Глава 2. Чрезвычайные ситуации в литосфере виды чрезвычайных ситуаций природного характера и их характеристика
 Скачать 3.06 Mb.
|
|
Меры борьбы с оползнями
Известны несколько методов прогноза оползней:
Наиболее достоверный из них – краткосрочный прогноз. Для осуществления долгосрочного прогноза применяется метод ритмичности, основанный на выявлении периодов активизации оползней, связанных с выпадением осадков и другими метеорологическими элементами. Обычно прослеживается достаточно тесная связь количества оползней с величиной солнечной активности и менее тесная связь с атмосферными осадками. Краткосрочный и экстренный прогнозы основаны на использовании геодинамических измерений и построении на их основе прогнозной модели оползневого процесса методом регрессионного анализа, при этом учитывается устойчивость склона, определяемая отношением удерживающих и сдвигающих сил. Теоретический прогноз оползней достаточно сложный. Его проводят специалисты оползневых станций (по данным многолетних наблюдений) и он может быть только вероятностным. Принципиальная схема вероятностного прогноза возникновения нового оползня на естественном склоне в заданном районе и в заданный период времени Т состоит в следующем: 1. Получение исходных данных: – определяют среднюю годовую величину коэффициента устойчивости склона в настоящее время (т. е. на начало периода Т), под которым понимают отношение суммарного сопротивления сдвигу вдоль какой–либо потенциальной поверхности скольжения к сумме сдвигающих усилий вдоль этой поверхности:  где Cі – сопротивление сдвигу на i-ом участке; τі – касательная напряжения, Δlì – абсолютная деформация; – рассчитывают среднюю скорость необратимых изменений коэффициента устойчивости склона (за год в настоящее время и ее прогноз на период Т) ΔKср = ƒ (Т); – определяют зависимость амплитуды А обратимых колебаний коэффициента устойчивости склона от показателей F соответствующих факторов – А = ƒ(∑F); – рассчитывают среднюю величину годовой амплитуды Аср – отрицательного отклонения коэффициента устойчивости склона и вероятной максимальной ее величины Аmах за период Т. 2. Анализ данных: – определяют возможность оползня; конечная средняя годовая величина коэффициента устойчивости склона в конце прогнозируемого периода Т составит  ,если  – Аmах > 1 – оползень маловероятен;– Аmах < 1 – оползень возможен;– Аср< 1 – вероятность оползня очень велика;– рассчитывают вероятное время tоп смещения оползня (лет от начала прогнозируемого периода), т. е. наиболее вероятно смещение оползня в период от  до  .Пример. Определить вероятное время возникновения оползня в горизонтальных склонах. Исходные данные. Прогнозируемый период Т = 50 лет; значение среднего начального коэффициента устойчивости склона =1,27. Сравнительно равномерный подмыв подошвы склона и сопутствующие процессы обусловливают среднее годовое уменьшение коэффициента его устойчивости ΔKср = 5·10–3; среднее годовое отрицательное отклонение коэффициента устойчивости склона в результате колебаний его водонасыщения и пригрузки основания наносами Аср = ± 3·10–2.Максимальное негативное отклонение коэффициента устойчивости склона за 50 лет (соответствующее наиболее неблагоприятному сочетанию факторов в течение года 2 %-й обеспеченности) Аmах = –0,1. Решение. Наиболее вероятное смещение оползня следует ожидать в период от (1,27–0,10–1,0)/0,005 до (1,27–0,03–1,0)/0,005, т. е. через 34–48 лет. Вывод. Возведение на этом склоне объекта со сроком амортизации 50 лет и более требует дополнительного проведения противооползневых мероприятий. Тем не менее, временные (рассчитанные на 10–15 лет) объекты в настоящее время и в ближайшие годы возводить можно. 2.2.4. Обвалы и осыпи Описание обвалов и осыпей Горные обвалы и осыпи – частые явления во всех странах мира. Их масштабы бывают грандиозными, последствия трагическими. Они способны вызвать крупные завалы или обрушения автомобильных и железных дорог, разрушение населённых пунктов и уничтожение лесов, способствовать образованию катастрофических затоплений и гибели людей. Такие катастрофы нередко происходят при землетрясениях 7 баллов и более, когда возможно обрушение крутых горных склонов, образующих с горизонтом углы более 45–50°. Обвал – это отрыв и падение больших масс пород на крутых и обрывистых склонах гор. Обвалы происходят в результате ослабления сцепления горных пород под воздействием выветривания, подмыва, растворения, а также силы тяжести и тектонических явлений. Образованию обвалов способствуют геологическое строение местности, наличие на склонах трещин и дробление горных пород. Обвалы могут также происходить в речных долинах и на морских побережьях. Возникают внезапно, когда породы на склоне теряют устойчивость в результате подмыва их, а также при землетрясении, подрезке основания склона при прокладке дорог, постройке на склоне тяжелых зданий. В 80 % случаев обвалы связаны с антропогенной деятельностью человека. В нашей стране ведутся большие геологоразведочные работы. Они сопровождаются закладкой различных горных выработок: буровых скважин, канав, штолен, карьеров. В условиях горного и холмистого рельефа производство геологоразведочных работ вызывает активное проявление оползневых явлений, эрозии и других процессов. Площадь земель, нарушенных при разработке полезных ископаемых, в нашей стране исчисляется миллионами гектаров и ежегодно увеличивается на десятки тысяч гектаров. Эрозия, дефляция, оползни, обвалы, осыпи проявляются при эксплуатации открытых разработок, особенно глубоких. Просадки, эрозии и другие побочные процессы проявляются также при добыче полезных ископаемых подземным способом. Грандиозные обвалы происходят в горах, где они нередко запруживают реки. Выше подобных плотин реки разливаются в подпрудные озера (например, озеро Рица на Кавказе). Осыпаниеотличается от обваливания, прежде всего величиной и скоростью. Осыпание происходит постепенно, по мере разрушения (выветривания) пород на склонах. Падают, преимущественно мелкие обломки. В нижней части склонов образуютсяосыпи – конусовидные скопления упавших обломков. Для возникновения обвалов, во-первых, необходим горный, сильно расчлененный рельеф, причем с крутыми, нередко обрывистыми склонами; во-вторых, породы должны быть разбиты трещинами, возникшими в результате действия либо эндогенных (тектонических) сил, либо экзогенных, например, выветривания. Горный массив или его часть должны находиться в неустойчивом состоянии, при котором достаточно небольшого толчка или сотрясения, чтобы куски и глыбы породы рухнули вниз. Связи между отдельными блоками пород становятся особенно непрочными во время сильных дождей и весной, когда в горах тает снег. Поэтому весна, как и период летних ливней, это время обвалов в горах. Можно ли бороться с обвалами? Да, можно, но не с всякими и не везде. Железная дорога Туапсе – Сухуми идет по самой береговой кромке Черного моря. С одной стороны, ей угрожают штормовые волны, и приходится укреплять насыпь железобетонными «ежами», кубами, блоками, предохраняющими ее от размыва. С другой стороны, над железнодорожной колеей нависают обрывы. Спасаться от обвалов помогают высокие каменные стенки, которые останавливают глыбы камней, падающие со склона. Так же в горах защищают и автомобильные дороги. Но, конечно, это предохраняет только от небольших обвалов. Если же где-то нависают скалы, то предотвратить их обвал можно только одним способом: постепенно, по частям обрушить их, закладывая динамитные заряды малой мощности. Если обвалы угрожают поселкам, людей эвакуируют, а поселок переносят в безопасное место. Рекомендации по поведению при оползнях, селях и обвалах Население, проживающее в оползне-, селе- и обвалоопасных зонах, должно знать очаги, возможные направления и основные характеристики этих опасных явлений. На основе прогнозов до жителей заблаговременно доводится информация о месторасположении их населенного пункта и предприятий относительно выявленных оползневых, селевых, обвальных очагов и возможных зон их действия, о периодах прохождения селевых потоков, а также о порядке подачи сигналов об угрозе возникновения этих явлений. Раннее информирование людей о возможных очагах стихийного бедствия предостерегает их от стрессов и паники. Первичная информация об угрозе оползней, селей и обвалов поступает от оползневых и селевых станций, партий и постов гидрометеослужбы. При угрозе оползня, селя или обвала и при наличии времени организуется заблаговременная эвакуация населения, сельскохозяйственных животных и имущества из угрожаемых зон в безопасные места. Перед оставлением дома или квартиры при заблаговременной эвакуации двери, окна, вентиляционные и другие отверстия плотно закрываются, электричество, газ, водопровод выключаются, легковоспламеняющиеся и ядовитые вещества при возможности, размещают в отдаленных ямах или отдельно стоящих погребах. Во всем остальном граждане действуют в соответствии с порядком, установленным для организованной эвакуации. Если заблаговременного предупреждения об опасности не было, и жители были предупреждены об угрозе непосредственно перед наступлением стихийного бедствия или заметили его предупреждение сами каждый из них, не заботясь об имуществе, производит экстренный самостоятельный выход в безопасное место. Естественными безопасными местами для экстренного выхода являются склоны гор и возвышенностей, не предрасположенные к оползневому процессу, или между которыми проходит селеопасное направление. При подъеме на безопасные склоны нельзя использовать долины, ущелья и выемки, поскольку в них могут образоваться побочные русла основного селевого потока. Когда люди, здания и другие сооружения оказываются на поверхности движущегося оползневого участка, следует, покинув помещения, передвинуться, по возможности, вверх и, действуя по обстановке, остерегаться при торможении оползня скатывающихся с тыльной его части глыб, камней, обломков конструкций, земляного вала, осыпей. Фронтальная зона оползня при остановке может быть смята и вздыблена. Она может также принять на себя надвиг неподвижных пород. При высокой скорости возможен сильный толчок при остановке оползня. Все это представляет большую опасность для находящихся на оползне людей. После окончания оползня, селя или обвала люди, покинувшие зону чрезвычайных ситуаций и переждавшие ее в безопасном месте, убедившись в отсутствии повторной угрозы, могут вернуться в эту зону. Учитывая, что помощь извне в труднодоступные горные районы придет с опозданием, немедленно приступить к розыску и извлечению пострадавших, оказанию им первой медицинской помощи, освобождению из блокады транспортных средств, локализации возможных вторичных отрицательных последствий и др. 2.2.5. Лавины Характеристика лавин Снежные лавины – одно из природных явлений, порождаемых климатическими и геоморфологическими причинами, относящихся к числу опасных для населения и хозяйства. Снежной лавиной называются снежные массы, низвергающиеся со склонов гор под действием силы тяжести. Лавина – это снежный обвал массы снега на горных склонах, пришедшей в интенсивное движение. В результате схода лавин гибнут люди, уничтожаются материальные ценности, парализуется работа транспорта, блокируются целые районы, могут возникать наводнения (в том числе прорывные) с объёмом подпруженного водоема до нескольких миллионов кубометров воды. Высота прорывной волны в таких случаях может достигать 5–6 м. Лавинная активность приводит к накоплению селевого материала, так как вместе со снегом выносятся каменная масса, валуны и мягкий грунт. Формирование лавин происходит в лавинном очаге, т. е. на участке склона и его подножья, в пределах которых происходит движение лавины. Снежные лавины можно назвать снежными потоками. К ним относятся также лавиноподобные водоснежные потоки и быстрое сползание снега. Между ними нет резких границ по условиям и механизму образования и форме движения; области их распространения одинаковы, методы защиты сходные. Лавины распространены повсюду, где возникает снежный покров высотой более 30–50 см, и где склоны более 20° с относительной высотой более 20–30 м. Особенно крупные лавины в горах, где сила удара лавин о препятствие достигает десятков тонн на 1 м2, объемы – миллионы кубометров, повторяемость в наиболее активных очагах – 10–15 лавин в год, число лавинных очагов на 1 км длины долины – 10–20. Лавины встречаются также на уступах морских и речных террас. Лавиноопасными могут быть и различные техногенные склоны – борта карьеров, откосы над дорожными выемками и др. К лавинообразующим факторам относятся:
Наиболее важные факторы – прирост свежевыпавшего снега, интенсивность снегопада и метелевый перенос. В отсутствие осадков сход лавин является следствием интенсивного таяния снега под воздействием тепла и солнечной радиации и процесса перекристаллизации, приводящих к разрыхлению снежной толщи, вплоть до образования мелкодисперсной снежной массы в глубине этой толщи, и ослаблению прочности и несущей способности отдельных слоев. При длине открытого склона горы 100–500 м создаются классические условия образования снежной лавины – для начала движения определённой скорости. Лавинные очаги принято делить на зоны: зарождение (лавиносбор), транзит (лоток), остановка (конус выноса) лавины. Основные параметры лавинного очага:
Классификация лавин, учитывающая природу их формирования, представлена в табл. 2.31. Таблица 2.31 Классификация снежных лавин
До 70 % лавин обусловлены снегопадами. Эти лавины сходят во время снегопадов или в течение 1–2 суток после их прекращения. По частоте схода (повторяемости) различают лавины:
В отдельных районах за зиму и весну систематические лавины могут сходить по 15–20 раз. Обильные снегопады, а также землетрясения силой 5–6 баллов и более, являются причинами формирования катастрофических лавин. В зависимости от факторов лавинообразования выделяют следующие виды лавин:
Лавины метелевого типа преобладают в Хибинах (до 80 %) и реже встречаются в горах умеренных широт и южного пояса России. Лавины из свежевыпавшего снега преобладают в районах южного пояса Кавказа. Результаты действия лавин на элементы инфраструктуры лавиноопасной территории: инженерные сооружения, транспортные и другие коммуникации, здания и сооружения – определяются характеристиками лавины (табл. 2.32). Для приближенных расчетов скорость перемещения фронта лавины (скорость лавины) может быть принята 50–90 м/с. Она выше скорости течения снежной массы за фронтом (в потоке). Сила удара достигает 0,4 МПа, а при наличии в лавине твердых включений – превышает это значение в несколько раз (до 200 т/м2). Удар фронта лавины по преграде сменяется воздействием на преграду давления обтекания, условно принимаемого квазистационарным. Дальность выброса лавины, т. е. расстояние, которое может преодолеть лавина при наиболее благоприятных условиях, зависит от высоты её падения. Высота (или мощность) лавинного потока, чаще всего, составляет 10–15 м. Интервал времени между сходами первых и последних лавин в данном районе характеризует потенциальный период лавинообразования. Таблица 2.32 Диапазоны основных характеристик снежных лавин
Окончание табл. 2.32
Движение сухой лавины сопровождается снежно-пылевым облаком. Перемещение такого облака подобно течению тяжелого газа. В отдельных случаях (высокие скорости фронта лавины, высокая плотность снежно-пылевого облака) перед фронтом лавины возникает ударная волна. Воздействие ударной волны и снежно-пылевого облака сходно с действием воздушной ударной волны взрыва. Оно распространяется дальше границы выброса лавины. Водонасыщенные лавинные потоки подобны гидравлическим потокам. Их действие рассчитывается так же, как действие воздухонасыщенной жидкости или селевой массы. Возможность достижения лавиной объекта оценивают по дальности выброса. Принято различать максимальную дальность выброса Lmax (определяемую расчетом для наиболее неблагоприятных условий) и наиболее вероятную Lср (среднемноголетнюю, определяемую по данным наблюдений). Повторяемость схода лавин (особенно внутрисезонную) необходимо учитывать при планировании и выполнении работ в лавиноопасных районах. Лавины вовлекают в движение также породы, слагающие склоны. Они пропахивают на склонах крутостенные рвы с гладкими, отшлифованными бортами – лавинные лотки, которые сопровождаются лавинными прочесами – полосами, лишенными древесной растительности. Внизу, у основания склонов, скапливаются снесенные со склонов обломки, разбитые деревья, содранный дерн. Сильные лавины могут содрать рыхлые отложения на днищах долин, куда они спускаются, собрать эти отложения в гряды или забросить на противоположный склон долины, где из этих отложений образуются небольшие холмики. На пологих склонах преобладает смещение верхней части «чехла» рыхлых отложений. Это может быть солифлюкция – быстрое течение переувлажненного, оттаявшего верхнего слоя грунтов. Солифлюкция характерна для районов вечной мерзлоты, но внешне похожий процесс течения переувлажненных грунтов – тропическая солифлюкция – происходит во влажных тропиках. В пустынях встречается экстраординарная солифлюкция, возникающая при увлажнении возбухающих и начинающих течь при редких дождях грунтов, насыщенных солями. На склонах широко распространены крип и дефлюкция – медленное сползание или оплывание рыхлого грунта благодаря изменениям его температуры и увлажненности. Эти процессы происходят незаметно, породы сползают вместе с растительным покровом. Их можно заметить только в канавах, пересекающих склоны, по изгибанию корней растений и слоев пород. В горных районах с резкими колебаниями температур и интенсивным физическим выветриванием пологие склоны и вершины гор покрыты скоплениями остроугольных обломков, носящих сразу несколько названий – курумы, каменные россыпи, каменные моря. Обломки перемещаются вниз по склонам под влиянием нескольких процессов: гравитационного скольжения по расположенному ниже их слою мерзлоты или льда, текущей в их толще воды, образования и таяния в курумах ледяных стебельков. Сползающие по понижениям обломки собираются в «каменные реки». Для разработки мер защиты от лавин требуются разнообразные знания о распространении и геометрии лавинных очагов, генетических типах, повторяемости и многих других характеристиках лавин. Первоначально эти знания получаются путем прямых наблюдений в экспедициях или на снеголавинных станциях. По мере накопления фактических данных появляется возможность сопоставить показатели лавинной опасности с геоморфологическими и метеорологическими факторами лавинообразования, чтобы получить косвенные методы оценки лавинной опасности для иных районов по общим сведениям об их рельефе и климате. Тем самым закладывается основа географии лавин – направления, необходимого в стране с таким большим разнообразием природы гор какое имеется в России. Физическая сущность лавин Снежный покров имеет внутреннее сцепление и сцепление с подстилающей поверхностью. Силы сцепления удерживают его на склоне, а та часть силы тяжести снежного покрова, которая направлена параллельно склону, стремится сдвинуть его вниз. Под ее воздействием снежный покров сползает по склону. Когда эта сила становится больше сил сцепления, происходит обрушение покрова. Непосредственной причиной обрушения могут стать уменьшение одной или обеих сил сцепления, увеличение толщины, а тем самым, и веса снежного покрова, или комбинации этих событий, вызываемых различными метеорологическими причинами. Критическая высота снежного покрова h, при которой происходит его обрушение, зависит от внутреннего сцепления снега С, объемной массы снега , коэффициента внутреннего трения в снеге tg и угла наклона склона следующим образом:  . (2.77)При наклоне α = 34–45° критическая высота сухого снежного покрова, имеющего некоторое внутреннее сцепление и сцепление с подстилающей поверхностью, измеряется немногими дециметрами. Она возрастает до бесконечности при углах наклона около 20° (рис. 2.11). Если же силы сцепления уменьшаются, (что бывает при намокании снега), снежный покров не может удержаться и на более пологих склонах. Поскольку топографические условия накопления снежного покрова различны, а его высота и физико-механические характеристики изменчивы во времени, смещения снега по уклону также разнообразны. На рис. 2.12 приведены основные виды смещений, подразделенные в зависимости от угла наклона подстилающей поверхности и от содержания воды в водно-снежной массе. Выделяются четыре вида быстрых смещений (обрушений): лавины, водоснежные потоки лавиноподобные, водоснежные потоки селеподобные (сели снеготаяния), паводки снеготаяния; два последних вида относятся по существу к категории водных потоков. При некотором сочетании факторов даже толстый снежный покров не теряет устойчивости, но сползает целиком и настолько быстро, что его давление может быть разрушительным для разных сооружений.  2 1 1 5 10 α 15° 20° 25° 30° 40° Рис. 2.11. Отношение критической высоты сухого снежного покрова hi на склонах с разными углами наклона к его критической высоте на склоне с углом наклона (α) 40 % Примечание: h40 при значениях tg = 0,36 (кривая 2) и tg = 0,30 (кривая 1)  Содержание воды, % 70 80 10 20 30 40 50 60 α 0° 10° 20° Рис. 2.12. Виды смещений снега в зависимости от угла наклона α° и от содержания воды в снежной толще, достигшей критической высоты: 1 – снежные лавины; 2 – лавиноподобные водоснежные потоки; 3 – селеподобные водоснежные потоки; 4 – паводки, снеготаяние; 5 – значительное сползание снежного покрова; 6 – устойчивый снежный покров; 7 – тонкий снежный покров Различные причины нарушения устойчивости снежного покрова на склоне обобщаются в форме генетических классификаций лавин (табл. 2.33 и 2.34). Снежный покров, образующийся непосредственно во время снегопадов и (или) метелей, имеет минимальную плотность (0,03–0,20 г/см3) и сцепление С. Если прирост высоты снежного покрова идет достаточно быстро (более 10 мм слоя воды в сутки), ее величина может превысить критическую еще до окончания снегопада (метели). В этом случае и образуются сингенетические, т. е. одновременные с выпадением снега, лавины (по классу и типу 1,1–1,3). Если же этого не произошло, новообразованный снежный покров претерпевает метаморфизм. На первой стадии метаморфизм заключается в оседании снега под воздействием силы тяжести (на 0,1–0,2 начальной толщины), сублимационном округлении и смерзании зерен, образующих в итоге довольно прочную пространственную решетку. При этом снег уплотняется (0,3–0,4 г/см3), его внутреннее сцепление возрастает в несколько раз. Тогда для нарушения устойчивости снежного покрова на склоне требуются какие-то факторы, сильно уменьшающие его прочность и возбуждающие эпигенетические, т. е. образующиеся после выпадения снега. |