14. Оползни

Оползень — это масса горных пород, сползшая или сползающая вниз по склону под влиянием гравитационных, гидродинамических, сейсмических и др. сил.

Оползневые процессы и явления связаны с нарушением, по различным причинам, равновесия горных пород на склоне или искусственном откосе и обычно сопровождаются изменениями геологического строение и особенно рельефа местности. Оползень – это сложный и часто грандиозный геологический процесс, при оценке масштабов которого придерживаться следующей шкалы:

малые - небольшие срывы или отдельные глыбы объемом в несколько м³, небольшие - от десятка до первых сотен кубических метров; средние - сотни кубических метров, до 1000 м ; большие - десятки тысяч кубических метров, до 200 тыс. м3; грандиозные — более 200 тыс. м .

Обязательным элементом строения оползня является так назы­ваемая поверхность скольжения, по которой происходит отрыв оползневых масс и их сползание по склону. Поверхность скольже­ния служит диагностическим признаком оползневого явления и оп­ределяет сложность строения оползневого тела или его структуру. Нередко оползни имеют несколько поверхностей скольжения. При этом форма поверхности скольжения в однородных породах обычно вогнутая, а в неоднородных по составу и строению породах она ча­ще плоская, плоскоступенчатая или даже волнистая. Место выхода поверхности скольжения на поверхность оползневого склона в верхней его части называют вершиной оползня, в основании склона - подошвой, а по бокам оползневого тела — бортами оползня. Кро­ме того, в зависимости от глубины залегания поверхности скольже­ния различают оползни поверхностные (глубина захвата до 1 м), мелкого заложения (до 5 м), глубокие (до 20 м) и очень глубокие (более 20 м). Если оползневый массив имеет несколько поверхно­стей скольжения, то он обычно состоит из отдельных блоков или частей и отличается массивным строением.

У вершины оползня обычно образуются трещины отрыва, по которым происходит смещение масс горных пород, а вдоль бортов оползня возникают трещины скалывания, обозначающие боковые границы оползня. Трещины отрыва ориентированы по простиранию склона или дугообразно. Они обычно крутые, и в результате смеще­ния горных пород вдоль них образуется в рельефе главный уступ, высотой до нескольких метров. Если трещины отрыва ориентирова­ны вдоль фронта склона, помимо главного уступа в рельефе оползня часто возникают одна или несколько внутренних параллельно ориентированных ступеней. В этом случае оползни имеют ступенчатый характер. Кроме того, в теле крупного оползня в результате разной скорости смещения оползневых масс вдоль его оси и прибортовых частей появляются продольные и косые внутренние трещины, осложняющие морфологию оползня. На участках формирования многочисленных оползней возникает характерный оползневый цирк, имеющий вид амфитеатра.

Условия образования оползней обуславливают весьма разнообразные очертания в плане. Циркообразные оползни встречаются довольно часто. Длина такого оползня вдоль склона или по фронту L примерно равна его ширине В. Если главный уступ и внутренние ступени оползня вытянуты вдоль склона, то его называют фронтальным. Длина такого оползня по фронту значительно больше его ширины. Выделяют также оползни-потоки, спускающиеся по скло­ну вдоль вытянутых понижений или ложбин стока. Ширина их рас­пространения намного меньше длины. Встречаются оползни проме­жуточного типа, переходных форм и очертаний.

ФЛ. Саваренский подразделял оползни на асеквентные консеквентные и инсеквентные (от лат. следование). Асеквентные оползни (не следующие каким-либо поверхностям) образуются в однородных неслоистых породах (глинах, суглинках) и имеют вогнутую поверхность скольжения. Консеквентные оползни (следующие поверхностям) образуются в неоднородных и трещино­ватых породах и имеют наиболее широкое распространение. Форма и расположение поверхности скольжения таких оползней обычно пре­допределены строением склона, наличием различных границ раздела пород и ослабленных зон в них. Обычно поверхности скольжения наследуют: 1) моноклинальную поверхность напластования пород; 2) наклонные слои глин, суглинков, аргиллитов и др.; 3) поверхность коренных пород; 4) нижнюю границу зоны выветрелых пород; 5) по­верхность мерзлых пород и др. Инсеквентные оползни (вкрест про­стирания пород) образуются также в неоднородных, слоистых поро­дах, залегающих горизонтально или наклонно в сторону склона. По­верхность скольжения таких оползней пересекает слои разного соста­ва вкрест их простирания.

Таким образом, оползни резко выделяются в рельефе присущими им специфическими формами, особенностями трещиноватости пород, нарушением растительного покрова, различными видами водопроявлений и, как правило, деформациями инженерных сооружении, сте­пень выраженности этих особенностей зависит от возраста оползня и активности оползневого процесса на разных стадиях его развития.

Оползневое смещение горных пород происходит под воздействием силы тяжести и совокупности других сил и возможно тогда когда сдвигающая составляющая превысит прочность пород по наиболее ослабленной зоне или по потенциальной поверхности скольжения, т. е. когда будет нарушена устойчивость или предельное равновесие масс горных пород на склоне. В этом случае коэф­фициент их устойчивости г] будет меньше единицы. Коэффициент устойчивости ŋ равен отношению суммарного сопротивления сдви­гу пород по поверхности скольжения к сумме сдвигающих усилий вдоль этой же поверхности: 1>ŋ = f ∑ N + CL / ∑ T,

где f— коэффициент внутреннего трения пород, ∑N — суммарное сопротивление сдвигу, С — силы сцепления пород вдоль поверхно­сти скольжения,L — длина поверхности скольжения, ∑ Т— сумма сдвигающих сил.

В связи с этим наиболее частыми причинами образования оползней являются:

1) повышенная загрузка склона или откоса, а также увеличение их крутизны и связанное с этим изменение напряженного состояния горных пород;

2) снижение прочности пород за счет изменения их физико-механических свойств при увлажнении, набухании, разуплотнении, выветривании, нарушении естественного сложения и т. д.;

3) воздействие возросших гидростатических и гидродинамиче­ских сил на породы, вызывающее развитие фильтрационных про­цессов и связанные с ними деформации (суффозию, выпор, плывун­ное состояние и др.).

Изменение крутизны склона, его загрузка, увеличение веса гор­ных пород, концентрация напряжений в зоне склона, сейсмические и другие внешние воздействия повышают абсолютное значение сдви­гающих сил, стремящихся сместить массы горных пород вниз по склону или откосу. Ослабление прочности горных пород вследствие изменения их физического состояния при увлажнении, набухании, разуплотнении, выветривании, нарушении естественного сложения, воздействия гидростатических и гидродинамических сил и других причин вызывает главным образом относительное увеличение роли сдвигающих сил. Они оказываются большими, чем прочность пород на склоне, что приводит к нарушению их устойчивости и образование оползней. Иными словами, образование оползней прежде всего но с повышением абсолютного или относительного значения сдвигающих усилий при снижении прочности горных пород в их толще или вдоль потенциальной поверхности скольжения. Сделанные выводы о причинах образования и важных закономерностях развития геологического оползневого процесса указывают на возможный выбор инженерных мероприятий по предупреждению этого процесса или по приданию большей устойчивости склонам.

Следует также выделить природные и искусственные условия, нарушающие равновесие масс горных пород на склоне или откосе и способствующие образованию оползней. Из этих условий ведущую роль играют следующие: 1) климатические особенности района и рельеф местности; 2) гидрологический режим рек и водоемов, осо­бенно в пределах береговых оползневых участков; 3) геологическое строение склонов и откосов и их гидрогеологические условия; 4) современные сейсмические явления и новейшие тектонические движения; 5) развитие сопутствующих экзогенных геологических процессов и явлений; 6) физико-механические свойства горных по­род и их возможные изменения; 7) хозяйственная деятельность че­ловека. При изучении оползневых процессов и явлений для прогноза их развития и оценки потенциального риска хозяйственного освое­ния территории необходим комплексный анализ региональных и местных условий и причин образования оползней.

Специфические признаки оползания горных пород по склону определяют механизм и вид оползневого процесса. На основании опыта изучения оползней выделяют структурные оползни при оползании блока или блоков горных пород и пластические оползни, когда перемещение масс горных пород происходит в виде вязкого течения. Нередко эти механизмы оползания формируют переходные или смешанные виды перемещения масс горных пород, когда отделившийся блок пород в процессе оползания разрушается, пере­тирается и дальнейшее его движение приобретает характер вязкого течения. Следует подчеркнуть, что при анализе каждого конкретно­го случая оползания горных пород по склону или откосу важно ус­тановить его историю и динамику развития (эволюцию) с выделени­ем определенных временных и феноменологических этапов, стадий фаз. Обычно в истории развития оползня выделяют три характерных этапа: 1 — подготовки оползня, 2 — образования оползня, 3 — стабилизации оползня. При этом для выделения современных и древних оползней, обусловленных эрозионной или абразионной деятельностью водотоков и водоемов, следует установить связь оползневого процесса с положением базиса эрозии и уровня абразии на различных исторических этапах развития изучаемого района.

В настоящее время разработаны многочисленные классификации оползней по их размерам, строению, причинам и условиям образования, механизму и динамике оползневого процесса и др. Большин­ство классификаций отражает сложность оползневых явлений. Ряд классификаций учитывает несколько характерных признаков, другие (менее детальные) построены на учете одного или ограниченного числа признаков. Остановимся на двух классификациях, которые до­вольно известны и методически интересны.

Г.С. Золотарев разделяет оползни по их строению и мас­штабу явлений: 1) смещение очень крупных массивов скальных по­род; 2) оползни-блоки — смещение блоков глинистых и полускаль­ных пород; 3) оползни-потоки — вязкое течение раздробленных и перетертых смещенных блоков пород; 4) сплывы — поверхностные смещения пород глубиной до 5 м; 5) оползнн-оплывины — небольшие и неглубокие оползни (до 3 м); 6) срывы – небольшие по площади и глубине смещения.

ВЛ Ломтадзе разработал единую классификацию гра­витационных явлений, включая оползни, в основу которой положен механизм и особенности движения горных пород. Кроме того, в этой довольно полной классификации учтены причины нарушения рав­новесия пород на склоне, динамика развития оползневого процесса и его масштаб.

Качественная и количественная инженерно-геологическая оценка устойчивости оползней должна быть комплексной, основывающейся на изучении всего многообразия причин и условий их образования: 1) морфологии, строения и структуры оползня; 2) обводненности сла­гающих его пород и их физико-механических свойств; 3) сопутст­вующих геологических процессов и явлений; 4) динамики развития оползневых явлений; 5) соотношения сдвигающих и удерживающих усилий, определяющих равновесие горных пород на склоне. Оконча­тельная оценка устойчивости оползней в настоящее время базируется на методах количественной оценки состояния равновесия масс гор­ных пород на склоне или откосе. Эти расчетные методы применимы на стадии детального изучения оползней и всегда сочетаются с традиционными геологическими методами описания оползневых явлений и процессов, анализом динамики их развития. В основе количественных оценки устойчивости оползней лежит детальное изучение всех составляющих сдвигающих и удерживающих усилий горных пород на склоне и расчет соотношения между ними, которое выражается коэффициентом устойчивости ŋ.

При применении расчетных методов используются следующие материалы:

1) Детальная расчетная схема или опорный геологический разрез (разрезы) по оси оползня и характерным его участкам. На разрезах следует отражать не только все особенности строения оползня с уста­новленными или предполагаемыми поверхностями и зонами сколь­жения (ослабления), но и условия залегания водоносных горизонтов и обводненных прослоев с отметками уровней подземных и поверхно­стных вод на разные сезоны года и характерные периоды времени.

2) Данные о динамике развития оползня, особенно во время не­благоприятных для его устойчивости сезонов (высокие уровни под­земных вод, половодье и дождевые паводки на реке, интенсивная волновая абразия на море и водоемах и др.).

3) Расчетные данные, характеризующие плотность горных по­род, сопротивление их сдвигу по поверхностям скольжения и зонам ослабления, величину градиентов напора подземных вод и др.

4) Обоснованный метод расчета для конкретных геологических условий оползневого участка.

В настоящее время существует целый ряд методов расчета ус­тойчивости масс горных пород на склонах и в откосах, поэтому вы­бор метода расчета устойчивости оползня в основном определяется:

1) строением оползня, формой поверхности скольжения, т. е. детальным геологическим разрезом или расчетной схемой;

2) возможностью выявления и учета всех сил. воздействующих на оползень и определяющих степень его устойчивости — состояние рав­новесия блоков и масс горных пород, существующие и проектные по­стоянные или временные нагрузки на склон, гидродинамическое дав­ление, гидростатическое взвешивание, сейсмические колебания и др.

Оползневый процесс проявляет себя длительное время. Поэтому самопроизвольной стабилизации современных оползневых тел обычно не происходит. Их относительная устойчивость или полная С1^илизация может наступить, когда действие вызывающих оползень причин приостановлено или полностью исчерпано. Устойчивость временных оползней разной степени подвижности может быть достигнута преимущественно искусственно после осуществления противооползневых мероприятий. Поэтому на участках, кото рые представляют хозяйственную, историческую, экологическую или иную ценность, обычно осуществляют различные профилактические или конкретные инженерные мероприятия по защите территорий от разрушения оползнями.

При борьбе с оползнями часто применяют следующие ком­плексные мероприятия: 1) регулирование поверхностного стока; 2) дренаж обводненных горных пород; 3) перераспределение масс горных пород и их инженерное закрепление; 4) защиту от подмыва и размыва склона или откоса; 5) искусственное улучшение физико-механических свойств горных пород; 6) лесомелиоративные работы; 7) профилактические мероприятия.

Для обоснования и выбора противооползневых мероприятий следует руководствоваться следующим :

1. Эффективность противооползневых мероприятий зависит от детальности и надежности инженерно-геологических данных о строении оползня, форме залегания поверхностей скольжения, по­ложении водоносных горизонтов и условиях их питания.

2. Противооползневые мероприятия должны устранять или смягчать причины образования оползня и явления, способствующие дальнейшему его развитию.

3. Стабилизация оползня обычно достигается осуществлением комплекса противооползневых мероприятий.

Инженерно-геологические исследования на оползневых участ­ках всегда включают в себя помимо изучения геологического и гео­морфологического строения и явлений, гидрогеологических усло­вий, физико-механических свойств горных пород, также режимные наблюдения за климатическими и гидрологическими особенностями местности. При этом для успешного решения поставленных задач необходимо проведение детальной инженерно-геологической съем­ки, включающей разведочные (буровые, опытные и геофизические) работы, стационарные режимные наблюдения, лабораторные иссле­дования, анализ материалов исследований, составление заключения об условиях устойчивости оползня, склона и откоса, а также обосно­вание необходимого комплекса противооползневых мероприятий.