исключить случаи возникновения оползней в результате воздействия чрезвычайного события (землетрясения, наводнения, промышленного взрыва, неучтенного техногенного вмешательства и т. п.).

Нарушение этих правил не позволяет делать строгие выводы после статистической обработки данных. К примеру, А. И. Шеко опубликовал в свое время интересные данные изучения оползней в районе г. Гурзуфа, где морское побережье сложено щебнисто- пинистыми отложениями с крупнообломочными включениями из пород таврической свиты. Из 55 случаев повторяемость от 3 до 7 оползней наблюдается в интервале крутизны склона от 15 до 70°

278

a

плуатации сооружений и жизни людей. Большой оползень со всеми морфологическими элементами, проявившийся на склоне реки, менее опасен, чем камнепады, неожиданно оказывающиеся на полотне железнодорожной магистрали в горном или предгор­ном районе после летнего ливня.

Факторы оползневого процесса — это вспомогательные про­цессы, воздействие которых на геологическую среду приводит к развитию и проявлению оползня. Некоторые исследователи на­зывают их причинами. Их много и по своей природе они очень разнообразны. В первую очередь факторы делятся на два клас­са — природные и техногенные. При этом по характеру своего воздействия техногенные факторы имеют свои аналоги среди при­родных. Это, однако, не означает, что они не различаются между собой. Ранее, в первом разделе, были рассмотрены различия между природными процессами и их техногенными аналогами. Здесь мы покажем специфику тех и других факторов-процессов примени­тельно к гравитационным явлениям (табл. 14.4). По характеру воз­действия и его результатов все факторы оползневого процесса можно разделить на две группы: 1) изменяющие состав, состояние и свойства горных пород, слагающих склон или откос, а в итоге влияющие на их прочность и деформируемость; 2) изменяющие напряженное состояние приоткосного массива горных пород. Такое разделение базируется на принятой в науке и инженерной практике методике количественной оценки и прогнозирования ус­ловий устойчивости природных склонов и техногенных откосов. Определение коэффициента устойчивости откосного сооружения на основе теории предельного равновесия производится по двум группам расчетных показателей: а) характеризующих прочность пород (сцепление и коэффициент внутреннего трения) и б) харак­теризующих напряженное состояние на поверхности скольжения (нормальные и касательные напряжения). Вся информация, полу­ченная при инженерно-геологическом изучении объекта, должна быть в итоге отражена в показателях обеих групп.

Как следует уже из характеристики оползневого процесса, в его возникновении и развитии участвуют много факторов в раз­личных сочетаниях, часто усиливая друг друга, но в каждом конк­ретном случае, в конкретной геолого-геоморфологической обста­новке, воздействие одного из факторов становится решающим для возникновения или активизации оползневого процесса. Этот фак­тор следует называть причиной процесса или явления, без которой не было бы оползня с его последствиями. Нахождение причины и ее выделение из числа действующих факторов имеет принципи­ально важное значение для обоснования методов и мероприятий противооползневой защиты. Бороться сразу со всеми факторами любого процесса невозможно в силу как финансовых, так и вре­менных ограничений. В названии оползневого явления (объекта; должна присутствовать его причина, что с самого начала ориенти­рует исследователей в их работе и подготовке рекомендации д и

Таблица J4.4

Перечень основных факторов-процессов возникновения оползневых явлений

заказчика. Проблема правильной организации блока управления геодинамическим мониторингом напрямую связана с выявлением причины оползня, будь то сейсмическое воздействие, подрезка склона, дополнительная нагрузка, увлажнение и набухание глинис­тых пород или рост гидродинамического давления подземных вод. Не всегда причина является главным фактором, и наоборот. В оцен­ках роли и времени воздействия различных факторов необходимо четко выделить причину и главный фактор, если только они не совпадают.

Причина по своему характеру, времени и масштабу воздейст­вия может быть случайной или закономерной, локальной или ре­гиональной, быстрого и длительного влияния, легкоустранимая и неустранимая, прогнозируемая и непрогнозируемая. Большое ко­личество оползней проявляется во время землетрясений, в перио­ды паводков, таяния снегов, ливневых дождей. Эти причины раз­ные, но все они относятся к закономерным (кроме землетрясе­ний), быстрого воздействия, прогнозируемым, региональным и неустранимым. Многие районы на берегах крупных рек и морских побережий характеризуются непрекращающейся оползневой дея­тельностью. Причина у нее одна и та же — постоянно действую­щая, закономерная, прогнозируемая — разрушение горных пород основания в процессе эрозии рек и абразии моря. Инженерная защита в данном случае возможна, и часто она оказывается эф­фективной, но и дорогостоящей одновременно. Существует анало­гичная техногенная причина — подрезка природных склонов до­рожными трассами и другими линейными сооружениями, а искус­ственных откосов — горными работами. Как и в предыдущем случае, здесь происходит изменение напряженного состояния склонового массива, которое заканчивается оползнем. Причина эта относится к случайным, прогнозируемым, локальным и разной продолжительности действиям. Ее можно было бы не создавать при умелом изучении и прогнозировании или устранить своевре­менными противооползневыми мероприятиями.

Некоторые исследователи (Е. М. Пашкин, А. Л. Рагозин и др.) справедливо обосновывают синергетический эффект некоторых процессов, заключающийся во взаимоусилении их воздействия на геологическую или на техногенную среду. К факторам оползнево­го процесса этот эффект можно отнести в полной мере. Мы часто употребляем понятия взаимообусловленность, взаимосвязанность, суммарное воздействие, но конкретного анализа синергетики вза­имодействия процессов, определяющих динамику оползней, с при­влечением количественных оценок и прогнозов до сих пор не су­ществует. А ведь синергетический эффект может быть не только негативным, его можно использовать и при обосновании противо­оползневых мероприятий.

Подводя итоги материалу, изложенному в этом параграфе, можно сделать следующий вывод: оползневой процесс зарождает­ся в геологической среде, характеризующейся благоприятными

для него инженерно-геологическими условиями, подготавливается двумя группами факторов, изменяющих свойства горных пород склонового массива и их напряженное состояние (см. табл. 14.4), и реализуется как оползневое явление под воздействием одного из факторов — главной причины оползня.

МЕХАНИЗМ И ДИНАМИКА ОПОЛЗНЕВОГО ПРОЦЕССА

Механизм оползневого процесса или механизм движения гор­ных пород на склонах и откосах определяется видом, способом и характером перемещения одной части пород (оползневого тела) относительно другой (устойчивой) в зоне поверхности скольже­ния. Это значит, что механизм оползня зависит от геолого-геомор- фологической обстановки, в которой подготавливается и проис­ходит гравитационный процесс, т. е. от основных компонентов инженерно-геологических условий исследуемой территории (релье­фа и геологического строения). Зная главные особенности горных пород и условия их залегания, можно определить типы механиз­мов их деформирования в склоновом массиве. Это перекатывание (вращение) в обломочных и трещиновато-блочных породах на склонах с большим углом наклона (а > <р), сдвиг в твердых поро­дах по унаследованным поверхностям скольжения (трещинам, раз­ломам, слоистости и сланцеватости), скольжение в глинистых ли- тифицированных породах по новым и старым поверхностям скольжения, пластическое течение в песчано-глинистых водона­сыщенных отложениях (оползневых массах, насыпных сооружени­ях) и в полускальных породах при больших давлениях, а также переходные, комбинированные варианты в сложной геологичес­кой обстановке при неоднородной оползневой поверхности.

Знанйе типа механизма оползня дает большие возможности для прогноза его динамики и последствий, выбора расчетных моделей и показателей сопротивления сдвигу, для обоснования геодина- мического мониторинга и для мероприятий инженерной защиты. Довольно часто тип механизма приходится прогнозировать по имеющейся информации об инженерно-геологических условиях объекта изучения. Такие прогнозы имеют большое значение, в частности, при изучении долговременной устойчивости техно­генных откосов,. Эта задача является не менее сложной, чем опре­деление механизма по наблюдениям за развитием оползневого процесса.

Механизм смещения оползневого тела по поверхности сколь­жения нельзя рассматривать отдельно от процесса формирования самой поверхности. Большинство оползней, возникающих в ре­альных геологических условиях, относится к типу инсеквентных (см. рис. 14.4—14.6), поверхность скольжения которых проходит через слои пород разной Прочности, деформируемости и характе­ра разрушения (от хрупкого до текучепластичного). О последнем

можно судить по виду кривых деформации сдвига (рис. 14.8). У плотных глин четко выражен пиковый эффект с большим отно­шением максимального и минимального значений сопротивления сдвигу т_тах/т_тш, характерным для чувствительных глин, что ука­зывает на хрупкий характер их разрушения. Такие глинистые породы мы называем компетентными (Иванов, 1971). Глины малой степени литификации не обнаруживают этого эффекта, следовательно, у них разрушение носит текучепластичный харак­тер. Такие глины называются некомпетентными. В соответствии с выражением закона Кулона—Мора в записи Н. Н. Маслова и

Н. Я. Денисова в первом из рассмотренных случаев сопротивление сдвигу

T = atg<p + C, + С₂, (14.1)

а во втором —

T = ctg<p+C,, (14.2)

где С, — первичное сцепление за счет тиксотропно-коагуляцион- ных структурных связей; С₂ — сцепление за счет цементационных связей.

Проследим процесс формирования поверхности скольжения в часто встречающихся геологических условиях, в которых в вер­хней части склона залегают породы хрупкого характера разруше­ния, а в нижней части (или в основании) — пластичные, некомпе­тентные глины. Для этого воспользуемся схемой откоса, представ­ленной на рис. 14.9.

В большинстве случаев при изучении оползневого процесса не увязываются моменты изменения напряженного состояния и появ­ления трещин как результата этого изменения. Места формирова­ния трещин в откосе и их появления на дневной поверхности за­нимают разные положения, что особенно важно в исследованиях и наблюдениях оползневых деформаций в неоднородной слоистой среде. Ограничим зону появления первых трещин в компетентных

мировавшейся плоскости под углом со = 45° + <р/2. Уменьшение степени устойчивости Аг( = л — Л i ^на отрезках поверхностей скольжения в пределах А, и А различается в зависимости от соот­ношения h!h_x (где h — общая высота откоса) и сопротивления сдвигу, но поскольку начальное значение h_l определяется с боль­шим приближением, то количественные прогнозы изменения ус­тойчивости во дремени являются ненадежными. Рассматривая дальнейшее развитие оползневого процесса, можно утверждать, что в нижележащих компетентных слоях произойдет концентра­ция напряжений, а следовательно, соответствующий рост дефор­маций сдвига. В пластичных породах будут чередоваться моменты релаксации напряжений и роста деформаций ползучести. При этом очевидно, что формирование поверхности скольжения будет распространяться вниз по круглоцилиндрической или близкой к ней траектории до окончательной потери устойчивости и оформ­ления вала выпирания.

Рассмотрим второй характерный случай, когда начало форми­рования поверхности скольжения приурочивается к участку (бло­ку), в основании которого отношение между удерживающими и сдвигающими усилиями близко к единице. Положение этого участка можно определить только для конкретного откоса с параметрами а и h, известным геологическим строением и свойствами слагаю­щих пород. Поскольку величина касательных напряжений в осно­вании блока зависит от давления пород в данном блоке и угла па­дения потенциальной плоскости сдвига, то максимальное его зна­чение соответствует точке пересечения поверхности скольжения с перпендикуляром, опущенным от верхней бровки откоса (точ­ка М на рис. 14.9). Эта точка является очень неопределенной по степени устойчивости, так как она может оказаться в породах раз­ной прочности и деформируемости. Принципиально здесь нет су­щественного отличия от того, что происходит в пределах тре­угольной призмы. В случае, когда поверхность скольжения прохо­дит через слабое основание и выходит за пределы нижней бровки откоса, эта точка может оказаться на месте перехода поверхности скольжения из откоса в его основание (точка М' на рис. 14.9). Точка М' имеет более определенное положение, так как она нахо­дится в некомпетентном основании, представленном глинами, а этб предполагает малую степень устойчивости (ф имеет низкие значения, что приводит к малым величинам удерживающих уси­лий в точке М' и т = С).

Механизм формирования поверхности скольжения в случае слабого основания распространяется как вверх, так и вниз от точки М'. В нижней части это будет связано с образованием при­змы пассивного давления и с оформлением вала выпирания, что часто является признаком выхода склона (откоса) из подготови­тельной стадии, при этом поверхность скольжения еще оконча­тельно не сформировалась. Однако дальнейшее развитие оползне­вого процесса может пойти по-разному в зависимости от геологи­

ческого строения склона. При наличии компетентных слоев, для разрушения которых может не хватить величины касательных на­пряжений, процесс может приостановиться на неопределенный срок, пока концентрация напряжений в этих слоях не приведет к разрушению хотя бы одного из них. После этого наступит более интенсивное развитие поверхности скольжения вверх, что может привести к оползню со всеми его морфологическими элементами.

Динамика оползневого процесса — это особенности его раз­вития во времени. Большинство исследователей выделяет три стадии этого развития: а) подготовительную, б) стадию возни­кновения оползня и в) стадию стабилизации (затухания движе­ния). Границы между этими стадиями являются условными и про­водятся на уровне внешних эффектов. Если воспользоваться по­казателем степени устойчивости, или, как принято его называть в механике, коэффициентом устойчивости, представляющим собой отношение суммы сил, удерживающих склон, к сумме сил, направленных на его разрушение, то формально можно показать динамику оползневого процесса и провести границы между его ста­диями (рис. 14.10). К сожалению, современные методы и техни­ческие средства не позволяют дать точную количественную ин­формацию о том, как изменяется коэффициент устойчивости во времени, так же как и определить его значение до начала ополз­невого процесса. Причины этого будут проанализированы в па­раграфе, посвященном прогнозированию гравитационных явле­ний. Со всей уверенностью можно утверждать, что в момент сползания оползневого массива коэффициент устойчивости равен единице,' что на подготовительной стадии этот коэффициент больше единицы, но не постоянен из-за неравномерного воздей­ствия разного количества факторов, и что остановка движения оползневых масс свидетельствует о превалирующем положении удерживающих сил над сдвигающими, т. е. коэффициент устой­чивости стал возрастать и перешел барьер неустойчивого равно­весия. Переход от стадии подготовки процесса к стадии его реа­лизации приурочен к моменту воздействия нового фактора или к росту интенсивности действующего, что и станет основной причиной оползня (например, землетрясение, промышленный взрыв, паводок, динамическая нагрузка от транспорта, прогресси­рующая ползучесть, хрупкое разрушение более прочного слоя пород и др.).

Динамика оползневых процессов изучалась многими известны­ми исследователями на различных стадиях их развития, в разных природных условиях и при разной интенсивности техногенного воздействия. Среди этих исследований назовем Ф. П. Саваренско-

287

2. Оползень возникает при коэффициенте устойчивости скло­на или откоса, равном единице.

3. Смещение оползня в каждом цикле является законченным.

Повторение процесса возможно после достижения неустой­чивого равновесия при некотором воздействии старого или нового фактора.