Разрушительное действие оползней

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Цель реферата состоит в ознакомлении с сущностью этого явления, в выявлении причин его возникновения, в установлении экологических последствий и влияний на хозяйственную деятельность человека, а также возможные меры борьбы или управления данным явлением.

Оползни, т.е. крупное смещение земляных масс, связано с деятельностью подземных и поверхностных вод и другими факторами. Они развиваются на крутых береговых склонах оврагов, долин рек, озер и морей.

Поскольку оползни не только изменяют форму рельефа, но и наносят непоправимый вред народному хозяйству и жизнедеятельности человека, они нуждаются в более глубоком изучении, для устранения негативных последствий.

1. Определение и сущность явления

«Оползнями называют скользящее смещение масс горных пород вниз по склону под влиянием силы тяжести. Импульсом к началу такого смещения обычно служит выпадение необычно обильных дождей или быстрое таяние снежного покрова, вызывающее избыточное поступление воды в водопроницаемые толщи, а также сейсмические толчки.»

В горах оползневые процессы происходят при переувлажнении рыхлых отложений, залегающих на крутых склонах. На равнинах образование оползней обусловлено наличием глинистых водоупорных слоев, располагающихся наклонно в стороны речной долины, глубокого оврага или к крутому берегу моря. Такое залегание пород создает механически неравновесные условия для грунтовых масс, находящихся над водоупорным слоем. Поверхность этого слоя при избыточном увлажнении становится скользкой, прочность сцепления водоупорной поверхности и вышезалегающей грунтовой толщи ослабевает и в тот момент, когда сила сцепления водоносного слоя с залегающей выше толщей становится меньше силы тяжести этой толщи, начинается скольжение отдельных блоков грунта по наклонной поверхности водоупора.

Крупные оползни с глубоким смещением горных пород вызывают значительные изменения в очертаниях береговых склонов и придают им особые формы. Пунктиром указано первоначальное положение крутого берегового склона. После оползня он принял совсем иную форму, представленную сплошной линией. Во всяком оползневом склоне можно выделить отдельные основные элементы.

«Поверхность скольжения часто имеет на себе следы полировки или штриховки, вызванные трением пород друг о друга при сползании. Такую полировку часто называют зеркалами скольжения. Сместившиеся горные породы, располагающиеся в нижней части склона, называются оползневыми накоплениями, или оползневым телом. Верхняя, более крутая часть склона, расположенная выше оползневого тела, называется надоползневым уступом. Оползневое тело в поперечном разрезе обычно выражено в виде террасовидной ступени, часто запрокинутой в сторону ненарушенной оставшейся части склона и называемой оползневой террасой. Поверхность такой террасы чаще всего неправильно бугристая, иногда же более или менее выровнена. Место сопряжения оползневого тела с надоползневым уступом, выраженное иногда понижением в рельефе, называется тыловым швом оползня. Она может располагаться на различных уровнях в зависимости от состава горных пород, слагающих склон, и характера оползневых смещений. В большинстве случаев она находится у подошвы склона, иногда выше его, но местами опускается значительно ниже, уходя даже под уровень воды реки или моря.

Часто оползневое тело представляет собой серию блоков, соскользнувших вниз под влиянием собственного веса. При этом в блоках сохраняется последовательность слоев и только наблюдается их запрокидывание в сторону ненарушенной части склона. Это по А. П. Павлову, деляпсивная часть оползня, происшедшая под действием силы тяжести горных пород (лат. delapsus - падение, скольжение). В нижней части такого оползня сместившиеся породы сильно раздроблены и перемяты под напором вышележащих блоков. Это детрузивная часть оползня, возникшая вследствие толкания оторвавшихся сверху блоков (лат. detrusio - сталкивание). Иногда давление оползневых масс настолько значительно, что перед ними возникают бугры выпирания пород, слагающих основание склона. В таких крупных оползнях вдоль поверхностей скольжения образуются оползневые брекчии трения. В ряде оползневых районов наблюдаются сложные оползни, состоящие из многих отдельных блоков. В таких сложных оползнях обычно сочетаются деляпсивный (в верхней части склона) и детрузивный (в нижней части склона) типы смещений.

Крупные оползневые смещения образуют огромные цирки, или вернее полуцирки, глубоко выдающиеся в берег. Они чередуются с более устойчивыми участками склона, представляющими собой как бы мысы, называемые межоползневыми гребнями.»

2. Причины возникновения

Для образования оползней на склонах необходимы следующие факторы: наличие водного слоя и его наклона в сторону склона, наличие водоносного горизонта и подземных вод.

Движение толщи может быть вызвано разными причинами: землетрясением, сильным дождем, увеличившим ее вес, подмывом склона рекой или морем и неосторожным срезанием его человеком.

Исследования оползневых районов показали, что оползни представляют собой сложный процесс, протекающий под влиянием комплекса факторов, в числе которых находятся и подземные воды. К таким факторам относятся:

1.Интенсивный подмыв берега рекой или абразия морем (разрушение действием прибоя) в ряде случаев являются одной из главных причин возникновения оползней в Поволжье, на Черноморском побережье Кавказа и в других районах. При подмыве берега рекой или абразии морем увеличивается крутизна склона и его напряженное состояние, что в конце концов приводит к нарушению равновесия земляных масс и их оползанию.

2.Влияние атмосферных осадков сказывается на устойчивости земляных масс. Так, например, отмечается, что оползни в овражной сети Южного побережья Кавказа происходят преимущественно в конце дождливого периода (февраль - март), когда наблюдается максимальное насыщение грунтов водой. В целом важное значение имеет степень обводненности пород как метеорными, так и подземными водами.

3.Изменение консистенции (состояния) глинистых пород склона в результате воздействия подземных или поверхностных вод и процессов выветривания. При условии обнажения глины в береговом склоне она подвергается воздействию различных внешних факторов и выветривается, постепенно усыхает, растрескивается. Особенно этому помогает периодическое воздействие воды, при котором попеременные увлажнение и высыхание могут совсем нарушить ее монолитность. При насыщении водой такая разрушенная глина приобретает пластическое или текучее состояние и начинает сползать по склону, увлекая за собой и другие породы.

4.Образованию оползней способствуют процессы суффозии (от лат. suffosio- подкапывание, подмывание), заключающиеся в выносе фильтрующимися водами сквозь водопроницаемые отложения мелких обломочных частиц, вследствие чего эти отложения становятся менее плотными, а наклонно залегающие над ними грунтовые массы начинают сползать вниз по склону. В условиях выровненной поверхности суффозия приводит к проседанию грунта и образованию неглубоких замкнутых депрессий рельефа. Такие формы рельефа, часто встречающиеся в степной зоне на площади залегания лессов и лессовидных отложений, известны под названием степных блюдец, просадочных западин и т.п.

5.Гидродинамическое давление, создаваемое подземными водами близ выхода на поверхность склона. Особенно это проявляется при наличии гидравлической связи подземных вод с рекой. В этом случае в моменты половодий речные воды питают подземные, вследствие чего их уровень также поднимается. Спад полых вод в реке происходит сравнительно быстро, а понижение уровня подземных вод в склоне относительно медленно. Получается как бы разрыв между уровнями подземных и речных вод, чем и создается дополнительное гидродинамическое давление в склоне. В результате может произойти выдавливание присклоновой части водоносного слоя, а вслед ним оползание горных пород, расположенных выше. В связи с этим в ряде случаев отмечается активизация оползней после паводков.

6.Условия залегания горных пород, слагающих склон, или, иначе, структурные особенности. К ним относятся: падение пород в сторону реки или моря особенно если среди них есть слои глин и водоносные горизонты на них; наличие тектонических и других трещин падающих в том же направлении; значительная степень выветривания пород.

7.Неосторожная деятельность человека, которая иногда приводит к нарушению устойчивости склона. Это может быть связано : с искусственной подрезкой склонов, с разрушениями пляжей (как это иногда имело место при строительстве морских портовых сооружений без учета естественных условий формирования пляжей и направления движения наносов), с дополнительной нагрузкой на склон, с неуемной вырубкой леса.

3. Классификация явления

Существует большое количество различных классификаций оползней. Они обычно делятся на три группы - общие, частные и региональные классификации. «Общие классификации учитывают особенности оползневого процесса по комплексу признаков. Частные классификации основаны на выделении более существенных факторов, способствующих оползанию.» Общие и частные классификации используются для определения применимости различных методов расчета устойчивости склонов и выбора противооползневых мероприятий. Региональные классификации составляются для районов широкого развития оползней.

Из общих классификаций следует отметить классификации А. П. Павлова (1903), Ф.П. Саверенского (1934), Т.С. Золоторева (1963).

«По структуре оползневого склона и положению поверхности скольжения, по Ф. П. Саваренскому, различают следующие оползни: в однородных неслоистых породах с криволинейной поверхностью скольжения; оползни, у которых поверхность смещения предопределена геологическим строение; оползни, поверхность скольжения которых пересекает пласты различных пород.

Из частных классификаций следует отметить классификацию Е. П. Емильяновой (1959), где главным фактором являются подземные воды. При региональных классификациях выделяют оползни, приуроченные к определенным стратографическим горизонтам и склонам разного генезиса (оползни третичные, абразионные и др.)

В классификации более высокого, например, в классификации склоновых движений по типу пород уровня приведены шесть типов оползней.

Оползни по наслоениюотносятся к склоновым движениям скальных и полускальных горных пород, которые имеют высокую прочность в образце, малую изменчивость прочности при длительных, кратковременных и ударных нагрузках, сильное влияние трещиноватости и тектонических нарушений на прочность массива, не набухают. Этот вид оползня проявляется в медленном смещении масс по поверхности. Они возникают, когда залегание поверхностей пологое, по которым сцепление незначительно.

Оползни-надвигипроисходят в глинистых породах, которые характеризуются низкой прочностью в образце, большой разностью прочности при ударных кратковременных и длительных нагрузках, набуханием. Происходит умеренное и медленное движение. Поверхность скольжения проходит в нижней части по контактам между слоями, а вверху пересекая их.

К этой же категории относятся контактные оползни иоползни однородных пород.Первые наблюдаются в виде смещения по контактным слоям и характеризуются наличием подрезанных снизу контактов между слоями, а вторые представлены циклическим оползанием и крутым уклоном суглинков.

Оползни-потоки характерны циклическим оползанием и разжижением и проявлением в пылеватых породах, имеющих тиксотропные свойства (тиксотропное разжижение и размокание). Возникают при насыщении водой до влажности выше предела текучести. Сюда же можно отнести ифильтрационные оползни, являющие собой циклическое обрушение песчано-глинистых пород над песчаной оплывиной, когда фильтрующий и оплывающий слои ниже слоя глинистых пород.

4. Разновидности

В зависимости от объема сползающих масс, различают мелкие (сотни и тысячи м³), средние (десятки тысяч м³), крупные (сотни тысяч) и очень крупные (миллионы м³) оползни.

Оползни отвалов образуют самостоятельную группу деформаций откосов при открытых разработках. Среди оползней отвалов различают простые и сложные. В зависимости от положения поверхности скольжения С. И. Попов выделил подошвенные, подподошвенные и надподошвенные оползни. Основные типы оползней откосов бортов карьеров (по П. Н. Панюкову).

5. Распространение и масштабы проявления

«География оползней обширна. Они развиты в районах Поволжья: Нижний Новгород, Ульяновск, Вольск, Саратов и др. Встречаются оползни на берегах Оки, Камы, Печоры, на Москва-реке.»

«От оползней страдают берега Волги, берега Черного моря около Одессы, Южный берег Крыма и Кавказское побережье от Туапсе до Сухуми, где они вызывают большие разрушения и требуют крупных расходов по укреплению.»

6. Динамика

Динамика оползневых процессов характеризуется определенными закономерностями их развития во времени. «Прежде всего следует различать оползни древние и современные. В соответствии с этим И. В. Поповым была предложена принципиальная схема общих закономерностей динамики развития оползней.

Если природные условия благоприятны и создается ситуация для реализации сдвигающих и скалывающих усилий, начинается подготовка к нарушению равновесия масс горных пород. В это время могут происходить разные явления: «увеличение выветренности горных пород, изменение их влажности и физического состояния, снижение их прочности, изменение крутизны склона, пластические деформации (ползучесть), в том числе явления глубинной ползучести в горных породах».

Кинетика потери устойчивости склона с учетом ползучести изучена Г. Н, Тер-степаняном. «Ползучесть - это медленная деформация пород без образования поверхности скольжения, происходящая при напряжениях значительно меньших, чем временное сопротивление сдвигу. В зависимости от величины напряжения возможны три формы протекания деформации: 1-возрастание деформации останавливается в некоторый момент времени t1, достигнув постоянной величины; 2-возрастая вначале быстро, далее с момента t2 деформация начинает протекать с постоянной скоростью; 3-в некоторый моментt3 деформация переходит в срез.»

Породы склона в зависимости от напряжений, испытываемых ими в разных точках, могут находиться в разных фазах деформации: 1-стабилизации, 2-ползучести, 3-среза.

В образовании оползней выделяют четыре стадии (по Е. П. Емельяновой):

«1.Стадия подготовки оползня, во время которой уменьшается коэффициент устойчивости склона и нарастает деформация пород, предшествуя их разрушению.

2.Стадия основного смещения оползня, во время которой вслед за разрушением пород вдоль поверхности скольжения происходит за сравнительно короткий срок большая часть оползневого смещения.

3.Стадия вторичных смещений - период, в который в теле оползня смещаются породы, не пришедшие во второй стадии в устойчивое состояние.

4.Стадия устойчивости (стабилизации) - горные породы не испытывают деформаций, коэффициент устойчивости склона постоянный или возрастает.»

Продолжительность первых трех стадий различна. Наиболее длительна первая из них, хотя и последующие могут протекать десятилетия. Последняя стадия может быть прервана при подрезке склона, землетрясениях и т.д.

Скорость движения оползней изменяется от долей миллиметра в сутки до нескольких десятков метров в час.

Размеры оползней значительны. Так оползень на реке Зеравшан (Таджикистан), произошедший 24 апреля 1964 года, по объему сместившихся пород составляет более 20 млн.м³. Он перекрыл реку и образовал насыпную плотину высотой 150 м. Причиной явилось обилие атмосферной воды, проникновение по трещинам, снижение сцепления рыхлых отложений, снижение сцепления рыхлых пород с плотными, и они сдвинулись.

Весьма типичен оползень на берегу моря у Лайм-Риджис в Англии. Берег сложен здесь из белого мела, песчаников с кремнями и рыхлого песка меловой системы, подстилаемых юрской глиной, которая водонепроницаема. Пласты наклонены к морю, и грунтовая вода стекает по глине, образуя многочисленные ключи и создавая условия для сползания вышележащей толщи. После дождливой погоды 1839 года, напитавшей водой эти толщи и тем самым увеличившей их вес, 24 декабря весь берег пришел в движение, разбился на громадные глыбы, разделенные расселинами и оврагами, и пополз к морю. Давлением масс выдвинуло со дна моря гребень длиной в километр и высотой в 12 метров, состоявший из оторванных глыб, покрытый морскими водорослями, раковинами, морскими звездами и пр. и образующий теперь ряд утесов.

Возле Одессы берег моря состоит сверху из третичных глин, подстилаемых известняком, который покоится на синей глине; по последней грунтовые воды стекают к морю и вызывают периодические оползни. Крупные глыбы отрываются от берега, ползут, опрокидываются; все побережье разбито расселинами и оврагами, а со дна моря выдавливаются отмели. Размеры оползней увеличились с тех пор, как здесь стали добывать известняк для городских построек и обширные каменоломни дали доступ атмосферным осадкам к нижней глине.

Южный берег Крыма страдает от оползней почти на всем протяжении. Здесь на поверхности сильно складчатых сланцев и песчаников триаса и нижней юры лежит мощный слой грубого делювия, образующегося от разрушения и обвалов вышележащих мощных известняков верхней юры, слагающих обрывы Яйлы. В этот делювий проникают атмосферные осадки и источники Яйлы, и он сползает по крутым откосам сланцев вместе со зданиями и садами, рассекается трещинами, разрушает дома. Берег Черного моря от Туапсе до Сухуми также неустойчив; ближайшей причиной оползней часто являются подмыв берега прибоем и срезание его при проведении железной дороги и шоссе.

Правый берег Волги в разных местах - в Ульновске, Вольске, Саратове, Сызрани, Батраках и др. - часто сползает, потому что он состоит из водонепроницаемых и водоносных слоев и наклонен к реке.^[8]

7. История исследования

Прогнозирование стихийного явления.

Прогноз оползневых явлений в зависимости от стадии инженерно-геологических изысканий может быть качественным и количественным.

«Качественная оценка устойчивости откосов основывается на изучении, описании и анализе инженерно-геологических условий склонов, их высоты и крутизны, особенностей рельефа, условий залегания горных пород, их состава, физического состояния и свойств; обводненности, сопутствующих геологических процессов и явлений.»^{[2 стр.158]}

Все это позволяет дать оценку устойчивости склона в описательной форме: образование оползня неизбежно, возможно, сомнительно, нет оснований ожидать возникновения оползня.

Количественные прогнозы основываются на строгих, конкретных методах - моделирования и расчетов.

Обычно предвестником оползневых смещений служит появление одной или нескольких трещин, расположенных ваше берегового склона (рис.6). Эти трещины срыва постепенно расширяются, и отчленяющаяся часть склона начинает оползать вниз (рис.7 А, Б). Помимо форм рельефа, создаваемых оползневыми процессами, хорошим показателем являются неправильно ориентированные деревья на поверхности оползневого тела. Они в процессе смещения выводятся из своего вертикального положения, приобретают на отдельных участках различный наклон, искривляются, а местами расщепляются, как это наблюдалось в парке Фили (Москва), на Южном берегу Крыма и в других местах.

Оползни могут повторяться на одном и том же участке неоднократно из года в год. Сползшие массы, если они не уносятся с подножия склона речными водами или морскими волнами, могут препятствовать дальнейшему развитию оползня. Деревья на оползневых склонах приобретают наклон и образуют так называемый «пьяный лес».

«Для оценки возможности возникновения оползня пользуются коэффициентом устойчивости склона, который показывает соотношение сил сопротивления оползневому смещению и активных сдвигающих сил. В различных условиях он равен:

- при плоской поверхности скольжения - отношению сумм проекций вышеуказанных сил на плоскость скольжения;

- при круглоцилиндрической поверхности скольжения - отношению сумм моментов соответствующих сил относительно оси вращения;

- при любом виде поверхности смещения - отношению суммарной прочности пород вдоль этой поверхности (на сдвиг) к сумме касательных сил вдоль той же поверхности.

Оползни возможны, когда коэффициент устойчивости склона (переменный во времени в зависимости от различных факторов), уменьшаясь, становится равным единице.»

Для прогноза оползней применяются расчетные методы, основанные на определении коэффициента устойчивости склона путем сравнения напряжения в склоне с прочностью слагающих его пород, методы учета баланса земляных масс и др.

Проводятся регулярные наблюдения за оползневыми явлениями в районах, где эти процессы могут принести ущерб народному хозяйству. «Наблюдения ведут по специальным реперам, установленным в теле оползня. Периодически, проверяя инструментальную съемку, следят за изменениями отметок планового положения реперов, что позволяет определить скорость движения оползней. Одновременно проводят наблюдения за режимом подземных вод в скважинах, расходами родников, влажностью пород, осадками, водоносность рек и др., следят за появлением на склонах новых трещин или изменением размеров старых.»

8. Экологические последствия и влияние на хозяйственную деятельность человека

Оползни наносят большой вред народному хозяйству.

В некоторых городах, расположенных по берегам крупных рек (в частности в районах Среднего и Южного Поволжья), оползни создают сложные ситуации, вызывая разрушение жилых и производственных зданий, коммуникаций.

Оползни, происходящие в районе Одессы, систематически сокращают площадь лучшей дачной местности города, уничтожая сады и разрушая здания.

Естественные условия, способствующие оползням, например, на берегах Волги, усугубляются неосторожностью человека, срезающего нижнюю часть склона для проведения улиц, дорог к пристаням и нагружающего вышележащий склон зданиями, которые со временем обязательно разрушатся. Отсутствие канализации в городах увеличивало раньше количество воды, проникающей в водоносные слои.

Западный берег озера Байкал от истока реки Ангары до станции Култук обусловлен крупным сбросом, создавшим глубокую впадину озера. При проведении железной дороги это не было учтено; многочисленные тоннели и выемки пересекают оконечность мысов между долинами слишком близко к крутым береговым откосам, где твердые горные породы разбиты трещинами, параллельными главному сбросу, и поэтому неустойчивы. Происходят обвалы стенок выемок, искривляя пути, выпадение глыб из сводов тоннелей вследствие продолжающихся мелких подвижек вблизи сброса.

«Для успешной борьбы с оползнями необходимо знание режима подземных вод. Правильное регулирование режима подземных вод способствует прекращению оползней.»

«Мерами борьбы с оползнями является лесонасаждение и подсыпки, укрепление склонов путем покрытия дерном с прошивкой сваями и кольями. Более надежно склон закрепляется бетонными и каменными стенками. Еще более надежное средство - устройство подземного дренажа (прокладка труб) и поверхностный дренаж - путем устройства водосборных бетонированных канав на поверхности склона для сбора атмосферных вод.

Таким способом, например, укреплен крутой склон правого берега Москвы-реки на Воробьевых горах, где возвышается лыжный трамплин.»

Заключение

оползень природный безопасность стихийный

По возможности полно изучив данное явление, я с уверенностью могу сказать, что оползни по разрушительности и непредсказуемости последствий не уступает наводнениям, землетрясениям и другим катастрофам нашей планеты. Доказательством может служить недавно произошедший оползень на юге Киргизии, в селе Будалык. Произошло это 27 марта 2004 года. По словам очевидцев, объем сместившихся горных пород составил несколько млн. м³, было стерто с лица земли 12 домов и погибло 33 человека. Ранее в этом районе уже случались подобные явления, но не столь крупных масштабов. Проводившиеся исследования показывали, что горы не опасны и возможность новых оползней ничтожна. Причиной этого оползня стало землетрясение, произошедшее ночью перед катастрофой. В данный момент специалисты утверждают, что существует угроза новых оползней.

Этот случай дает понять насколько несовершенны методы исследования, прогнозирования и диагностики оползней. Поэтому необходимо продолжать изучение данного явления, как одного из опасных явлений.

Размещено на Allbest.ru