Тема 5. Зсуви

Зсув – це маса гірських порід, що сповзає або сповзла вниз по схилу або відкосу (штучний схил) під впливом сили ваги, гідродинамічного тиску, сейсмічних та інших сил.

Зсувні явища завжди супроводжуються змінами рельєфу місцевості, її геологічної будови і вказують на те, що гірські породи на схилі або у відкосі втратили стійкість під впливом якихось причин.

Кожен зсув має ту чи іншу ступінь стійкості. Коли маси гірських порід сповзли і причини, що викликали зміщення, повністю чи тимчасово знешкоджені, зсув стійкий. Коли причини лише частково знешкоджені, зсув нестійкий. При проектуванні, будівництві і експлуатації споруд важливо не лише виявити розповсюдження зсувів, прогнозувати можливість їх утворення, але і оцінювати ступінь їх стійкості.

Роль зсувних явищ в загальній стійкості місцевості і інженерних, споруд. Багатовіковий досвід показує, що зсуви – це грізне і часто грандіозне геологічне явище. В окремих районах вони суттєво змінюють рельєф поверхні землі, порушують стійкість споруд, будівель, доріг, каналів, цілих комплексів споруд, міст, руйнують їх, виключаючи катастрофи з людськими жертвами і великими матеріальними збитками. Все це приводить до необхідності постійно проводити меліоративні роботи по поліпшенню таких територій і будувати різноманітні протизсувні споруди. Зсуви являють велику небезпеку не лише на природних схилах, але і на схилах штучних, тобто на укосах насипів, дамб, бортів кар'єрів і ін. Зсуви не лише порушують стійкість місцевості, споруд,бортів кар'єрів, але і впливають на зміни природних умов взагалі і на розвиток інших геологічних процесів, з якими вони часто генетичне пов'язані. Зсувні явища підготовлюють матеріал – зсувні накопичення, які потім легко розмиваються і в долинах гірських річок приймають участь в розвитку сельових явищ. Все вищеперераховане змушує приділяти велику увагу вивченню зсувних явищ, враховувати їх розповсюдження і можливість утворення при плануванні розміщення різноманітних видів будівництва, постійно оцінювати ступінь їх небезпечності.

Морфологічні особливості зсувних ділянок. Кожен зсув створює зсувну ділянку, границі і форма якої в плані визначаються розміром зсуву і його типом. Маси порід, що змістилися, утворюють тіло зсуву – зсувні накопичення. Механізм руху мас гірських порід буває різним. В одних випадках відбувається сповзання блоку чи блоків гірських порід (структурні зсуви), в інших маса гірських порід зміщується (повзе), подібно в'язкій рідині по поверхні ковзання (пластичні зсуви). Бувають і перехідні типи зсувів. Розміри зсувних масивів, що визначають масштаб явища, можуть бути різноманітними: малі – окремі глиби, невеликі – від десятка кубічних метрів до 1000; великі – тисячі і десятки тисяч кубічних метрів до 100-200 тис.м³; грандіозні – більше 200 тис.м³.

Поверхня, по якій відбувається відрив зсувних мас і їх сповзання, називається поверхнею ковзання, яка є обов'язковим елементом будови зсуву, діагностичною ознакою зсувного явища. Зсуви можуть мати одну або декілька поверхонь ковзання, що визначає складність їх будови – структуру. Місце виходу поверхні ковзання на денну поверхню в основі схилу чи відкосу називають підошвою зсуву, а в верхній частині схилу – вершиною. Вихід її на схилі , праворуч і ліворуч від осі зсуву, позначає борти зсуву. В залежності від глибини розташування поверхні ковзання, зміщуватись можуть або самі поверхневі відклади, наприклад, ґрунтовий покрив, або великі маси гірських порід.

Рельєф поверхні зсувного тіла нерівний – хвилястий, з западинами. Важливою особливістю морфології зсувних ділянок є водопроявлення в різних формах. Джерела підземних вод, постійні або ті, що зникають , зосереджені чи розсіяні, з'являються в різних місцях зсувної ділянки. Важливою ознакою зсувних зміщень є також різноманітні деформації споруд, розташованих на зсувах або в зоні їх дії. Деформації проявляються по-різному: в перекосі і зміщенні будівель, полотна доріг, робочих і транспортних ділянок на бортах кар'єрів. Таким чином, морфологічні особливості зсувних ділянок досить різноманітні. Зсуви різко виділяються в рельєфі, їм властиві специфічні особливості умови рельєфу, тріщинуватість порід, порушення рослинного покриву, "п'яний ліс", різноманітні форми водопроявлень і деформації споруд. Ступінь вираженості всіх цих особливостей залежить від віку зсуву, стадії його розвитку, активності динаміки явища.

Причини утворення зсувів:

1) збільшення крутизни схилу або укосу при їх підрізці, підробці, а також при наданні укосам більшої крутизни,

2) послаблення міцності порід внаслідок зміни їх фізичного стану при зволоженні, набуханні, вивітрюванні, порушені природного складання і т. ін., а також в зв'язку з розвитком в породах явищ повзучості,

3) дія гідростатичних і гідродинамічних сил на породи, що викликають розвиток фільтраційних деформацій;

4) зміна напруженого стану гірських порід у зоні формування схилу і будівництва укосу;

5) зовнішні дії – навантаження схилу чи укосу, а також ділянок, що прилягають до їх бровок, мікросейсмічні і сейсмічні коливання і ін.

Періоди інтенсивних зсувних посувань на схилах і укосах тісно пов'язані з періодами довготривалих дощів, інтенсивного танення снігу, а також з багаточисельними і різноманітними формами проявлення підземних вод. На зміни фізичного стану гірських порід на схилах чи укосах великий вплив мають процеси вивітрювання. В залежності від ступеня вивітення порід міняються їх властивості – щільність, пористість, тріщинуватість, водопоглинання і міцність. При вивітрюванні скельні породи переходять в напівскельні, а при подальшому руйнуванні – в пухкі незв'язані чи м'які глинисті зв'язані.

Умови, що сприяють утворенню зсувів – це вся сукупність природних і штучних умов, що полегшують дію сил, які порушили рівновагу мас гірських порід. Із умов, найбільш сприятливих утворенню зсувів, можна назвати наступні: 1) кліматичні особливості району, 2) гідрологічний режим водойм і рік для берегових зсувних ділянок, 3) рельєф місцевості, 5) сучасні і новітні тектонічні рухи і сейсмічні явища, 6) гідрогеологічні умови, 7) розвиток попутних екзогенних геологічних процесів і явищ, 8) особливості фізико-механічних властивостей гірських порід, 9) інженерна діяльність людини.

Інженерно-геологічна оцінка стійкості зсувів повинна бути комплексною (якісною і кількісною) і базуватися на даних вивчення: 1) морфології, будови зсуву, обводненості складових порід і їх фізико-механічних властивостей та попутних геологічних процесів і явищ, 2) динаміки розвитку зсувних явищ і 3) співвідношення зусиль, що визначають рівновагу мас гірських порід, що складають зсув. При використанні першої групи даних для оцінки стійкості зсувів важливо враховувати, наприклад, що сучасні зсуви мають свіжі сліди руху, рельєф їх поверхні з різкими рисами. Споруди, що розташовані на таких зсувних ділянках, знаходяться під впливом деформацій і руйнувань. При інженерно-геологічній оцінці загрози таких зсувів важливо звертати увагу на величину площі, що займає зсув, його розміри, тобто масштаб явища.

У зсувів, що стабілізувалися, у яких дія причин, що викликали їх рух, вичерпано, в рельєфі поверхні різкі риси зникли, вся поверхня задернована або навіть поросла кущами чи травяною рослинністю. У зсувів, що призупинились, і у зупинених зсувів, в яких причини, що викликали їх рух, тимчасово врівноважені факторами стійкості, в пластиці поверхні рельєфу спостерігається початок чи продовження згладжування різких нерівностей. Це вказує на тенденцію до стабілізації процесу.

Прогноз зсувних явищ. При оцінці стійкості природних схилів, а також існуючих укосів та укосів, що проектуються, з'являється необхідність складати прогноз можливості утворення зсувів. Він може бути в залежності від стадії інженерно-геологічних досліджень якісним і кількісним. Якісна оцінка стійкості схилів, як і існуючих зсувів, грунтується на вивченні, описі та аналізі інженерно-геологічних умов схилів: їх крутизни, висоти, особливостей рельєфу, умов залягання гірських порід і ін. Складанню такої оцінки допомагає метод аналогій – геологічних тотожностей, коли в досліджуваному районі знаходять подібні (тотожні) за інженерно-геологічними "умовами" схили, в межах яких вже з'явилися зсувні посування. Основним кількісним методом оцінки стійкості схилів і відповідно прогнозу зсувних явищ є розрахунковий.

Протизсувні заходи. На даний час в практиці боротьби із зсувами найбільш часто застосовують наступні групи заходів: 1) регулювання поверхневого стоку, 2) дренаж обводнених гірських порід, 3) перерозподіл мас гірських порід, 4) захист від підмиву і розмиву, 5) закріплення мас гірських порід підпірними спорудами, 6) штучне поліпшення властивостей гірських порід, 7) лісомеліоративні роботи, 8) профілактичні міроприємства.

Регулювання поверхневого стоку застосовують для того, щоб зменшити або виключити зволоження гірських порід на зсувній ділянці дощовими і талими водами, яке майже на всіх зсувних ділянках є постійно діючим чинником зміни фізичного стану, міцності і інших властивостей гірських порід. В комплекс по регулюванню поверхневого стоку входять: 1) планування поверхні зсуву і прилягаючої до нього території, 2) влаштування системи поверхневих водовідводів і 3) лісомеліоративні роботи При плануванні рельєфу поверхні зсувної ділянки проводять зрізку різноманітних виступів, валів, западин. Система поверхневих водовідводів складається, головним чином, з напірних і водовідвідних каналів, лотків і різного типу водоскидів.

Дренаж обводнених гірських порід. Зсуви, як правило, не утворюються без участі підземних вод. Тому дренаж є обов'язковою частиною комплексу протизсувних міроприємств. Задачами дренування (осушення) є перехват і відвід підземних вод від зсувної ділянки або зниження їх напорів в межах зсуву і особливо на місцевості, що безпосередньо до неї прилягає.

Перерозподіл мас гірських порід. Цей прийом має широке застосування і для забезпечення стійкості зсувів. В залежності від крутизни схилу, умов залягання поверхні ковзання, в межах зсуву може виникнути значний перепад тиску. В підошвенній частині зсуву об'єм мас гірських порід та їх вага можуть бути недостатніми, щоб утримати в рівновазі гірські породи, що розташовані біля вершини зсуву. Для зміни такого співвідношення зусиль роблять зрізку порід в активній частині зсуву. Це змінює крутизну схилу, збільшує ефективний тиск по поверхні ковзання в нижній частині зсуву і підвищує опір зсуву порід.

Захист від підмиву і розмиву берегів. Захист берегів і схилів від підмиву і розмиву служить складовою частиною комплексу протизсувних заходів.

Закріплення мас гірських порід підпірними. Штучні упори використовують як самостійне протизсувне міроприємство, але частіше в комплексі з іншими – з регулюванням поверхневого стоку і дренуванням обводнених порід.

Штучне поліпшення властивостей гірських порід. Вибір методу поліпшення властивостей визначається: 1) петрографічними особливостями гірських порід і їх фізичним станом, 2) вимогами до гірських порід в частині необхідного застосування їх властивостей, 3) технічними можливостями методу в даних умовах, 4) економічною вигідністю в порівнянні з іншими можливими міроприємствами.

Лісомеліорація. Великий вплив на зміни водного балансу зсувних ділянок має трав'яна рослинність, кущі і дерева. Це сприяє зарегулюванню поверхневого стоку, стримує інфільтрацію дощових і талих вод, сприяє осушенню гірських порід.

Профілактичні міроприємства.

1) спостереження за динамікою зсувних посувань, збереженням і стійкістю споруд на зсувній ділянці з ціллю попередження аварій,

2) встановлення охоронних зон на зсувній ділянці,

3) спостереження за збереженням і станом роботи протизсувних споруд і їх ремонт,

4) проведення додаткових протизсувних міроприємств і будівництво споруд у відповідності з наступними стадіями розвитку зсувного процесу.

Інженерно-геологічні дослідження на зсувних ділянках – складний вид інженерних вишукувань. Вони повинні бути комплексними – включати в себе вивчення кліматичних, гідрологічних умов, рельєфу місцевості, геологічної будови і гідрогеологічних умов, фізико-механічних властивостей гірських порід і геологічних явищ, що супутні зсувам. Для вирішення поставлених задач необхідно передбачати виконання детальної інженерно-геологічної зйомки, розвідувальних робіт, дослідних робіт, систематизацію і обробку матеріалів дослідження і складання заключень про стійкість зсуву, схилу, укосу і необхідного комплексу протизсувних міроприємств.

Контрольні запитання

1. Що таке зсув?

2. Дайте морфологічну характеристику зсувних ділянок.

3. Які основні причини утворення зсувів?

4. Назвіть основні протизсувні заходи.