Навчальний посібник Київ 2010 (075. 8) Рецензент и: канд геол мін наук, доц. Корнєєнко С. В

3.10. Дія гравітаційних сил на схилах.

Головні чинники, що обумовлюють розвиток схилових явищ, за характером дії можуть бути об‘єднані в наступні групи.

• 
  Чинники, що створюють середовище, в якому розвиваються схилові процеси – це комплекси порід; складчасті й розривні тектонічні структури; літогенетична, тектонічна та інша тріщинуватість; ступінь і режим обводнення тощо.
  
• 
  Чинники, що змінюють стан і властивості масивів порід; процеси розвантаження і розущільнення порід; процеси вивітрювання і механічної суфозії; процеси вилуговування і карсту; сучасні тектонічні зрушення.
  
• 
  Чинники, що змінюють величини і розподіл напружень у породах схилу: сюди належать всі чинники попередньої групи, тому що зміна властивостей порід позначається на їх напруженому стані; зміна висоти і крутизни в результаті тектонічних зрушень; енергійна глибинна чи бічна ерозія, абразія або інші підрізання схилу; сейсмічність, яка викликає значний перерозподіл напружень у породах схилу; гідродинамічний тиск.
  
• 
  Тектонічні чинники: впливають як на міцність порід схилів, так і на їх напружений стан через створення різних виїмок, відвалів, вертикального планування, привантажень від ваги споруд; вібрації від механізмів; додаткового зволоження за рахунок господарських вод, витікань, поливів; розробки відкритим і закритим способами родовищ корисних копалин.
  

Морфологія зсувного схилу залежить від характеру порід, які його складають, умов їх залягання та інших факторів, що визначають виникнення і розвиток зсувного процесу. Під час вивчення зсувів розрізняють: а) поверхню ковзання; б) підошву зсуву (базис сповзання); в) глибину сповзання (глибину охоплення схилу зсувом); г) зсувні цирки; д) зсувне тіло; є) зсувні накопичення.

На одному і тому ж схилі може бути не один, а декілька зсувів, причому їх підошви перебуватимуть в різних місцях. Такі зсуви називають багатоярусними. Інколи утворюються ступінчасті зсуви.

Ознаки зсувних зрушень, які найчастіше зустрічаються, є наступними:

1. 
   Зсувні тріщини, які утворюються на перших стадіях формування зсуву. Спочатку непомітні, вони поступово розширюються і подовжуються. Розташовуються спочатку ізольовано одна від одної по опуклій кривій лінії, зверненої опуклістю в бік схилу. Поступово окремі тріщини з‘єднуються між собою, утворюючи суцільну лінію відриву зсувного тіла.
   
2. 
   Зсувні цирки.
   
3. 
   Площини зриву, що утворюються при відриві зсувного тіла.
   
4. 
   Вали біля підніжжя зсуву; верхні частини зсуву тиснуть на породи, які лежать нижче, в результаті чого останні випинаються у вигляді валів.
   
5. 
   Зсувні уступи – площадки, у більшості випадків нахилені в бік схилу, – які утворилися при ковзанні тіла по криволінійній поверхні. Якщо зсув складний, то таких уступів буває декілька, тобто зсувні тіла ніби вкладені одне в одне.
   
6. 
   Застій води, заболоченість і розвиток рослинності болотного типу, а інколи просто більш соковитої рослинності у заглибленій частині уступу зсуву. Це стається через накопичення атмосферних опадів у заглибленнях уступів.
   
7. 
   “П‘яний “ ліс, або шаблевидні дерева.
   
8. 
   Збугреність тіла зсуву. Бугри утворюються в результаті ерозійного згладження зсувних уступів і подальшої розробки ерозійних форм рельєфу.
   
9. 
   Незбігання висот залягання пластів і зміна нахилу пластів. Це простежується у відслоненнях, а частіше при складанні геологічних розрізів по свердловинах чи шурфах.
   
10. 
    Підвищена вологість порід і порушення їх природної структури поблизу поверхні сковзання.
    
11. 
    Порушення нормального стану різних споруд. Насипи, будинки, залізниці, шосе, колодязі, дренажні галереї, східці, труби і водозливні лотки деформуються, в них утворюються тріщини і розломи.
    

Геологічна будова схилу впливає через форми та умови залягання пластів різного літологічного складу. Таких умов у природі безліч.

Серед властивостей порід, що складають схил, на першому місці перебувають пластичні властивості. Насичуючись водою, породи змінюють свою консистенцію і переходять у повзучий стан.

Гідрогеологічні умови також впливають і дуже змінюються після прояву процесів зсуву. Зсувні накопичення створюють умови для утворення гідростатичного, зважувального і гідродинамічного тиску на породи і в цілому сприяють зміщенню порід по схилу.

Причини утворення зсувів можуть бути природними або штучними. Всі їх можна розділити на три групи:

1. 
   Процеси, що змінюють зовнішню форму і висоту схилу: а) коливання базису ерозії; б) руйнівна робота хвиль і протічних вод; в) підрізання схилу штучними виїмками.
   
2. 
   Процеси, що призводять до зміни будови і фізико-механічних властивостей порід схилу: а) погіршення фізико-механічних властивостей порід за рахунок вивітрювання; б) погіршення фізико-механічних властивостей порід за рахунок зволоження їх різими водами; в) погіршення фізико-механічних властивостей порід за рахунок їх зміщення; г) погіршення фізико-механічних властивостей порід за рахунок вилуговування з них водорозчинних солей та винесення частинок породи (суфозія).
   
3. 
   Процеси, що створюють додатковий тиск на породи схилу: а) гідродинамічний тиск при фільтрації води у бік схилу; б) гідростатичний тиск води в тріщинах і порах порід; в) штучні статичні і динамічні навантаження на схил; г) сейсмічні удари.
   

3. 
   Класифікація зсувів.
   

Оскільки причин утворення зсувів досить багато, то їх класифікація дуже ускладнюється. Цим питанням займалися такі видатні вчені, як О.П.Павлов, Ф.П.Саваренський, І.В.Попов, В.О.Приклонський, О.М.Дранніков та ін.

Всі численні класифікації зсувів можна розділити на:

1. 
   окремі, в яких враховуються одна-дві ознаки;
   
2. 
   загальні, складені з врахуванням ряду ознак, що мають загальний для багатьох зсувів характер;
   
3. 
   регіональні, розроблені для окремих районів (р. Дніпра, південного берега Криму і т.д.), які враховують місцеві умови їх виникнення і розвитку.
   

Загальні класифікації враховують більшу кількість ознак, але вони носять загальний характер, а конкретні особливості зсувів ряду районів в них не враховуються. Регіональні класифікації враховують геолого-генетичні особливості виникнення і розвитку зсувів, а тому дозволяють давати більш конкретні рекомендації щодо боротьби з ними.

3. 
   Заходи боротьби зі зсувами.
   

Всі протизсувні заходи поділяються на пасивні (попереджувальні) і активні.

До першої групи заходів належать :

1. 
   заборона підрізання зсувних схилів і влаштування на них різних виїмок;
   
2. 
   неприпустимість підсипань як на схилах, так і над ними в межах загрозливої смуги;
   
3. 
   заборона будівництва на схилах;
   
4. 
   заборона виконання вибухових і гірничих робіт поблизу зсувних ділянок;
   
5. 
   обмеження швидкості руху поїздів у зоні, що прилягає до зсувної ділянки;
   
6. 
   неприпустимість знищення деревно-чагарникової і трав‘янистої рослинності;
   
7. 
   заборона поливання земельних ділянок, а інколи і їх розорювання;
   
8. 
   неприпустимість скидання на зсувний схил зливових, талих, стічних та інших вод.
   

Так звані активні протизсувні заходи вимагають влаштування різних спеціальних споруд. Ці заходи поділяються на чотири групи.

1. Заходи, спрямовані на припинення чи послаблення процесів, які безпосередньо викликають виникнення зсувів. Сюди належать: закріплення берегів, водовідведення, регулювання поверхневого стоку (нагірні канави і охоронні вали). Для регулювання стоку при захисті крупних промислових і міських об‘єктів часто вдаються до вертикального планування території і влаштування водостічної мережі закритого типу. Під час вертикального планування повинні бути усунені всі пониження, в яких може накопичуватися вода, причому в зсувній зоні не допускаються великі підсипання, а дерновий покрив по можливості зберігається. До планування схилу можна віднести і влаштування на укосах берм. Берми розділяють високий укіс на укоси меншої висоти, що сприяє більшій стійкості.

Закрита водостічна мережа включає в себе вуличні лотки, дощоприймальні водостічні підземні колектори. Для захисту невеликих колекторів може застосовуватися і відкрита водостічна мережа, що складається з ряду неглибоких канав і магістральних каналів. Дно та стінки канав покриваються захисним покриттям (асфальт, бетон, глина). Для перехвату і відведення підземних вод влаштовуються укісні і підземні дренажі. Укісні дренажі призначаються для попередження вимивання часток (суфозії) підземними водами, які виходять на схилі. До підземних дренажів належать підземні галереї, що влаштовуються або у водоносному пласті, або у водотриві, який його підстеляє. У першому випадку галереї самі служать дренами, в які стікають підземні води; у другому випадку вода з водоносного горизонту скидається в галерею за допомогою вертикальних колодязів (наскрізних або забивних фільтрів).

2. Заходи протидії сповзанню порід шляхом влаштування споруд, що утримують земляні маси. Застосовуються палі, підпірні стінки, контрбанкети, контрфорсні стовпи і т.ін. Палі (бетонні, залізобетонні, інколи сталеві) зазвичай розташовують у шаховому порядку, врізаючи їх на глибину до 2 м у стійку породу. Вони занурюються у наперед пробурені свердловини. Підпірні стінки влаштовуються в основі або нижній частині схилу. Основа підпірної стінки заглиблюється у стійкі породи. За стінкою влаштовується дренаж. Інколи вдаються до влаштування підсипань, що привантажують схил – контрбанкетів.

3. Заходи. спрямовані на збільшення опору грунтів зсувним зусиллям. До них належать заморожування, силікатизація, цементація і електрохімічне закріплення порід.

4. Знімання зсувних мас до стійких порід застосовується у випадках, коли нестійкі породи мають незначний об‘єм, бо це досить вартісний метод.

3. 
   Методи інженерно-геологічного вивчення зсувів.
   

Програмою вивчення зсувних ділянок, як правило, передбачаються такі види робіт.

1. Вивчення літературних і архівних матеріалів.

2. Збір метеорологічних даних про опади, їх інтенсивність і розподіл. Вивчаються всі статті балансу вологи на схилі: інфільтрація, поверхневий стік і випаровування.

3. Вивчення гідрологічних умов з метою: а) встановити наявність і поширення абразії берега; б) кількісно визначити інтенсивність абразії; в) встановити залежність інтенсивності абразії від природних факторів.

4. Інженерно-геологічна зйомка. При цьому встановлюється: літологічний склад, потужність і умови залягання порід, умови стоку поверхневих вод, водоносні горизонти і області живлення підземних вод, історія розвитку рельєфу. Виявляються основні фізико-геологічні явища.

5. Гірночобурові роботи, спрямовані на отримуання зразків порід непорушеної структури.

6. Гідрогеологічні спостереження.

7. Лабораторні дослідження як води, так і порід.

8. Польові дослідні роботи.

9. Стаціонарні спостереження (поверхневі та глибинні репери).

10. Геофізичні дослідження.

11. Спостереження за роботою протизсувних та інших споруд у районах зсувів.

3. 
   Осипи, обвали, розсипи.
   

За механічним складом осипи поділяються на наступні види:

1. 
   Великобрилові осипи з вільними проміжками; розміри уламків складають від кількох метрів до десятків см.
   
2. 
   Великобрилові осипи з дрібнозернистим заповненням проміжків. У порівнянні з першим типом вони стійкіші на схилах у сухому стані, ніж у вологому.
   
3. 
   Плитчасті осипи з вільними проміжками.
   
4. 
   Плитчасті осипи з дрібнозернистим заповненнямм. Вплив ступеня зволоження такий же, як і в другого типу.
   
5. 
   Щебнясті осипи. Глинисті частки у заповненні майже відсутні, що додає таким осипам певної стійкості.
   
6. 
   Шаруваті осипи. У підошві вони мають дрібний заповнювач, поблизу денної поверхні – вільні проміжки. Такого типу осипи є найбільш поширеними.
   
7. 
   Осипи, скріплені вапняковим травертином; відзначаються високою стійкістю на схилах.
   
8. 
   Розсіяні осипи. Брили не дотикаються одна до одної; вони залягають не лише на оголених схилах, але і на задернованих, де частково занурені в дрібнозернистий делювій.
   

1. Прибирання частини осипу, розташованого вище від споруди по схилу; застосовується при великій рухливості осипу.

2. Створення в нижній частині осипу контрфорса шляхом штучного переміщення туди частини осипного матеріалу.

3. Упорядковування поверхні осипу, прибирання найбільш нестійких брил.

4. Осушення підошви осипу (перехоплення осипу).

5. Створення ловильних стінок, берм, підпірних стінок.

6. Побудова захисних козирків над дорогами чи каналами, спорудження кам‘яних галерей чи тунелів для доріг.
Кам‘яні обвали становлять собою обрушення зі схилів кам‘яних мас. Вони виникають як на природних, так і на штучних схилах (у виїмках). Обвалами називають і обрушення кількох каменів, наприклад, з укосу залізничної виїмки, і гігантські природні катастрофи, що змінюють вигляд навколишніх ділянок земної кори. Вони спричиняють руйнування споруд і затоплення дна долин. Висоти, з яких падають обвали, бувають різними. На природних схилах вони становлять декілька десятків і навіть сотень метрів, на штучних укосах до 25-30 м.

При вивченні обвалів виділяють дві стадії: а) виявлення обвалонебезпечних ділянок і ділянок, яким обвали не загрожують; б) обстеження окремих ділянок майбутнього будівництва. На першій стадії перед інженером-геологом постають наступні завдання:

1. 
   Виявлення і картування обвалобезпечних і небезпечних ділянок.
   
2. 
   Встановлення можливих напрямків руху і очікуваних об‘ємів, швидкостей і дальності падіння обвалів.
   
3. 
   Збір натурних і архівних даних, опитування населення.
   
4. 
   Аналіз випадків руйнівної дії обвалів на споруди в районі, заходів боротьби, оцінка можливих збитків.
   

1. 
   Рельєф, мікрорельєф і геологічна будова схилу, стан схилу.
   
2. 
   Стан укосів, ділянок або кам‘яних накопичень, що загрожують обвалом; ознаки можливого обвалу, його об‘єму, напрямку і далечини падіння.
   
3. 
   Оцінка причин обвалів на ділянці, вивчення ознак обвалів, що відбулися.
   

Поверхні, вкриті розсипами, майже горизонтальні і лише в крайових частинах їх схили крутіші, і розсипи поступово переходять у осипи. Інженерно-геологічне вивчення розсипів і осипів зводиться до наступних видів: відображення на картах їх контурів; встановлення закономірностей у поширенні; збір данних про взаємодію зі спорудами (для осипів); визначення доцільності освоєння територій, де вони розвинені.

1. 
   Які процеси належать до схилових?
   
2. 
   Охарактеризуйте чинники, що впливають на схилові процеси.
   
3. 
   Що називається зсувом?
   
4. 
   Назвіть основні елементи морфології зсуву.
   
5. 
   Якими є ознаки зсувних зрушень?
   
6. 
   Назвіть причини утворення зсувів.
   
7. 
   Дайте класифікацію зсувів за Ф.П.Саваренським.
   
8. 
   Назвіть основні протизсувні заходи.
   
9. 
   Що називається осипами, обвалами і розсипами?
   

Крім плутонічних землетрусів, процеси первинного тектоногенезу проявляються і на поверхні Землі у формі механічних рухів: піднять і опускань, розривів суцільності земної кори. З цими явищами також пов‘язані землетруси, але глибина їх осередків не перевищує 40-50 км. Такі землетруси називають тектонічними. Механізм їхнього виникнення (за російським вченим Г.О.Гамбурцевим) можна уявити наступним чином. У процесі тектонічного життя земної кори відбувалася її диференціація на відносно міцні ділянки (блоки) і менш міцні (послаблені зони). Більшість послаблених зон, очевидно, являє собою систему глибинних розломів, можливо, частково “залікованих”. Вони піддаються наступним руйнуванням легше, ніж блоки, і в них, як правило, розташовані осередки землетрусів. Ці послаблені зони Г.О.Гамбурцев запропонував називати сейсмічними швами. Під час повільних відносних зміщень сусідніх блоків, розділених таким швом, відбувається спочатку повільне накопичення зсувних напружень. Воно обмежується течією речовини в силу її пластичності. Далі відбувається швидка розрядка напружень в тому місці шва (осередку землетруса) де напруження перевищило межу міцності порід.

Відповідно до цього можна існують певні ознаки, які можуть служити показниками високої сейсмічності території:

1. 
   наявність сейсмічного шва, що вказує на можливість відносних рухів блоків земної кори, розмежованих даним швом;
   
2. 
   прояви інтенсивних молодих тектонічних рухів, що встановлюється методами геології і геоморфології;
   
3. 
   велика інтенсивність сучасних повільних відносних рухів блоків земної кори, що встановлюється методами геодезії і геофізики;
   
4. 
   велика частота виникнення слабких сейсмічних поштовхів у певних зонах (це показник підвищення напружень у цих зонах чи їх послабленості).