ выявлено, что современный рельеф в пределах междуречья во многом был предопределен рельефом кровли гипсов.

Установлено [1], что предел прочности на одноосное сжатие (σstr) таких пород, как гипс, составляет 14—70 МПа. Мощность покровной толщи над выявленными в процессе буровых и геофизическихработ подземными полостями в карстующихся породах региона, не превышает 100 м. Деформация массива над полостью не происходит до тех пор, пока сохраняется вертикальное давление в грунтах и несущая способность слоя. Среднее значение удельного веса преимущественно песчано-глинистых грунтов γ = 28 кН/м3 [5], возможное значение давления покровной толщи порядка 2,8 МПа. Структурная прочность перекрывающих пород в несколько раз больше вертикального давления, в связи с чем в нем невозможны пластические деформации, что позволяет в течение некоторого времени сохранять стабильное состояние вышележащим четвертичным и неогеновым отложениям. Разрушительные деформации не происходят до тех пор, пока растягивающие напряжения цилиндра (или перевернутого конуса) над сводом и сжимающие напряжения самого свода на глубине Z (см. рис. 4) находятся в равновесии. Только с ростом воронки начинается деформация грунта в сторону полости, ниже по склону возникают зоны повышенных вертикальных и касательных напряжений с последующим формированием трещин закола на поверхности.

Очаги и своды над подземными полостями — эта такая неравновесная открытая система в поле напряжений прилегающего к склону коренного массива под влиянием оползневого процесса, которая расположена между дневной поверхностью и горизонтом базиса оползания. Потеря устойчивости происходит по мере роста «окна полости» и постепенного снижения горизонтальных напряжений по радиальным силовым линиям, на поверхности они проявляются часто в виде трещин закола и родников, наблюдаемых в крыльях оползневых тел, в связи с тем что в центральной части блока грунты действуют как клин по отношению к коренному массиву.

Подобные случаи известны в практике довольно хорошо: так, формирование оползня в г. Баку вызвано выемкой грунта на глубину 10 м для строительства гостиницы, в г. Железнодорожном — котлованом глубиной 2 м.

Характерные проявления оползневых процессов на склонах вдоль берега реки Уфы: фронтальный характер тела, изогнутость береговой линии, ступенчатая форма рельефа, оползневые бугры ниже по склону, родники, в массиве — волнистый характер залегания кровли гипсов и мергелей, наличие дезинтегрированных грунтов.

Можно выделить оползни следующих типов на правобережном склоне:

Рассмотрим глубокие оползни, приуроченные, по нашему мнению, к провалообразованию карстующихся пород (см. рис. 2), которые связываются с развитием блокового оползня типа сжатия-выдавливания.

Оползневой блок имеет цилиндрический вид; по результатам бурения, выполненного в 2017 году, имеет наклон к реке или запрокинутую к плато поверхность. При потере устойчивости в понижениях происходит выпор в их сторону, при этом, с одной стороны, гипсы, скорее всего, контролируют поверхность скольжения (рис. 2), нагружая известковистые суглинки, с другой — в случае чрезмерной нагрузки захватывает их оползневыми деформациями. Анализ, выполненный благодаря расчетам устойчивости методом «Откос» вычислительного комплекса «SCAD Office», представлен на рисунке 5, он подтверждает данную гипотезу. В основе алгоритма расчета, реализованного в программе «Откос», лежит методика, предложенная В.Г. Федоровским и С.В. Курилло и основанная на методе переменой степени мобилизации сопротивления сдвигу.

Следует отметить, что основная причина образования оползней вдоль берегов реки Уфы — возрастание касательных напряжений в пермских суглинках при уменьшении ширины оползневой террасы вследствие разуплотнения пород в зоне склона, сопровождающихся уменьшением их прочности, вызванного провалом, а также достаточно крутым углом наклона склона (27—40°). Вертикальное давление грунта на глубине Zi можно определить для блока следующим образом: σ1i = γZi.

Наличие водоносного горизонта в пермских отложениях оказывает влияние на состояние склона в связи с постоянной разгрузкой и выдвижением оползневых накоплений в сторону реки (выносом деляпсия в реку). Не исключено, что развитие оползней происходит одновременно по двум механизмам в разных участках склона: вязкопластичное течение внизу, хрупкое разрушение на участке отделения от плато, вызванное провалом.

Оползни данного типа смещаются по круговой, волнисто-наклонной или наклонной поверхности (рис. 2). В случае кругового вращения на оползневом склоне сторону впадины в пермских отложениях, обращенную к реке, можно рассматривать как нижнюю часть поверхности скольжения оползшего блока, сторону, обращенную к плато, — как запрокинутый блок. Поверхность скольжения ранеесмещенных блоков (в оползневом очаге) регламентирует расположение нижней границы базиса в коренном массиве.

При условии развития карстовых процессов в массиве склона возникает несимметричное напряженное состояние массива [8]. Наличие тектонических трещин, зон выветривания представляет собойрезультат растяжения или сжатия, порой они встречены в виде отрезков и разделяют массив на блоки.

В результате наблюдений на оползневых участках Москвы (на примере схода оползневого блока в 2006 году на участке Хорошево-1) и Одессы [4] установлено, что спустя четыре месяца после образования трещины закола происходит отделение блока от плато. Общим для рассмотренных в статье и приведенных в качестве примера оползней является наличие карстующихся пород на склоне, неровного «жесткого» основания, подстилающих глины, теряющие свое пластичное состояние.

Процессы смещения оползневых тел по поверхности правобережного склона, сопровождаемые развитием поверхностных форм карста и выщелачиванием гипсов в глубине массива, происходят врежиме длительной стадии подготовки к основному смещению. Для определения времени от стадии образования провала на поверхности до формирования тела оползня необходимо проведение длительного мониторинга за данными процессами.

Последовательность оползнеобразования можно рассмотреть в следующем порядке: