Обвалы и оползни

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования

«Южный федеральный университет»

Институт наук о Земле

Кафедра общей и исторической геологии

Курсовая работа

по дисциплине «Общая геология»

на тему: Обвалы и оползни

Выполнил:

студент 1 курса 2 группы специальности «Прикладная геология»

Никоноров Роман Алексеевич

Руководитель:

доцент

О.С. Бондарева

Ростов-на-Дону 2015

Оглавление

Введение

Глава 1. Обвалы

Глава 2. Оползни

Глава 3. Способы предотвращения обвалов и оползней

Глава 4. Крупнейшие оползни в истории

Заключение

Список литературы



Введение

Горные породы, слагающие склоны, очень часто находятся в неустойчивом положении. При определенных условиях и под влиянием гравитации они начинают смещаться вниз по склонам рельефа. В результате этого возникают обвалы, осыпи, оползни, сплывы, оплывины.

Гравитационные процессы - это процессы, связанные со смещением обломков коренных пород под действием силы тяжести. Гравитационные процессы разделяют на обвальные, осыпные, оползневые, провальные и другие.

Осыпи образуются в горных районах, где развиты скальные породы, которые под влиянием процессов выветривания разрушаются и скатываются к основанию склонов. Движение осыпей происходит по мере накопления обломков, при обильном увлажнении и других причин. При малых осыпях прибегают к расчисткам от них дорог, сооружений, при больших применяют улавливающие и подпорные стенки.

Обвал - это отчленение от основного массива на крутом склоне или откосе блоков, глыб, обломков, их быстрое перемещение под действием сил гравитации, сопровождающееся падением, опрокидыванием, скалыванием, раскалыванием.

Оползень - масса горных пород, сползшая или медленно сползающая вниз по склону, откосу, под действием гравитации на более низкий уровень без потери контакта со склоном.

Сплывы - выражаются в оплывании земляных масс в откосах выемок, насыпей, сложенных преимущественно суглинками и глинами. Сплывы захватывают лишь самые поверхностные части склонов и откосов (дернину, почву, верхний слой выветрившейся породы)

Роль динамических агентов (текучая вода, ветер и др.) в выше перечисленных процессах не велика. Следовательно, для протекания гравитационных процессов требуются особые условия: пересеченный рельеф местности со значительными уклонами поверхности, наличие обломков на склонах, сквозная трещиноватость коренных пород, существование подземных пустот. Гравитационные процессы заключаются в оползании или скатывании, осыпании или обрушении единичных обломков и крупных массивов пород, или же пластичного течения насыщенных водой грунтов.



Глава 1. Обвалы

Обвал -- отрыв и падение масс горных пород вниз со склонов гор под действием силы тяжести.

Обвалы возникают на склонах речных берегов и долин, в горах, на берегах морей.

Причиной образования обвалов является нарушение равновесия между сдвигающей силой тяжести и удерживающими силами.

Оно вызывается:

- увеличением крутизны склона в результате подмыва водой;

- ослаблением прочности пород при выветривании или переувлажнении осадками и подземными водами;

- воздействием сейсмических толчков; Строительной и хозяйственной деятельностью.

В горах один сдвинувшийся с места камень может толкнуть другой, а тот еще один, и так по цепочке. Природное явление, при котором происходит осыпание большого количества камней вниз по склону, называют горным обвалом. Причиной наиболее крупных обвалов обычно бывают землетрясения. Если такие обвалы случаются вблизи населенных пунктов, то они могут стать настоящим стихийным бедствием. Крупные обвалы могут сильно изменить окружающую среду. Крупнейший обвал объёмом 2,2 млрд мі произошёл 18 февраля 1911 года на Памире на реке Мургаб. Рухнувшие вниз 7 млрд. тонн горных пород перегородили горную речку Мургаб, и через несколько лет на этом месте образовалось горное озеро - Сарезское озеро.

Обвалы относятся к гравитационному движению горных пород без участия воды, хотя вода способствует их возникновению, так как чаще обвалы появляются в периоды дождей, таяния снега, весенних оттепелей. Обвалы могут быть вызваны взрывными работами, заполнением горных речных долин водой при создании водохранилищ и другой деятельностью человека.

Обвалы часто происходят на склонах, нарушенных тектоническими процессами и выветриванием. Как правило, обвалы возникают тогда, когда на склоне массива слоистой структуры пласты падают в том же направлении, что и поверхность склона, или когда высокие склоны горных ущелий и каньонов разбиты вертикальными и горизонтальными трещинами на отдельные блоки.

Одной из разновидностей обвалов являются вывалы - обрушение отдельных глыб и камней из скальных грунтов, слагающих отвесные склоны и откосы выемок.

Тектоническая раздробленность горных пород способствует образованию отдельных блоков, которые отделяются от корневого массива под действием выветривания и скатываются вниз по склону, разбиваясь на глыбы меньших размеров. Размер отрывающихся блоков связан с прочностью пород. Блоки наибольшего размера (до 15 м в поперечнике) образуются в базальтах. В гранитах, гнейсах, крепких песчаниках образуются глыбы меньшего размера, максимум до 3-5 м, в алевролитах - до 1-1,5 м. В сланцевых породах обвалы наблюдаются значительно реже и размер глыб в них не превышает 0,5-1 м.

Основной характеристикой обвала является объем обвалившихся горных пород; исходя из объема обвалы условно разделяются на очень малые (объем менее 5 м3), малые (5-50 м3), средние (50-1000 м3) и крупные (более 1000 м3).

В целом по стране очень малые обвалы составляют 65-70%, малые - 15-20%, средние - 10-15%, крупные - менее 5% общего числа обвалов. В природных условиях наблюдаются и гигантские катастрофические обвалы, в результате которых обрушиваются миллионы и миллиарды кубических метров пород; вероятность появления подобных обвалов составляет примерно 0,05%.

Горные обвалы и осыпи - частые явление во многих странах мира. Их масштабы бывают грандиозными, последствия трагическими. Они способны вызвать крупные завалы или обрушение автомобильных и железных дорог, разрушение населенных пунктов и уничтожение лесов, способствовать образованию катастрофических затоплений и гибели людей. Такие катастрофы нередко происходят при землетрясениях 7 баллов и более, когда возможно обрушение крутых горных склонов, образующих с горизонтом углы 45-50°

С обвалами можно бороться, но не со всякими и не везде. Железная дорога Туапсе - Сухуми идет по самой береговой кромке Черного моря. С одной стороны ей угрожают штормовые волны, и приходится укреплять насыпь железобетонными «ежами», кубами, блоками, предохраняющими её от размыва. С другой стороны над железнодорожной колеёй нависают обрывы. Спасться от обвалов помогают высокие каменные стенки, которые останавливают глыбы камней, падающие со склона. Так же в горах защищают и автомобильные дороги. Но это предохраняет только от небольших обвалов.

Если где-то нависают скалы, то предотвратить их обвал можно только одним способом: постепенно, по частям обрушить их, закладывая динамитные заряды малой мощности. Гораздо реже предпочитают укреплять скалы, грозящие обвалиться, опоясывающими стальными обручами, заливая трещины цементом и т. д. Если обвалы угрожают поселкам, людей эвакуируют, а поселок переносят в безопасное место.

Обвалы, осыпи. Это отрыв и катастрофическое падение больших масс горных пород, их дробления и скатывания, из круч, обрывов и склонов. Обвалы естественного происхождения наблюдаются в горах, на берегах морей, обрывах речных долин. Это результат послабления связанности горных пород под действием процессов выветривания, подмыва, растворения и действия сил притяжения, их возникновению способствует геологическое строение местности, наличие на склонах трещин и зон дробления горных пород.

Чаще (до 80%) всего современные обвалы связаны с антропогенным фактором. Они возникают преимущественно при неправильном проведении работ, при строительстве и горных разработках.

Осыпь -- это нагромождение щебню или почве у подножия склонов.

Районы Карпатских и Крымских гор подпадают под действие обвалов и осыпей, некоторые из них имели катастрофический характер и привели к человеческим потерям, как, например, Демерджинский обвал 1896 года.

Абразия. Это процесс разрушения волнами прибоя берегов морей, озер и водохранилищ. Процесс абразии наиболее распространен на Черноморском побережье. В береговой зоне Крыма ежегодно исчезает 22 гектара побережья, между дельтой Дуная и Крымом -- 24 гектара, в северной части Азовского моря -- 19 гектаров. Абразии подпадает до 60% берегов Азовского и до 30% -- Черного морей. Скорость абразии составляет в среднем 1,3-4,2 метры на год.

Рис. 1

Глава 2. Оползни

По определению И. В. Попова, оползнем называется смещение блоков породы, объёмом в десятки кубических метров и более на крутых склонах в результате смачивания поверхностей отрыва подземными водами. Оползают именно блоки породы, сохраняющие при этом (в пределах блоков) свою первоначальную структуру. Оползающие горные породы обычно рыхлые или слабосцементированные. В оползающем блоке могут быть отдельные прослои или линзы из прочных скальных пород. При оползании порода частично дробится, превращаясь в брекчиевидную бесструктурную массу. Скопления оползневых масс у подножия склонов называют деляпсием. Размеры оползней сильно варьируют. Встречаются громадные оползни, захватывающие сотни тысяч кубометров породы, и малые оползни в несколько десятков кубометров.

Оползни приурочены к крутым склонам оврагов, балок, речных долин. Они встречаются в горах в области развития слабосцементированных пород. Оползни широко распространены на платформенных равнинах, где они приурочены к берегам рек и морей. Но везде на равнинах оползневые склоны занимают небольшие площади из-за того, что вообще крутые склоны (более 15 градусов) узко локализованы и процент территории, занятой ими к общим площадям равнины не составляет и 1%. В горах же преобладают прочные скальные породы, что также резко ограничивает распространение оползней. На равнинах, так же как и в горах, в местах выхода скальных пород даже и по крутым склонам долин оползней не отмечается. При оползании образуется определённый комплекс форм рельефа: оползневой цирк, ограниченный стенкой срыва оползня (оползневым уступом), оползневой блок, характеризующийся в большинстве случаев запрокинутостью верхней площади (оползневая терраса) в сторону оползневого склона с крутым уступом, обращённым в сторону реки, моря или озера по направлению движения оползня. Поверхность отрыва оползня имеет сферическую форму, стремящуюся приблизиться к окружности. В некоторых случаях в результате деформации поверхностных слоёв породы движущимся оползневым блоком возникает напорный оползневой вал. Такие оползни называют детрузивными в отличие от деляпсивных, свободно соскальзывающих к урезу реки или моря.

Среди оползневых явлений можно определить следующие виды:

1. Оползание блоков породы (блоковые или структурные).

2. Оползание чехла рыхлых отложений (единовременное и быстрое) по поверхности скальной или мёрзлой- оползни-сплывы.

3. Оползание мелких блоков - оплывание, охватывающее весь склон или его значительную часть. 4. Отседание склонов, смещение блоков скальных или полускальных пород. В соответствии с этим, можно рассматривать оползневые склоны, склоны оползания чехла рыхлых отложений (склоны оползней-сплывов), оплывные склоны и склоны отседания.

Структурные оползни разделяются по разным признакам. А. П. Павлов ещё в прошлом столетии разделял оползни на детрузивные и деляпсивные. Первые оползни “толкают” перед своим нижним концом пластичные горные породы, деформируя их. Вторые свободно соскальзывают к урезу реки, моря, озера.

По отношению к структуре горных пород, слагающих склоны, оползни делятся на следующие виды:

1. асеквентные, развитые в однородных породах;

2. консеквентные, происходящие по плоскостям напластования пород или же по плоскостям разломов;

3. инсеквентные, для которых характерно пересечение плоскостями оползания поверхностей напластования или плоскостей разломов.

Оползни могут происходить на одном высотном ярусе - одноярусные или на нескольких - многоярусные. Многоярусные оползни наблюдаются в горах и реже на равнинах, главным образом там, где высота склонов достигает 100- 200 метров. По времени, в течение которого происходит процесс оползания, выделяются оползни одновременные, периодические и постоянные. Можно различать оползни современные, недавние (происходившие десятки лет назад), давние-сползавшие в течение исторического времени, т. е. менее чем 3-5тыс. лет назад, и древние-удалённые от нас геологически длительными отрезками времени представляет острую опасность. По скорости смещения все склоновые процессы можно подразделить на три категории: медленные, смещения со средней скоростью и быстрые.

Медленные смещения

Медленные смещения не являются катастрофическими. Их называют волочениями, ползучими смещениями рыхлых отложений, а также скольжением и соскальзыванием. Это действительно перемещение-сползание, так как скорость его не превышает нескольких десятков сантиметров в год. Специалисты по инженерной геологии хорошо знают, как распознать такое смещение (например, по искривлённым стволам деревьев, растущих на склоне, изгибанию пластов и поверхности, так называемому смятию пластов, и с помощью чувствительных приборов). Солефлюкция и гелифлюкция-виды таких медленных смещений. Раньше под солефлюкцией понимали смещения в грунтах и рыхлых осадках, насыщенных водой. Позднее этот термин был распространён и на ледниковые условия, где грунты смещаются в связи чередования замерзания и оттаивания. В настоящее время для образования смещений, вызванных переменным замерзанием и оттаиванием, рекомендуется использовать термин “гелифлюкция”. Итак, солефлюкция-это движение массы грунта, обладающего вязко-текучей консистенцией, т. е. способностью растекаться толстым слоем. Опасность этих медленных смещений заключается в том, что они могут постепенно перейти в смещение быстрое, а затем и катастрофическое. Многие крупные оползни начинались оползанием рыхлого материала или медленным скольжением блоков горных пород.

Смещение средней скорости

Под смещениями средней скорости понимают те смещения, что происходят со скоростью метров в час или метров в сутки. К ним относятся большинство типичных оползней. Такой типичный оползень изображён на рисунке.

Схема оползня: а - трещины отрыва, перпендикулярные направлению смещения, b - главная трещина отрыва, s - трещины растяжения, d - радиальные трещины (по Кв. Зарубе и В. Менцлю).

Оползневой участок состоит из зоны отрыва, скольжения и фронтальной, или зоны аккумуляции. В зоне отрыва бывают различимы основная трещина отрыва и плоскость скольжения, по которой тело оползня отделилось от подстилающей породы. Оползни приводят к значительному материальному ущербу, однако правильно организованная эвакуация предотвращает человеческие жертвы. Опасно при этом возникновение наводнения, потому что оползень может завалить долины, где обычно течёт река.

Быстрые смещения

Только быстрые оползни могут стать относятся те, скорость которых составляет несколько десятков километров причиной настоящих катастроф с сотнями человеческих жертв. К таким смещениям в час (или значительно больше), когда бегство невозможно (на настоящую эвакуацию не остаётся времени). В этих случаях к смещающей силе добавляется сила инерции, а раздробленные породы по поверхности смещения дают “дополнительную смазку” и уменьшают силы сцепления. Известны разные типы таких катастроф, в научной литературе для их обозначения используются различные термины. Понятие “обвал скальных пород” ясно само по себе. Оползни-потоки возникают тогда, когда твёрдый материал смешивается с водой и течёт с большой скоростью. Оползни-потоки могут быть грязевыми (к ним относятся и вулканические грязевые потоки), каменными и переходными. К быстрым смещениям относятся и лавины, как снежные, так и снего-каменные. Различаются оползни и по степени раздробленности оползшего блока. Склоны оползней-сплывов.

Оползни-сплывы возникают в условиях низкогорного или плоскогорного рельефа, там, где коренные породы скального типа, и поэтому сами по себе не способны к образованию блоковых оползней. Сползать здесь может только покрывающий чехол суглинисто-щебнисто-глыбовых рыхлых отложений, покрывающий скальные породы. Он сплывает по поверхности коренных мёрзлых пород (часто эти поверхности совпадают). Крутизна склонов, на которых происходят оползни-сплывы, колеблется от 15 до 30 градусов. И коренные, и мёрзлые породы служат водоупором, на поверхности которого рыхлая порода, более или менее насыщенная водой и утратившая связность, в определённый момент переходит нижний предел текучести. Связь между вышележащими породами и коренным (мёрзлым) основанием ослабевает. В результате подрезания рекой блок, подстилаемый коренными породами, над которыми грунт насыщен водой, отрывается и по наклонной поверхности сплывает в русло. Лишившись упора снизу, теряет устойчивость лежащий выше по склону блок. Он сплывает вслед за предыдущим. Последовательно то же самое происходит с остальными блоками, расположенными выше по склону. Таким образом, на склоне появляется полоса, лишённая рыхлого материала. Полоса вытянута по склону в направлении максимального уклона. У подошвы склона, чаще всего прямо в русле, нагромождаются массы сплывшего материала с беспорядочной бугристой поверхностью. Будучи раздробленными, они быстро размываются водным потоком. По отношению к соседним участкам склона полоса, с которой произошёл сплыв, углублена в общую поверхность склона на 2-5 м, в соответствии с мощностью обломочного чехла. В плане оползни-сплывы имеют линейно вытянутую форму. Обычно ширина полосы 15-20 м, длина же достигает 50-150 м. Случаются оползни-сплывы больших размеров.

Оползни-сплывы повторяются то в одной, то в другой части склона. Но участки, соседние с тем, который был захвачен оползнем-сплывом, вовлекаются в движение не сразу, а через несколько лет или даже десятков лет. Это происходит потому, что полосы склона, прилегающие к полосе, где произошло сплывание, оказываются несколько лучше дренированными, поскольку возникшее понижение служит естественной дреной. Следующий по времени оползень происходит на расстоянии 30-50 м от предыдущего. Экспонированная на поверхность коренная порода выветривается быстрее, чем прикрытая щебнисто-валунным суглинком, и но ней вновь формируется чехол рыхлых отложений. Можно предполагать, что в течение геологи чески длительного времени в долинах, где наблюдаются оползни-сплывы, вся поверхность склонов в разное время захватывалась сплыванием. Разумеется, участки склонов, не охваченные в данное время сплыванием, также не являются стабильными, но на них темп процесса гораздо более спокойный-смещение чехла обломков происходит непрерывно, но медленно, в темпе, свойственном процессу дефлюкции. Однако, когда перейдён предел связности грунта, происходит изменение качества явления и медленное массовое движение переходит в оползень-сплыв. Наличие оползней-сплывов указывает, что вообще чехол обломков при определённых условиях оказывается весьма неустойчив на склоне. При соответствующей крутизне, длине склона, мощности и влажности грунта вековой процесс может смениться быстротечным сплыванием.

Оплывинные склоны

Оплывины представляют собой мелкие блоковые оползни, при которых часто сохраняется даже сплошность дернины. Они развиваются на поверхности достаточно плотных водоупорных пород, причём оплыванием захватывается толща породы всего лишь на 0, 3 - 1, 5 м. В отличие от оползней-сплывов, оплывание происходит постепенно. Причиной его служит избыточное увлажнение верхнего слоя грунта, иногда только почвенного слоя.

Морфологически оплывинные склоны отличаются от других типов склонов микроступенчатостью. На остепнённых склонах с обильным выпасом скота оплывание возникает и без особо сильного увлажнения при слабопластичном состоянии грунта, а иногда и просто при сыпучих грунтах, скрепленных с поверхности дерниной. Перемещаясь по террасовидным площадкам шириной в несколько десятков сантиметров, животные в пределах площадок временно увеличивают нагрузку на грунт, что способствует его смещению. В результате получается микрогофрика склона, носящая название “коровьих дорожек”. До сих пор иногда говорят о том, что микроступенчатость-функция структуры породы. При этом указывают, что она наблюдается, где как будто нет выпаса скота. В таких случаях для решения задачи требуется тщательное наблюдение за морфологией дорожек (их слияние-разветвление, наклон), а также за строением чехла склоновых отложений. Канава, заложенная поперёк ступенек, может дать бесспорный ответ.

Склоны отседания

Явление отседания склонов очень близко оползанию, но совершается оно не в рыхлых, а в магматических, метаморфических или достаточно диагенетизированных прочных осадочных породах. Состоит оно в отделении блока породы объемом в десятки, сотни и тысячи километров, постепенном изменении положения отделившегося блока и последующем его обрушении. Собственно обрушение-это уже процесс обвально-осыпной. Явления отседания склонов распространены гораздо шире. Чем это обычно представляется в геоморфологической литературе. Отседание приурочено к глубоко расчленённым плато, сложенным скальными и полускальными породами, и к горным районам. В высоких горах отседание быстро переходит в обваливание и поэтому рассматривается как начало обвального процесса.

В типичном случае вдоль бровок крутых склонов первоначально появляется узкая трещина, которая постепенно расширяется и постепенно заполняется мелкозёмом, осыпающимся в неё со стенок. Последний, обычно, насыщен водой и пропускает часть воды к основанию блока, увлажняя подстилающую породу. Постепенно кровля пласта, подстилающего вертикально трещиноватые прочные породы, приобретает некоторый уклон в сторону долины, поэтому блок получает наклон, а трещины, разделяющие блоки в верхней части, всё более раздвигаются. В рельефе они выражены в виде рвов глубиной 3-10 м со скальными или задернованными стенками. Затем блок, получая ещё больший наклон, опрокидывается и при этом дробится. Дальнейшее передвижение обломков, возникших в результате его разрушения, осуществляется в ходе других склоновых процессов.

Для того чтобы процесс отседания мог протекать, необходимы следующие условия.

1. Глубина расчленения - наличие высоких и крутых склонов. При глубине долин или высоте береговых уступов 150-300 м и более давление на горные породы в основании ничем не компенсируется со стороны долины (или водоёма). И если порода в основании хотя бы слабо пластична, она понемногу расплющивается давлением, а её поверхность приобретает некоторый наклон в сторону долины (водоёма).

2. Вторым необходимым условием является наличие в основании склона пород, способных к существенной деформации под давлением. Большей частью это весьма слабопластичные алевролиты, аргиллиты, слабые песчаники с глинисто-кремнистым цементом. Реже-закарстованные породы (известняки, доломиты, гипсы, каменная соль). Наличие последних может привести к отседанию склонов благодаря их пластичности и без растворения.

3. Третье условие - это преобладание среди горных пород, слагающих территорию, прочных, но в то же время хрупких и вертикально-трещиноватых песчаников, доломитов, известняков, диабазов, долеритов, базальтов.

Участие подземных вод в самом ходе процесса не обязательно. Но при лучшем увлажнении основания склона создаются условия для более активного хода процесса.

Давление материала, попавшего в разошедшиеся трещины, разделяющие блоки породы, также играют существенную роль в развитии процесса. Если трещина на глубину 100м заполнена щебнистым суглинком, то этот заполнитель действует наподобие клина. В верхних горизонтах щебнистых суглинков, заполняющих трещины, давление на стенки особенно возрастает при промерзании грунта и увеличении вследствие этого его объёма. Давление на стенки может иметь не только эффект расклинивания трещин, но и эффект “сталкивания” отделившихся блоков породы по поверхности подстилающих слоёв. Последнее обстоятельство может резко усилить ход процесса отседания.

Морфологическое выражение явления отседания склонов не везде одинаково. Наиболее характерными являются рвы отседания. Глубина рвов (10-40 м) превышает их ширину (считая от бровки до бровки).

Глава 3.Способы предотвращения обвалов и оползней

Методы борьбы с оползнями устанавливают на основе тщательного изучения природных физико-геологических условий, уяснения основных причин неустойчивости и аналитических расчетов предельного равновесия рассматриваемых массивов грунта. В практике в качестве основных противооползневых мероприятий применяются:

· организация стока поверхностных вод в зоне оползней и прилегающих к ней территорий;

· дренирование подземных вод путем сооружения различных дренажных систем;

· уменьшение внешних нагрузок;

· уполаживание откосов и пригрузка их с помощью контрбанкетов;

· ограждение откосов и защита их от подмыва и размыва проточными водами рек или волнами морей, водохранилищ;

· зеленые насаждения по верху откоса и оползневом откосе;

· искусственное закрепление масс оползневого тела;

· искусственные сооружения для удержания грунтовых масс.



Такие мероприятия осуществляются:

· с помощью вертикальной планировки и производства земляных работ;

· путем устройства дренажных сетей;

· применением агролесомелиоративных мер;

· с применением подпорных стен, волноломов, свай и др.

С помощью вертикальной планировки и производства земляных работ выполняется уположивание откосов и создание контрбанкетов. Уполаживание откосов преследует цель уменьшения крутизны оползневого склона, обеспечивающей его устойчивость. Уполаживание склона целесообразно как профилактическое мероприятие при наличии неактивизировавшегося оползня. Кроме того, целесообразность уполаживания склона определяется объемом земляных работ и характером грунтов (Рис.2).

Таким образом, благодаря контрбанкету увеличивается вес тела оползня в его нижней части и создается некоторый упор, противодействующий сползающей массе оползня.

обвал оползень горный порода

Рис. 2. Схемы вариантов, сдерживающих перемещение нижней части оползня: 1 -- упорная призма; 2 -- тело оползня; 3 -- поверхность скольжения; 4 -- первоначальная поверхность склона; 5 -- дренаж; 6 -- лоток водоотвода; 7-- сваи; 8 -- железобетонный ящик

Дренирование подземных вод также является одним из основных мероприятий по борьбе с оползнями. Для этого применяются различные дренажные системы и типы дренажей, которые позволяют производить полный или частичный перехват грунтового потока.

Различают два вида дренажа оползневого склона: головной дренаж, перехватывающий грунтовый поток выше оползневого откоса и откосный дренаж, предназначенный для осушения тела самого оползня.

Наиболее существенным является дренаж, прокладываемый вдоль верхней бровки склона и перехватывающий подземные воды, предотвращая их выход на оползневой склон.Головной дренаж, решая задачу перехвата грунтового потока, предотвращает вынос частиц грунта из пластов оползневого откоса, осушает плоскость скольжения и обезвоживает массу оползня, что приводит к снижению фильтрационного давления, влияющего на устойчивость откоса.

В качестве головных дренажных систем применяются горизонтальные однолинейные или двухлинейные дренажи: трубчатые -- при глубине водоносного слоя в 2--3 м; сплошные прорези (щели) -- открытые глубиной 3-- 4 м и закрытые -- глубиной до 10--12 м дренажные галереи, прокладываемые открытым способом и штольни, сооружаемые закрытым способом, в водоносном грунте или ниже его.

Конструкции типа свай применяют, когда устройство упорных сооружений нецелесообразно по планировочным или другим соображениям. В практике применяются деревянные, бетонные и железобетонные, а иногда и металлические сваи. Число свай определяется по нагрузке на сваю расчетом на опрокидывание и срез. Во избежание сотрясений склона при забивке сваи предварительно пробуриваются отверстия для каждой сваи диаметром несколько меньше ее расчетного.

Сваи располагают в плане в шахматном порядке и заглубляют в несмещающийся грунт на глубину не менее 2 м.

Таким образом, все эти мероприятия дорогостоящи и трудоемки в исполнении, поэтому применяются на основе тщательного анализа причин, вызывающих развитие процесса сдвига, а выбор производят на основе технико-экономического сравнения вариантов.

Рис. 3. Схема понижения уровня грунтовой воды на оползневом участке склона закрытой дреной: 1 -- уровень грунтовых вод до строительства дренажа; 2 -- дрена; 3 -- кривая депрессии; 4 -- обратная засыпка траншеи с уплотнением

Рис. 4. Схемы перехвата грунтовых вод (осушение откоса): а -- штольня с вертикальными дренами; б -- штольня с забивными фильтрами; 1 -- тело оползня; 2-- водоносные пласты; 3-- коренная порода; 4-- штольня; 5-- дренажный колодец; 6-- забивной фильтр; 7-- уровень грунтовых вод; 8-- кривая депрессии

Рис. 5. Схемы свайных рядов, используемых для удержания оползня а -- свайное поле; б -- подпорная стена на сваях; 1 -- коренная порода; 2 плоскость скольжения; 3 сваи; 4 поверхность естественного рельефа; 5 -- фильтрационная засыпка; 6-- подпорная стена; 7-- водовыпуск



Прогнозирование оползней

Для более точного прогноза оползней необходимо: анализ масс горных пород, анализ условий уже известных и имевших место оползней. Наличие опыта и специальных знаний. Проведение комплексных защитных инженерных работ, они являются активными мерами защиты от оползней. Планирование откосов, выравнивание бугров, заделывание трещин в склонах. Осуществление плановых и строго дозированных взрывов в оползне опасных районах Строительство тоннелей и крытых ограждений, а также защитных стенок на пути следования ж.д. и транспортных магистралей Уменьшение крутизны склона с помощью техники или направленных взрывов. Строительство дорог, эстакад, виадуков. Сооружение подпорных стенок, сооружение рядов из свай. Устройство направляющих стенок. Перехват подземных вод дренажной системой (система специальных труб), регулирование поверхностных стоков латками и кюветами. Защита склонов посевом трав, деревьев и кустарников. Перенос линий электропередач, нефте- и газопроводов и др. объектов в безопасные районы. Защита откосов, дорожных, автомобильных и железнодорожных насыпей бетонированием и озеленением. Обучение людей, проживающих, работающих и отдыхающих в опасных районах. Соблюдение безопасного режима, строительных норм и правил, а также инструкций и стандартов.

Проведение всех выше перечисленных условий профессионалами.

Меры защиты при оползнях

Население, проживающее в оползнеопасных зонах, должно знать очаги, возможные направления и характеристику этого опасного явления. На основе данных прогноза до жителей заблаговременно доводится информация об опасности и мероприятиях относительно выявленных оползневых очагов и возможных зон их действия, а также о порядке подачи сигналов об угрозе возникновения этого опасного явления. Также ранее информирование людей снижает воздействие стрессов и паники, которые могут возникнуть впоследствии при передаче экстренной информации о непосредственной угрозе оползня.

Население опасных районов обязано также проводить мероприятия по укреплению домов и территорий, на которых они построены, а также участвовать в работах по возведению защитных гидротехнических и др. инженерных сооружений. Оповещение населения проводится с помощью сирен, радио, телевидения, а также местных систем оповещения.

При угрозе оползня и при наличии времени организуется заблаговременная эвакуация населения, сельскохозяйственных животных и имущества в безопасные районы. Ценное имущество, которое нельзя взять с собой, следует укрыть от воздействия влаги и грязи. Двери и окна, вентиляционные и др. отверстия плотно закрываются. Электричество, газ, водопровод отключаются. Легковоспламеняющиеся, ядовитые и др. опасные вещества удаляются из дома и при первой возможности захороняются в ямах или погребах. Во всем остальном граждане действуют в соответствии с порядком, установленным для организованной эвакуации.

При угрозе наступления стихийного бедствия, жители на заботясь об имуществе, производят экстренный самостоятельный выход в безопасное место. При этом об опасности должны предупреждаться соседи, все встречные на пути люди. Для экстренного выхода необходимо знать пути движения в ближайшие безопасные места (склоны гор, возвышенности, не предрасположенные к оползневому процессу).

В случае, когда люди, здания и другие сооружения оказываются на поверхности движущегося оползневого участка, следует, покинув помещение, передвигаться по возможности вверх, действуя по обстановке, остерегаться при торможении оползня скатывающихся с тыльной его части глыб, камней, обломков, конструкций, земляного вала, осыпей7.

После окончания оползня людям, спешно покинувшим зону бедствия и переждавшим его в близлежащем безопасном месте, следует, убедившись в отсутствии повторной угрозы, вернуться в эту зону в целях розыска и оказания помощи пострадавшим.

Последствия оползней

Оползни могут разрушать жилища и подвергать опасности целые населенные пункты. Они угрожают сельскохозяйственным угодьям, губят их и затрудняют обработку, создают опасность при эксплуатации карьеров и добыче полезных ископаемых. Оползни повреждают коммуникации, туннели, трубопроводы, телефонные и электрические сети; угрожают водохозяйственным сооружениям, главным образом плотинам. Кроме того, они могут перегородить долину, образовывать временные озера и способствовать наводнениям, а также породить губительные волны в озерах и заливах, подводные оползни рвут телефонные кабели. В результате оползней могут перекрываться русла рек, дороги, происходит изменение ландшафта. Оползни угрожают безопасности движения автомобильного и железнодорожного транспорта. Разрушают и повреждают опоры мостов, рельсы, покрытия автомобильных дорог, нефтепроводы, гидроэлектростанции, рудники и другие промышленные предприятия, горные селения. Пахотные земли, расположенные ниже оползневых участков, часто заболачиваются. При этом происходит потеря урожая и интенсивный процесс выбывания земель из сельскохозяйственного оборота8.

Существенный ущерб этими явлениями может наноситься культурному и историческому наследию народов, душевному состоянию людей, населяющих горные местности.

Оползни преимущественно происходят в районах живой тектоники, где взаимодействуют и чередуются процессы медленного скольжения блоков земной коры по разломам и быстрых подвижек в очагах землетрясений.

Оползни на территории РФ имеют место в горных районах Северного Кавказа, Урала, Восточной Сибири, Приморья, о. Сахалин, Курильских островов, Кольского полуострова, а также на берегах крупных рек.

Часто оползни приводят к масштабным катастрофам. Например: оползень 1963 года в Италии объемом 240 млн. куб. метров накрыл 5 городов, погубив при этом 3 тыс. человек. В 1989 году 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.

Глава 4. Крупнейшие оползни в истории

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.



Заключение

Любое научное исследование природных явлений с неблагоприятными последствиями должно быть направлено на выработку рекомендаций по их предсказанию и предотвращению. Изучение обвалов и оползней в этом смысле не составляет исключения, и сегодня сделано немало для предупреждения грозящей опасности склоновых смещений.

В горных районах с резкорасчлененным рельефом, высокой сейсмичностью и огромным разнообразием геологического строения склонов проблема прогноза обвалов и оползней многократно усложняется. Без детальной разведки мы обычно с большими упрощениями представляем ситуацию внутри неустойчивого склона. До первых микроподвижек его частей подчас невозможно решить -- произойдет здесь быстрое смещение пород или нет. Поставить инструментальное наблюдение за микроподвижками склонов на большой площади практически невозможно. Поэтому сегодня наиболее реальным остается вероятностный прогноз обвально-оползневой опасности по геолого-геоморфологическим эталонам неустойчивых склонов, на которых при землетрясениях уже было зарегистрировано сейсмогравитационное смещение грунтов. Однако подборка таких эталонных геолого-геоморфологических, гидрогеологических и иных условий, при сочетании которых склон теряет устойчивость в момент подземного толчка, представляет нелегкую задачу.

Огромный фактический материал свидетельствует о том, что в эпицентральных зонах даже самых сильных землетрясений рушатся далеко не все склоны, хотя сила удара нередко одинакова и на участках с возникшими склоновыми смещениями, и там, где они не происходят. Это говорит о том, что при сходной или идентичной геолого-геоморфологической ситуации нужны какие-то особые сочетания условий, способствующие срыву пород на конкретном участке.

Изучение крупных обвально-оползневых феноменов не только дает возможность глубже понять механизм их формирования, но и ставит новые вопросы. Один из них: почему при почти одинаковой подготовке склонов к смещениям оползни и обвалы на них происходят при разных по силе землетрясениях? Например, есть много общих черт в подготовке склонов к обрушению в долине Бартанга на Памире и ущелье р. Мантаро в Перу. При огромных высотах (до нескольких километров) гор породы на их крутых склонах наклонены в сторону долин под большими углами, что создает идеальные условия для их соскальзывания, а длительная увлажненность к моменту образования оползней довершила давно начавшуюся здесь подготовку к гравитационному смещению скальных массивов. В обоих случаях родились оползни-гиганты, близкие по объемам, -- Усойский и Мантаро. Но первый был вызван сильным землетрясением, а второй -- слабым подземным толчком. Произойди тогда, в 1911 г., слабое землетрясение в районе Усойской горы, и еще неизвестно, образовался бы или нет такой грандиозный завал. В этом убеждает нас устойчивость здешних склонов и мощного оползня Правобережный даже при сильных (5-6 баллов) подземных толчках в 1959, 1963 и 1978 гг. Поэтому обнаружение склонов, аналогичных по строению и признакам неустойчивости тем, на которых возникли оползни Усойский и Мантаро, еще не позволяет сказать определенно: произойдет на таком участке склоновое смещение при очередном землетрясении или нет. Можно только оценить вероятность ожидаемого события, что связано с неменьшими трудностями. Например, в отличие от оползней Усой-ского и Мантаро величайший в Европе оползень Флимз сформировался вовсе не в высоких теснинах гор. А уж наклон его поверхности смещения (7--12°) вообще вряд ли бы вызвал подозрения на предмет возможности сползания по ней такого гиганта даже в момент подземного толчка. Так же невозможно было предвидеть, что огромные оползни-оплывины, возникшие при Верненском землетрясении 1887 г. в период значительного увлажнения склонов, могут повториться и быть не менее смертоносными при близком по силе Кеминском землетрясении зимой 1911 г., когда земля была скована морозами.

Совсем не уникальны геолого-геоморфологические условия и в месте образования самого грандиозного на Земле оползня Сеймерре, сорвавшегося со склона хребта Кабир-Кух высотой всего около 2 км.

Лишь оползень Гро-Вентр представляет собой классический пример, когда можно было достаточно уверенно предугадать возникновение склоновых смещений в момент землетрясений. Такую возможность давала очевидная оползнеопасная обстановка: полное совпадение наклона пластов с достаточно крутым углом наклона склона; залегание пластичных легкоразмокаемых глин в основании пачки известняков, свободно фильтрующих воду; обильные дожди, увлажнившие породы, за счет чего вес верхней толщи пород многократно увеличился, а глины, служившие водоупором, собиравшим атмосферные осадки, сыграли роль идеальной смазки, по которой в момент умеренного по силе подземного толчка и соскользнули блоки известняков и песчаников. Но ведь такая ситуация была и на рядом расположенных склонах, а оползней там не произошло. Таким образом, и этот случай подтверждает общее правило: даже при полной ясности природной ситуации и явной неустойчивости склонов точное место возникновения сейсмогравитационных облавов и оползней заранее указать нельзя.

Каким же образом предвидеть склоновые смещения и избежать их разрушительных последствий?

Лучшей мерой защиты является выбор для строительства площадок, где эти явления невозможны или их вероятность минимальна. Путь к этому -- тщательное изучение условий возникновения склоновых смещений, подразделение территорий на районы с разной степенью обвально-оползневой опасности.

Горные страны необозримы, и далеко не все известно о возникающих в их пределах обвалах и оползнях. Они происходили с незапамятных времен, и самые грандиозные из них вероятнее всего были связаны с сильными землетрясениями. Сейчас возможности обнаружения таких гигантов и меньших по размеру обвально-оползневых смещений значительно расширились. Аэрофото- и космическая съемки в разных спектральных диапазонах представляют исследователям отличную возможность для обнаружения подобных деформаций. Ниши отрыва значительных по объемам обвалов и оползней прекрасно видны на аэрофотоснимках и среднемасштабных спектрозональных космоснимках. Изучение последних дает значительную экономию времени и трудозатрат при районировании территории по степени обвально-оползневой опасности, ибо на космоснимке отражена огромная площадь. Используя современную фотограмметрическую технику, можно с большой точностью произвести привязку обнаруженных на космоснимках крупных обвалов и оползней к геологическим комплексам и структурам, а также к топографическим картам, отражающим современный рельеф, что уже само по себе дает возможность в первом приближении судить о распространении и связи обвально-оползневых процессов с особенностями строения земной поверхности. А крупномасштабные повторные аэросъемки в разные годы одной и той же территории дают неоценимый материал для изучения динамики активных оползней и установления связи их подвижек с различными природными явлениями (обильными осадками, землетрясениями и т. д.).

Аэровизуальная (с самолета или вертолета) и наземная заверки обнаруженных склоновых смещений позволяют количественно (по их числу и объемам) оценить степень пораженности склонов обвалами и оползнями и, что самое главное, выделить геолого-геоморфологические эталоны для прогноза этих смещений в тех местах, где они еще не происходили. Это особенно важно при освоении малообжитых горных территорий с высокой сейсмичностью, где гирлянды обвалов и оползней позволяют уточнять положение разломов в земной коре, порождающих сильные землетрясения, а значит, более точно оценивать и сейсмическую опасность районов.

Таким образом, аэрофотo- и космическая съемки -- мощное оружие обвально-оползневого прогноза, во всяком случае крупных сейсмогравитационных смещений, ибо часто они повторяются там, где уже не раз происходили.

...