2.1.3. Обвалы и оползни

Большая часть поверхности Земли – это склоны. К склонам относятся участки поверхности с углами наклона, превышающими 1°. Они занимают не меньше 3/4 площади суши. Чем круче склон, тем значительнее составляющая силы тяжести, стремящаяся преодолеть силу сцепления частиц пород и сместить их вниз. Силе тяжести помогают или мешают особенности строения склонов: прочность пород, чередование слоев различного состава и их наклон, грунтовые воды, ослабляющие силы сцепления между частицами пород.

Обвалом называется быстрое отделение массы горных пород на крутом склоне с углом больше угла естественного откоса, происходящее вследствие потери устойчивости поверхности склона под влиянием различных факторов (выветривания, эрозии и абразии в основании склона и др.).

Обвалы относятся к гравитационному движению горных пород без участия воды, хотя вода способствует их возникновению, так как чаще обвалы появляются в периоды дождей, таяния снега, весенних оттепелей. Обвалы могут быть вызваны взрывными работами, заполнением горных речных долин водой при создании водохранилищ и другой деятельностью человека.

Обвалы часто происходят на склонах, нарушенных тектоническими процессами и выветриванием. Как правило, обвалы возникают тогда, когда на склоне массива слоистой структуры пласты падают в том же направлении, что и поверхность склона, или когда высокие склоны горных ущелий и каньонов разбиты вертикальными и горизонтальными трещинами на отдельные блоки.

Одной из разновидностей обвалов являются вывалы - обрушение отдельных глыб и камней из скальных грунтов, слагающих отвесные склоны и откосы выемок.

На крутых (30° и более) склонах распространены камнепады – случаи движения одиночных камней или небольших групп. Движение камней происходит в форме неоднократных «прыжков» со скоростью 40–60 м/с (150–200 км/ч). Причинами падения камней служит выдувание или вымывание из-под них мелкозема, сталкивание их языками оползающего грунта, а также процессы намерзания и таяния под ними льда. Наиболее крупные камнепады возбуждаются сильными ливнями. Камнепады наиболее опасны на автодорогах, промышленных и крутосклонных ущельях Памира, Алтая, Тянь-Шаня, Кавказа.

Тектоническая раздробленность горных пород способствует образованию отдельных блоков, которые отделяются от корневого массива под действием выветривания и скатываются вниз по склону, разбиваясь на глыбы меньших размеров. Размер отрывающихся блоков связан с прочностью пород. Блоки наибольшего размера (до 15 м в поперечнике) образуются в базальтах. В гранитах, гнейсах, крепких песчаниках образуются глыбы меньшего размера, максимум до 3-5 м, в алевролитах - до 1-1,5 м. В сланцевых породах обвалы наблюдаются значительно реже и размер глыб в них не превышает 0,5-1 м.

Основной характеристикой обвала является объем обвалившихся горных пород; исходя из объема обвалы условно разделяются на очень малые (объем менее 5 м3), малые (5-50 м³), средние (50-1000 м³) и крупные (более 1000 м³).

В целом по стране очень малые обвалы составляют 65-70%, малые - 15-20%, средние - 10-15%, крупные - менее 5% общего числа обвалов. В природных условиях наблюдаются и гигантские катастрофические обвалы, в результате которых обрушиваются миллионы и миллиарды кубических метров пород; вероятность появления подобных обвалов составляет примерно 0,05%.

Оползнем называется скользящее смещение масс горных пород вниз по склону под влиянием силы тяжести.

Поскольку процесс оползания – это скольжение массы горных пород по какой-то поверхности, поэтому у любого оползня всегда выделяют оползневое тело, которое двигается, и поверхность скольжения, по которой оно двигается. Поверхность скольжения обычно имеет вогнутую форму. Фронтальная (передняя) часть оползня сминается в складки, в ней образуются бугры и валы, а тыловая часть, соскользнувшая и оторвавшаяся от склона, обнажает, как правило, вертикальную стенку, так называемый надоползневый уступ. Простые оползни, которые вызваны однократным скольжением массы пород, наблюдаются редко. Чаще всего оползневые массивы формируются длительное время, и в их пределах процесс оползания повторяется неоднократно, в результате чего возникают бугристые сложные склоны, как, например, на Воробьевых горах около Московского государственного университета им. М. В. Ломоносова. Крутой склон, обращенный к Москве-реке, имеет неровный, бугристый рельеф, образовавшийся в результате неоднократного сползания его верхней части.

Оползни возникают на каком–либо участке склона или откоса из-за нарушения равновесия пород, вызванного следующими причинами:

• увеличением крутизны склона в результате подмыва водой;

• ослаблением прочности пород при выветривании или переувлажнении осадками и подземными водами;

• воздействием сейсмических толчков;

• строительством и хозяйственной деятельностью, проводимыми без учета геологических условий местности, и др.

Природными факторами, непосредственно влияющими на образование оползней, являются землетрясения, переувлажнение склонов гор интенсивными атмосферными осадками или грунтовыми водами, речная эрозия, абразия и др.

Антропогенными факторами (связанными с деятельностью человека) являются подрезка склонов при прокладке дорог, вырубка лесов и кустарников на склонах, производство взрывных и горных работ вблизи оползневых участков, неконтролируемые распашка и полив земельных участков на склонах и т. п.

По мощности оползневого процесса, т.е. вовлечению в движение масс горных пород, оползни делятся на малые - до 10 тыс. м³, средние - 10-100 тыс. м³, крупные - 100-1000 тыс. м³, очень крупные - свыше 1000 тыс. м³.

По скорости движения оползни делятся на:

По влажности оползни бывают:

• сухие, не содержащие влаги;

• слабовлажные, содержащие немного несвободной воды, обусловливающей пластичность и текучесть грунта;

• влажные, содержащие достаточно воды, чтобы частично обладать текучестью;

• очень влажные, содержащие достаточно воды для жидкого течения на голых склонах.

Оползни могут сходить со всех склонов, начиная с крутизны 19°, а на трещиноватых глинистых грунтах - при крутизне склона 5-7°.

Оползни, вызванные изменением природных условий, как правило, не начинаются внезапно. Первоначальным признаком начавшихся оползневых подвижек служит появление трещин на поверхности земли, разрывов дорог и береговых укреплений, смещений деревьев и т.п. С максимальной скоростью (десятки км/час) оползни движутся в начальный период, с течением времени скорость постепенно замедляется.

В самостоятельную группу можно выделить оползни искусственных земляных сооружений – железнодорожных насыпей, терриконов и отвалов горных пород.

Профилактические и прогностические мероприятия

Большую часть потенциальных оползней можно предотвратить, если своевременно принять меры в начальной стадии их развития. Среди различных мероприятий особенно важное значение имеют контроль и прогнозирование оползневых процессов. Они необходимы для обеспечения:

• расположения объектов в безопасных местах;

• своевременного предупреждения возникновения новых оползней;

• предотвращения опасного объема и скорости смещения уже существующих оползней;

• выявления необходимости борьбы с оползнями;

• возможности эксплуатации объектов без укрепления склона.

Для предотвращения возникновения оползней необходимо организовать контроль за состоянием склонов и соблюдением охранно-противооползневого режима, а также проводить комплекс противооползневых мероприятий с учетом гидрогеологических условий и характеристики оползневого участка. Необходимые для этого данные наносят на крупномасштабные карты. На них должны быть указаны: устойчивость склонов; возможность производства земляных работ; гидрогеологические условия района; возвышенности и косогоры; места расположения стоков, дренажных бассейнов, затопляемых участков и распределение подземных вод. На эти же карты наносят места прошлых оползней и районы возможного оползания. К карте прилагается пояснительная записка с подробным описанием оползневого района (участка).

В пределах участков, где возможно возникновение оползней, организуется постоянное наблюдение для выявления причин возникновения оползневых перемещений, изучения их динамики и разработки комплекса противооползневых мероприятий. Наблюдение ведется специально назначенными постами из состава работников оползневых станций, в задачу которых входит контроль за колебаниями уровней воды в колодцах, дренажных сооружениях, буровых скважинах, реках, водохранилищах и озерах, за режимом подземных вод, скоростью и направлением оползневых подвижек, за выпадением и стоком атмосферных осадков.

На наиболее ответственных участках такие посты оборудуют створы глубинных реперов и ведут за ними наблюдение. В качестве реперов используют буровые штанги длиной 2–2,5 м. В районах глубокого промерзания оползневого грунта штанги–реперы устанавливают на глубину до 3 м и заливают раствором цемента. Данные о колебаниях уровней подземных вод и их влиянии на устойчивость склонов, а также конкретные сведения об оползневых смещениях оползневые станции представляют ежегодно в виде краткого отчета в управление инженерной защиты города и штаб ГО города. На основании результатов наблюдений выявляются участки, где ожидается развитие оползней, а также выполняют работы на участках, где зафиксировано смещение земляных пород. Определяют силы и средства, необходимые для обеспечения противооползневых мероприятий. Имея перечень, расположенных на участках ожидаемого развития оползней, можно прогнозировать возможный ущерб.

Противооползневые мероприятия по своему характеру разделяются на две группы: пассивные и активные.

К пассивным относятся охранно-ограничительнные мероприятия:

• запрещение подрезки оползневых склонов и устройства на них всякого рода выемок;

• недопущение различного рода подсыпок, как на склонах, так и над ними, в пределах угрожающей полосы;

• запрещение строительства на склонах и на указанной полосе сооружений, прудов, водоемов, объектов с большим водопотреблением без выполнения конструктивных мероприятий, полностью исключающих утечку воды в грунт;

• запрещение взрывов и горных работ вблизи оползневых участков;

• запрещение устройства водонепроницаемых пластырей в зоне выплывания грунтовых вод;

• охрана древесно-кустарниковой и травянистой растительности;

• запрещение неконтролируемого полива земельных участков, а иногда и их распашки;

• запрещение устройства водопроводных колонок и постоянного водопровода без устройства канализации;

• недопущение сброса на оползневые склоны ливневых, талых, сточных и других вод;

• залесение оползневых территорий.

К активным относятся противооползневые мероприятия, проведение которых требует устройства инженерных сооружений:

• подпорных конструкций – для предотвращения оползневых процессов;

• подпорных стенок – на сравнительно небольших оползнях, на склонах при нарушении их устойчивости в результате подрезки и подмывок;

• контрбанкетов – у подошвы действующего или потенциального оползня, своим весом препятствующих смещению земляных масс;

• свайных рядов – для укрепления оползневых склонов в период временной стабилизации оползней, имеющих относительно малую (до четырех метров) мощность смещенного тела (бетонные, железобетонные и стальные сваи располагают в шахматном порядке в несмещаемой породе на глубину 2 м.;

• сплошных свайных, или шпунтовых рядов (тонких стенок) (устанавливаются реже других удерживающих сооружений вследствие их высокой стоимости).

Борьба с оползнями основана на обеспечении устойчивости склона.

Общими противооползневыми мероприятиями для оползней всех видов являются:

• отвод поверхностных вод, притекающих к оползневому участку со стороны (устройство нагорных канав);

• отвод атмосферных вод с поверхности оползневого участка;

• разгрузка оползневых склонов (откосов), террасирование склонов;

• посадка древесной и кустарниковой растительности в комплексе с посевом многолетних дернообразующих трав на поверхности оползневых склонов;

• спрямление русел рек и периодически действующих водотоков, подмывающих основание оползневых склонов;

• берегоукрепление (буны, донные волноломы, струенаправляющие устройства, защитные лесонасаждения и др.) в основании подмываемых оползневых склонов;

• отсыпка (намыв) земляных (песчаных, гравийных, каменных) контрбанкетов у основания оползневых склонов.

Действия населения при оползнях

Подготовка к оползню:

• изучение информации о возможных местах и границах оползней;

• изучение сигналов оповещения об угрозе возникновения оползня и порядка действия при подаче сигнала;

• при появлении признаков оползня (заклинивания дверей и окон, трещины в зданиях, просачивание воды на склонах) сообщение в пост оползневой станции.

Действия при оползне:

• после сигнала об угрозе оползня отключение электроприборов, газовых приборов и воды;

• подготовка к эвакуации;

• при слабой скорости оползня (метры в месяц) перенесение строений на неопасное место, вывоз мебели и ценных вещей;

• при скорости более 1 м в сутки эвакуация с документами, ценными вещами, продуктами;

• при попадании в завал - движение к краю оползневых масс;

• при невозможности освобождения - подача сигнала людям, находящимся вне завала;

• откапывание пострадавших.

Действия после смещения оползня:

• в уцелевших строениях проверка линий электроснабжения, водопровода, газоснабжения;

• при отсутствии повреждений помощь спасателям в извлечении пострадавших;

• самопомощь и доврачебная помощь пострадавшим;

• следование указаниям спасателей.