Отчет о геологической практике в Западной Сибири

Осыпи значительно осложняют  строительство. Обломочный материал засыпает сооружения, полезные площади. Для решения  вопроса о защите сооружений от осыпей очень важно знать скорость их движения. Обычно ее удается определить длительными наблюдениями. С небольшими щебеночными осыпями борьба ведется довольно простыми способами, которые сводятся к уборке той части обломочного материала, который расположен выше сооружения по склону. Этот способ достаточно трудоемок и применяется при большой подвижности осыпей и особой значимости сооружений.

Из инженерных сооружений применяют улавливающие и подпорные стенки, устраивают козырьки или сетки над дорогами, но эти мероприятия спасают лишь от отдельных падающих камней.

В особо опасных местах, где развиты мощные медленно соскальзывающие осыпи, устраивают галереи и тоннели для дорог. При борьбе с осовами, кроме всех прочих мероприятий, применяют методы осушения, особенно в тех случаях, когда источник замачивания располагается в верхней части склона. На особо опасных участках организуют службу наблюдения.

Осыпи обломочно-щебенистого состава часто находят широкое применение, как хороший строительный материал.

Обвалы. Обрушение более или менее крупных масс горных пород с опрокидыванием и дроблением получило название обвала.

Обвалы возникают на крутых склонах (более 45 – 50 ⁰) 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 пород, перегрузками обрывов, землетрясениями. Обвалы могут возникать вследствие глубокого растрескивания пород после неправильно выполненных взрывных работ, неудачного заложения выработок относительно напластования и направления трещиноватости.(рис1, 2)

В большинстве случаев  обвалы проявляются в периоды  дождей, таяния снега, весенних оттепелей. Атмосферные и талые воды ослабляют связи в выветрелых породах, утяжеляют массы пород, оказывают давление на стенки трещин.

 

Рис 1. Трещины боpтoвого отпора и трещины отслаивания в склонах (по А.Г. Лыкошину)

 

 

Трещины отслаивания

 

 

 

Трещины

бортового отпора

 

 

Трещины отслаивания 

 

 

Рис 2.  Формирование обвала в горных условиях из скальных пород

 

 

 

 

 

 

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. История знает много таких примеров. Гигантский обвал произошел в 1911 г. на Памире. Обрушилось свыше 7 млрд т пород. В результате запруживания реки образовалось Сарезское озеро. Таким же путем возникло озеро Рица на Кавказе. Известен катастрофический случай в Альпах, когда обвал почти мгновенно засыпал деревню с 2400 жителями.

Одной из разновидностей обвалов являются вывалы - обрушения отдельных глыб и камней из скальных пород в откосах выемок, полувыемок и отвесных склонов. Принципиально вывалы отличаются от обвалов тем, что обломки падают свободно, не скользя по склону. Вывалы возникают чаще всего в крупнозернистых породах с большим количеством слюды, значительно выветрелыми полевыми шпатами или в породах с ярко выраженной слоистостью.

Предвестниками обвала являются расширение существующих и  появление новых трещин, расположенных параллельно обрыву, глухой шум, треск, иногда другие явления.

Борьба с обвалами, особенно крупными, весьма затруднительна. Все мероприятия по борьбе с ними сводятся к предупреждению их возникновения и осуществлению защитных мероприятий. На участках, где возможны крупные обвалы, строительство проводить опасно. Для предупреждения малых обвалов одним из наиболее распространенных способов, как в случаях с лавинами, является искусственное обрyшение склонов при помощи взрывов небольшой мощности или путeм забивки клиньев в трещины обвалоопасной породы. Это позволяет откaлывать отдельные куски. Способ «клинования» более предпочтитeлен, так как он безопаснее взрывного, неверно рассчитанный по силе взрыв может сам вызвать крупный обвал. Устраивают подпорные и улавливaющие стенки, рвы, траншеи, отводят поверхностные воды.

На опасных участках дорог нередко организуют службу наблюдения, работают бригады по зачистке склонов, уборке камней. От вывалов нависающих глыб и массивов пород применяют опоры из железобетонных столбов или стенок.

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, оврагoв, балок, берегам морей, искусственным выемкам. Они разрушают здания и сооружения на самих склонах и ниже их.

Большой ущерб ежегoдно приносят оползневые явления на берегах Черноморского побережья Кавказа, в долинах Волги и многих других рек и горных районов.

Известно немало примеров оползневых явлений катастрофического характера. Так, 9 октября 1963 г. на севере Италии оползень объемом 240 млн м³ разрушил плотину Вайонт высотой 265,5 м. Погибло более 3000 человек - это наиболее известный «классический» пример.

На участке дороги Алушта - Никита в Крыму при строительстве троллейбусной дороги возникли 20 новых оползней и активизировались 5 старых, и оползневые участки составили около 10 % протяжённости дороги.

В результате подрезки склона на месте слияния р. Зеравшан и р. Фана-Дарья у пос. Айни 24 февраля 1964 г. на высоте 1400 м на склоне крутизной 33 ⁰, сложенном палеозойскими песчаниками, сланцами, древней корой выветривания мощностью до 60 м, произошел оползень объемом 20 млн м³ , который образовал запруду на р. Зеравшан длиной 850 м, шириной 650 м и высотой до 150 м.

Оползень, который произошел в  районе Монтаро (Перу) в апреле 1974 г., переместил 2,.8 млрд м³ горных пород, общий ущерб населению составил 1 млрд долларов.

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, искривленные, саблевидные стволы деревьев. За счет сползания пород стволы деревьев теряют свою вертикальность в различных направлениях, 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 ⁰ 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 глинистыe 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. Устойчивость земляных масс на склонах выражается уравнением

Т= Ntgφ + СF

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

Kуcт = (Ntgφ + 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 пород, расположенных на них зданий и сооружений, гидростатические и гидродинамическое давление подземных вод и т. д.

При Kycт > 1 склон находится в устойчивом состоянии; при Kycт = 1 в предельном равновесии; при Kycт < 1 – в неустойчивом положении и даже происходит оползание.

Для того чтобы склон стал неустойчивым и земляные массы начали 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  и 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, а также дождевыми, талыми и хозяйственными водами, за счет выщелачивания водорастворимых 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 порах породы; искусственные статические и динамические нагрузки на склон; сейсмические явления.

В оползне выделяют следующие элементы:

• оползневое тело;
• поверхность скольжения, форма которой может быть цилиндрической, волнистой, плоской;
• бровка срыва, там, где произошел отрыв оползневого тела от коренного массива пород;
• террасовидные уступы или оползневые террасы (не следует смешивать с речными террасами);
• вал выпучивания, разбитый трещинами;
• подошва оползня - место выхода на поверхность плоскости скольжения, оно может располагаться выше и ниже подошвы склона или быть на его уровне.

 

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 выполияют согласно СНиП 11.02 - 96 и СП.105 - 97.

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 грунтовой 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 деятельности человека в районе склона:

• по зеленому поясу (запрещение рубки леса, корчевания и разработки участков под огороды, уничтожение  кустарников, травяного покрова);

• по строительству (установление границы предельной застройки, типа и веса сооружений, снос существующих сооружений, замедление темпов строительства);

• по земляным работам (запрещение любых разработок в пассивной зоне - у подножия, в загрузке склона в активной зоне - у бровки, увеличение 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);