Оползни.
Оползнемназывается относительно медленное перемещение (скольжение) к базису эрозии земляных масс под влиянием силы тяжести в связи с изменением физических свойств грунтов при участии поверхностных и подземных вод, а также атмосферных агентов.
Оползни явление частое и свойственно склонам долин, оврагов, балок, берегам морей, искусственным выемкам. Они приносят огромный вред, разрушая здания и сооружения на самих склонах и ниже их.
Известно немало примеров оползневых явлений катастрофического характера. Так, 9 октября 1963 года на севере Италии оползень разрушил плотину Вайонт, высотой в 265,5 м. Погибло более 3000 человек, причинен огромный материальный ущерб.
Горные массы, смещающиеся при оползании, называют телом оползня. Поверхность, по которой происходит смещение, называется поверхностью скольжения или поверхностью оползания. Рассматривая расположение оползня в целом по его движению сверху вниз, устанавливаются понятия правого и левого бортов оползня, а также его верхней и нижней границы. Часть поверхности скольжения расположена над телом оползня в виде уступа. Её хорошо видно после того, как произошло некоторое смещение. Этот видимый участок называют оползневым срывом или оползневым уступом. Верхняя грань оползневого срыва называется бровкой срыва. Площадка, образовавшаяся в результате смещения части склона, называется оползневой ступенью. Углубление в склоне, образованное после смещения оползневого тела, называют оползневым цирком или оползневой чашей (рис.5.1.).
Рис. 5. 1. 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 сброса.
Причины образования оползней.Оползни вызываются совокупным действием ряда причин, указанных в таблице 5.1.
Таблица 5.1.
Общие условия (пассивные причины) | Активные причины |
Геологическое строение | Изменение напряженного состояния глинистых пород |
Тектонические движения | Подземные воды. |
Поверхностные воды. | |
Условия рельефа | Атмосферные осадки. |
Выветривание | |
Землетрясение | |
Некоторые виды деятельности человека. |
Общие условия (пассивные причины) лишь способствуют образованию оползней, а активные причины непосредственно их вызывают.
Геологическое строение может способствовать образованию оползней при наличии пород, обладающих способностью деформироваться и оползать в связи с минералогическим составом, структурой, характером цемента и родом материала.
Примером служат меотические, майкопские, сарматские, юрские и другие глины. Оползни образуются там, где эти глины вскрываются оврагами и выемками.
Новейшие, или молодые тектонические движения оказывают прямое влияние на развитие оползневых процессов на склонах. При подъеме какой-либо части территории увеличивается высота склонов, и тем самым, энергия всех денудационных процессов, в том числе и оползней. При опускании береговой полосы возрастает активность абразии и, как следствие, развиваются оползня.
Условия рельефа, т.е. высота, крутизна склонов и расчлененность местности, очень часто благоприятствует развитию оползней. Чем выше и круче склон, при прочих равных условиях, тем больше возможностей для образования оползней.
Изменение напряженного состояния глинистых пород проявляет себя главным образом путем перепада давления, когда давление у подножия крутого склона гораздо меньше, чем в массиве. Деятельность подземных вод, увлажняющих оползневые накопления и грунты несмещенной присклоновой зоны, является одной из важных причин, вызывающих оползни. Увлажнение подземными водами, выклинивающихся на склоне ранее оползших пород, всегда неравномерно и приводит к непрерывным смещениям отдельных частей оползня.
Деятельность поверхностных вод состоит из работы рек (боковая эрозия) и волноприбоя моря (образия). Действие волноприбоя вдоль побережья моря является главным фактором, препятствующим выработке устойчивого профиля.
Атмосферные осадки и выветривание оказывают большое влияние на ход денудационных процессов, в том числе на оползни.
Землетрясения силой от 7 баллов и выше в результате толчков и сотрясений вызывают оползни. При землетрясениях силой менее 7 баллов ослабляется монолитность пород, и тем самым подготавливаются оползни.
Деятельность человека по подсечке склонов, пригрузки их, увлажнению из различных искусственных источников, а также вырубка деревьев и кустарников, снятие дернового покрова, неправильная распашка, земляные работы и т.д. могут вызвать крупные оползни.
Механическая устойчивость склона или степень устойчивости склона определяется соотношением сил, стремящихся столкнуть массу пород вниз по склону и сил, которые сопротивляются этому.
Рис. 5.2. Схема сил, действующих на склоне:
I - параллелограмм сил; II - при Куст. > I; III- при Куст. = I ; IY - при Куст. < I.
Устойчивость земляных масс на склонах выражается уравнением:
Числитель отражает сумму сил, которые сопротивляются возникновению сползания, в знаменателе - сталкивающие силы.
Сопротивление оползню оказывают сцепление и внутреннее трение пород. К сдвигающим силам относят вес массы породы, расположенных на них зданий и сооружений, гидростатическое и гидродинамическое давление подземных вод и т.д.
При Куст. > I - склон находится в устойчивом состоянии;
Куст. = I - это состояние называют предельным равновесием; при определенных условиях склон может стать оползневым; если Куст. < I - склон находится в неустойчивом положении, происходит оползень.
Принципиально все оползни можно разделить на соскальзывающие и постепенно сползающие. При соскальзывании тело оползня перемещается мгновенно, в один прием. Большинство оползней смещается постепенно, хотя и с различной скоростью - от долей миллиметра в сутки до нескольких десятков метров в час.
Классификация оползней предусматривает выделение: собственно оползней, а также их разновидностей в виде сплывов и оползней - обвалов.
Собственно оползни происходят только путем скольжения земляных масс по склону. Плоскость скольжения обычно располагается на значительных глубинах.
Сплывы - смещения земляных масс на небольшой площади (сотни квадратных метров) вследствие водонасыщения верхних слоев. Глубина залегания плоскости скольжения до I м. Свойственным весеннему периоду времени года.
Оползни - обвалы представляют собой смещение земляных масс одновременно по типу скольжения и обвала. Такие оползни ипичны для крутых склонов.
Борьба с оползнями представляет сложную задачу. Это связано с многообразием причин, порождающих этот процесс.
Противооползневые мероприятия назначают с учетом активности оползня. Различают оползни действующие и недействующие.
Недействующие оползни движений не проявляют. Сползание произошло очень давно. Поверхность оползневого тела и следы смещения сглажены геологической деятельностью атмосферных вод. При подработке такие склоны могут приходить в движение.
Действующие оползни требуют применения противооползневых мероприятий. Выбор того или иного мероприятия или комплекса мероприятий зависит от причины, которая порождает данный оползень.
Все меры борьбы можно разделить на пассивныеи активные.
Пассивная борьба включает мероприятия профилактического порядка, запрещающие те или иные действия. Так запрещается: подрезать оползневые склоны; строить на склонах и около их бровок; производить взрывные и горные работы вблизи оползневой зоны; быстрое движение транспорта в оползневой зоне; уничтожение растительности на склонах; полив земельных участков и сброс на оползневые склоны поверхностных и подземных вод.
Активные меры - это устройство инженерных сооружений и специаль-ные меры по закреплению пород оползневого склона или откоса выемки. Эти меры разделяют на 4 группы: I) борьба с процессами, вызывающими оползание; 2) удержание сползающих земляных масс; 3) увеличение сопротивления пород сдвигающему усилию; 4) съем оползневых масс до устойчивых пород.
К первой группе относят следующие мероприятия: устройство регулируемого стока поверхностных вод, устройство дренажей.
К мероприятиям второй группы относится устройство подпорных стенок, свай-шпонок и др. Основание подпорных стен должно быть заглублено ниже поверхности скольжения. За стенами устраивается дренаж для отвода подземных вод.
К третьей группе мероприятий можно отнести сравнительно редко применяемые способы закрепления пород с целью увеличения сдвигающим усилиям. Сюда относят силикатизацию, цементацию и другие способы.
Съем оползневых масс - эффективный способ, но дорогостоящий и трудоемкий. Его применяет в случаях небольших оползневых тел. При строительстве Мингичаурской ГЭС, например, был смыт гидромониторами оползень довольно крупных размеров.
Суффозия.В процессе фильтрации вода совершает разрушительную работу. Из пород вымываются составляющие их частицы. Это сопровождается оседанием поверхности земли, образованием провалов, воронок и т.д. Этот процесс выноса частиц, а не его последствия, называют суффозией (от латинского - подкапывание).
Различают два вида суффозии - механическуюи химическую. При механической суффозии фильтрующая вода отрывает от породы и выносит во взвешенном состоянии целые частицы. При химической суффозии вода растворяет частицы породы (гипс, соли, карбонаты) и выносит продукты разрушения.
При одновременном действии этих двух видов суффозии иногда применяют термин - химико-механическая суффозия. Такая суффозия может быть в лессовых породах, где растворяется карбонатное, цементирующее вещество и одновременно выносятся глинистые частицы.
Основной причиной суффозионных явлений следует считать возникновение в подземных водах значительных сил гидродинамического давления и превышения некоторой критической скорости воды. Это вызывает отрыв частиц и вынос их во взвешенном состоянии.
Суффозия наиболее свойственна неоднородным породам и может происходить в глубине массива пород или вблизи поверхности земли.
В глубине массива перенос мелких частиц осуществляется водой из одних пластов в другие или в пределах одного пласта. Это приводит к изменению состава пород этих пластов, образованию подземных каналов.
Как механическая, так и химическая суффозия активно проявляется также вблизи поверхности земли при естественном или искусственном изменении гидродинамических условий.
Химическая суффозия может протекать длительное время и выщелачивать не только карбонаты и другие сравнительно легко растворимые вещества, но кремнезем. При значительном растворении пород химическая суффозия переходит в карстовый процесс.
При исследовании пород, в которых наблюдается или возможна фильтрация воды, необходимо выявлять их способность к суффозии. Следует учитывать, что при малом гидродинамическом давлении в породах может происходить только фильтрация воды, при повышении давления начинается суффозия и при еще большем давлении – возникает плывун. Для выяснения этих свойств определяют критические градиенты и давление воды, при которых начинается процесс суффозии.
Суффозионные явления отрицательно сказываются на устойчивости зданий и сооружений. С суффозией следует активно бороться. Основой всех мероприятий является прекращение фильтрации воды. Это достигается различными путями: регулированием поверхностного стока атмосферных вод и гидроизоляцией поверхности земли; перекрытием места выхода подземных вод тампонированием или присыпкой песка; устройством дренажей для осушения пород или уменьшением скорости фильтрации воды; упрочнением ослабленных суффозией пород методами силикатизации, цементации, глинизации и т.д.; применением особых видов фундаментов, например, свайных.
Плывуны.Плывунами в строительной практике называют водонасыщенные, рыхлые породы, обычно пески, которые при вскрытии различными выработками разжижаются, приходят в движение и ведут себя подобно тяжелой вязкой жидкости.
Плывунные свойства, кроме песков, при определенных условиях могут проявлять пылеватые суглинки, супеси, гравийные отложения, т.е. породы, обладающие значительной пористостью.
Основной причиной проявления у пород плывунных свойств является гидродинамическое давление поровой воды, которое создается в результате перепада (градиента) давления грунтовых вод при вскрытии котлована (траншей и т.д.). В связи с обычно малой водопроницаемостью плывунных пород гидравлический градиент вызывает фильтрационное давление на частицы породы, обусловливая их движение по направлению градиента, или , иначе говоря, в сторону разгрузки в котлован.
В плывунном состоянии породы утрачивают всякие структурные связи. Частицы переходят во взвешенное состояние.
Интенсивность плывунных явлений в породах зависит от величины градиента, гранулометрического и минералогического состава, формы частиц, плотности породы и других факторов.
Плывуны, находящиеся в покое, слабо отдают воду и мало водопроницаемы.
А.Ф.Лебедев разделил плывуны на ложные(псевдоплывуны) и истинные.
Ложные плывуны - породы, не имеющие структурных связей, различные пески и гравелистые отложения. Переход в плывунное состояние происходит под действием высокого гидродинамического потока подземных вод. Коэффициент фильтрации достигает 1-2 м/сут., и более. Частицы породы находятся во взвешенном состоянии. Трение между ними сводится к нулю.
Пески этого вида плывуна очень легко оплывают. Объемная масса в безводном состоянии колеблется от 1,5 до 1,75 т/м3. Вода светлая или слабо мутная.
Характерной особенностью ложных плывунов является довольно легкая отдача ими воды. При высыхании они образуют рыхлую или слабо сцементированную массу.
Истинные плывуны - породы с коагуляционными или смешанными связями - глинистые пески, а также супеси, суглинки. Переход в плывунное состояние определяется невысоким гидродинамическим давлением и присутствием притягивающих к себе влагу (гидрофильных) коллоидных и глинистых частиц. Вокруг этих частиц формируются пленки связанной воды, что ослабляет структурное сопротивление и уменьшает водопроницаемость пород. Объемная масса истинных плывунов в безводном состоянии равна 1.8-2.2 т/м3. При высыхании истинные плывуны, вследствие склеивающего действия коллоидных частиц образуют довольно сильно сцементированные массы, обычно необратимые. Характерной особенностью истинных плывунов является слабая отдача воды. Они "плывут" в основном за счет физически связанной воды.
Плывуны осложняют строительство. Они создают большие трудности в переходе строительных выработок, стремясь заполнить выработанное пространство. Так, в 1932 г. в одном из угольных карьеров в Германии катастрофический поток плывуна переместил 1,5 млн. т песка, засыпав разрабатываемый пласт угля слоем рыхлой породы мощностью 19 м. Этот поток за несколько минут затопил экскаватор и другие механизмы.
При условии замкнутого пространства плывуны могут быть надежными основаниями, но создавать такой контур трудно. Возможно выпирание плывунов из-под фундаментов. Это вызывает оползни, провалы поверхности, деформацию зданий и сооружений. Открытый водоотлив из котлованов опасен появлением суффозии на окружающей территории. Опасна подрезка склона, дающая выход плывунам. Примером может служить случай со 100-метровым трамплином на Ленинских горах в Москве. После строительства трамплина строители начали подрезать грунт в нижней части склона, чтобы придать ему необходимую кривизну для безопасного приземления лыжников. Были вскрыты плывуны, которые стремительно заполнили выемку и затопили экскаватор, они вызвали оседание откоса.
Плывуны крайне чувствительны к вибрации и динамическим ударам. Это вызывает повреждение сооружений, даже значительно удаленных от места возмущения.
Все способы борьбы с плывунами можно разделить на следующие 3 группы:
а) искусственное осушение плывучих пород в период строительства (открытая откачка из котлованов, иглофильтры и т.п.);
б) крепление плывунов путем ограждения (шпунты);
в) закрепление самих плывунов путем изменения их физических свойств (силикатизация, цементация, замораживание, электрохимические способы закрепления и т.д.).
Дата добавления: 2015-10-09; просмотров: 4566;