Оползни

Осыпи

Обвалы

Лекция 12. Геологические процессы, обусловленные действием силы тяжести

Данные процессы называются еще гравитационными, или склоновыми, поскольку они наблюдаются на склонах и откосах грунтовых сооружений – котлованов, выемок и насыпей, карьеров. К основным из них относятся обвалы, вывалы, лавины, осыпи и оползни; по скорости протекания первые три процесса относятся к быстрым, а последних два – к медленным.

Обрушения больших масс пород называют обвалами, а отдельных глыб – вывалами. Происходят они на крутых или даже нависающих склонах (откосах) и связаны с условиями залегания и степенью выветривания пород, их трещиноватостью, подмывом или подрезкой склона, обводнением пород, землетрясениями, проведением на склоне работ, особенно с созданием динамических воздействий и др. Масштабы обвалов различны – от грандиозных, существенно изменяющих природные условия на значительной территории (рельеф, геологическое строение, гидрографию) с объемом порядка 10⁹ м³ до мелких с объемом первые единицы и десятки кубометров.

В горных районах указанные процессы часто представляют собой угрозу для строительства и эксплуатации железных и автомобильных дорог. При строительстве Кругобайкальской ж.д. (1900 – 1905г.г.) было построено 39 тоннелей, 50 противообвальных галерей, 14 км подпорных стен. За пять лет (1955 – 59 годы) на Закавказской ж.д. произошло 428 случаев горных обвалов. В общем на эксплуатируемых дорогах преобладают мелкие обвалы с объемом пород до 200 м³.

Очевидно, что обвал – внезапный и быстрый процесс, связанный с нарушением равновесия пород на склоне; но это результат длительного действия различных факторов, прежде всего выветривания и особенно при наличии активной тектоники с восходящими движениями. Спусковым механизмом обвала может быть землетрясение, какие-либо работы на склоне, особенно с динамическими воздействиями, сильные порывы ветра и другие, в том числе случайные факторы.

Борьба с обвалами и вывалами включает как профилактические мероприятия, так и активные с устройством защитных сооружений. К первым относятся наблюдения за склонами, их террасирование, лесомелиорация, обрушение отдельных опасных глыб. К противообвальным сооружениям относятся подпорные стенки, контрфорсы, облицовки и пояса с грунтовыми анкерами, противообвальные галереи, тоннели.

Лавины – обрушения масс снега с горных склонов, откосов выемок, висячих логов, происходящие обычно зимой и весной. По существу это обвалы снега, в которые вовлекаются глыбы и обломки горных пород. При большой скорости (до 200 км/час) и массе лавина обладает огромной разрушительной силой, усиливаемой действием идущей впереди ее воздушной волны. В местах отложения снега могут образоваться завалы до 50 метров толщиной. По влажности смещающегося снега лавины могут быть сухими или пылевыми, влажными и мокрыми; по характеру движения выделяют плоские лавины, или осовы со смещением по всей поверхности склона, лотковые с движением по ложбинам и ущельям и прыгающие с падением на отдельных участках. Лавиноопасными являются склоны с углом наклона 25 - 50⁰, причем более опасны выпуклые склоны.

Меры защиты от лавин в общем аналогичны противообвальным. К профилактическим здесь относятся мероприятия по недопущению или уменьшению снегонакопления на опасных склонах путем лесопосадок, расстановкой щитов, задерживающих снег в безопасных местах, террасирование склонов, обстрел из пушек с целью вызвать сход еще небольших, безопасных лавин.

Для защиты сооружений в местах схода лотковых лавин устраиваются отбойные дамбы – массивные каменные или бетонные стены, отводящие лавину; лавинорезы – треугольные дамбы, обращенные углом навстречу лавине. При ударе о лавинорез лавина делится на два потока с большой потерей энергии. Можно отметить, что по принципу лавинореза в горах Кавказа ориентировались старинные башни – углом навстречу лавине. Наиболее надежно защищают дорогу навесы и галереи, аналогичные противообвальным.

У основания склона часто наблюдается скопление обломков пород, слагающих склон. Иногда они образуют сплошной шлейф вдоль склона, полностью скрывая его основание. Этот процесс развивается на крутых склонах с выходами легко выветривающихся пород – эффузивов, вулканических туфов, полускальных осадочных пород.

По степени подвижности осыпи подразделяются на действующие, затухающие и затухшие. Действующие постоянно пополняются осыпающимся материалом и таким образом растут. Их поверхность свободна от растительности; на поверхности затухающей осыпи появляется травянистый покров, а затухшей – также кустарник и деревья.

Движения осыпи вызывается многими причинами как природными, так и техногенными: наклон подстилающей поверхности основания склона, увеличение веса при пополнении материалом, переувлажнение, подмыв, сейсмические толчки, подрезка низа осыпи, сотрясения и вибрации при работах и др. Осыпи затрудняют строительство и эксплуатацию дорог и влияют на выбор положения трассы: подвижных осыпей следует избегать. При необходимости применяют различные защитные меры:

- стабилизация осыпи уборкой части материала вверху и подсыпкой снизу в виде контрбанкета;

- устройство подпорных стен с заглублением в коренные породы;

- осушение при возможности осовов.

От осыпей отличают каменные россыпи, или курумы. Это скопления глыб, образующие сплошные покровы на пологих склонах и даже на водоразделах в условиях сурового климата (Северный Урал, Восточная Сибирь, Алтай).

Это смещения масс горных пород вниз по склону под действием силы тяжести, и в большинстве случаев при непосредственном участии подземных и поверхностных вод. Оползни распространены в горных районах, на берегах морей и озер, на склонах речных долин. В сейсмических районах оползни, как и обвалы, часто инициируются землетрясениями.

Проявления оползневых процессов очень разнообразны и зависят от высоты и крутизны склона (откоса), условий залегания слагающих склон пород и характера последних. Кроме собственно оползней, выделяют еще сплывы и оплывины, осовы, оползни – обвалы.

Для склона, сложенного близкими по свойствам рыхлыми, чаще глинистыми породами, типичное строение оползня показано на схеме (рис.12.1). Соответственно выделяются бровка срыва и главный уступ (иногда только трещина отрыва); оползневое тело, оползневые террасы, поверхность скольжения (иногда выраженная нечетко в виде зоны измененной породы), подошва и язык оползня.

Рис. 12.1. Оползень склона сложенного рыхлыми породами:

1 – первоначальная поверхность склона; 2 – бровка срыва;

3 – надоползневой уступ; 4 – оползневые террасы; 5 – тело оползня;

6 – поверхность скольжения; 7 – язык оползня

Внешними признаками оползневого процесса на склоне являются:

- наличие трещин: от главной трещины отрыва до трещин вдоль бортов оползневого тела;

- различные водопроявления (родники, полосы высачивания, заболачивание на оползневых террасах);

- изогнутые и наклоненные стволы деревьев («пьяный лес»);

- повреждения зданий и сооружений, смещения полотна дороги и др.

Причины оползней разнообразны, их можно объединить в четыре группы.

1. Изменения геометрии (высоты и формы) склона, природные (колебания базиса эрозии, разрушающая работа волн, текучей воды) и техногенные - например, подрезка склона различными выемками.

2. Изменение состояния и физико-механических свойств слагающих склон пород из-за выветривания, увлажнения подземными, дождевыми, талыми, хозяйственными водами, выщелачивания водорастворимых солей примесей (сульфаты, карбонаты, железистые соединения), окисления пирита и органики, набухания (особенно монтмориллонитовых глин при техногенном замачивании).

3. Действие подземных и поверхностных вод, вызывающее увеличение гидростатических и гидродинамических сил на породы, суффозионные явления.

4. Внешние статические и динамические нагрузки: пригрузка склона сооружениями и материалами, сейсмические воздействия, динамические воздействия транспорта, взрывные работы и др.

Обычно имеет место совместное действие нескольких причин.

Рис. 12.2. Примеры противооползневых мероприятий:

1 – прогнозируемая поверхность скольжения; 2 – срезка;

3 – контрбанкет; 4 – подпорная стена; 5 – дренаж; 6 – буровые сваи

После установления причин оползневого процесса разрабатываются противооползневые мероприятия, которые также (см. ранее для обвалов), можно разделить на профилактические и активные. К первым, например, относятся запрещение подрезки склона, строительства на нем, недопущение уничтожения растительности и распашки склона, регулирование поверхностного стока, ограничение скорости движения. К активным мероприятиям относятся устройство канав и лотков для отвода поверхностных вод и дренажных сооружений для сбора и отвода подземных вод; осушение и закрепление пород склона; разгрузка склона в верхней части и устройство контрбанкета в нижней; устройство подпорных стен; скрепление пород склона буровыми сваями и грунтовыми анкерами («прикол»). Некоторые из перечисленных мер иллюстрируются рисунком (рис.12.2).Успешным может быть только комплекс мероприятий, разработанный на основе детального выяснения причин оползневого процесса. В особенности важно установить причины и условия обводнения склона подземными и поверхностными водами.

Дата добавления: 2013-12-12