ГЕОЭКОЛОГИЯ. ИНЖЕНЕРНАЯ ГЕОЛОГИЯ. ГИДРОГЕОЛОГИЯ. ГЕОКРИОЛОГИЯ, 2013, № 3, с. 224-231
УДК 624.131: 624.131.543
АНАЛИЗ МЕРОПРИЯТИЙ ПО ЗАЩИТЕ СКЛОНОВОЙ ТЕРРИТОРИИ ОТ ГЛУБОКИХ ОПОЛЗНЕВЫХ ПОДВИЖЕК
© 2013 г. Г. П. Постоев, А. И. Казеев
Институт геоэкологии им. Е.М. Сергеева РАН, Уланский пер., д. 13, стр.2, Москва, 101000 Россия. E-mail: opolzen@geoenv.ru
Поступила в редакцию 05.12.2011 г. После исправления 05.09.2012 г.
Эффективные защитные мероприятия и рациональное освоение склоновой территории на участках возможного развития глубоких оползневых подвижек должны базироваться на учете особенностей механизма формирования и развития глубоких блоковых оползней.
Ключевые слова: глубокие блоковые оползни, механизм оползня, защитные мероприятия.
ВВЕДЕНИЕ
На равнинных территориях, в том числе в пределах больших городов, населенных пунктов, прохождения важнейших коммуникаций (мостов, магистральных трубопроводов, ЛЭП и др.), большое распространение получили глубокие блоковые оползни, особенно по берегам крупных рек. Развитие глубоких оползневых подвижек ставит порой трудноразрешимые вопросы по защите существующих и проектируемых сооружений.
С одной стороны, медленное развитие деформаций на оползневых участках вызывает иллюзию относительной устойчивости рассматриваемой территории с возможностью хозяйственного ее использования, особенно в условиях тесной городской застройки. С другой стороны, периодические разрушительные активизации оползневого процесса с вовлечением в деформирование значительных территорий ставят сложные задачи по защите хозяйственных объектов и сохранению исходного ландшафта.
Известно, что укрепление склонов на участках развития глубоких блоковых оползней часто сталкивается со значительными трудностями. Такое положение дел обусловлено сложностью механизма формирования и активизации оползней, большими размерами оползневых цирков и глубоким расположением поверхности скольжения, необходимостью оценки напряженно-деформированного состояния как оползневого
массива, состоящего из смещенных оползневых относительно монолитных блоков, так и коренного массива, примыкающего к оползневому склону сверху [4].
В России воздействию оползней, в том числе глубоких, подвержено более 700 городов. Среди них такие большие города, как Москва, Нижний Новгород, Казань, Ульяновск, Волгоград, Чебоксары, Саратов, Саранск, Пермь, Сочи, Ростов-на-Дону, Томск, Барнаул.
С поверхностными относительно неглубокими оползнями с глубиной захвата грунтовой толщи 2-5 м, редко до 10 м, с которыми неизбежно приходится сталкиваться при строительстве на склоновых территориях, обычно удается бороться посредством известного комплекса противооползневых мероприятий, включающего регулирование поверхностных и подземных вод, осушение оползневых масс, повышение прочности и плотности деформирующихся грунтов в зоне смещения оползня и удерживающие сооружения в виде подпорных стен, свайных ростверков, контрбанкетов и контрфорсов.
Значительно более трудная задача - это борьба с крупными, глубокими оползнями. Российский опыт урбанизации оползнеопасных территорий показывает, что полной стабилизации склонов с развитием глубоких оползневых подвижек добиться не удается. Наиболее частыми мероприятиями, используемыми для этой цели, являются
берегоукрепление, дренажные штольни, террасирование склона, отсыпка контрбанкета и реже -свайные ростверки.
Однако активизация деформаций и катастрофические подвижки глубоких оползней периодически происходят и на укрепленных склонах, нанося значительный ущерб существующей инфраструктуре. Так, в Саратове на склоне Соколовой горы оползни с деформированием нижнемеловых глин (глубина захвата грунтовой толщи более 100 м) происходили в 1783, 1818, 1846, 1869, 1884, 1913, 1915, 1927, 1967, 1968, 1986 гг. с разрушительными деформациями территории города и с выпором дна р. Волги. Объем смещающихся массивов - около 10 млн. м3 [6].
Эффективные защитные мероприятия и рациональное освоение склоновой территории на участках возможного развития глубоких оползневых подвижек должны базироваться на учете особенностей механизма формирования и развития глубоких блоковых оползней. Эти аспекты рассматриваются в данной статье.
Особенности механизма развития глубокого оползня. На этапе формирования оползневого блока в коренном грунтовом массиве происходит сжатие (раздавливание) нижних горизонтов. При этом в грунтах, прочность структурного каркаса которых ниже давления верхних пластов, действует боковой распор (распорное горизонтальное давление). Данному активному распорному давлению противодействует со стороны склона пассивное горизонтальное давление в деформирующемся горизонте. Верхние пласты склоновых отложений оказывают пассивную пригрузку на деформирующийся горизонт. Когда величина вертикальной пассивной пригрузки оказывается недостаточной, чтобы уравновесить упомянутое активное распорное давление, прибровочная часть коренного массива, примыкающая вверху к склону, оседает и отделяется от остальной части коренного массива отвесной трещиной. Новый блок смещается по крутой криволинейной поверхности скольжения (толкая и перемещая существующее тело оползня, состоящее из ранее смещенных блоков), которая выполаживается к основанию (в основном деформирующемся горизонте) до почти горизонтальной поверхности скольжения. Кроме поступательного движения оползневые блоки могут осуществлять повороты по вращательной траектории, нередко увеличивая степень запрокидывания блока по мере удаления от бровки оползневого склона.
Причина образования природных глубоких блоковых оползней, как правило, - подмыв высоких склонов речными (морскими) водами. В Одессе, по данным П.Н. Науменко [3], скорость размыва пород вследствие абразии превышает среднюю скорость поступления оползневых масс в нижнюю часть склона, вызывая периодическое отделение от плато новых оползневых блоков.
Но последующая активизация глубоких подвижек вполне может происходить и при отсутствии активной переработки нижней части склона. Развитие оползневого процесса в образовавшемся оползневом цирке происходит с разной степенью активности во времени до тех пор, пока отделившиеся от коренного массива блоки, оседая, продолжают толкать и перемещать склоновые оползневые массы к реке. Процесс достигает временной стабилизации, когда оползневой склон выполаживается и образуется относительно ровная оползневая терраса, примыкающая к высокой стенке срыва - откосу коренного уступа. Критическое значение высоты стенки срыва свидетельствует о достижении предельного состояния устойчивости прибровочной части коренного массива и возможности нарушения равновесия в любой момент.
Особенность механизма активизации глубоких блоковых оползней - так называемое свойство "саморазвития". Оно заключается в следующем. Оседая, отделившийся от коренного грунтового массива оползневой блок "отодвигает" находящиеся перед ним оползневые массы, образуя по границе с коренным грунтовым массивом (по бортовым границам блока) опущенные трещины растяжения, которые глубоко "подрезают" коренной массив. При этом происходит снижение пассивного горизонтального бокового давления со стороны склона в деформирующемся горизонте массива, и формируется новый оползневой блок в коренном массиве.
Регламентирующие следствия механизма оползневого процесса. Цепочка причинно-следственных связей "особенности механизма оползневых деформаций - защитные мероприятия" проиллюстрирована на рис. 1.
1. Активность оползневых смещений в очаге (цирке) обеспечивается высоким положением оползневых блоков, примыкающих к верхней границе (стенке срыва) оползневого склона (см. рис. 1а). Смещение оползневого тела, как
указывалось выше, вызывается оседанием упомянутого блока и его силовым воздействием на остальную часть оползневого массива в очаге. Интенсивность смещений зависит как от размеров оползневых блоков, грунтов, в которых развивается оползневой процесс, так и от степени воздействия факторов. В прочных скальных массивах, на высоких склонах этот процесс может протекать в течение многих веков (так называемые оползни "отседания" [6], рис. 2). Это важная закономерность глубоких подвижек. Ее необходимо учитывать в случаях строительства на территории оползневых очагов (цирков) и прилегающей акватории водоемов, и даже в тех случаях, когда по внешним признакам представляется, что на склоне отсутствуют какие-либо деформации.
2. Поступательное и вращательное движения оползневых блоков - специфическое свойство оползней рассматриваемого типа. Оно в значительной степени обусловливается механизмом формирования оползневых блоков в виде сжатия (раздавливания) грунтов деформирующегося горизонта, их выдавливания в сторону склона с
, , а 6 в
Н = Л =5
Шё
7 2 д 8 д
У ......._ ,_ ,
у/Г 6 10
Рис. 1. Характерные схемы оползневого склона с развитием глубокого блокового оползня (2), (1) - коренной массив: а -высокое положение верхнего оползневого блока, регламентирующего оползневое смещение (3); б - поступательное и вращательное движения блоков (4 - маркирующий жесткий слой); в - бугор сжатия (5) в оползневом теле; г - образование "подрезающей" трещины (6) у основания стенки срыва и "закольной" трещины (7) в оползнеопасном коренном массиве; д - предельное состояние коренного массива у стенки срыва с бровкой (5) радиусом Я и подготовка нового оползневого блока (9); 10 - поверхность скольжения.
оседанием и запрокидыванием блока. На основании изучения оползней на Одесском побережье Черного моря П.Н. Науменко показал, что вращательное движение блоков, по мере их смещения
Рис. 2. Принципиальная схема формирования и развития блочных оползней Восточной Сибири [7]: I - оползни глубинной ползучести; II - оползни сдвига и скольжения: 1 - песчаниково-карбонатные или известковистые породы (жесткий кроющий массив); 2 - подстилающие глинистые породы; 3 - разупрочненные глинистые породы, подверженные пластическим деформациям; 4 - обвально-осыпные накопления; 5 - песчано-галечные отложения современного руслового аллювия; 6 - заполнители рвов; 7 - уровни подземных вод; 8 - источники; 9 - трещинов
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.