Исследование опасных экзогенных природных процессов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Исследование опасных экзогенных природных процессов

№54-1, 04.11.2016

Науки о земле

Огуречников Глеб Валерьевич, магистр, студент

Башкирский государственный аграрный университет

В данной статье целью исследования является изучение оползневых процессов для предотвращения возможного ущерба. Достижение поставленной цели требует решения нескольких задач.

Актуальность

Оползневые процессы - один из главнейших факторов, отрицательно влияющих на экологическую обстановку. Их негативное влияние проявляется в снижении устойчивости объектов недвижимости, нарушении целостности инженерной и транспортной инфраструктуры, а также безопасности проживания людей. Оползневые процессы активно проявляются в мире в последние годы. Причиной является техногенная нагрузка на геологическую среду. Так, например, по сообщению Республиканского канала БСТ от 04.04.2016 в результате оползня целая улица в деревне Шакша Иглинского района может уйти под откос в результате оползня.

Поэтому проблема изучения и прогнозирования оползней приобретает все большую актуальность.

Цели

Целью исследования является изучение оползневых процессов для предотвращения возможного ущерба. Достижение поставленной цели требует решения следующих задач:

1. рассмотреть классификацию оползней;

2. изучить механизм оползания и материал, слагающий оползни;

3. описать размеры оползней;

4. изучить способы прогнозирования и контроля оползневых процессов;

5. рассмотреть комплексы противооползневых мероприятий;

Механизмы образования оползневых процессов

Наиболее очевидное различие между отдельными видами оползней состоит в характере слагающего их 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 называют лавинами. Оползневая масса может состоять из каменного материала - гранита, гнейса, или песчаника. Он может быть прочным или трещиноватым, свежим или выветрелым и т.д. Если оползневая масса образована обломками горных пород и минералов, т.е. материалом почвенного слоя, то можно называть это оползнем почвенного слоя. Он может состоять из очень тонкозернистой массы, т.е. из глин, или более грубого материала: песка, гравия и т.д. Вся эта масса может быть сухой и водонасыщенной, однородной или слоистой. В любом оползне оползающую массу легко отличить от подстилающих устойчивых коренных пород или стабильного почвенного слоя, не участвующего в движении. Между ними имеется поверхность скольжения (скола, срыва), но в том случае, когда движение носит характер течения очень вязкой жидкости, трудно бывает выделить четкий переходный слой. Скорость движения может постепенно затухать с глубиной. Первый тип называется скольжением, второй - течением. В зависимости от характера материала, захваченного скольжением или течением, и от присутствия в нем трещин или пустот оползающая масса может иметь форму, близкую к геометрической [1, стр. 238-244]. Простейшая форма: оползающее тело имеет большие продольные и поперечные размывы по сравнению с толщиной. В этом случае топография и свойства материала таковы, что поверхность раздела, по которой осуществляется скольжение или течение, - это практически плоскость, а характер перемещения -- поступательное движение блока или нескольких блоков вниз по склону. Иногда, если поверхность соскальзывания действительно представляет собой плоскость, сползает только один блок. В более обычных условиях поверхность скольжения оказывается неровной, и из-за этого соскальзывающая масса разбивается на ряд блоков, отделенных один от другого трещинами и плоскостями скола. Разрушение начинается у подошвы склона в результате размыва так, что сначала некоторый блок сползает к подошве склона и, таким образом, прекращается его стабилизирующее действие на блоки, расположенные выше по склону; потеряв опору, они последовательно сползают вниз. Этот вид разрушения склона, множество разновидностей, называется прогрессирующей (в русской терминологии - регрессивной) эрозией. Такое разрушение может быть и быстрым и медленным. В случае если склон, имеющий ограниченную площадь, сложен однородными мелкозернистыми грунтами, обычно проявляется другой механизм движения. Здесь поверхность скольжения имеет, как правило, грубо цилиндрическую или сферическую форму, и оползающая масса при обрушении испытывает вращение. В общем случае, можно найти центр этого вращения. В почвах и коренных породах, содержащих сложные системы трещин отдельности и пустот, может возникнуть серия поверхностей скольжения, использующих отдельные участки трещин отдельности. Так система субгоризонтальных трещин, пересеченная системой крутопадающих трещин, может способствовать появлению оползающей массы, часть которой движется почти горизонтально, а другая часть, занимающая более высокое положение, опускается по крутым трещинам. В этих условиях между двумя частями оползающей массы должна появиться еще одна поверхность раздела -- плоскость скола. В материалах, не имеющих ярко выраженной отдельности, и в анизотропных (в которых свойства вещества различны в разных направлениях) могут возникать очень сложные сочетания поверхностей скольжения. Некоторые характерные черты таких оползней показаны на рисунке 1.

Рисунок 1. Схема идеального оползня

где: 1 - поверхность скола; 2 - оползневой цирк; 3- стенка отрыва; 4 - боковая стенка; 5 - поперечные трещины; 6 - оползневые валы выпирания; 7 - основание оползневого откоса.

Там, где переход между оползающей массой и устойчивым материалом склона менее четкий, картина напоминает течение материала, имеющего свойства жидкости. При этом скорость и величина смещения постепенно уменьшаются от поверхности вниз. Если течение происходит очень медленно, то этот процесс характеризуют как ползучесть (крип), и это явление распространено на склонах возвышенностей чрезвычайно широко, вероятно во всем мире. В большинстве случаев это движение происходит незаметно и обнаруживается только при точных измерениях. Когда крутой склон сложен трещиноватыми породами, последовательное разрушение происходит путем падения, а не соскальзывания материала, т.е. обрушивающая масса теряет связной контакт с устойчивым неподвижным основанием и может свободно падать под действием силы тяжести. Чаще это бывает с коренными горными породами, а не с материалом почвенного слоя, поэтому такое явление называют горным обвалом. С такими обвалами связан ряд катастроф, например в горах Эльм в Швейцарии в 1881 г. и в горах Тертл (Канада, провинция Альберта) в 1903 г (рисунок 2).

Рисунок 2. Поперечный разрез центральной части оползня на горе Тертл.

Возникновение оползней имеет ряд механических причин, и это необходимо учитывать при изучении отдельного явления или при оценке опасности. Одно из наиболее общих условий для статического состояния - это наличие склона, т.к. для появления касательных напряжений, в результате которых может начаться скольжение, необходима составляющая силы тяжести, направленная тангенциально к поверхности. Оползень возникает тогда, когда направленная вдоль склона составляющая сил, действующих на некоторую массу рыхлого грунта или скальных пород, оказывается больше прочности материала или больше его сопротивления скалыванию. Переход от устойчивого состояния к началу скольжения означает, что в результате каких-то причин изменилось либо усилие, действующее на горные породы склона, либо сопротивление этих пород. Изменение направленной вдоль составляющей веса оползневого тела может быть связано с естественными причинами и с деятельностью человека. В природе увеличение крутизны склона является обычным процессом, который чаще всего развивается вследствие движения воды. Как правило, это происходит путем удаления части материала у основания склона в результате работы волн или эрозионной деятельности рек. Поскольку материал, находящийся у основания склона, играет важную роль в поддержании стабильности всего склона, удаление этого материала приводит к неустойчивости. Движение обычно развивается постепенно, но может и резко ускориться в период высокого наводнения или в результате сильного дождя. Если оползание происходит таким путем, то обычно обнаруживается, что в районе обрушение склонов случалось многократно. Оползший материал временно укрепляет склон, но затем размывается, и снова возникает неустойчивость, которая в свою очередь обусловливает новое оползание обломочного материала. Области, в которых действует такой механизм разрушения склонов, можно поэтому легко узнать. Уступы, в которых в результате оползания рыхлого материала обнажаются нижележащие породы, имеют свежий вид и не согласуются с общим наклоном поверхности. Дождевые и талые воды являются важным фактором оползневой деятельности. Одну из двух главных дорог в Непале почти ежегодно преграждали небольшие оползни, происходившие во время летних муссонов. Обломки оползших пород сгребали с дороги лопатами, и на этом борьба с оползнями прекращалась до следующего муссона. Грядущую опасность не оценивали, пока в 1976 г. муссон не вызвал большой оползень, приведший к разрушению деревни Пахирикхет и к гибели 150 человек. Множество оползней связано с деятельностью людей. Прокладка шоссейных дорог, распространение жилых районов на склоны, строительство плотин, водохранилищ, дренажных и других инженерных сооружений - все это связано с перемещением большого количества рыхлых и скальных пород, образующих склоны. Если при этой работе добавляется в верхней части склона или удаляется из его основания, то тем самым увеличивается вероятность быстрого разрушения этого склона [2, стр. 317-320].

По механизму оползневых процессов различают оползни: выдавливания, скольжения, выплывания, течения, проседания, разжижения.

Оползни выдавливания характерны для платформенных областей, где толщи осадочных пород залегают, как правило, горизонтально. Образуются вследствие развития процесса ползучести, переходящего в срез, на береговых склонах, в бортах глубоких карьеров и др.

Оползни скольжения распространены как в платформенных, так и в горно-складчатых областях. Возникают в результате скольжения блоков пород по ранее имевшейся или вновь сформировавшейся наклонной поверхности вследствие мгновенной потери прочности (хрупкого разрушения) или развития процесса ползучести. В горноскладчатых областях для оползней скольжения характерны значительные скорости смещения и большая разрушительная сила.

Оползни течения встречаются в любых регионально-геологических условиях. Образуются в глинистых породах или крупнообломочных отложениях с глинистым заполнителем и представляют собой вязкопластическое течение (часто в сочетании со скольжением) по наклонной поверхности вследствие возрастания напряжений и снижения прочности пород при увлажнении. Другие типы оползней связаны с более узким диапазоном горных пород и особыми инженерно-геологическими условиями и встречаются реже.

Оползни классифицируют также по морфологии, типу подсечки склона, глубине захвата пород смещением и др. Оползневые процессы наносят большой материальный ущерб и нередко сопровождаются человеческими жертвами. Основная причина возникновения оползней -- нарушение соотношения между сдвигающими силами и силами, препятствующими смещению горных пород, главным образом вследствие изменения напряжённого состояния и прочностных характеристик пород.

На развитие оползней оказывают влияние сейсмотектоническая активность, процессы выветривания, эрозии, абразии, суффозии, количество выпадающих осадков и характер их инфильтрации, гидрогеологические факторы, протаивание и промерзание, а также многосторонняя деятельность человека. Успешная борьба с оползнями посредством склонно-укрепительных (в т.ч. водоотводных и дренажных) мероприятий ведётся в Москве, Киеве, Одессе, Волгограде, Горьком и других городах CCCP. На отдельных месторождениях осуществляется контроль за смещением оползающих масс в бортах карьеров.

При региональных исследованиях оползни изучаются методами инженерно-геологического картирования (в т.ч. аэрокосмосъёмки). Разведка месторождений сопровождается изучением особенностей структуры и морфодинамики зоны развития оползней, физико-механических свойств, слагающих её горных пород, оползневых деформаций. Для этой цели используется комплекс различных методов, включающий оползневую, трещинно-морфологическую съёмку, геодезические (в т.ч. фотограмметрические) измерения смещений, наблюдения за деформациями отдельных морфоэлементов, развитием трещин на поверхности склона и в сооружениях, измерения порового давления и напряжённого состояния склонов.

Помимо традиционных инженерно-геологических методов, широко применяются геофизические методы (сейсмоакустические, электроразведочные, радиоизотопные и др.). В результате исследований прогнозируется развитие оползней, уточняется тип их механизма, стадия полного оползневого цикла, в которой они находятся в момент изучения, ритмика процесса, количественное влияние отдельных факторов и их совокупности на ход развития процесса, устойчивость оползневых склонов, время возникновения и скорость оползневых смещений [3, стр. 319 -326].

Противооползневые мероприятия

Для предотвращения катастроф необходимо детально исследовать участок и знать его геологические условия. Потенциально опасные зоны можно уверенно выделить, если геологические условия известны достаточно хорошо и определены структуры, где могут развиваться и, возможно, развивались в прошлом оползни. Основная проблема - установить степень опасности, т.е. вероятное время наступления катастрофы и ее масштабы. Число жертв могло быть гораздо меньше, если бы люди всегда старались селиться подальше от опасных зон.

Основные задачи при изучении оползневых районов и содержание исследований сводятся к следующему.

1. Изучение стратиграфии, состава, условий залегания пород, кор выветривания, тектонических структур, современных тектонических движений.

2. Изучение условий залегания, распространения и режима подземных вод.

3. Определение количественных характеристик оползней (интенсивности, активности, глубины залегания поверхности скольжения, размеров блоков, площади, объема и т.п.)

4. Организация стационарных наблюдений за динамикой смещений, выяснение механизма смещений, режима и факторов активизации оползней.

5. Изучение сопутствующих геологических процессов и явлений.

6. Изучение свойств оползневых и склонных к смещению пород, особенно таких, как плотности, влажности, размываемости, набухания, сопротивления сдвигу, напряженного состояния, изучение изменения этих характеристик во времени и пространстве.

7. Противооползневые мероприятия по своему характеру могут быть разделены на две группы: пассивные и активные. К первой группе должны быть отнесены главным образом мероприятия охранно-ограничительного характера, а именно:

· запрещение подрезки оползневых склонов и устройства на них всякого рода выемок;

· недопущение различного рода подсыпок, как на склонах, так и над ними, в пределах угрожающей полосы;

· запрещение строительства на склонах и на указанной полосе сооружений, прудов, водоемов, объектов с большим водопотреблением без выполнения конструктивных мероприятий, полностью исключающих утечку воды в грунт;

· ограничение в необходимых случаях скорости движения железнодорожных поездов в зоне, примыкающей к оползневому участку;

· охрана древесно-кустарниковой и травянистой растительности;

· запрещение неконтролируемого полива земельных участков, а иногда и их распашки;

· залесение оползневых территорий и др.

Осуществление охранно-ограничительных противооползневых мероприятий не связано с устройством каких-либо инженерных сооружений и проведением трудоемких работ. Эффект от этих мероприятий может быть получен не сразу. Тем не менее, осуществление этих мероприятий необходимо едва ли не в большей мере, чем активных мероприятий.

Ко второй группе следует отнести такие противооползневые мероприятия, проведение которых требует устройства различного рода инженерных сооружений. В зависимости от сложности инженерно-геологических условий, ценности существующих и проектируемых объектов, экономического значения и перспектив использования оползневых территорий рекомендуется применять следующие меры, направленные на устранение активных причин, вызывающих оползни на склонах.

Весьма эффективным противооползневым приемом перераспределения земляных масс на оползневых склонах является метод террасирования, применяемый обычно в комплексе с водоотводами, защитными покрытиями, посадкой древесной растительности и другими мероприятиями.

Применяют следующие виды противооползневых сооружений:

· Подпорные конструкции - обычно применяются для предотвращения оползневых подвижек, когда прочность пород значительно снижена прошедшими деформациями.

· Подпорные стенки - рекомендуется устраивать на сравнительно небольших оползнях, а также на склонах при нарушении их устойчивости в результате подрезок, пригрузок, подмывок и т.д.

· Контрбанкеты - являются одним из наиболее эффективных противооползневых мероприятий. Они устраиваются у подошвы действующего или потенциального оползня и своим весом препятствуют смещению земляных масс.

· Свайные ряды - укрепления оползневых склонов рекомендуется применять в период временной стабилизации оползней, имеющих относительно малую мощность смещенного тела. Сваи располагаются в шахматном порядке, устанавливаются в несмещаемую породу, как правила, на глубину два метра. Чтобы не нарушить устойчивость склона при забивке, сваи погружаются в предварительно пробуренные скважины.

Обязательным мероприятием по снижению геологического риска является организация и ведение системы комплексного мониторинга геологической среды, включающая экзодинамический мониторинг за вертикальными и плановыми изменениями положения оползневых тел и грунтовых масс, гидроэкологический мониторинг за уровнями подземных вод, их составом и динамикой, а также наблюдения за зданиями, сооружениями и подземными коммуникациями, позволяющими судить о деформациях их оснований.

К мероприятиям по снижению геологического риска относятся:

1. мероприятия по предотвращению чрезмерного увлажнения территории с целью исключения образования верховодки, подрезки склонов, ликвидации естественных дрен, подпора грунтовых вод или нарушению подземного стока (поднятие уровня воды в открытых водоемах, котлованах, барражные эффекты, засыпка долин малых рек и оврагов), а также по сооружению устройств для сбора и водоотвода поверхностных и ливневых вод;

2. мероприятия по инженерной подготовке территорий, включающие создание дренажных систем, водоотвод поверхностных и ливневых вод, гидроизоляцию зданий и сооружений, фитомелиорацию склонов, а также поддержание в надлежащем состоянии водонесущих коммуникаций и другие мероприятия.

Достижение стабилизации оползневых склонов может быть достигнута только при выполнении всего комплекса назначаемых мероприятий и работ, частичная реализация правильно назначенного комплекса противооползневых мероприятий не допускается, во избежание снижения устойчивости оползневого склона.

Прогноз оползневых процессов

оползневый сейсмотектонический эрозия активность

Оползневые процессы можно прогнозировать. Для этого, прежде всего, необходимы тщательные инженерно-геологические и инженерно-гидрологические исследования.

Прогноз оползневых процессов необходим:

1. для расположения объектов народного хозяйства и их сооружений в безопасном месте;

2. для своевременного предупреждения возникновения новых оползней или недопущения опасной величины и скорости смещения уже существующих оползней;

3. для предотвращения человеческих жертв при неизбежных крупных оползневых смещениях и аварий на объектах народного хозяйства.

Практическое значение прогноза особенно велико, потому что при современном состоянии техники строительства стоимость противооползневых сооружений очень высокая и применение их экономически оправдано не везде и не всегда. Поэтому прогнозирование оползней - это очень сложная, ответственная и крайне необходимая задача.

Основной целью составления прогноза является обеспечение органов государственного управления, территориальных ведомств и организаций данными о возможных проявлениях и степени активности оползневых процессов.

Для прогноза оползневых процессов на длительный период применяется метод ритмичности, основанный на выявлении периодов активизации оползней, связанных с выпадением осадков и другими метеорологическими элементами.

При составлении краткосрочного прогноза используется метод экспертной прогнозной оценки развития оползневых процессов, основанный на сравнительно-геологическом анализе распространения и условий развития оползней в предшествующие периоды [4, стр. 354-356].

Список литературы

1. В. П. Бондарев «Геология», курс лекций, Москва «Форум-гидра М» 2002.

2. Г. В. Войткевич «Справочник по охране геологической среды», том 1, Ростов-на-Дону «Феникс», 1996

3. А. М. Гальперин, В. С. Зайцев «Гидрогеология и инженерная геология», Москва «Недра», 1989.

4. Г. П. Горшков, А. Ф. Якушева «Общая геология», издательство Московского университета, 1973.

Размещено на Allbest.ru