Глава 2. Чрезвычайные ситуации в литосфере виды чрезвычайных ситуаций природного характера и их характеристика
 Скачать 3.06 Mb.
|
Шкала скоростей движения оползней
Объем пород, смещаемых при оползнях, колеблется в больших пределах – от нескольких сот до многих миллионов кубических метров. Деформация земной массы при оползнях достигает 100–1200 м вдоль склона, 80–180 м – вглубь массива. Оползни различают:
Оползни, вызванные изменением природных условий, как правило, не начинаются внезапно. Первоначальным признаком начавшихся оползневых подвижек служит появление трещин на поверхности земли, разрывов дорог и береговых укреплений, смещений деревьев и т. п. С максимальной скоростью (десятки км/час) оползни движутся в начальный период, с течением времени скорость постепенно замедляется. В самостоятельную группу можно выделить оползни искусственных земляных сооружений – железнодорожных насыпей, терриконов и отвалов горных пород. В Средней Азии в зоне контактов лессов с другими породами, зафиксированы оползневые смещения от десятков тысяч до 40 млн м3. В подобных случаях для оползневого процесса характерно длительность подготовки и относительно быстрое смещение масс. Площадь, подверженная оползневому смещению, колеблется в значительных пределах, зависит от типа и объема смещения, но, как правило, составляет 600 – 1200 м2. Оползни наблюдаются по берегам крупных рек европейской части РФ, в Карпатах, Молдавии, Крыму, на Северном Кавказе, в Закавказье, Средней Азии, Восточной Сибири. Классификация оползней По механизму оползневого процесса выделяются оползни: сдвига, вязкопластические, гидродинамического выноса, внезапного разжижения, сложные (комбинированные). По мощности оползневого процесса (по массе горных пород, вовлекаемой в процесс) оползни бывают:
Оползни, образующиеся на естественных склонах и в откосах выемок, подразделяют на группы. Группа 1 Структурные оползни (структура – однородные связные глинистые породы: глины, суглинки, глинистые мергели). Причины образования: чрезмерная крутизна склона (откоса); перегрузка верхней части склона различными отвалами и инженерными сооружениями; нарушение целостности пород склона траншеями, нагорными канавами или оврагами; подрезка склона у его подошвы; увлажнение подошвы склона. Характерные места (условия) возникновения оползней: в искусственных земляных сооружениях с крутыми откосами; в выемках, образующихся в однородных глинистых грунтах на водораздельных участках возвышенности; в глубоких разрезах для открытой разработки месторождений полезных ископаемых; в насыпях, отсыпанных такими же породами при переувлажнении почвенно-растительного слоя и глинистых пород, залегающих у дневной поверхности. Группа 2 Контактные (соскальзывающие) оползни – связные глинистые породы, залегающие в виде пластов с хорошо выраженными плоскостями напластования (глины, суглинки, мергели, неплотные известняки, некрепкие глинистые сланцы, лесс, лессовидные суглинки и др.). Причины образования: чрезмерно крутое падение слоев; перегрузка склона отвалами или различными земляными сооружениями; нарушение целостности пород на склоне траншеями или нагорными канавами; подрезка склона; смачивание плоскостей напластования (контактов) подземными водами. Характерные места (условия) возникновения оползней: на естественных склонах возвышенностей и долин рек (на косогорах); в откосах выемок, состоящих из слоистых пород, у которых падение слоев направлено в сторону склона или к выемке. В зависимости от высоты расположения поверхности скольжения над подошвой склона (откоса, выемки) и его крутизны оползни могут переходить в обвалы с последующим их опрокидыванием у нижнего края поверхности скольжения. Срезающие (скалывающие) оползни. Причины образования: те же, что и при контактных оползнях, но в условиях более глубоких нарушений горных пород тектоникой и трещинами. Характерные места (условия) возникновения оползней:на склонах возвышенностей и долин рек, сложенных слоистыми породами, залегающими горизонтально или с уклоном в сторону, противоположную склону. При оползнях в движение одновременно приходят целые группы пластов. Структурно–пластические (оползни выдавливания). Причины образования: неравномерная разгрузка горных пород, залегающих над пластическими глинами (на каналах, в выемках, в долинах рек, в берегах морей и озер); перегрузка склонов (откосов) отвалами и сооружениями; увлажнение грунтов в основании склонов (откосов). Характерные места (условия) возникновения оползней: в основании плотных пород залегают мягкие пластичные глины; в верхней части склона на поверхности земли (оползневые террасы – уступы с глубокими трещинами); у подошвы склона (выдавленные породы взбугриваются в виде отдельных холмов или сплошного вала). Группа 3 Суффозионно-структурные оползни – связные глинистые породы, залегающие в чередовании с пластами и линзами водоносного песка. Основные причины образования оползней – вынос пылеватых и песчаных частиц породы подземными водами: при спадах приливов и отливов морей; при интенсивном оттаивании коры зимнего промерзания; при прорыве пород водоносного горизонта, сцементированных солями, выделяющимися из подземных вод у дневной поверхности склонов; при обводнении песчаных пород на склоне за счет атмосферных осадков и хозяйственных вод. Характерные места (условия) возникновения: на склонах возвышенностей или в откосах выемок, сложенных плотными глинами или тяжелыми суглинками и моренными глинами, залегающими в чередовании с пластами и линзами водоносного песка. Смещение земляных масс происходит по слою разжиженного песка без ярко выраженной поверхности скольжения в основании склона. Оторвавшиеся массы земли движутся скачками, иногда с очень большой скоростью. Суффозионно-пластические оползни. Основные причины образования: те же, что и при образовании суффозионно-структурных оползней; интенсивное выветривание горных пород на склонах с образованием усадочных трещин на поверхности земли; увлажнение и разупрочнение горных пород при промерзании и оттаивании. Характерные места (условия) возникновения: такие же, как и суффозионно-структурных; смещение земляных масс происходит, как правило, при слабо выраженной поверхности отрыва смещающейся массы от основного массива земли. Суффозионно-просадочные оползни. Причины образования: те же, что и при образовании просадочных оползней; вынос подземными водами пылеватых и песчаных частиц из основания (подошвы) лессовых пород. Характерные места (условия) возникновения: те же, как и просадочных оползней. Группа 4 Оползни в земляных плотинах и оползни железнодорожных насыпей. Оползни в земляных плотинах и автодорожных насыпях встречаются редко и ничем не отличаются от оползней железнодорожных насыпей. Наиболее часто такие оползни встречаются на Северном Кавказе. Часто именно они являются причиной ограничения скорости движения поездов и перерывов в железнодорожном движении. Железнодорожные насыпи представляют искусственные земляные сооружения. Прочность и устойчивость их зависит от: геологического строения и гидрогеологических условий основания; материала, из которого они отсыпаются (состава и состояния грунтов); условий и способов отсыпки насыпи; от очертания их поперечного профиля. Оползень насыпи на устойчивом основании образуется, как правило, при чрезмерной крутизне склона, а также при отсутствии подготовки на поверхности склона или основании насыпи (при отсутствии уступов) и при обильном увлажнении поверхности основания протекающими водами (при отсутствии водоотводов). Оползни насыпей на неустойчивом основании образуются в насыпях, отсыпанных на болотах или на заболоченных поймах рек. Оползневые деформации насыпей выражаются в отрыве одной части насыпи от другой, оседании ее по очень крутой поверхности скольжения и выдавливании из-под нее мягких илистых грунтов основания. Выдавленный грунт распределяется у подошвы оползневого откоса насыпи в виде бугра или продольного вала. Оползни, вызванные изменением природных условий, не начинаются внезапно. Первоначальным признаком оползневых подвижек служит появление трещин на поверхности земли, разрывов дорог и береговых укреплений, смещение деревьев и др. С максимальной скоростью оползни движутся в начальный период, затем их скорость замедляется. Оползни, вызванные хозяйственной деятельностью человека, связаны с перегрузкой оползневых склонов насыпями и различными инженерными сооружениями, утечкой воды из водопроводных коммуникаций, закрытием выходов подземных вод и др. Очень опасны для устойчивости берегов суточные колебания в нижних бьефах ГЭС и зимний расход воды из водохранилищ. Профилактические и прогностические мероприятия Большую часть потенциальных оползней можно предотвратить, если своевременно принять меры в начальной стадии их развития. Среди различных мероприятий особенно важное значение имеют контроль и прогнозирование оползневых процессов. Они необходимы для обеспечения:
Для предотвращения возникновения оползней необходимо организовать контроль за состоянием склонов и соблюдением охранно-противооползневого режима, а также проводить комплекс противооползневых мероприятий с учетом гидрогеологических условий и характеристики оползневого участка. Необходимые для этого данные наносят на крупномасштабные карты. На них должны быть указаны: устойчивость склонов; возможность производства земляных работ; гидрогеологические условия района; возвышенности и косогоры; места расположения стоков, дренажных бассейнов, затопляемых участков и распределение подземных вод. На эти же карты наносят места прошлых оползней и районы возможного оползания. К карте прилагается пояснительная записка с подробным описанием оползневого района (участка). В пределах участков, где возможно возникновение оползней, организуется постоянное наблюдение для выявления причин возникновения оползневых перемещений, изучения их динамики и разработки комплекса противооползневых мероприятий. Наблюдение ведется специально назначенными постами из состава работников оползневых станций, в задачу которых входит контроль за колебаниями уровней воды в колодцах, дренажных сооружениях, буровых скважинах, реках, водохранилищах и озерах, за режимом подземных вод, скоростью и направлением оползневых подвижек, за выпадением и стоком атмосферных осадков. На наиболее ответственных участках такие посты оборудуют створы глубинных реперов и ведут за ними наблюдение. В качестве реперов используют буровые штанги длиной 2–2,5 м. В районах глубокого промерзания оползневого грунта штанги–реперы устанавливают на глубину до 3 м и заливают раствором цемента. Данные о колебаниях уровней подземных вод и их влиянии на устойчивость склонов, а также конкретные сведения об оползневых смещениях оползневые станции представляют ежегодно в виде краткого отчета в управление инженерной защиты города и штаб ГО города. На основании результатов наблюдений выявляются участки, где ожидается развитие оползней, а также выполняют работы на участках, где зафиксировано смещение земляных пород. Определяют силы и средства, необходимые для обеспечения противооползневых мероприятий. Имея перечень, расположенных на участках ожидаемого развития оползней, можно прогнозировать возможный ущерб. Противооползневые мероприятия по своему характеру разделяются на две группы: пассивные и активные. К пассивным относятся охранно-ограничительнные мероприятия:
К активным относятся противооползневые мероприятия, проведение которых требует устройства инженерных сооружений:
Борьба с оползнями основана на обеспечении устойчивости склона. Общими противооползневыми мероприятиями для оползней всех видов являются:
Противооползневые меры механического удержания земляных масс в равновесии включают: перераспределение земляных масс на оползневых склонах (планировка склона и его террасирование); устройство подпорных стенок; возведение контрбанкетов, контрфорсов, свайных рядов и др. Подпорные стенки целесообразно устраивать при сравнительно небольших оползнях на склонах при нарушении их устойчивости (подрезки, подмывки и др.). Подпорные стенки устраиваются из сборного железобетона или обожжённого кирпича и камня. Для повышения устойчивости подпорных стенок устраивают застенный дренаж. При расчете подпорных стенок необходимо определить оползневое давление на стенку, а также временную нагрузку на откос и непосредственно на стенку. Контрбанкеты являются эффективным противооползневым мероприятием. Они устраиваются у подошвы действующих или потенциальных оползней и своей массой препятствуют смещению оползневого грунта. Протяженность контрбанкета определяется размерами оползня, ширина и высота – в зависимости от устойчивости оползневой массы. Контрбанкеты устраиваются из грунта, в отдельных случаях из бутового камня, укладываемого в основании оползня в виде призмы. На поверхности контрбанкетов должны быть предусмотрены мероприятия по отводу поверхностных вод и борьбе с эрозией почв. Контрфорсы – подпорные сооружения, удерживающие грунт склонов и откосов от смещения, и врезающиеся подошвой в устойчивые слои грунта. Обычно возводятся из каменной кладки на цементном растворе, бетона или бутобетона. По своей конструкции могут быть дренажными или без дренирующих элементов. В основании дренажа контрфорсов рекомендуется укладывать водоотводные трубы (асбестовые, керамические, бетонные) диаметром 150–200 мм. Свайные ряды (сваи-шпонки) применяются в период временной стабилизации оползней, имеющих небольшую (до 4 м) мощность смещаемого тела. Чтобы не нарушить устойчивость склона при забивке целесообразно устанавливать сваи в предварительно пробуренные скважины. Можно использовать непригодные рельсы и стальные трубы диаметром 300–400 мм с последующей заливкой их бетоном. Размещать свайные ряды необходимо в нейтральной или пассивной (контрфорсной) части оползня. Отвод поверхностных вод обеспечивают устройством системы нагорных канав, лотков и ограждающих валов. Если рельеф оползневых склонов сильно пересечен, то целесообразно на водоотводных канавах устраивать перепады, быстротоки, шахтные или консольные водосбросы. Дренирование склонов по конструкции бывает четырех типов: горизонтальные (трубчатые) дренажи-преградители; дренажные галереи; вертикальные и комбинированные дренажи. Горизонтальные дренажи применяются при неглубоком (до 4–8 м) залегании водоупора, так как их укладывают в открытые траншеи. Для устройства дренажа могут применяться керамические, бетонные или асбестоцементные трубы. Диаметр и тип труб определяются гидравлическим расчетом и зависят от агрессивности подземных вод. Для проверки работы дренажа по его трассе устраивают смотровые, поворотные и перепадные колодцы. Такие типы дренажей рекомендуется устраивать на остановившихся оползнях или в местах, где им не угрожают оползневые смещения. Для удаления воды, содержащейся в трещинах и пустотах движущегося оползневого тела, целесообразно применять простейшие конструкции фашинного дренажа, так как этот тип дренажа и способен выдерживать значительные деформации, создаваемые небольшими подвижками. Дренажные прорези применяются на движущихся оползнях. При массовом (площадном) выклинивании подземных вод на стабилизировавшихся оползневых склонах или устойчивых оползневых террасах целесообразно применять пластовые дренажи. Дренажные галереи эффективны в местах глубокого залегания водоносного горизонта, питающего оползневый склон водой, при значительной водообильности и хорошей водоотдаче грунтов. Их включают только в общий комплекс противооползневых мероприятий из-за трудоемкого и дорогостоящего устройства. Вертикальные дренажи (буровые скважины или шахтные колодцы) применяют при дренировании одного или нескольких водоносных горизонтов при большой глубине их залегания. Отвод воды из вертикальных дренажей производится в специальные водосборные галереи. Комбинированные дренажи представляют сочетание горизонтальных и вертикальных дренажей, объединенных в одну систему. Они широко применяются на оползневых склонах с несколькими глубоко залегающими водоносными горизонтами, разделенными водоупорными пластами. Для борьбы с оползнями можно использовать и простейшие инженерные сооружения: нагорные канавы и дренажи. Нагорные канавы предназначены для отвода воды с поверхности оползневого участка. Их устраивают глубиной 0,6–1,5 м выше верхней границы оползневого участка. Канавы рекомендуется отрывать, по возможности прямыми, без резких изломов и поворотов, так как в таких местах обычно изменяется скорость течения воды и происходит отложение наносов. В результате сечение канав уменьшается и они не могут пропускать расчетное количество воды. На оползнях глубиной до 2 м канавы можно отрывать поперёк оползня, в этом случае ширина канавы должна быть в 3–5 раз больше ее глубины. Для дренирования оползневых склонов можно использовать систему поперечных дренажей в сочетании с дренажами-прорезями, устраиваемыми вниз по склону. Поперечные дренажи со сплошным заполнением представляют собой траншею глубиной 2–3 м, заполняемую (полностью или частично) щебенкой или хворостом. Уклон дна траншеи должен быть не менее 0,005. В щебенчатых дренажах (рис. 2.9, 2.10) траншею в средней части заполняют щебнем или камнем, а в боковых частях – глинобетоном или хорошо промытым крупнозернистым песком. Эффективное средство закрепления крутизны оползневых склонов – посадка древесной и кустарниковой растительности в комплексе с посевом многолетних дернообразующих трав. Корневая система деревьев и кустарников связывает верхние слои почвы с нижележащими слоями, предупреждая возможное сползание почвогрунтов вниз по склону. Закрепление склонов с помощью лесонасаждений особенно эффективно при борьбе с оплывинами и неглубокими оползнями–потоками. Высаживать их рекомендуется поперек склона рядами на расстоянии до 1,5 м один от другого. Для закрепления оползневых склонов и защиты их от эрозии можно использовать дернообразующие однолетние и многолетние травы, корневая система которых хорошо защищает почву от размыва. Для закрепления берегов рек, водохранилищ и морских обрывов целесообразно применять откосные покрытия из железобетонных плит на сплошных гравийно-песчаных обратных фильтрах.  Рис. 2.9. Устройство щебенчатого дренажа: 1 – песок; 2 – глина; 3 – гравий; 4 – камень; 5 – глинобетон  Рис. 2.10. Размещение дренажной траншеи на оползневом склоне: 1 – песок; 2 – дренажная траншея; 3 – застой воды; 4 – плотная глина Оптимальный комплекс сооружений противооползневой защиты устанавливается в следующем порядке: составляется схема расположения объектов на оползнеопасной территории; определяется характер их влияния на оползнеобразующие факторы в процессе застройки и эксплуатации проектируемых сооружений (повышение напряженного состояния пород склонов, изменение уровней грунтовых вод, уменьшение прочностных характеристик пород и др.); оценивается изменение коэффициента устойчивости склонов; выбирается вид сооружений противооползневой защиты и для каждого из них определяется степень повышения коэффициента устойчивости; оценивается возможность использования сооружений противооползневого комплекса для выполнения функций отдельных конструкций объектов застройки. В общем виде меры борьбы с оползнями, возникновение которых обусловлено различными причинами, приведены в табл. 2.30. После прохождения оползня необходимо проверить состояние стен и перекрытий зданий и сооружений, выявить повреждения линий газо-, электро- и водоснабжения. Прогнозирование оползневых процессов базируется на инженерно-геологических и инженерно-гидрогеологических исследованиях. Для прогноза учитываются наличие склона, достаточной массы скальных пород или рыхлой почвы и составляющей силы тяжести скальных пород, направленной тангенциально к поверхности. Таблица 2.30 |