4.8 Проблемы устойчивости оползневых склонов

Правого берега реки волга на территории

Саратовской области

Иноземцев в.К., Редков в.И., Иноземцева о.В.

(СГТУ им. Гагарина Ю.А., г. Саратов, РФ)

Рассмотрена проблема устойчивости береговых склонов и расчетного обоснования проектов инженерной защиты территорий с активными геодинамическими процессами. Приводятся результаты анализа инженерно-геологических условий и расчетов устойчивости оползневых склонов на территории Саратовского водохранилища. Результаты исследований реализованы при разработке ТЭО берегоукрепления и защиты правобережных районов от абразионных процессов.

This publication deals with the problem of stability of the coastal slopes and engineering protection of territories with active geodynamic processes. The results of analysis of geological conditions and calculation of stability of landslide slopes in the Saratov Reservoir are given. The results of the investigation are implemented in protection of slopes in districts with abrasion processes.

Проблема устойчивости опозневых склонов и реализация проектов инженерной защиты территорий с активными геодинамическими процессами являются актуальными для Поволжского региона. Для ее решения в Хвалынском, Духовницком, Вольском и Энгельском районах Саратовской области выполнен значительный объемы работ по повышению устойчивости береговых склонов и защите правобережных районов от абразионных процессов с использованием эффективных конструкций и технологий.

При разработке ТЭО берегоукрепления р. Волги в районе с. Широкий Буерак Вольского района выполнен комплексный анализ инженерно-геологи-ческих условий, характера эрозионно-оползневых процессов, проведена оценка устойчивости береговых склонов и даны рекомендации по берегоукреплению.

В соответствии с разработанной при участии авторов программой инженерно-геодезических изысканий выполнена геодезическая съемка прибрежной территории в районе с. Широкий Буерак, позволившая уточнить характер топографических условий берегового склона, локальные особенности рельефа, масштабы развития экзогенных процессов и на этой основе выполнить углубленную оценку геодинамических процессов на береговых склонах в районе с. Широкий Буерак.

Территориально село Широкий Буерак расположено в Вольском районе Саратовской области - на правом берегу Саратовского водохранилища в 6 км выше по течению от плотины Саратовской ГЭС. Прибрежная правобережная полоса Саратовского водохранилища в районе села Широкий Буерак является зоной развития многоступенчатых оползней разного возраста, размеров и условий формирования. В районе с. Широкий Буерак зафиксировано 38 оползневых тел.

Стационарные наблюдения за оползнями в Вольском районе начались в 1976 году в связи с активизацией оползневых и абразионно-эрозионных процессов [2, 4]. Здесь оборудованы 31 репер и 5 пунктов триангуляции. На участке Широкий Буерак с 1972 года осуществляются также стационарные наблюдения за переработкой берега волновой деятельностью - абразией. Результаты многолетних наблюдений свидетельствуют, что определяющими факторами переформирования правобережных склонов Саратовского водохранилища, в том числе на участке Широкий Буерак, является уровенный и ветро-волновой режимы.

На рисунках 1, 2 показаны схемы абразионной переработки берега на одном из участков Широкого Буерака.

Рисунок 1 Рисунок 2

На участке у села Широкий Буерак в период наблюдений с 1977 по 1999 гг. вертикальные смещения составили от –84 см до +3 см, а горизонтальные смещения за этот же период достигли 327 см. Абразионная деятельность на данном участке практически не снижается (отступление береговой линии с начала наблюдений до 1995 года составило 19,2 м).

Перепады высот уровня воды в водохранилище (сезонные и ежесуточные) препятствуют установлению динамического равновесия склонов. В этих условиях не происходит формирования пологой и широкой отмели, что способствует интенсивной переработке береговой линии. Данный процесс продолжается уже более 40 лет и имеет тенденцию к дальнейшему развитию. Активизация оползневых процессов древних оползневых тел наступила практически сразу после заполнения Саратовского водохранилища.

Существующий режим работы водохранилища не позволяет стабилизироваться гидрологическому режиму подземных вод. Периодические повышения горизонта подземных вод непосредственно вблизи подошвы берегового откоса вызывают изменения сжимающих напряжений от собственного веса грунта, который уменьшается в результате взвешивающего действия подземных вод. Это в частности существенно влияет и на расчетные сопротивления грунтовых оснований зданий и сооружений, расположенных вблизи берегового откоса.

Повышение уровня подземных вод приводит к существенному снижению несущей способности и повышению сжимаемости грунтовых оснований зданий и инженерных сооружений вследствие уменьшения показателей прочностных и деформационных свойств грунтов.

Наиболее опасным для склонов и откосов является случай быстрого снижения уровня воды в водохранилище в условиях сравнительно малой водопроницаемости грунтов склона. При быстром сбросе воды в водохранилище склон остается практически полностью водонасыщенным, и в результате фильтрации воды возникают значительные фильтрационные давления, приводящие к возрастанию сдвигающих сил и снижению устойчивости геомассива.

Анализом геоморфологических и топографических условий установлено, что склоны на участке с. Широкий Буерак относятся к типу эрозийно-оползневых (рисунок 3). Степень обводнения склона - высокая.

Практически вся территория вдоль береговой линии от с. Широкий Буерак до с. Алексеевка представляет собой сплошной оползневой массив, состоящий из множества активных оползневых тел различного объема. Ежегодно формируются новые эрозийные формы. На рассматриваемой территории выделены три зоны по характеру развития экзогенных процессов. Северная зона расположена в северной части рассматриваемого участка берегового склона. Здесь происходят активные оползневые процессы, связанные с активной переработкой абразионного уступа древнего оползня (рисунок 3).

Наблюдениями зафиксированы смещения коренного склона с образованием оползневого цирка с размерами вдоль склона около 100 м и стенкой срыва высотой 5-6 м. Бровка срыва оползневого массива в 2000 г. вплотную подошла к границе кладбища. Оползень – двухступенчатый с двумя террасами, поверхности которых разбиты трещинами глубиной более 1 м и шириной раскрытия до 0,5 м, расположенными параллельно бровке срыва. Нижняя терраса переходит в язык оползня, который увлажнен вследствие выхода подземных вод.

Рисунок 3 - Фрагмент берегового склона в северной зоне с активными

оползневыми процессами

Поверхность коренного плато выше бровки наклонена к водохранилищу под углом 20, задернована и не имеет структурных нарушений. Высота стенки срыва до 18 м, крутизна 50-60. Оползневые ступени обильно увлажнены и покрыты болотной растительностью. Береговой склон обрывается около водохранилища абразионным уступом высотой до 5 м.

Рассмотрим результаты расчета устойчивости склона по створу 1 (наиболее характерному для данного оползневого участка), выполненные по специально разработанной программе с использованием показателей прочностных свойств грунтов в естественном состоянии (таблица 1). Наиболее опасная круглоцилиндрическая поверхность сдвига имеет координаты центра вращения (X=272 м, Z=216 м, R=152 м). Минимальный коэффициент устойчивости составляет 1,386, что свидетельствует об устойчивом состоянии склона. Параметры нескольких круглоцилиндрических поверхностей для данного участка склона приведены в таблице 1.

При рассмотрении условий устойчивости более значительных массивов грунта, смещающихся по круглоцилиндрическим поверхностям, большого радиуса и расположенным в пределах слоя суглинков, получено минимальное значение коэффициента устойчивости: 2,41 (таблица 1). Если поверхность сдвига захватывает слой глин ИГЭ-7, то минимальное значение коэффициента устойчивости составляет 1,257 (таблица 1). Таким образом, для склонов, сложенных грунтами естественной структуры, устойчивость обеспечивается.

Оценка устойчивости склона в районе южного участка с. Широкий Буерак производилась по двум створам - № 9 и 10, расположенным нормально и под углом к береговой линии.

Таблица 1

№ пп	Место расположения	Геометрические параметры центра поверхности сдвига			Коэффициент устойчивости
		X, м	Z, м	R, м
1	2	3	4	5	6
1	Створ № 1	272	216	152	1,383
2	Створ № 1	360	1150	1191	2,410
3	Створ № 1	489	1113	1191	1,257
4	Створ № 9	282	220	193	1,287
5	Створ № 10	285	302	273	1,0008
6	Створ № 10	286	302	273	1,200

Расчетами установлено, что наиболее опасная круглоцилиндрическая поверхность сдвига участка склона по створу 9 с координатами центра вращения X= 282 м, Z=220 м, R=193 м (таблица 1) дает минимальный коэффициент устойчивости 1,287 и, следовательно, склон находится в устойчивом состоянии. По створу 10 наиболее опасная круглоцилиндрическая поверхность сдвига характеризуется коэффициентом устойчивости 1,0008 и, следовательно, склон практически находится в состоянии предельного равновесия.

Глубина участка территории от уреза воды до линии выхода круглоцилиндрической поверхности сдвига на дневную поверхность составляет 70 м. Коэффициент устойчивости склона 1,2 обеспечивается на расстоянии не ближе 100 м от берега.

Особенностью инженерно-геологических условий на склоновых участках в районе с. Широкий Буерак является наличие водоупорных глинистых грунтов, которые способствуют формированию невыдержанных горизонтов подземных вод и локальному увлажнению с деградацией механических свойств грунтов отдельных слоев или прослоев грунта в результате водонасыщения.

Поэтому была произведена оценка устойчивости наиболее опасных участков склона при пониженных значениях показателей прочностных свойств. Серия таких расчетов устойчивости склонов по основному створу № 1 (в северной зоне) и по створу № 10 (в южной зоне) выполнена при следующих значениях показателей прочностных свойств делювиальных суглинков: =15 град, C_I =10 кПа.

В неблагоприятных условиях коэффициент устойчивости этого участка склона уменьшается до 1,0597 и, следовательно, склон будет находиться в состоянии, близком к предельному. Поверхность сдвига распространяется на расстояние до 50 метров. При незначительном снижении показателей прочностных свойств поверхностных суглинков склон становится неустойчивым.

Результаты расчета местной устойчивости на этом участке склона приведены в таблице 2. Коэффициент устойчивости склона в условиях природного сложения при полном водонасыщении грунтов составляет 0,8040 (таблица 2). В случае учета нарушенности структуры грунта оползневых масс коэффициент устойчивости будет еще ниже.

Таблица 2

№ пп	Место расположения	Геометрические параметры центра поверхности двига			Коэффициент устойчивости
		X, м	Z, м	R, м
1	Створ № 1	200	241	160	1,0597
2	Створ № 1	282	220	160	0,8040
3	Створ № 1	410	1148	1100	1,2402
4	Створ № 9	275	220	193	1,2866
5	Створ № 10	295	207	178	0,981

Поверхность сдвига с № 3 радиусом 1100 метров почти касается кровли подстилающих глин ИГЭ-6. Участок оползневого массива от бровки срыва до точки выхода поверхности сдвига на поверхность склона составляет более 100 метров. Коэффициент устойчивости составляет 1,2402, что практически совпадает с нормируемым предельным значением.

При оценке устойчивости склона в районе южного участка с. Широкий Буерак по створу № 9 учитывалось то, что основные слои представлены маловодопроницаемыми глинами ИГЭ-6 и ИГЭ-7 и дополнительное водонасыщение их в сложивших условиях маловероятно. Проверочные расчеты показали, что минимальный коэффициент устойчивости составляет 1,2866.

По створу № 10 при снижении сцепления грунта поверхностных слоев грунта (ИГЭ-3, ИГЭ-6) в 1,5 раза минимальный коэффициент устойчивости снижается до 0,981 (таблица 2). При этом размеры опасной зоны, попадающей в пределы зоны оползневого процесса (для которой коэффициент устойчивости менее 1,2) составляет 110 м.

При расчете устойчивости по заданной поверхности сдвига водонасыщенных суглинков и глин ИГЭ-3–ИГЭ-5 по кровле слоя глин ИГЭ-6 получен коэффициент устойчивости 1,151, что меньше нормируемого предельного значения (1,2).

Заключение

1. На основании комплексной оценки топографических, гидрогеологических условий и результатов расчетов устойчивости склонов в районе с. Широкий Буерак Вольского района Саратовской области установлено, что основные причины нарушения динамического равновесия берегового склона и активизации оползневых процессов в районе села Широкий Буерак связаны с негативным воздействием режима работы Саратовского водохранилища.

2. Устойчивость естественных береговых склонов в районе села Широкий Буерак определяется особенностями инженерно-геологических условий, а также зависит от атмосферных и техногенных воздействий. Основная опасность для жилых, общественных зданий и объектов инфраструктуры села Широкий Буерак связана с оползневыми и абразионными процессами на береговых склонах.

3. С учетом выполненных расчетов и рекомендаций по повышению устойчивости склонов ФГУП «Гипропромсельстрой» подготовлено ТЭО и проектная документация по берегоукреплению в районе с. Широкий Буерак. Их реализация на наиболее опасных участках выполнена с использованием габионов системы «Террамеш» фирмы Maccaferri.

Литература

1. Заключение. Анализ устойчивости береговых склонов р. Волги в районе села Широкий Буерак /ФГУП «Гипропромсельстрой». Саратов, 2002. –75 с.

2. Иовлев В.П. Экзогенные геологические процессы на территории Саратовской области в 1999 г.: Информационный отчет / В.П. Иовлев, В.П. Квитка; Саратовская гидрогеологическая экспедиция. Саратов: ТГФ, 2000. –51 с.

3. Иноземцев В.К. Математическая модель деформирования геомассивов применительно к деформационным процессам в основаниях сооружений /В.К. Иноземцев, В.И. Редков. Саратов: Сарат. гос. техн. ун-т, 2005. – 412с.

4. Карта современных экзогенных геологических процессов Нижнего и Среднего Поволжья /Сост.: В.Н. Зайонц. М.: ВГФ, 1984. –140 с.