2015-05-05
1362
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 осыпи, курумы, обвалы и оползни.
Осыпи. На крутых склонах, особенно в горных районах, где развиты скальные породы, активно действует процесс физического выветривания. Породы растрескиваются и обломки скатываются вниз по склонам до места, где склон выполаживается. Этот процесс называется осыпанием. Так, у подножья склонов накапливаются продукты осыпания — глыбы, щебень, более мелкие обломки —и образуются валы —осыпи (рис. 111). Мощность осыпей различна и колеблется от нескольких до десятков метров.
Обвалы. Обрушение более или менее крупных масс горных пород с опрокидыванием и дроблением получило название обвала (рис. 114).
Обвалы возникают на крутых склонах (более 45—50 °) и обрывах естественных форм и рельефа (склоны речных долин, ущелья, побережья морей и т. д.), а также в строительных котлованах, траншеях, карьерах. При крупных обвалах, как это бывает в горах, масса обломков устремляется вниз по склону, дробясь на более мелкие и увлекая за собой попутный рыхлый материал. Образуется облако пыли, масса обломков падает в долины, разрушая здания, дороги, запруживая реки.
|
|
|
Наиболее часто обвалы бывают связаны с трещиноватостью пород,
подмывом или подрезкой склонов, избыточным увлажнением пора: перегрузками обрывов, землетрясениями. Обвалы могут возникать вследствие глубокого растрескивания пород после неправильно выполненных взрывных работ, неудачного заложения выработок относительно напластования и направления трещиноватости.
В большинстве случаев обвалы проявляются в периоды дождей таяния снега, весенних оттепелей. Атмосферные и талые воды ослабляют связи в выветрелых породах, утяжеляют массы пород, оказываю: давление на стенки трещин.
По объему и характеру обрушения обвалы весьма различны. Это могут быть отдельные глыбы или масса пород в десятки кубических метров. Такие маленькие обвалы более свойственны строительным выемкам. В природных условиях нередко наблюдаются катастрофические обвалы, когда обрушиваются миллионы кубических метров пород
От вывалов нависающих глыб и массивов пород применяют опорные железобетонные столбы или стенки.
Успешно можно предупреждать обвалы в строительных выемках. Для этого производят облицовку откосов, ставят подпорные и временные шпунтовые стенки, подпорные щиты. Не следует на длительное время котлованы оставлять открытыми, особенно в период дождей; необходимо отводить поверхностные воды, нельзя перегружать края выемок и подрезать склоны без учета устойчивости пород.
|
|
|
Оползни — это скользящее смещение горных пород на склонах под действием гравитации и при участии поверхностных или подземных вод.
Оползни —явление частое и свойственное склонам долин, оврагов, балок, берегам морей, искусственным выемкам. Они разрушают здания и сооружения на самих склонах и ниже их.
Деформации в результате оползания подвергаются насыпи шоссейных и железных дорог, колодцы, дренажные галереи, трубы, водосливные лотки. —%
Внешний облик оползневых склонов имеет ряд признаков, по которым всегда можно установить, что склоны находятся в неустойчивом состоянии. Там, где происходит отрыв массы пород, образуется серия концентрических трещин, ориентированных вдоль склонов. Сползание пород приводит к бугристости склонов, особенно в их нижней части. За счет давления сползающих пород у подошвы склонов формируются валы выдавливания. Между валами и буграми при определенных условиях скапливаются поверхностные и подземные воды. Это вызывает заболоченность склонов. При активном сползании на склонах хорошо видны смещенные земляные массы и террасовидные уступы. Очень часто внешним признаком оползней является так называемый «пьяный лес» и разорванные стволы деревьев. За счет
сползания пород стволы деревьев теряют свою вертикальность, а иногда даже расщепляются. Аналогичным образом теряют вертикальность столбы телефонной связи и электролиний, заборы, стены. На оползневых склонах можно наблюдать разрушенные дома или здания со значительными трещинами. Характерной чертой этих трещин является наибольшее раскрытие в нижней части здания по склону.
Для возникновения и развития оползней необходимы некоторые определенные условия. Среди них наибольшее значение для склонов имеют: высота, крутизна и форма, геологическое строение, свойства пород, гидрогеологические условия.
При всех равных условиях крутые склоны более подвержены оползням, чем пологие. Так, установлено, что склоны с крутизной менее 15 ° оползней не образуют. Оползни свойственны склонам выпуклой и нависающей конфигурации.
Большое влияние на развитие оползневых процессов оказывает геологическое строение и литологический состав пород склона. Наиболее часто оползни проявляются при залегании слоев с падением в сторону склона, например, оползни Черноморского побережья (Туапсе — Сочи). Типичными оползневыми породами следует считать различные глинистые образования, для которых характерно свойство «ползучести». Такой процесс, например, происходит на склонах лессовых толщ. Подавляющее большинство оползней приурочено к выходам подземных вод.
Устойчивость склона (или степень устойчивости) определяется соотношением сил, стремящихся столкнуть массу пород вниз по склону, и сил, которые сопротивляются этому процессу (рис. 118). Устойчивость земляных масс на склонах выражается уравнением
Т=N tgφ + CF,
где Т —сдвигающая составляющая веса массива; N — нормальная составляющая веса; F — поверхность скольжения оползня; С — сцепление; tgφ — коэффициент внутреннего трения.
Степень устойчивости склона определяют коэффициентом
Куст = (N tgφ + CF)/T.
Числитель отражает сумму сил, которые сопротивляются возникновению сползания, в знаменателе — сталкивающие силы.
Сопротивление оползню оказывают сцепление и внутреннее трение пород. К сдвигающим силам относят вес массы породы, расположенных на них зданий и сооружений, гидростатические и гидродинамическое давление подземных вод и т. д.
При Ку„ > 1 склон находится в устойчивом состоянии; при Куст = 1 в предельном равновесии; при Куст < 1 — внеустойчивом положении и даже происходит оползание.
|
|
|
Для того чтобы склон стал неустойчивым и земляные массы начал! сползать, необходимо дополнительное воздействие. Сползание может возникнуть под действием природных процессов или от производственной деятельности человека.
Основными причинами оползней следует считать три группы процессов:
1. Процессы, изменяющие внешнюю форму и высоту склона колебания базиса эрозии рек, оврагов; разрушающая работа волн I текучих вод; подрезка склона искусственными выемками.
2. Процессы, ведущие к изменению структур и ухудшению физико-механических свойств, слагающих склон пород за счет процессов выветривания, увлажнения подземными, дождевыми, талыми и хозяйственными водами, за счет выщелачивания водо-растворимых солей и выноса частиц текучей водой с образованием в породе пустот (суффозия).
3. Процессы, создающие дополнительное давление на породы слагающие склон: гидродинамическое давление при фильтрации воды в сторону склона; гидростатическое давление воды в трещинах и пора: породы; искусственные статические и динамические нагрузки н; склон; сейсмические явления.
Из вышеперечисленного видно, сколь многообразны условия i причины возникновения оползней. При этом следует помнить, что каждый случай образования оползня может быть связан одновременно с несколькими причинами.
В оползне выделяют следующие элементы:
Наиболее характерными морфологическими элементами оползневых склонов являются стенка отрыва (срыва); поверхность скольжения; подошва оползня, или базис оползания;, оползневой цирк; оползневое тело и оползневые накопления (рис. 3.4).
Стенкой отрыва (срыва) называют обнаженную поверхность, по которой оползень отделился от массива пород. Поверхность скольжения (или кривая скольжения в разрезе) —это поверхность в массиве пород, по которой проходит смещение оползневых масс. В однородных глинах очертания кривой скольжения обычно близки к дуге окружности. При смещении оползня по плоскости напластования, патектоническим или другим трещинам кривая скольжения может иметь сложную форму—прямой, ломаной или волнистой линии. Часто смещение пород при оползании происходит не по отчетливо выраженной поверхности, а захватывает зону пород или носит характер пластических деформаций в толще значительной мощности. В зоне скольжения породы, как правило, разрушены или перемяты и имеют повышенную влажность.
|
|
|
Подошвой оползня называют линию пересечения поверхности скольжения со склоном. На одном участке склона-может быть несколько оползней, располагающихся на разных уровнях. Такие оползни называют многоярусными. При этом смещения земляных масс могут происходить последовательно, вследствие чего образуется ступенчатый оползень.
Массив оползших пород называют оползневым телом. В нем различают голову – самую верхнюю часть оползня и язык – нижнюю часть. За глубину оползня (глубину захвата) принимают мощность оползневых масс, измеряемую перпендикулярно к поверхности склона. Оползневой цирк – это впадина, возникающая на склоне,а бровка оползня, или линия срыва – это дугообразная линия, ограничивающая оползневой цирк со стороны склона.
Принципиально все оползни можно разделить на соскальзывающие и постепенносползающие. При соскальзывании тело оползня перемещается мгновенно, в один прием. Большинство оползней смещается постепенно, хотя и с различной скоростью — от долей миллиметра в сутки до нескольких десятков метров в час.
Движение медленных оползней устанавливается наблюдением за реперами, установленными в теле оползня и за его пределами, а также по маякам, которые укрепляются по обеим сторонам трещин.
Классификация оползней предусматривает выделение собственно оползней, а также их разновидностей в виде сплывов (или сплывин) и оползней — обвалов.
Собственно оползни происходят только путем скольжения земляных масс по склону. Плоскость скольжения обычно располагается на значительных глубинах (многие метры).
Сплывы — смещение земляных масс на небольшой площади (сотни квадратных метров) вследствие водонасыщения верхних слоев. Глубина залегания плоскости скольжения до 1 м. Свойственны весеннему периоду года.
Оползни-обвалы представляют собой смещение земляных масс одновременно по типу скольжения и обвала. Типичны для крутых склонов.
Борьба с оползнями представляет сложную задачу. Это связано с многообразием причин, порождающих этот процесс.
Противооползневые мероприятия назначают с учетом активности оползня. Различают оползни действующие и недействующие.
Недействующие оползни движений не проявляют. Сползание произошло очень давно. Поверхность оползневого тела и следы смещения сглажены геологической деятельностью атмосферных вод. При подработке такие склоны могут приходить в движение.
Действующие оползни требуют применения противооползневых мероприятий. Выбор того или иного мероприятия или комплекса мероприятий зависит от причины, которая порождает данный оползень.
Противооползневые мероприятия. Борьба с оползнями во многих случаях оказывается чрезвычайно сложной, дорогостоящей и зачастую неэффективной. Для успешного применения противооползневых мероприятий необходимо высококачественное выполнение инженерно-геологических изысканий для оценки фактической степени устойчивости склона. Эти изыскания выполняют согласно СНиП 11.105—97.
Ю.П. Правдивец (1998) отмечает, что для успешной реализации противооползневых мероприятий необходима разработка вопросов специальной стратегии и тактики. К первым относят:
• установление природы возможных форм нарушения устойчиво
сти склона и разработка рациональных расчетных схем;
• количественная оценка (иногда с некоторым приближением)
степени устойчивости склона (определение коэффициента устойчивости — запаса);
• выявление наиболее эффективных путей повышения степени
устойчивости склона до необходимых пределов;
• проектирование откосов с наперед заданной степенью устойчивости.
Вторые заключаются, в первую очередь, в выборе в пределах наличной стратегии наиболее эффективных для конкретного случая противооползневых мероприятий и сооружений, не забывая при этом о преимуществах «превентивных» профилактических методов.
Противооползневые мероприятия подразделяют на два вида:
активные, способные воздействовать на основную причину оползня путем полного пресечения или некоторого ослабления ее действия, в частности, снятие перенапряжения фунтовой толщи за счет разгрузки любого вида;
пассивные, направленные на повышение значимости факторов сопротивления, влияющих положительным образом на степень устойчивости, например, пригрузка, закрепление любыми способами.
Мероприятия по обеспечению охранной обстановки касаются в основном ограничений в деятельности человека в районе склона:
• по зеленому поясу (запрещение рубки леса, корчевания и разработки участков под огороды, уничтожение кустарника, травяного покрова);
• по строительству (установление границы предельной застройки, типа и веса сооружений, снос существующих сооружений, замедление темпов строительства);
• по земляным работам (запрещение любых разработок грунта в пассивной зоне —у подножья, загрузки склона в активной зоне —у бровки, увеличения крутизны откоса, вскрытие неустойчивых грунтов);
• в области водного хозяйства (запрещение спуска поверхностных вод и поливов, содержание в порядке водоотводящих и осушительных
устройств, водопроводно-канализационных систем, заделка ям, трещин, установление уровней и темпов сработки вод, омывающих откос);
• по динамическим воздействиям (запрещение применения взрывных работ, забивки свай, работы транспортных средств).
Берегозащитные мероприятия и сооружения на водотоках и водоемах у подножья склона включают отвод и выправление русел, устройство защитных покрытий, возведение лотков, быстротоков, перепадов, стен — набережных.
Водоотводные осушительные и дренажные мероприятия и устройства делят на:
• работы на поверхности — (планировка местности, заделка трещин, устройство покрытий, дамб, обвалования, нагорных и осуши
тельных каналов, лотков, каптаж источников);
• бустройство дренажей (продольные и поперечные прорези и галереи, дренажные шахты, поглощающие скважины и колодцы);
• выполнение изоляционных мероприятий (устройство различных инъекционных завес, глинизация, замораживание грунтов).
Землеустроительные мероприятия направлены на:
• разгрузочные работы в активной зоне (полный съем оползневых масс, срезка активной части оползня, очистка скальных откосов, террасирование и уполаживание склона, общая планировка склона) и пригрузки в пассивной зоне (отсыпка и отвал фунта);
• покрытие скальных склонов металлическими и геосинтетическими сетками;
• армирование поверхности геосинтетическими материалами (сетками, ячеистыми каркасами и т. п.);
• устройство каменных ловушек.
Механическое крепление склона (откоса) связано с устройством одиночных прошпиливающих элементов в виде свай различного типа, проходящих сквозь оползень в коренные породы или рядов в виде шпунтовых стенок, инъекционных и мерзлотных завес и др.
Подпорные сооружения предусматривается возводить в виде шпунтовых стенок (металлических, железобетонных, деревянных), подпорных стен (каменных, бетонных, железобетонных), стен из свай-оболочек большого диаметра, а также в виде упорных валов (поясов) из грунта, каменной наброски, массивов-гигантов.
Покрытия предназначены для закрепления поверхности склона от воздействия ливневых и речных вод. Их выполняют из песчаных, гравелистых, галечных грунтов, каменной наброски, каменного мощения, шлако-глинобетона, асфальта и асфальтобетона, бетона и железобетона, геосинтетических пленок из армированного высокопрочного полиэтилена. Для закрепления береговой зоны часто используют фашинные тюфяки i
Использование растительности направлено на закрепление и осушение склона. Здесь предусматривается сплошное травосеяние, посадка влаголюбивого кустарника, облесение склона (вяз, дуб, клен, липа, лиственница).
Искусственное уплотнение и закрепление грунтов на склоне предусматривает проведение различных инъекций (цементация, спликатизация, битумизация, глинизация), замораживание фунтов, уплотнение электроосмосом.
Обеспечение устойчивости возводимых сооружений в зоне действий оползня преследует цель повышения безопасности и включает мероприятия:
• по удалению неустойчивого массива на всю его мощность (до коренных неоползнеопасных пород);
• закладку глубоких фундаментов, опирающихся на устойчивые породы;
• устройство фундаментов из буронабивных свай;
• использование каркасных конструкций;
• армирование крутых откосов геосинтетическими сетками и каркасами;
• применение железобетонных поясов;
• устройство деформационных швов.
