Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow География arrow Опасные природные процессы

ЭКЗОГЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ И СВЯЗАННЫЕ С НИМИ ПРИРОДНЫЕ КАТАСТРОФЫ

Поверхность Земли находится в постоянном противодействии двух сил — внутренних, или эндогенных, стремящихся вывести данную поверхность из состояния равновесия путем образования поднятий или впадин, и внешних (или экзогенных), которые, наоборот, действуют в направлении выравнивания. Обычно эти внешние, экзогенные факторы действуют очень медленно, в течение тысяч и миллионов лет, поэтому они не несут непосредственной опасности человеку. Но среди них есть те, которые могут протекать практически мгновенно, и именно они представляют непосредственную угрозу для жизни человека (см. рис. 5.1). К таким процессам следует отнести, прежде всего, гравитационные, их иногда еще называют «склоновые процессы» — обвалы, осыпи, оползни и другие. Среди эрозионных процессов наиболее опасными являются временные водные потоки, образующиеся в горных районах, — сели. В зоне развития многолетнемерзлых пород развиваются в основном неблагоприятные процессы, которые не угрожают непосредственно жизни людей, но причиняют много неудобств и приводят к значительным материальным затратам при проведении работ в этих районах.

ОПАСНЫЕ ПРИРОДНЫЕ ПРОЦЕССЫ ГРАВИТАЦИОННОГО ХАРАКТЕРА

Гравитационные геологические процессы обычно сводятся к разрушению горных пород, происходящих главным образом в верхних частях склона, перемещению разрушенного материала вниз по склону (основная часть процесса) и накоплению массы горных пород в пониженных частях склона и у его подножия. Горные породы, участвующие в гравитационных процессах, образуют отложения, именуемые коллювием.

В инженерной геологии существует несколько классификаций склоновых процессов, но наиболее простой и общепринятой является классификация, основанная на механизме процесса. Выделяют три возможных механизма перемещения материала вниз по склону: течение, соскальзывание и обрушение.

Именно к сочетанию этих трех процессов сводятся все возможные ситуации, происходящие на склоне. Очевидно, что тип перемещения зависит от того, каким материалом сложен склон. Если это скальные породы, т.е. прочные сцементированные, то перемещение будет проходить путем обрушения либо соскальзывания. В этом случае образуются обвалы и осыпи. Если материал, которым сложен склон, рыхлый либо слабосцементированный, то перемещение будет идти путем образование оползней. Наконец, если материал является увлажненным и способным к течению — появляются солифлюкция, курумы и др.

Обвалы и осыпи, условия их возникновения. Обвал одной глыбы или целого массива происходит на крупных скальных уступах, которые обычно переходят у подножия в конус, сложенный обломочным материалом, образовавшимся в результате длительных обрушений. Движение обвальных масс может продолжиться на некоторое расстояние по этой наклонной поверхности в форме обломочной лавины или отдельных камней, катящихся и подскакивающих на поверхности склона. Механизм этих разнообразных явлений существенно различен.

Осыпь, как и обвал, относится к гравитационным перемещениям, происходящим без участия воды на крутом склоне, если угол его наклона больше угла естественного откоса. В отличие от катастрофического обвала осыпание заключается в постепенном скатывании или скольжении, иногда обваливании обломков в результате физического выветривания, которое постепенно проникает вглубь породы. В результате в нижней части склона накапливается шлейф осыпей.

Возникновение и развитие обвала относится к явлениям статической устойчивости. Причинами обвалов бывают землетрясения, удары и толчки; сильные взрывы разного происхождения; ослабление прочности пород при выветривании, подмыв основания крутого склона рекой и увеличение его крутизны, подрезание выемками дорог и многое другое. В настоящее время 80% обвалов возникает в результате деятельности человека, преимущественно при неправильном проведении работ во время строительства или при горных разработках.

Основной характеристикой обвала является объем обвалившихся горных пород (рис. 6.1).

Исходя из объема обвалы условно разделяются на очень малые (объем менее 5 га), малые (5—50 га), средние (50—100 га) и крупные (более 100 га). В целом в России очень малые обвалы составляют 65—70%, малые — 15—20, средние — 10—15, крупные — менее 5%

Классификация обвалов

Рис. 6.1. Классификация обвалов

общего числа обвалов. Иногда наблюдаются и гигантские катастрофические обвалы, в результате которых обрушиваются миллионы и миллиарды кубических метров пород, однако вероятность появления подобных обвалов составляет примерно 0,05%. Такие катастрофы нередко происходят при землетрясениях 7 баллов и более, когда возможно обрушение крутых горных склонов, образующих с горизонтом углы 45—50°. Крупнейший обвал объемом 2,2 млрд м3 произошел 18 февраля 1911 г. на Памире на реке Мургаб. Рухнувшие вниз 7 млрд т горных пород перегородили горную реку Мургаб, и через несколько лет на этом месте образовалось горное Сарезское озеро.

В истории известны обвалы, приводившие к большим человеческим жертвам. Так, в 1608 г. в Альпах обвалилась часть горы Монте- Конто, более 2 тыс. жителей деревни Плюр оказались погребенными в своих домах под массой камней и грунта. Точно так же на Апеннинском полуострове в VI в., когда обвал произошел на склонах горы Ровинаццо, под каменной лавиной исчез городок Велейя со всеми его жителями. И таких примеров можно привести много.

С целью прогнозирования возникновения обвала для анализа устойчивости склона следует применить методы механики скальных пород. В скальных породах потенциальные поверхности скольжения предопределяются ориентировкой основных систем трещин, что приводит к образованию ниш отрыва. Соответственно и анализ устойчивости склона следует проводить исходя из условий их образования. Форма ниши должна определяться на основании изучения трещиноватости конкретного исследуемого склона.

Рассмотрим классический пример обвально-осыпного процесса, известного как Большой Крымский обвал. 4 мая 1896 г. на западном склоне горы Южная Демерджи произошло отделение массива конгломератов длиной 400—600 м и шириной 300—400 м. Весь блок осел на 60—100 м. В процессе оседания он оказался раздроблен, его центральная и северная части обрушились. Южная часть блока, сохранившаяся от обвала, образует сейчас площадку шириной 200 м. Стенка отрыва обвала очень четкая, возвышается над этой площадкой. В результате оседания и обрушения в склоне горы образовался крутой желобообразный изгиб, или ложе, обвала, часто заполненный обломочным материалом. Значительная часть обломков сдвинута к борту желоба. Тело обвала имеет форму широкого конуса. Ширина конуса в нижней части 800—900 м. Свалившиеся глыбы конгломератов обладают различными размерами, наиболее крупные достигают размеров 8 х 10 х 15 м. В пределах обвального конуса наблюдается сортировка глыб — наиболее крупные слагают периферию конуса. При перемещении глыб, по- видимому, происходили сильные удары их о землю и друг о друга, вес отдельных глыб достигает 2—3 тыс. т. Энергия обвала, по подсчетам Ю.К. Щукина и Г.П. Горшкова, равнялась 108— 1010 Дж. Удары с такой энергией могли вызвать местные, локальные землетрясения силой 3—4 балла. Общий объем обвалившихся горных пород превышал 7 млн м3. Если бы обломки Демерджинского обвала продвинулись еще на 300—400 м вперед, то обвал был бы катастрофическим, так как у его края располагалось село Демерджи, состоящее из 154 домов (1270 человек). В настоящее время это село перенесено на некоторое расстояние от основания склона. 30 августа 1966 г. произошел новый обвал, по-видимому из ранее отделившихся блоков. Обвал начался с осыпи мелких камней, затем огромные глыбы объемом до 100 м и весом до 300 т падали с высоты 100 м. Обвал вызвал небольшое землетрясение, зарегистрированное сейсмической станцией в г. Алуште.

Меры защиты и предупреждения. Обвалы способны вызвать крупные завалы или обрушение автомобильных и железных дорог, разрушение населенных пунктов и уничтожение лесов, способствовать образованию катастрофических затоплений и гибели людей.

Для снижения ущерба от обвалов еще до возникновения стихийного бедствия необходимо изучить состояние склонов, провести анализ возможности вероятного возникновения обвалов, а в случае необходимости осуществить комплексные инженерные защитные работы. Признаками возможного обвала являются многочисленные трещины в отвесных скалах, нависающие блоки, появление отдельных фрагментов скал, глыб. Недостаточное озеленение, избыток воды, слабая дренажная способность, слишком крутой склон — все это создает риски возникновения как поверхностной эрозии склона, так и его общей нестабильности. В случае необходимости следует проводить защитные работы против опасности обвала, которые должны быть направлены прежде всего на укрепление скального массива. В настоящее время сооружения, противостоящие камнепадам и осыпям, делятся на улавливающие сооружения, такие как барьеры, стены, траншеи; пропускные — галереи; удерживающие — канатно-анкерные системы и канатно-сетчатые анкерные системы.

Наибольшим распространением пользуются канатно-анкерные и сетчатые системы, а также противокамнепадные барьеры (рис. 6.2).

Динамические противокамнепадные барьеры

Рис. 6.2. Динамические противокамнепадные барьеры

Канатно-анкерная система устанавливается на склонах, где существует опасность камнепадов. Система представляет собой сеть из стальных канатов, соединенных в местах пересечения зажимами и закрепляемых на склоне анкерами. Таким образом, система плотно прилегает к склону и фиксирует крупные камни, предотвращая их падение. В большинстве случаев прокладка системы не требует вырубки деревьев, а также способствует росту трав, кустарников и деревьев на склоне.

В некоторых случаях в качестве временных мероприятий для закрепления верхнего слоя грунта и небольших камней при сравнительно малом угле наклона склона к горизонту, а также при закреплении склонов методом гидропосева прибегают к сетчатым системам. Основным компонентом сетчатых систем является стальная сетка двойного кручения. Размеры ячейки сетки позволяют надежно зафиксировать поверхностный слой грунта и предотвратить возникновение осыпей. Самым эффективным способом защиты от камнепадов являются противокамнепадные барьеры. Конструкция барьера предусматривает полную остановку сорвавшегося камня посредством гашения его кинетической энергии с помощью элементов, воспринимающих динамическое воздействие от удара камня. Энергия, поглощаемая противокамнепадным барьером, варьируется от 100 до 8000 кДж.

Оползни, условия их образования. Оползни представляют собой быстрое разрушение склона. Естественно, что предварительные движения или последующие явления могут ощущаться в течение значительно более длительного периода времени, однако основное смещение происходит быстро в тот момент, когда нарушаются условия устойчивости склона. Обычно оползни разделяют по слагающему их материалу (рыхлые грунты, скальные породы), но имеются и другие классификации, например по масштабу, скорости движения, мощности, механизму процесса и др. (рис. 6.3).

Изучение различных конкретных случаев показывает, что каждый оползень характеризуется до некоторой степени индивидуальным механизмом, часто отличным от всех других. Смещение крупных масс земли или породы по склону вызывается в большинстве случаев размыванием подземными или поверхностными водами нижележащих слоев, дополнительным нагружением или подрезкой склона, вырубкой растительности, сейсмической нагрузкой или вибрациями транспорта. Сползание грунта происходит, когда силы трения, обеспечивающие сцепление грунтов, оказываются меньше сдвигающих сил.

Строение оползней. Глубина захвата склона оползнем характеризует мощность оползневого тела и измеряется по нормали от поверхности склона до поверхности скольжения. Глубина захвата по-

Виды оползней в зависимости от объекта классификации казывает мощность оползневого тела в различных его участках — в верхней

Рис. 6.3. Виды оползней в зависимости от объекта классификации казывает мощность оползневого тела в различных его участках — в верхней, средней и нижней частях склона — и служит важным признаком в оценке устойчивости оползня. Оползневым телом называется массив оползших пород, в котором различают «голову» (верхняя часть оползня) и «язык» (самая нижняя часть оползня). Оползневым цирком называют котловину в виде амфитеатра, образовавшуюся на крутом склоне среди несместившихся пород и представляющую собой ряд дугообразных обрывов и площадок, поверхность которых часто наклонена к обрыву.

В развитии оползня имеется несколько стадий. Первая стадия характеризуется таким состоянием склона, которое рассматривается как состояние предельного равновесия. На этой стадии смещения пород еще не происходит, но некоторые признаки начала смещения уже можно наблюдать в виде характерных трещин в тыльной части намечающегося оползня. Как показывают наблюдения, трещины могут появиться за несколько месяцев до начала оползневых подвижек; одновременно с появлением трещин отмечается изменение в режиме подземных вод, заключенных в породах склона. На данной стадии необходимо выявить главный фактор, способствующий смещению горных масс склона, и принять меры по его ограничению.

Вторая стадия развития оползня — это само оползание, движение горных масс на склоне в горизонтальном и вертикальном направлениях со скоростью, которую можно замерять при помощи нивелировки, а в отдельных случаях и визуально.

Оползни после интенсивных подвижек часто прекращают двигаться — это третья заключительная стадия развития оползня. Происходит это вследствие образования в подошве оползня достаточно массивного контрфорса, обеспечивающего равновесное состояние сдвигающих сил с силами, сопротивляющимися сдвигу. Деятельность оползней иногда прекращается на многие годы, тогда говорят об остановившихся оползнях. В связи с этим принято разделение оползней на активные и пассивные. К активным относятся действующие оползни, движение которых не прекратилось, к пассивным — оползни, остановившиеся в своем движении и возникающие только в связи с появлением естественных или искусственных факторов, способных вызвать их активизацию. По стадиям развития оползни активные относятся к начальной первой стадии, пассивные — ко второй, а окончательно остановившиеся — к третьей. Тело остановившихся оползней остается постоянным в своем объеме и служит опорой для склона, от которого оно отделилось. Обычно такие условия возникают при весьма большом захвате склона оползневыми смещениями, создающими значительное выполаживание склона.

В перечне стихийных бедствий, который демонстрирует степень опасности того или иного природного явления для жизни человека, оползни занимают седьмое место. Ежегодно они уносят жизнь от 800 до 1 тыс. человек, влекут за собой многомиллиардный экономический ущерб.

Сведения об оползнях известны с древнейших времен. Полагают, что самым крупным в мире по количеству оползневого материала является оползень массой 50 млрд т и объемом около 20 км3, произошедший в начале н.э. в долине реки Саидмаррех на юге Ирана. Оползневая масса обрушилась с высоты 900 м, со склонов горы Кабир-Бух, пересекла долину реки шириной 8 км, перевалила через хребет высотой 450 м и остановилась в 17 км от места возникновения. При этом за счет перекрытия реки образовалось озеро длиной 65 км и глубиной 180 м.

В Книгу рекордов Гиннеса включены оползни 1920 г. в провинции Хансу в Китае. На лессовом плато, грунты которого пористы, но вместе с тем обладают большой прочностью, многочисленные долины имеют крутые склоны. В результате землетрясения, которое произошло 16 августа 1920 г., связность этих грунтов была нарушена, склоны стали неустойчивыми и тысячи кубических метров грунта завалили долины, засыпали города и селения. Предполагается, что в результате оползней погибло более 200 тыс. человек.

В русских летописях сохранились упоминания о грандиозных оползнях на берегах рек, например о катастрофическом оползне в начале XV в. в районе Нижнего Новгорода, когда под оползнем было погребено 150 дворов с людьми; описания оползневых процессов Соколовогорского массива 181 1, 1818, 1846, 1869 гг., наблюдались движения пород в 1913—1915, 1927, 1936 и 1963—1968 гг. на берегу реки Волги.

Весной 2014 г. в США, в штате Вашингтон, сошел крупный оползень, разрушивший 49 домов и построек и ставший причиной гибели более 40 человек. Оползень перекрыл реку, что привело к наводнению и блокированию дороги, ведущей в город. Этот оползень стал для США рекордной по числу жертв катастрофой, связанной с оползнями. В 2013 г. недалеко от города Рио-де-Жа- нейро в результате проливных дождей возникли сильнейшие наводнения, которые привели к образованию оползней. Были размыты дороги, уничтожены жилые дома. Около 14 тыс. человек остались без жилья, 759 погибли, а еще 400 пропали без вести.

Наиболее впечатляющий оползень за последние два десятилетия вызван явлением, которое известно под названием «разжижение грунта». В городке Анкоридж на Аляске слой песчаной почвы, на которой построен город, во время землетрясения 1964 г. подвергся разжижению, потерял прочность, весь склон пополз вниз, разбиваясь на большие глыбы, которые продвигались вперед, поднимались и прокручивались. Между глыбами возникали большие трещины и расселины, образовывались уступы, высота которых достигала 15 м. Дома вместе с их обитателями съезжали вместе с землей в сторону моря, ломаясь на ходу. Сползший участок земли имел длину 2 км и ширину в среднем 300 м. В городке Вальдесе, расположенном также на Аляске, в результате подводного оползня, вызванного этим же землетрясением, соскользнула в море часть набережной длиной 1 км и шириной 60 м.

В мае 1982 г. над Гонконгом разразился сильнейший ливень, который вызвал множество оползней-оплывин и селевых потоков. Потоки грязи и воды разрушили множество строений, была нарушена линия электропередач, коммуникационные линии, дороги и железнодорожные пути, 2400 человек остались без крова, а 20 человек стали жертвами стихии.

Список трагедий можно было бы продолжать и продолжать, но из приведенных фактов ясно, что склоновые процессы являются весьма опасными и их необходимо изучать и принимать соответствующие меры для их предотвращения.

Основные направления борьбы с оползнями и меры защиты. Масштабы катастрофы при оползнях зависят от степени застроен- ности и заселенности территории, подверженной оползням. Мероприятия по предотвращению оползней должны быть направлены прежде всего против нарушений условий устойчивости склонов в густозаселенных районах. Это мероприятия, препятствующие увеличению крутизны склонов, в частности предотвращающие подмыв оснований речных берегов путем корректировки русла, снижение нагрузки на склон искусственными или естественными отложениями, мероприятия по дренажу склона и пр.

Для стабилизации искусственных откосов разработан ряд инженерных мер, таких как строительство контрбанкетов, противооползневых шпонок и т.д., которые могут быть использованы для предотвращения естественных оползней. В основные задачи инженерной подготовки оползневых территорий входит обеспечение стабильного состояния оползневого склона, т.е. сохранение равновесия всех действующих сил, и создание условий для использования оползневого склона и прилегающих территорий в градостроительных целях, например под застройку, прокладку дорог и пр. Противооползневые мероприятия разделяются на профилактические и коренные, причем перечень таких мероприятий весьма велик. Задача профилактических мер заключается в сохранении стабильного состояния оползня, коренных — в устранении основных причин образования оползня. В качестве основных противооползневых мероприятий проводится сток поверхностных вод в зоне возможного образования оползней, понижение уровня грунтовых вод путем сооружения открытых и закрытых дренажных систем, ограждение откосов и защита их от подмыва и размыва проточными водами рек или волнами водоемов, уполаживание откосов, посадка зеленых насаждений по верху откоса и на оползневом склоне, искусственное закрепление масс оползня, искусственные сооружения для удержания грунтовых масс и т.д. (рис. 6.4).

Схемы борьбы с оползнями (по Коломенскому и Комарову)

Рис. 6.4. Схемы борьбы с оползнями (по Коломенскому и Комарову)

[8, с. 272-273]:

а — штольня, расположенная в водонепроницаемом пласте для перехвата вод; 1 — водоносный горизонт; 2 — штольня; б — укрепление склона с помощью шпилек (шпонок) (/ — профиль, II — план); в — противооползневая подпорная стенка; г — укрепление склона путем уполаживания откоса и устройства контрбанкета

В настоящее время лучшим способом укрепления грунтов на склонах и откосах считается метод под названием «напорная инъекторная цементация», при котором используется новая расчетная схема устойчивости склонов, что позволяет выгоднее и эффективнее проводить закрепление оползней. По этому методу на откосах или склонах создаются специальные участки устойчивости, обеспечивающие стабильность проблемной территории. При этом значительно экономятся время и средства, поскольку укрепляется не весь грунт объекта, а только его наиболее опасные зоны.

Следует заметить, что возникновению практически всех оползней предшествует так называемый период ползучести, которая постепенно нарастает до момента образования разрыва и начала движения массы оползня. Состояние ползучести может сохраняться несколько лет, но в других случаях это время составляет секунды. Тщательные и непрерывные инструментальные наблюдения, регистрирующие устойчивость склона, не всегда позволяют установить, когда произойдет ускорение перемещения оползневого типа до опасного уровня.

Сооружение искусственных склонов должно сопровождаться выполнением условий допустимой крутизны этих склонов, для того чтобы насыпной грунт приобретал бы необходимую прочность на сдвиг, и при этом контролем смыва воды.

 
Посмотреть оригинал
Если Вы заметили ошибку в тексте выделите слово и нажмите Shift + Enter
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >
 

Популярные страницы