§ 2. Методы борьбы с суффозией и плывунами
Для борьбы с суффозией применяют меры по прекращению движения воды через размываемый массив:
- регулирование поверхностного стока или перехват подземных вод дренажными устройствами для предотвращения поступления и фильтрации воды;
- устройство защитных покрытий для защиты горных пород от поверхностного выветривания;
- устройство обратных фильтров (в основании плотины в ее нижнем бьефе) или поверхностных дренажей для вывода подземных вод и предотвращения вымывания частиц пород;
- конструктивные особенности сооружений для уменьшения скорости движения и увеличения пути фильтрации подземных вод;
- искусственное улучшение свойств пород путем силикатизации, цементации и пр. для снижения фильтрации. Нагнетание затвердевающих (схватывающихся) материалов в породы (поры, каналы, трещины).
Для борьбы с плывунами применяются следующие методы:
- искусственное осушение водонасыщенных пород. Осуществляется с помощью откачек из специально пробуренных скважин (временная мера на период строительных работ) или с помощью забивных и опускных фильтров и иглофильтров. Этот метод применяется для борьбы с ложными плывунами (псевдоплывунами). Осушение истинных плывунов практически невозможно, так как в них отсутствует напорная фильтрация;
- крепление плывунов с помощью шпунтовых ограждений, забивной крепи и т.п. Метод широко применяется, но ограничен по глубине;
- замораживание плывунов. Пригоден для всех видов плывунов, однако, тоже носит временный характер;
- химическое закрепление плывунного грунта нагнетанием жидкого стекла, хлористого кальция или силикатных материалов. Возможно только для фильтрационных плывунов, где коэффициент фильтрации достаточно высок. У истинных плывунов Кф < 2х10-3м/сек и химическое закрепление для них малоприменимо.
Глава 5. Движение грунтов на склонах и откосах. Меры предупреждения и борьбы с оползнями § 1. Движение грунтов на склонах и откосах
Склоны подразделяются на природные и искусственные. К искусственным склонам относятся откосы насыпей, дамб, выемок, борта карьеров.
В определенных условиях горные массы, слагающие склон или откос, теряют устойчивость и смещаются вниз. Различают три основных вида смещений: обвалы, осыпи (делювиальные сносы) и оползни.
Обвалы возникают на крутых склонах (крутизной более 25-30°), то есть, в большинстве случаев, в горах. Возникновению обвалов способствуют трещиноватость горных пород, движение снежных и ледяных масс и другие факторы. Для возникновения обвала нужен первичный толчок, например: атмосферное явление (буря, сильный ливень) или землетрясение. Во время сильнейшего землетрясения 1911г. в долине реки Мургаб произошел обвал горной массы объемом 3,6-4,8 млрд. м3; в результате образовалось Сарезское озеро, которое сейчас имеет размеры 75 х 1,5км и глубину 262м.
Осыпи возникают в результате скопления в нижней части склона продуктов осыпания и делювиального сноса (щебня, дресвы, песчано-глинистых грунтов). Наклон поверхности осыпи приблизительно равен углу естественного откоса для этих продуктов в сухом состоянии. По мере накопления, угол наклона увеличивается. В дальнейшем, при увлажнении, осыпь быстро перемещается вниз, до наступления состояния равновесия, при этом угол наклона осыпи выполаживается до угла естественного откоса в водонасыщенном состоянии.
При выветривании прочных скальных пород на склоне могут образовываться накопления грубообломочного материала – курумы. Размеры обломков могут достигать 10м в поперечнике; между ними, на глубине 1,5-2м появляется щебенисто-глинистый материал. Курум является частным случаем осыпи.
Оползень это движение масс горных пород по склону под действием силы тяжести. Во многих случаях это движение связано с деятельностью подземных и поверхностных вод. В зависимости от инженерно-геологических условий, оползни могут переходить в обвалы или осыпи. Общее строение оползня и отдельные его элементы показаны на рис. 7.8.
Рис.7.8. Схема общего строения и отдельных элементов оползня:
1 – деформация основания оползня; 2 – трещины вспучивания; 3 – зеркала
скольжения; 4 – оползневые ступени; 5 – трещина разрыва; 6 – стенка срыва;
7 – бровка срыва
Различают сползающие и толкающие оползни (см. рис. 7.9).
Сползающие (деляпсивные) оползни начинаются в нижней части склона, например, в результате подмыва или подрезки склона, и распространяются вверх по склону, вызывая последовательное соскальзывание новых его частей. Поверхность оползания располагается не ниже подошвы склона.
Толкающие (детрузивные) оползни возникают в верхней части склона в результате образования трещин откола или нагрузки на склон. Оторвавшийся массив движется вниз и толкает впереди себя породы, расположенные ниже по склону. Подошва оползня и нижняя часть поверхности скольжения располагается ниже подошвы склона. Впереди подошвы оползня образуется вал выпирания высотой 10м и более.
Рис. 7.9. Поверхности скольжения
а – деляпсивного и б – детрузивного оползней
В отличие от обвала, который возникает внезапно и происходит очень быстро, движение горных масс в виде оползня является относительно медленных процессом.
Оползневой процесс можно разделить на три стадии:
I стадия – подготовительная. Различные геологические процессы и деятельность человека постепенно снижают устойчивость склона, однако, склон пока не приходит в движение.
II стадия – смещение горных масс. В процессе смещения оползающая часть может перемещаться и в вертикальном и в горизонтальном направлении. Подвижки бывают неравномерными по времени, с перерывами (периодами покоя).
III стадия – затухание движения и стабилизация. Сдвинувшиеся массы приобретают новое устойчивое положение. В дальнейшем они могут испытать новое движение или стабилизироваться.
Существуют следующие причины нарушения устойчивости склонов:
тектонические процессы. В результате действия тектонических процессов нарушается структура склона, образуются трещины, по которым может происходить смещение (оползание);
условия залегания горных пород на склонах. При напластовании, слоистости пород, согласной склону, может происходить смещение по поверхности напластования (рис.7.10а), либо по слабому прослою (рис.7.10в);
процессы выветривания, коррозии, дефляции. Данные процессы превращают скальные породы склона в нескальные (менее прочные), нарушают связь выветрелой массы с материнской породой;
деятельность поверхностных вод. Воды рек, морей, озер (водохранилищ) подмывают подошву склона, что приводит к потере его устойчивости;
Рис. 7.10. Падение слоев пород согласно склону.
деятельность подземных вод. Приводит к растворению, выносу частиц приподошвенного слоя горных пород; насыщение водой глинистого подошвенного слоя или глинистых грунтов, слагающих склон, приводит к изменению консистенции глинистых грунтов (они приобретают пластичную или текучую консистенцию);
инженерная деятельность людей. К результатам этой деятельности относятся создание искусственных склонов или откосов, изменение гидрогеологических условий местности (осушение или, наоборот, создание искусственных водохранилищ), строительство сооружений на склонах.