Оползни, сели и обвалы относятся к опасным геологическим явлениям.
В 1911г. на Памире землетрясение вызвало гигантский оползень. Оползло около 2,5 млрд м 3 почвы. Был завален кишлак Усой с его жителями. Оползень перегородил долину реки Мургаб, и образовавшееся завальное озеро затопило кишлак Сараз. Высота этой образовавшейся плотины достигла 300 м, максимальная глубина озера - 284 м, протяженность - 53 км. Такие масштабные бедствия бывают нечасто, но беды приносят неисчислимые.
Оползни - это смещение масс горных пород вниз по склону под действием силы тяжести.
Оползни образуются в различных породах в результате нарушения их равновесия, ослабления прочности. Они вызываются как естественными, так и искусственными (антропогенными) причинами. К естественным причинам относятся увеличение крутизны склонов, подмыв их основании морскими и речными водами, сейсмические толчки и др. Искусственными причинами являются разрушение склонов дорожными выемками, чрезмерным выносом грунта, вырубкой леса, неправильной агротехникой сельскохозяйственных угодий на склонах и т. п. Согласно международной статистике до 80% современных оползней связано с антропогенным фактором. Они могут возникать и от землетрясений.
Оползни происходят при крутизне склона 10° и более. На глинистых грунтах при избыточном увлажнении они могут возникать и при крутизне в 5-7°.
Оползни классифицируются по масштабам явления, активности, механизму и мощности оползневого процесса, месту образования.
По масштабу оползни подразделяются на крупные, средние и мелкомасштабные.
Крупные оползни вызываются, как правило, естественными причинами и образуются вдоль склонов на сотни метров. Их толщина достигает 10-20 м и более. Оползневое тело часто сохраняет свою монолитность.
Средние и мелкомасштабные оползни имеют меньшие размеры и характерны для антропогенных процессов.
Масштаб оползней характеризуется вовлеченной в процесс площадью. В этом случае они подразделяются на грандиозные - 400га и более, очень крупные - 200-400 га, крупные - 100-200 га, средние – 50-100 га, мелкие – 5-50 га и очень мелкие - до 5 га.
По активности оползни могут быть активными и неактивными. Их активность определяется степенью захвата коренных пород склонов и скоростью движения, которая может составлять величину от 0,06 м/год до 3 м/с.
На активность оказывают влияние породы склонов, составляющие основу оползня, а также наличие влаги. В зависимости от количественных показателей присутствия воды оползни делятся на сухие, слабовлажные, влажные и очень влажные.
По механизму оползневого процесса оползни подразделяются на оползни сдвига, выдавливания, вязкопластические, гидродинамического выноса, внезапного разжижения. Часто оползни имеют признаки комбинированного механизма.
По месту образования оползни подразделяют на горные, подводные, снежные и искусственных земляных сооружений (котлованов, каналов, отвалов пород).
По мощности оползни могут быть малыми, средними, крупными и очень крупными. Они характеризуются объемом смещающихся пород, который может составлять от сотен до 1 млн. м 3 . Разновидностью оползней являются снежные лавины. Они представляют собой смесь кристаллов снега и воздуха. Крупные лавины возникают на склонах 25-60°. Они наносят большой ущерб, вызывают гибель людей. Так, 13 июля 1990 г. на пике Ленина на Памире в результате землетрясения сход большой снежной лавины снес лагерь альпинистов, располагавшийся на высоте 5300 м. Погибли 48 человек. Это была самая крупная трагедия отечественного альпинизма.
Сели (селевые потоки). 8 июня 1921 г. в 24 ч на г. Алма-Ату со стороны гор обрушилась масса земли, ила, камней, снега, песка, подгоняемая могучим потоком воды. Этим потоком были снесены находившиеся у подножья гор дачные строения вместе с людьми, животными, фруктовыми садами. Страшный поток ворвался в город, превратил его улицы в бушующие реки с крутыми берегами из разрушенных домов. Дома вместе с фундаментами срывались и уносились бурным потоком. Результатом оказались большие человеческие жертвы и огромный материальный ущерб. Причина селя - сильнейшие ливни в верхней части бассейна реки Малой Алмаатинки. Общий объем грязекаменной массы в 2 млн. м 3 перерезал город 200-метровой безжизненной полосой. Это только Сель - это бурный грязевый или грязекаменный поток, внезапно возникающий в руслах горных рек.
Непосредственными причинами зарождения селей являются сильные ливни, промыв перемычек водоемов, интенсивное таяние снега и льда, а также землетрясения и извержения вулканов. Возникновению селей способствуют и антропогенные факторы, к которым относятся вырубка лесов и деградация почвенного покрова на горных склонах, взрывы горных пород при прокладке дорог, вскрышные работы в карьерах, неправильная организация отвалов и повышенная загазованность воздуха, губительно действующая на почвенно-растительный покров.
один пример беды, которую может принести сель.
При движении сель представляет собой сплошной поток из грязи, камней и воды. Селевые потоки могут переносить отдельные обломки горных пород массой в 100-200 т и более. Передний фронт селевой волны образует «голову» селя, высота которой может достигать 25 м.
Селевые потоки характеризуются линейными размерами, объемом, скоростью движения, структурным составом, плотностью, продолжительностью и повторяемостью.
Длина русел селей может составлять величину от нескольких десятков метров до нескольких десятков километров. Ширина селя определяется шириной русла и колеблется от 3 до 100 м. Глубина селевого потока может быть от 1,5 до 15 м.
Объем селевой массы может быть равен десяткам, сотням тысяч и миллионам кубических метров.
Скорость движения селей на отдельных участках русла имеет различную величину. В среднем она колеблется в пределах от 2 до 10 м/с и более.
Продолжительность перемещения селей чаще всего составляет 1-3 ч, реже - 8 ч и более.
Повторяемость селей в зависимости от разных селеопасных районов различна. В районах ливневого и снегового питания сели могут повторяться несколько раз в течение года, но чаще один раз в 2-4 года. Мощные сели наблюдаются один раз в 10-12 лет и более.
Сели подразделяются по составу переносимого материала, характеру движения и мощности.
По составу переносимого материала различают:
грязевые потоки - смесь воды, мелкозема и небольших камней;
грязекаменные потоки - смесь воды, мелкозема, гравия, гальки и небольших камней;
водокаменные потоки - смесь воды с крупными камнями.
По характеру движения сели подразделяются на связные и несвязные потоки. Связные потоки состоят из смеси воды, глины, песка и представляют собой единое пластичное вещество. Подобный сель, как правило, не следует по изгибам русла, а выпрямляет их. Несвязные потоки состоят из воды, гравия, гальки и камней. Поток следует изгибом русла с большой скоростью, подвергая его разрушению. По мощности сели подразделяют на катастрофические, мощные, средней и малой мощности.
Катастрофические сели характеризуются выносом материала более 1 млн. м 3 . Они случаются на земном шаре один раз в 30-50 лет.
Мощные сели характеризуются выносом материала объемом в 100 тыс. м 3 . Подобные сели возникают редко.
При селях слабой мощности вынос материала наблюдается незначительный и составляет величину менее 10 тыс. м 3 . Они возникают ежегодно.
Обвалы (горный обвал) - отрыв и катастрофическое падение больших масс горных пород, их опрокидывание, дробление и скатывание на крутых и обрывистых склонах.
Обвалы природного происхождения наблюдаются в горах, на морских берегах и обрывах речных долин. Они происходят в результате ослабления связанности горных пород под воздействием процессов выветривания, подмыва, растворения и действия силы тяжести. Образованию обвалов способствуют: геологическое строение местности, наличие на склонах трещин и зон дробления горных пород.
Чаще всего (до 80%) современные обвалы связаны с антропогенным фактором. Они образуются в основном при неправильном проведении работ, при строительстве и горных разработках.
Обвалы характеризуются мощностью обвального процесса (объемом падения горных масс) и масштабом проявления (вовлечения в процесс площади).
По мощности обвального процесса обвалы подразделяются на крупные (отрыв пород объемом 10 млн. м 3), средние (до 10 млн. м 3) и мелкие (менее 10 млн. м 3).
По масштабу проявления обвалы подразделяются на огромные (100-200 га), средние (50-100 га), малые (5-50 га) и мелкие (менее 5 га).
Последствия оползней, селей, обвалов. Оползни, сели, обвалы наносят большой ущерб народному хозяйству, природной среде, приводят к человеческим жертвам.
Основными поражающими факторами оползней, селей и обвалов являются удары движущихся масс горных пород, а также заливание и заваливание этими массами свободного ранее пространства. В результате происходит разрушение зданий и других сооружений, скрытие толщами пород населенных пунктов, объектов народного хозяйства, лесных угодий, перекрытие русел рек и путепроводов, гибель людей и животных, изменение ландшафта.
В частности, эти опасные геологические явления угрожают безопасности движения железнодорожных поездов и другого наземного транспорта в горной местности, разрушают и повреждают опоры мостов, рельсы, покрытия автомобильных дорог, линии электропередач, связи, нефтепроводы, гидроэлектростанции, рудники и другие промышленные предприятия, горные селения, вакационные объекты.
Существенный ущерб наносится сельскому хозяйству. Селевые потоки приводят к затоплению и завалам сельскохозяйственных культур обломочными материалами на площадях в сотни и тысячи гектаров. Пахотные земли, расположенные ниже оползневых участков, часто заболачиваются. При этом происходят потери урожая и интенсивный процесс выбывания земель из сельскохозяйственного оборота.
Существенный ущерб этими явлениями может наноситься культурному и историческому наследию народов, населяющих горные местности.
Масштабы последствий определяются:
численностью населения, оказавшегося в зоне оползня;
числом погибших, раненых и оставшихся без крова;
количеством населенных пунктов, попавших в зону стихийного бедствия;
количеством объектов народного хозяйства, лечебно-оздоровительных и социально-культурных учреждений, оказавшихся разрушенными и поврежденными;
площадью затопления и заваливания сельскохозяйственных угодий;
количеством погибших сельскохозяйственных животных.
Вторичными последствиями этих стихийных бедствий являются ЧС, связанные с разрушениями технологически опасных объектов, а также прерыванием хозяйственной и вакационной деятельности.
Оползни, сели и обвалы на территории РФ имеют место в горных районах Северного Кавказа, Урала, Восточной Сибири, Приморья, острова Сахалин, Курильских островов, Кольского полуострова, а также по берегам крупных рек.
Часто оползни приводят к масштабным катастрофическим последствиям. Так, оползень 1963 г. в Италии объемом 240 млн. м 3 накрыл 5 городов, погубив при этом 3 тыс. человек.
В 1989 г. оползни в Чечено-Ингушетии повлекли за собой повреждения в 82 населенных пунктах 2518 домов, 44 школ, 4 детских садов, 60 объектов здравоохранения, культуры и бытового обслуживания.
В 1985г. в Колумбии в результате извержения вулкана Руис возник гигантский сель, который захлестнул г. Армеро, в результате чего погибли 22 тыс. человек и было уничтожено 4,5 тыс. жилых и административных зданий.
В 1982 г. селевой поток протяженностью 6 км и шириной до 200 м обрушился на поселки Шивея и Аренда Читинской области. Были разрушены дома, мосты, 28 усадеб, размыты и занесены 500 га посевных площадей, погибли люди.
Самый большой из известных оползней находится в горах Харт-Маунтинз в штате Вайоминг (США). Он покрывает площадь в две тысячи квадратных километров и, судя по оставшимся следам, местами распространялся со скоростью сто километров в час. Случилась эта катастрофа в очень далеком прошлом -- около тридцати миллионов лет назад.
В Европе первое место принадлежит Флимскому оползню, который случился в Альпах. Ученые предполагают, что произошел он еще до ледниковой эпохи и до появления здесь человека (около миллиона лет назад).
Двенадцать кубических километров рыхлого материала сместилось в долину реки Рейн. Это произошло на территории нынешней Швейцарии у города Кур -- там, где теперь находится селение Флим (кантон Граубюнден). Оползень свалился в Рейн, долину реки завалило на высоту примерно шестьсот метров. Сначала образовалось озеро глубиной двести метров, однако просуществовало оно недолго. Рейн нашел себе другой путь, и озеро было осушено.
А самым крупным оползнем исторического времени считается событие, происшедшее восемнадцатого февраля 1911 года на Памире. Оползень вызвало сильное землетрясение, после которого со склонов Музкольского хребта, с высоты пять тысяч метров над уровнем моря, сползло фантастическое количество рыхлого материала -- 2,2 миллиарда кубометров. Завален был кишлак Усой со всеми его жителями, их имуществом и домашним скотом. Скальные породы перегородили долину реки Муграб. На четыре года прекратил течение реки огромный вал-запруда с поперечником в четыре-пять километров и высотой более семисот метров. Возникло новое озеро Памира -- Сарезское, которое стало быстро расти и в свою очередь затопило кишлаки Сарез, Нисор-Дашт и Ирхт.
В 1913 году длина Сарезского озера достигла 28 километров, а глубина его была почти 130 метров. Затем воды Муграба проложили себе дорогу через каменный завал, но озеро все равно продолжало расти. В наши дни его длина составляет уже 75 километров, а глубина -- около пятисот метров.
Сила удара обрушившейся с большой высоты массы земли и камней была так велика, что породила мощную сейсмическую волну. Ее зарегистрировали сейсмические станции всего мира, так как она несколько раз обежала вокруг земного шара.
Загадкой Усойского оползня являются его исключительно большие размеры. До сих пор ученые не могут точно сказать, был ли на земном шаре (в историческое время) когда-нибудь подобный оползень. Следы более гигантского пока еще не найдены.
Грохот рушившихся скал (некоторые ученые относят этот оползень к обвалам) слышали жители таджикских селений, расположенных за двадцать километров от кишлака Усой. Люди назвали это место «Долиной смерти» и долгое время обходили его.
А самым трагичным по числу жертв стал оползень, случившийся в китайской провинции Ганьсу в 1920 году. Большую часть территории этой провинции занимает лёссовое плато, которое постигло страшное землетрясение. Роковую роль сыграла здесь не только сила подземного толчка, но и специфические условия грунта Центрального Китая. Пострадавший район находился в центре «страны лёсса» -- плодородной пыли, нанесенной ветрами из пустыни Гоби еще в начале четвертичного периода. Плодородие почвы и было главной причиной того, что район этот был густо заселен.
Лёсс весьма порист, но вместе с тем обладает довольно значительной прочностью. Поэтому в лёссовых областях образуются каньоны и долины с крутыми склонами. Когда в результате землетрясения связность лёссов была нарушена, склоны стали неустойчивыми. Лёссовые толщи двигались буквально целыми холмами. Эти-то холмы и погребли десятки тысяч людей, живших в прорытых в лёссе пещерах. В одной пещере жил мусульманский пророк Ма Благодатный со своей общиной, состоявшей из трехсот его приверженцев. Они были отрезаны от всего мира и обречены на медленную и мучительную смерть. Целый месяц потом родственники и единоверцы погибших раскапывали лёссовый покров, который сомкнулся над их пещерой, но так ничего и не смогли найти.
Трагедия усугубилась еще и тем, что произошла она в зимнюю ночь. Наступившая темнота и холод заставили почти все население укрыться в жилищах. В 7.30 вечера с севера послышался глухой шум, «словно тяжело груженные огромные машины с бешеной скоростью мчались по скверной мостовой».
Один миссионер, чудом оставшийся в живых, рассказывал потом:
«Услышав шум, я подумал, что это землетрясение, и выбежал на улицу. Но едва я очутился на улице, как почувствовал, будто что-то со страшной силой ударило меня в спину.
Широко расставив ноги, как пьяница, пытающийся удержаться на ногах, я ощутил под собой сильное вращательное движение земли…
Этот первый и самый длительный толчок длился две минуты. За ним последовало еще пять или шесть других, и так быстро, что их почти невозможно было отделить один отдругого…
Толчки следовали один за другим с интервалом в несколько секунд и сливались с оглушительным ревом рушившихся домов, криками людей и ревом животных, которые доносились из-под обломков зданий».
Возникшие оползни достигали грандиозных размеров. Семь самых гигантских из них срезали склоны гор, и тысячи кубических метров лёсса завалили долины, засыпали города и селения. Один из домов, захваченных лёссом, был перенесен на движущейся массе пород и просто чудом остался на поверхности. В этом доме находились мужчина и ребенок, но в кромешной темноте и оглушительном грохоте они даже не поняли толком, что же случилось. Утром перед ними открылась поистине апокалиптическая картина -- «сдвинулись горы», и они даже не узнали свои родные места.
Двигавшийся вместе с их домом участок дороги (длиной примерно четыреста метров) переместился вниз на полтора километра. Остановившись, он впоследствии почти сохранил свой прежний вид, и высокие тополя по обеим сторонам дороги продолжали, как и прежде, раскачивать своими ветками. Дом проделал путь длиной почти в один километр, а потом два других оползня заставили лавину изменить направление.
Это место тоже называют «Долиной смерти», потому что здесь были погребены 200000 человек.
В нашей стране очень часто случаются оползни в районе Нижнего Новгорода. Об этом сообщалось даже в старинных летописях. Так, например, в XV веке с Гремячей горы сошел оползень, который разрушил большую слободу. Вот как записано об этом событии в летописи: «И Божьим изволением грех ради наших оползла гора сверху над слободой, и засыпало в слободе сто пятьдесят дворов с людьми и со всякою скотиною».
Большой оползень случился и в ночь на 17 июня 1839 года в районе села Федоровки на левом берегу Волги между Саратовом и Ульяновском. Ходила под ногами земля, трещали и колебались дома, в воздухе стоял шум и грохот.
Никто не понимал, что же случилось. Люди не знали, куда бежать и как спасать свою жизнь. Женщины и дети громко кричали и плакали. Наступил рассвет, но он не принес успокоения -- вокруг все осталось прежним, а земля даже стала колебаться еще сильнее. Местами ее вспучивало, и на месте низин вырастали возвышенности, а на месте холмов зияли провалы и трещины.
Колебания земной поверхности (то сильные, то слабые) продолжались целых три дня. И все это время население находилось в постоянной тревоге и волнении. А когда все утихло, выяснилось (к величайшему изумлению жителей!), что село Федоровка «съехало» поближе к Волге на несколько десятков метров.
Оползни часто являются причиной разрушения домов различного назначения. Оползни распространены в Крыму в Молдавии в Поволжье, на Черноморском побережье Кавказа и в других местах. Различные виды оползней способны охватывать довольно большие территории а борьба сними ведется по специальным проектам и представляет большие трудности и материальные затраты.
Причины образования оползня
Успешная борьба с оползнями ведется только на основе изучения до мельчайших подробностей всех причин возникновения оползней и принятия правильных решений по закреплению участков с оползневыми явлениями. Главная причина возникновения оползня это наличие в оползневом массиве грунтовых напластований с низкими прочностными свойствами.
Рисунок -1. Схема образования оползня
Образование оползня
В результате увлажнения таких непрочных участков грунта грунтовыми или поверхностными водами, активизируются оползневые процессы. Оползневые процессы могут усиливаться в результате разработки карьеров, подрезки деревьев переувлажнения оползневого участка поверхностными водами и другими причинами.В зависимости от состава и геологического строения оползневых склонов и участков, влияние воды на протекание оползня по разному проявляется.
Однородные верхние глинистые грунты расположенные на крутых склонах и насыщенные водой стекают вниз как вязкая масса которая образует сплавы. Из за увеличения массы влажного грунта, однородные большие массивы грунта могут обрушиваться вниз по образующихся поверхностям скольжения.
При наличии под массивом грунтов подверженных оползню наклонных массивов с плотной структурой водонепроницаемых пород, вода просачиваясь и доходя до плотной структуры вызывает потерю сцепления слоев грунта и целый пласт грунта сползает по так называемой траектории или поверхности скольжения.Оползень на берегах больших водоемов, рек и морей часто вызывается подмывом крутых берегов.
Рисунок-2. Характерные элементы оползневого участка
Характерные участки оползня
Для оползневого участка характерны следующие принятые элементы:
1. Оползневой участок.
2. Бровка главного уступа.
3. Главный уступ.
4. Вершина оползня.
5. Внутренний уступ оползня.
6. тело оползня.
7. Поверхность скольжения оползня
8. Неровности рельефа поверхности.
9. Поперечные и продольные трещины грунтового массива
10. Подошва оползня.
Поверхность скольжения. Это поверхность грунта по которой происходит смещение оползневого массива. Подошва оползня это линия выхода внизу поверхности скольжения. Трещины отрыва образуются на верхнюю поверхность склона у выхода поверхности скольжения перед подвижкой оползня.
Коэффициенты устойчивости оползневых массивов не бывают в течении всего года постоянными. Они меняются в зависимости от количества грунтовых и поверхностных вод,от степени увлажнения или просыхания грунта способное изменить вес грунта и сопротивление сдвигу.
Оползни обычно периодически повторяются.После того как массив сдвинулся с места наступает период относительной стабилизации на несколько лет.Так как массив приобрел более устойчивое положение видимые оползневые процессы не наблюдаются.Но в такой период под влиянием проникающей влаги усиливаются скрытные процессы накопления деформаций ползучести,снижается сцепление в грунте и усиливаются внутренние напряжения в теле оползневого массива.
Уменьшается коэффициент устойчивости а через несколько лет происходит общая подвижка и наступает новый период затухания оползня. Продолжительность оползневого цикла может составлять от пяти до двадцати лет.Поэтому оползневые места можно обнаружить визуально, на участки подверженные оползню можно увидеть несколько последовательно сместившихся массивов.
При подвижки внизу у подошвы оползня образуются бугры выпирания.Признаками оползневых участков являются рельеф местности с характерными следами прошлых оползней.Такие следы могут быть в виде разных неровностей у подошвы склона, наклонные деревья и другие. Строительство в таких районов начинается с выявления оползневых участков,а также с тщательным анализом и выявлением всех причин, которые приводят к оползню.По возможности следует оползневые участки а также карстовые участки обходить.
Виды оползней и их классификация
Среди множества протекающих оползневых процессов определяют следующие виды:
1. Структурные или блоковые оползни, которые характеризуются оползанием целых блоков породы.
2. Оползни сплывы. Характеризуются быстрым и единовременным оползанием чехла рыхлых отложений грунтов по скальной поверхности или по мерзлому грунту.
3. Оплывание склонов-оползание мелких блоков грунта, которое может охватить весь склон или только его значительную часть.
4. Отседание склонов-характерное смещение блоков состоящих из скальных или полускальных пород.
В соответствии с этими видами различают:
2. склоны отседания,
3. оплывные склоны и
4. склоны оползней сплывов (оползания чехла рыхлых отложений).
А.П. Павлов разделял оползни на детрузивные и деляпсивные. Детрузивные оползни перед своим нижним концом толкают горные породы наиболее пластичные и деформируя их. Деляпсивные оползни соскальзывают к морю, урезу реки или озера. В зависимости от структуры горных пород слагающие оползневые склоны оползни делятся на следующие виды:
1. Асеквентные, которые развиваются в однородных породах грунта.
2. Консеквентные- происходят по плоскостям разломов или же по плоскостям напластования пород.
3. Инсеквентные с характерными признаками пересечения плоскостей разломов или поверхностей напластования плоскостями оползания.
Могут оползни происходить и развиваться на одном высотном ярусе (одноярусные) или на нескольких (многоярусные оползни). Чаще всего многоярусные оползни наблюдаются в горной местности и реже в равнинных местах (главным образом там, где склоны достигают 100-200 метров). В зависимости от скорости протекания оползневых процессов различают следующие виды оползня:
1. Постоянные оползни.
2. Периодические.
3. Одновременные.
Также различают:
1. Современные оползни-которые происходят уже десятки лет.
2. Давние оползни которые образовались менее чем 3-5 тысяч лет назад.
3. Древние оползни образовавшиеся много тысяч лет назад.
Все перечисленные виды оползней представляют большую опасность для зданий и сооружений а также людей проживающих в таких районах. В зависимости от скорости смещения оползня все оползневые склоновые процессы подразделяют на три категории:
1. медленные (смещение происходит с медленной скоростью).
2.Средние (смещение происходит со средней скоростью).
3. Быстрые смещения (скорость большая до несколько десятков километров с сутки)
РЕКОМЕНДУЕМ выполнить перепост статьи в соцсетях!Оползни.
Большая часть поверхности земли - склоны. К склонам относятся участки поверхности с углами наклона, превышающими 1 градус. Они занимают не меньше 3/4 площади суши.
Чем круче склон, тем значительнее составляющая силы тяжести, стремящаяся преодолеть силу сцепления частиц пород и сместить их вниз. Силе тяжести помогают или мешают особенности строения склонов: прочность пород, чередование слоев различного состава и их наклон, грунтовые воды, ослабляющие силы сцепления между частицами пород. Обрушение склона может быть вызвано оседанием - отделением от склона крупного блока породы. Оседание типично для крутых склонов, сложенных плотными трещиноватыми породами (например, известняками). В зависимости от сочетания этих факторов склоновые процессы приобретают различный облик.
Оползни - это смещение масс горных пород вниз по склону под действием силы тяжести. Они образуются в различных породах в результате нарушения их равновесия и ослабления их прочности и вызываются как естественными, так и искусственными причинами. К естественным причинам относятся увеличение крутизны склонов, подмыв их оснований морскими и речными водами, сейсмические толчки и т.п. Искусственными, или антропогенными, т.е. вызванными деятельностью человека, причинами оползней являются разрушение склонов дорожными выемками, чрезмерный вынос грунта, вырубка леса и т.п. Согласно международной статистике до 80% современных оползней связано с деятельностью человека.
На месте обрыва оползня остается чашеобразное углубление с уступом в верхней части - стенкой срыва. Сползший оползень покрывает нижние части склона или буграми, или ступенями. Оползень может толкать перед собой рыхлые породы, из которых у подножья склона образуется оползневый вал. Оползни могут быть на всех склонах с крутизной 20 градусов, а на глинистых грунтах - при крутизне склона 5-7 градусов. Оползни могут сходить со всех склонов в любое время года.
Оползни можно классифицировать по типу и состоянию материала. Некоторые из них полностью состоят из скального материала, другие - только из материала почвенного слоя, а третьи представляют собой смесь льда, камня и глины. Снежные оползни называются лавинами. Например, оползневая масса состоит из каменного материала; каменный материал - это гранит, песчаник; он может быть прочным или трещиноватым, свежим или выветренным и т. д. С другой стороны, если оползневая масса образована обломками горных пород и минералов, то есть, как говорят материалом почвенного слоя, то можно назвать это оползнем почвенного слоя. Он может состоять из очень тонкой зернистой массы, то есть из глин, или более грубого материала: песка, гравия и т. д.; вся эта масса может быть сухой или водонасыщенной, однородной или слоистой. Оползни можно классифицировать и по другим признакам: по скорости движения оползневой массы, масштабам явления, активности, мощности.
С точки зрения воздействия на людей и на проведение строительных работ скорость развития и движения оползня является единственно важной его особенностью. Трудно найти способы защиты от быстрого и, как правило, неожиданного движения крупных масс горных пород, и это часто приносит вред людям и их имуществу. Если оползень движется очень медленно в течение месяцев или лет, то он редко вызывает несчастные случаи, и можно принять предупредительные меры. Кроме того, скорость развития явления обычно определяет возможность предсказать это развитие, например можно обнаружить предвестники будущего оползня в виде трещин, которые возникают и расширяются в течение какого-то времени. Но на особенно неустойчивых склонах эти первые трещины могут образоваться так быстро или в таких недоступных местах, что их не замечают, и резкое смещение большой массы пород происходит внезапно. В случае медленно развивающихся движений земной поверхности можно еще до крупной подвижки заметить изменение особенностей рельефа и перекос строений и инженерных сооружений. В этом случае есть возможность, не дожидаясь разрушений эвакуировать население.
Грунтовая толща особенно приповерхностные её слои на склоне, испытывает деформации и без активного развития оползневого процесса. Это связано с промерзанием и оттаиванием верхних горизонтов массива в зимне-весенний период, обводнением и усушкой их в теплое летнее время, с силовым воздействием на грунтовый скелет фильтрующихся грунтовых вод, с изменением напряженного состояния в массиве вследствие увеличения – уменьшения веса грунтов при их увлажнении – высыхании, проявлении взвешивающего эффекта грунтовых вод, влияния локальных подвижек, проявлений отдельных трещин и техногенных изменений рельефа.
Все перечисленные факторы могут вызывать деформирование приповерхностного покрова в сторону падения склона. Это деформирование может происходить в виде медленной ползучести грунтов (известно явление «вековой ползучести ») с возможными активизациями при аномальных воздействиях факторов.
Возникновение оползня обусловлено нарушением равновесия массива и деформированием грунтового массива на качественно ином уровне. Под оползневым процессом понимается нарушение равновесия грунтового массива, его деформирование под действием неуравновешенных сил, отделение части массива трещиной растяжения (потенциальной или действительной «стенкой срыва») и движение образованного оползневого тела по поверхности скольжения без потери контакта с несмещаемым ложем.
По характеру нарушения равновесия грунтового массива, особенностям деформирования, которые в значительной степени определяются преобладающим силовым воздействием и механизмом деформирования , оползни можно подразделить на четыре основных типа .
Первый тип – блоковые относительно глубокие оползни сжатия (по другим классификациям – оползни выдавливания, раздавливания, оседания, выпирания ). Нарушение равновесия массива и деформирование при формировании оползня происходят по схеме сжатия. Под сжимающим вертикальным давлением от веса покрывающих пластов деформируется (раздавливается) горизонт, структурная прочность с грунтов которого меньше указанного бытового давления. Вследствие деформирования грунтов раздавливаемого горизонта в сторону склона происходят проседание и прогиб вышележащего массива с формированием в зоне изгиба сначала концентрации растягивающих напряжений, а затем – трещины закола (опущенной трещины растяжения). Далее по этой трещине отделяется и оседает по крутой криволинейной поверхности скольжения оползневой блок. Поверхность скольжения к склону выполаживается и может быть близкой к горизонтальной .
Наибольшее распространение имеют блоковые оползни сжатия, поверхности скольжения которых формируются в глинистых грунтах (рис. 1. а,б). Оползни данного типа поражают берега рек, морей, озёр, образуются на откосах выемок, насыпей, на бортах карьеров. Согласно результатам исследований глубокие блоковые оползни получили развитие и на правом берегу Камы, на участке пересечения реки Ужгородским коридором магистральных газопроводов.
Рис. 1. Схемы оползневых деформаций по механизму сжатия. а, б – оползень сжатия в глинистых грунтах; в – оседание и расползание блоков полускальных и скальных пород; г – выпор дна долины; д – гравитационные складки: глубинная ползучесть с S-образным изгибом пластов; е – гравитационные деформации хребтов.
Оползни данного типа в полускальных и скальных грунтах менее известны. Они встречаются в горных и предгорных регионах. Для них характерно медленное развитие деформации в стадию подготовки смещения, продолжительностью до нескольких сотен лет (рис. 1 в-е).
Второй тип – оползни сдвига
(по другим классификациям – оползни скольжения, срезания, соскальзывания, покровные
). В допредельном состоянии происходит концентрация в соответствующих зонах грунтового массива касательных сдвиговых напряжений: подготовка сдвигов грунта на крутых участках склона при формировании угла естественного откоса; ползучесть выветрелых приповерхностных склоновых отложений (покровные оползни) с перемещением по схеме бесконечного откоса; сдвиг по предопределенной геологическим строением зоне ослабления (по контакту с кровлей более прочных пород, по плоскости напластования). Деформирование склона (откоса) происходит в виде прогрессирующего сдвига с падением сопротивления по мере деформирования, снижением прочности от пикового значения до остаточного и постепенным формированием поверхности (плоскости) скольжения.
Рис. 2. Схемы оползневых деформаций по механизму сдвига.
а – сдвиг-срезание; б – сдвиг по напластованию; в – сдвиг-скольжение покровных масс; г – сдвиг (сплыв) почвенного (почвенно-растительного) слоя; д – изгиб голов крутопадающих пластов.
На крутых уступах сдвиг (скольжение) оползающей части массива происходит, как правило, по криволинейной поверхности скольжения, выходящей к подошве уступа или выше ее (рис. 2а). Таким образом, формируется профиль равнопрочного или равноустойчивого откоса со смещением (нередко обрушением) разупрочненных грунтов. Поверхность скольжения может быть приурочена к наклонным геологическим границам между слоями. При этом могут сдвигаться значительные пачки горных пород (рис. 2б). Схема сдвига по ломаным плоским поверхностям скольжения характерна для оползания делювиально-элювиальных склоновых накоплений по наклонной кровле коренных пород (рис. 2в). Частой формой оползневых проявлений является сдвиг (сплыв) почвенно-растительного покрова (рис. 2г), выявляющийся по серии относительно коротких оползневых трещин. Медленная ползучесть приповерхностного слоя в виде сдвига может наблюдаться на относительно устойчивых склонах с крутым падением пластов прочных пород (рис. 2д).
Третий тип – оползни разжижения (по другим классификациям – оползни течения, сплывы, оплывины, пластические, вязко-пластические ). Нарушение равновесия склоновых массивов в виде разжижения происходит вследствие преобладающего силового воздействия подземных (грунтовых) вод. Основной механизм разжижения, рассматриваемый в механике грунтов как фильтрационное деформирование грунта, — это увеличение порового давления (давления воды в порах грунта) и, как следствие, уменьшение эффективных напряжений. В водонасыщенном грунтовом массиве поровая вода в той или иной степени может оказывать на минеральный скелет грунта гидростатическое взвешивание и фильтрационное давление разной направленности, вызываемые фильтрационными объёмными силами. Интенсивность и направленность этих сил зависят от внешних воздействий: статической и динамической нагрузок на склон, скорости фильтрационных потоков и колебания уровня подземных вод, уровенного режима в водоемах и поверхностных водотоках, интенсивности атмосферных осадков и т.д.
Данный механизм формирования оползней особенно характерен для дисперсных грунтов, обладающих слабым структурным скелетом и малой фильтрационной способностью. К ним относятся современные илы, водонасыщенные молодые глины и суглинки, плывуны, почвы, торфы, а также глинистые грунты различного возраста, потерявшие прочность в результате разуплотнения, выветривания и гидратации.
С действием механизма разжижения связано оплывание откосов малосвязного грунта при обводнении в связи с изменением угла откоса от = до = /2 (где — угол внутреннего трения необводненного грунта). В месте выхода (разгрузки) на поверхность склона подземных вод нередко образуется оползневой цирк с суженной горловиной (рис. 3а). Разжиженные грунтовые массы (продукт обрушения стенки срыва и бортов) в виде вязко-пластического потока перемещаются из горловины на откос с образованием конуса выноса у подножия. Возникающее в результате сильных ливней, обильного таяния снега повышение уровня подземных вод и соответственно восходящие фильтрационные силы могут снизить внутреннее трение в грунте до нуля, а разуплотнение при малых нагрузках (поверхностные слои) – привести к потере связности между минеральными частицами. Разжижение песчано-глинистого грунта в таком случае может произойти даже при небольших уклонах поверхности (1:10 и менее) (рис. 3б). Часто встречаются нарушения локальной устойчивости участка склона в местах избыточного увлажнения грунтов и деформирования в виде оплывин (рис. 3в).
Рис. 3. Схемы оползневых деформаций по механизму разжижения.
а – оползневой цирк с узкой горловиной (разгрузка подземных вод); б – оползень-поток; в – оплывина.
Четвертый тип – оползни растяжения с отрывом части массива пород (другие названия: оползни-обвалы, обрушение, сложный оползень ). Нарушение равновесия и преобладающее разрушение происходит под действием нормальных растягивающих напряжений с разделением массива по поверхности разрыва. Монолитные скальные породы могут воспринимать значительные растягивающие напряжения (до 30 МПа), свидетельством чему являются высокие отвесные откосы бортов многих горных долин. При превышении растягивающими напряжениями предела прочности грунта неуравновешенные блоки пород отделяются от остального массива, сползают, обрушаются (рис. 4а). Отделение массива может происходить по разрывным сейсмотектонических трещинам с последующим перемещением по поверхности сдвига (рис. 4б) или проседанием отделившегося массива с деформированием подстилающей толщи глинистых пород (рис. 4в). Наличие крутой подготовленной поверхности сдвига также способствует образованию трещин разрыва в зоне концентрации растягивающих напряжений (рис. 4г).
Из всех рассмотренных типов наибольшую опасность для магистральных газопроводов в условиях Русской платформы представляют глубокие блоковые оползни (см. рис. 1). Борьба с глубокими блоковыми оползнями представляет большую сложность, особенно когда оползневой процесс набирает обороты и приобретает катастрофический характер, вызывая опасное деформирование и разрушительные аварии ниток газопровода.
На данном участке 9 ниток магистрального газопровода находятся в старом оползневом цирке, сформированном глубокими блоковыми оползнями. Мониторинг оползневого процесса должен быть нацелен на выявление глубоких подвижек и контроль состояния глубокого оползня.
Рис. 4. Схемы оползневых деформаций по механизму растяжения с отрывом части массива пород. а – отрыв и скольжение с обрушением блоков скальных пород; б – разрыв по тектонической трещине и скольжение по формируемой поверхности в горном массиве; в – отделение массива по разрывному нарушению и проседание блока пород с деформированием глинистой толщи; г – отрыв по месту концентрации растягивающих напряжений и сдвиг по крутой поверхности напластования.
