Институт геоэкологии им. Е.М. Сергеева РАН

Оползни — Что это?

Лаборатория грунтоведения и механики грунтов

ОПОЛЗНИ. ОСНОВНЫЕ ОПРЕДЕЛЕНИЯ

Возникновение оползня обусловлено нарушением равновесия массива и деформированием грунтового массива на качественно ином уровне.
Под оползневым процессом понимается нарушение равновесия грунтового массива, его деформирование под воздействием неуравновешенных сил, отделение части массива трещиной растяжения (потенциальной или действительной «стенкой срыва») и движение образовавшегося оползневого тела по поверхности скольжения без потери контакта с несмещаемым ложем.

 Под термином «оползень» часто называют сам процесс смещения или же явление, т.е. результат смещения грунтовых масс (геологическое тело, оползневые накопления, оползневое тело и т.д.).  Таким образом:

Оползень (как явление) – это геологическое тело, представленное смещенными горными породами, сформировавшееся в результате развития на склоне оползневого процесса.

Оползень (как процесс) – это перемещение образовавшегося оползневого тела по поверхности скольжения без потери контакта с несмещаемым ложем
Следует отметить, что термину «оползень» («landslide») за рубежом соответствует понятие «гравитационные процессы», понимая под этим термином также обвалы, оползни, сели, осыпи, крип, их комбинации и др [3, 4].

Одним из ключевых вопросов в исследовании оползней является выявление механизма их образования и развития. Однако многие исследователи вкладывают разный смысл в понятие механизма оползневого процесса. Вероятно, объяснением этому может быть сложность оползневого процесса и большое разнообразие инженерно-геологических условий, в которых наблюдаются проявления оползней.

Механизм оползневого процесса включает механизм формирования оползня (стадия подготовки по Е.П. Емельяновой или фаза глубинной ползучести по Г.И. Тер-Степаняну) под воздействием гравитационных объемных сил, сейсмических сил, фильтрационного давления, техногенной нагрузки и др., а также развитие оползня после отделения оползневого тела под влиянием природных и техногенных факторов. Г.И. Тер-Степанян [1, 2] подчеркивает, что важнейшими элементами механизма являются напряжения, деформации и время. Однако, учитывая, что напряженное состояние склонов трудно поддается реальной оценке, Г.И. Тер-Степанян рекомендует в основу механизма положить изучение кинематики процесса, т.е. движение отдельных элементов, слагающих оползень.

Использование только механизма смещения оползня с отдельными элементами механизма формирования не позволяет в полной мере охарактеризовать механизм оползневого процесса при классифицировании оползней.

Классификация оползней. Подробнее…

По характеру нарушения равновесия грунтового массива, особенностям деформирования, которые в значительной степени определяются преобладающим силовым воздействием и механизмом развития процесса, оползни, возникающие на платформенных урбанизированных территориях, можно подразделить на три основных типа [5]:
— блоковые, фронтальные оползни сжатия-выдавливания (преобладающий механизм развития деформаций при формировании оползня – гравитационное сжатие деформирующегося горизонта под весом покрывающих пластов массива);
— оползни сдвига-скольжения (преобладающая схема формирования и развития деформаций в массиве – сдвиг (срез) покровных масс по наклонной кровле коренных пород, по плоскостям напластования, по слабым прослоям, соскальзывание неуравновешенных грунтовых масс с крутых уступов;
— оползни разжижения-течения; здесь оползнеобразующим фактором является силовое воздействие подземных вод, вызывающее увеличение порового давления в грунтах с частичным или полным их разжижением и смещение водо-насыщенных грунтовых масс вниз по склону.

Тип оползня и механизм развития деформаций грунтового массива является определяющим фактором в оценке состояния исследуемой территории, в определении степени оползневой опасности для инженерного объекта, в проектировании и осуществлении комплекса мероприятий по стабилизации устойчивого состояния склона и предотвращения развития оползневых деформаций.

Нередки случаи одновременного действия нескольких механизмов деформирования грунтов. Образовавшиеся при этом оползни иногда называют сложными или комбинированными. Однако и в таких проявлениях оползней возможно выявление преобладающего механизма нарушения равновесия массива и формирования оползня, определяющего основные закономерности развития оползневого процесса на рассматриваемом участке.

В настоящее время существует более 100 классификаций оползней, и, тем не менее, недостаточно изучены особенности формирования оползней различных типов, большинство существующих классификаций по механизму смещения слабо учитывает механизм отделения оползня, т.е. начальный процесс деформирования массива грунта и, соответственно, особенности развития оползня в катастрофическую фазу смещения, некоторые термины, применяемые к различным типам оползней вносят определенную путаницу в их классифицирование.

Среди перечисленных выше типов оползней наиболее сложным, как по механизму, так и в части организации эффективной защиты, являются оползни сжатия-выдавливания.

Н.Ф. Петровым [1] рассмотрены 30 наиболее известных классификаций оползней отечественных и зарубежных авторов с позиций соблюдения в них сущностных, терминологических и логических принципов классифицирования, в результате чего автором была предложена классификация простых оползневых механизмов. Автором, в частности, анализируется использование понятия «блокового оползня». Использование данного термина в отношении оползней разного типа вносит определенную путаницу и при их классифицировании, так как к блоковым разные авторы относят оползни с различными механизмами. Так, Орлов С.С. относит к блоковым оползни скольжения: соскальзывания и вращения; Емельянова Е.П. – к группе оползней выдавливания, называя их также структурно-пластичными; Золотарев Г.С. называет оползни соскальзывания термином «оползни-блоки»; и др. Сам же Петров Н.Ф. употребляет термин «блоковый» оползень в отношении оползней группы скольжения, называя их также структурными оползнями.

На основе механизма формирования оползневых блоков по схеме «сжатия» и с учетом наиболее распространенного названия рассматриваемого типа, как оползень выдавливания, целесообразно наименовать в дальнейшем: оползень сжатия-выдавливания. Данный термин отражает особенность механизма оползня и понятен для большинства специалистов в соответствии с известными классификациями оползней [5, 6, 7, 8]. В данной работе понятие блокового оползня применяется в отношении оползней сжатия-выдавливания.

Под «глубокими» оползнями, например, в Московском регионе (глубокие оползни Москвы) понимаются оползни, связанные, в основном, с деформированием и захватом юрских глинистых отложений. Как правило, «глубокими» называют оползни, захватывающие смещениями склон на всю его высоту, с вовлечением в смещения коренных отложений, мощностью более 10-15 м.

По характеру развития смещения (по классификации А.П. Павлова) данный тип оползней относится к детрузивным (толкающим) – начинающимся в верхней части склона, которая после отделения давит на нижележащие массы и приводит их в движение, вызывая их смятие и выдавливание.
По возрасту и фазам развития по классификации И.В. Попова, оползни подразделяются на [9]:
— Современные оползни – образовавшиеся при современном базисе эрозии и уровне абразии: а) движущиеся; б) приостановившиеся; в) остановившиеся, г) закончившиеся.
— Древние оползни — образовавшиеся при ином базисе эрозии и уровне абразии: д) открытые (ничего кроме почвы и элювия на поверхности не имеют); е) погребенные (перекрытые позднейшими отложениями).

Помимо данных терминов, перечисленных в этой классификации, часто используются термины [9]:
— «старые» оползни – приостановившиеся, остановившиеся и закончившиеся, морфологические черты которых на поверхности земли сглажены поврехностными процессами;
— «свежие» оползни, морфологические черты которых почти не изменены последующими процессами;
— «активные» оползни, которые в течение определенного периода время от времени смещаются или деформируются.

Оползни сжатия-выдавливания

Изучением механизма глубоких блоковых оползней выдавливания в разные годы занимались Н.Я. Денисов, А.П. Павлов, Н.Н. Маслов, К. Терцаги, Е.П. Емельянова, Г.И. Тер-Степанян, В.В. Кюнтцель, Г.П. Постоев, Г.М. Шахунянц, К.А. Гулакян, П.Н. Науменко, И.А. Печеркин, Д. Варнес, Д. Крюден, Д. Хатчинсон, Г.С. Золотарев, М.Н. Парецкая, А.М. Демин, И.О. Тихвинский, Ю.Б. Тржцинский, Н.Л. Шешеня, З.Г. Тер-Мартеросян, Л.П. Петрова-Ясюнас, И.П. Иванов, И.В. Попов, И.Ф. Ерыш, Г.И. Рудько, К.Ш. Шадунц, И.С. Рогозин, И.П. Зелинский, Г.Л. Фисенко, М.В. Чуринов, А.Н. Богомолов, Г.Р. Хоситашвили, С.И. Маций, Э.В. Калинин и др.

Имеются существенные различия в понимании характерных особенностей механизмов отдельных типов оползней различными исследователями, и особенно это касается оползней выдавливания. Так, по мнению Д. Варнеса, отличительной особенностью оползней этого типа является отсутствие четко выраженной поверхности смещения или зоны пластических деформаций. Однако, поверхность скольжения (зона смещения) является обязательным элементом любого оползневого процесса. В оползнях выдавливания в большинстве случаев поверхность (или зона) смещения приурочена к почти горизонтально залегающим глинистым породам и, как правило, также ориентирована горизонтально на значительном своем протяжении. Смещение по горизонтальной поверхности является важной особенностью механизма оползней этого типа.

Е.П. Емельянова, исследуя условия возникновения оползней, пришла к выводу, что «нарушение устойчивости, иначе — разрушение склонов, происходит вследствие преодоления сопротивления горных пород растяжению или сдвигу». При этом она выделяет два процесса: обвалы, где преимущественно преодолевается сопротивление разрыву, и оползни, причиной возникновения которых является несоответствие величины касательных напряжений в склоне и сопротивления сдвигу слагающих его пород [9].

Особенностью механизма оползней выдавливания в стадию подготовки смещения является воздействие вертикального давления перекрывающей толщи на деформируемый «слабый» слой. Выдавливание в чистом виде может наблюдаться только в начальные стадии развития деформаций, до разделения вышележащих пород трещиной. Термин «раздавливание», который Е.П. Емельянова рекомендует использовать вместо «выдавливание», предполагает деформирование вследствие процесса уплотнения под сжимающей нагрузкой. Однако, использование терминов «слабый слой» или «слабое основание» затушевывает действительный механизм формирования оползня, увязывая возможность образования оползней данного типа только с наличием слабых прослоев. Следует также отметить, что само понятие «слабое основание» является достаточно относительным и неопределенным.

Объяснением предпочтительного использования термина «оползни раздавливания» по Емельяновой Е.П. служит то, что глинистые породы часто имеют тенденцию к хрупкому разрушению. Хрупкие деформации наблюдаются при образовании оползней в горизонтально залегающих слоях чаще, чем пластического выдавливания. Термин «оползни раздавливания» включает как вязкопластическое течение слабого слоя (собственно выдавливание), так и его хрупкое разрушение с образованием поверхностей скольжения. При этом не исключается также одновременное существование двух механизмов в разных частях одного оползневого склона: вязкопластического течения в нижних частях склона, где «набухание глинистых пород достигает более значительной величины, и хрупкого разрушения на участке отделения от коренного склона, где влажность пород имеет меньшую величину».

Впервые механизм оползней выдавливания охарактеризовал Н.Я. Денисов (1958 г.), противопоставляя их оползням-потокам. Позднее возникло несколько точек зрения на природу этих оползней. Некоторые исследователи придают большое значение вязкопластическому течению глинистых пород деформирующегося горизонта, вследствие чего происходит образование вала выдавливания и отчленение блока пород от плато. Другие считают, что глины и перекрывающие их породы смещаются без существенных деформаций в виде жестких блоков по основной поверхности скольжения, близкой к горизонтальной. В нижней части склона взаимодействие оползающих и неподвижных грунтов приводит к формированию вала сжатия (рис. 2).

Рис. 2. Вал сжатия-выдавливания в нижней части склона при формировании нового оползневого блока в верхней части склона.

В.В. Кюнтцель считает, что сам термин «оползень выдавливания» является неудачным ввиду того, что разные исследователи по-разному понимают этот процесс. Не всегда имеется ясность что, где и каким образом выдавливается. Термин «оползень раздавливания» он считает также неудачным, «поскольку процесс раздавливания глинистого основания при смещении не является универсальным для рассматриваемого типа оползней» [10].

Механизм формирования глубокого оползня сжатия-выдавливания
Формирование оползня происходит по схеме сжатия, раздавливания. Начальные деформации массива еще в допредельном деформировании (до образования в массиве поверхности скольжения) происходят в виде преимущественной осадки. Под весом покрывающих пластов сжимающее (бытовое) давление может превысить прочность грунта в нижележащих слоях и, как следствие, в соответствующем слое возникает горизонтальное распорное давление. В сечениях, находящихся вблизи динамичного склона, периодически происходит разгрузка напряжений, и неуравновешенное распорное боковое давление вызывает горизонтальные (поперечные) деформации грунта в сторону склона в виде выдавливания и вертикальное оседание грунтового массива. При этом, над деформирующемся слоем в покрывающей толще формируются площадки сдвига, которые затем преобразуются в крутую криволинейную поверхность скольжения, по которой от коренного массива отделяется и оседает оползневой блок.

Блоковые, фронтальные оползни сжатия-выдавливания получили наиболее широкое распространение на платформенных территориях, на берегах рек (рр. Москвы, Волги и др.), а также на побережьях (Азовское и Черное моря и др.).

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Петров Н.Ф. Оползневые системы. Простые оползни (аспекты классификации). –Кишинев: Изд-во «Штиинца», 1987. -161 с.
2. Тер-Степанян Г.И. О длительной устойчивости склонов. Ереван: Изд-во АН ССР, 1961. -54 с.
3. Cruden D.M. A simple definition of a landslide: Bulletin of the International Association of Engineering Geology. -1991. Vol. 43. -P. 27-29.
4. WP/ WLI (International Geotechnical Societies UNESCO Working Party on World Landslide Inventory) A suggested method for describing the activity of a landslide. Bulletin of the International Association of Engineering Geology. -1993. -No.47. –P.53-57.
5. Постоев Г. П. Классификация оползней по механизму нарушения равновесия массива пород // Изучение режима экзогенных геологических процессов в районах интенсивного хозяйственного освоения. – М.: ВСЕГИНГЕО, 1988. С. 52-64.
6. Оползни и сели / Шеко А.И., Постоев Г.П., Кюнтцель В.В. и др. / Гл. ред. Козловский Е.А. -М.: Произв.-изд. комбинат ВИНИТИ,1984. — Т.1. -352 с.
7. Саваренский Ф.П. Опыт построения классификации оползней // Тр. I Всесоюзн. оползневое совещ. –Л.-М.: ОНТИ, 1935. – С.29-37.
8. Cruden D.M., Varnes D.J. Landslide types and processes. In: Turner A.K.; Shuster R.L. Landslides: Investigation and Mitigation: Transportation Research Board, US National Research Council. -Washington, D.C., 1996. -Spec. Rep. No. 247. -P. 36-75.
9. Емельянова Е.П. Основные закономерности оползневых процессов. -М.: Недра, 1972. -308 с.
10. Кюнтцель В.В. Механизм формирования оползней выдавливания на Русской платформе // Инженерная геология. М.: Наука, 1986. -№6. -С.60-64.