Институт геоэкологии им. Е.М. Сергеева РАН
Причины и механизм катастрофической активизации глубоких блоковых оползней в г. Москве.
Казеев А.И. // Городские агломерации на оползневых территориях. -Волгоград: ВолгГАСУ, 2010. С. 57-64. Читать…
!!! При КОПИРОВАНИИ материалов статей — НЕОБХОДИМО ИСПОЛЬЗОВАТЬ библиографические ССЫЛКИ на Статьи !!!
Дана характеристика оползневых участков в районах Москвы Хорошево и Москворечье, в пределах которых произошла катастрофическая активизация глубоких оползневых подвижек, приводится описание оползневых деформаций и механизма оползневого процесса, причины активизации.
На территории крупных городов, как правило, имеется большое количество опасных площадей, в пределах которых возможна активизация оползневых деформаций, вызывающих воздействие оползающих грунтовых массивов на близ расположенные инженерные объекты различного назначения, причиняющее при этом значительный экономический ущерб.
Глубокими блоковыми оползнями на территории столицы поражен ряд участков высоких берегов рек Москвы [1, 2] и Сходни. Наиболее значительными среди них являются Воробьевы Горы (протяженность оползневого цирка 3,5 км, глубина развития деформаций до 100 м) и Коломенское с общим протяжением участка от церкви Вознесения до завода Полиметаллов (2,5-3 км) и глубиной развития деформаций 55-60 м. Несколько меньшие, но тоже значительные, размеры имеют участки Хорошево, где располагается храм Троицы Живоначальной (древний памятник архитектуры и религии (ХVI век)) и Москворечье (вблизи железнодорожного моста Курского направления).
Образование глубоких оползневых подвижек на высоких берегах реки Москвы связано с деформированием юрских глинистых отложений. Такие оползни имеют сложный механизм развития, обладают огромной массой, вызывая большие проблемы при осуществлении противооползневых мероприятий.
В последние годы произошла активизация оползневого процесса в пределах оползневых цирков Хорошево и Москворечье.
На берегу р. Москвы в районе Хорошево в конце 2006 г. начались деформации грунтового массива, являющегося основанием ряда малоэтажных домов-коттеджей, а также Храма и его построек (рис. 1А). Трещины образовались как на территории Храма, так и в районе расположения комплекса близ расположенных жилых зданий.
Новый оползневой блок образовался в верхней части склона протяженностью около 280 м. Причем 180 м приходится на прибровочную часть плато. Деформации захватили правую часть старого оползневого цирка общей протяженностью 1,5 км, находящегося в излучине р. Москвы между Хорошевским и Карамышевским мостами, на левом высоком берегу реки.
Натурные наблюдения показали, что по трещине закола на плато образовалась и стремительно росла отвесная стенка срыва. Поверхность нового оползневого блока ровная, практически без трещин. Под оседающим блоком образовался характерный для данного механизма развития оползня вал выпирания (выдавливания) с проявлением на его поверхности многочисленных трещин разрыва и наклоном деревьев (рис. 2А). В основании крутого откоса (выше вала выпирания) появилась поднятая трещина сжатия (структура типа взброса). На поверхности оползневой террасы местами появились трещины незначительной протяженности.
Рис. 1. А — Стенка срыва на территории храма Троицы Живоначальной в Хорошево; Б – стенка срыва на гаражной территории в Москворечье.
Исследованиями Института геоэкологии им. Е.М. Сергеева РАН установлено, что на данном участке произошла активизация оползневого процесса в старом оползневом цирке Хорошево-1 в виде основного (катастрофического) смещения глубокого оползня с образованием и оседанием нового оползневого блока, с выходом крутой криволинейной поверхности скольжения нового блока на глубокую унаследованную субгоризонтальную поверхность смещения под старым оползневым телом. Эта поверхность располагается в слое юрских глин (оксфордский ярус).
Установлено, что высота надоползневого уступа на момент активизации оползневого процесса достигла критического значения (Нcr). Высота склона на активизировавшемся участке составляет 18,5-24,0 м, а его длина достигает 70 м (рис. 3).
В течение нескольких десятков лет рассматриваемый участок находился в состоянии относительной стабилизации и характеризовался практически полным отсутствием деформаций. При этом высота надоползневого уступа на значительном притяжении цирка, в том числе на участке активизации, соответственно составляла 13,5…19,0 м при высоте склона (превышение бровки склона над урезом р. Москвы), как указывалось выше, 18,5-24,0 м. Критическое значение высоты надоползневого уступа (16 м) для створа, проходящего через центр цирка активизировавшегося оползня, было установлено позднее по разработанному теоретическому решению оценки предельного состояния [6]. То есть фактическая высота надоползневого уступа даже превышает критическое значение, определяя, что его устойчивость ниже предельного значения. Следовательно, исследуемый участок был полностью «подготовлен» к нарушению устойчивости надоползневого уступа и активизации оползневого процесса.
Рис. 2. А — вал выпирания (выдавливания) на оползневой террасе в Хорошево; Б – вал выпирания (выдавливания) на поверхности оползневой террасы в Москворечье.
Рис. 3. Разрез оползневого склона по центральной части участка активизации деформаций в 2006–2007 гг. в Хорошево, г. Москва, Карамышевская набережная. 1, 2 – юрские глины соответственно оксфордского и волжского ярусов; 3 и 4 – покровные отложения соответственно суглинки и пески.
Анализ ситуации на участке показал, что толчком активизации оползневого процесса послужило начало строительных работ на прилегающей к участку улице Карамышевский проезд. Здесь была вырыта глубокая (более 7 м) траншея для прокладки подземных коммуникаций. Эта траншея вызвала перераспределение потоков грунтовых и сточных вод и направила их через существующий здесь погребенный древний эрозионный врез в массив надоползневого уступа и далее в тело существующего оползня. При этом август 2006 года, в период образования траншеи, оказался аномальным по количеству атмосферных осадков.
Глубокий оползень сформировался по механизму сжатия, раздавливания [3, 4]. Начальные деформации массива в допредельном деформировании (до образования поверхности скольжения) происходят в виде преимущественной осадки грунтовой толщи. Под действием нагрузки от веса покрывающих пластов раздавливается горизонт, структурная прочность (прочность грунта при сжатии) которого меньше действующего вертикального давления.
В предельных условиях (вблизи нестабильного склона) в слое, находящемся в состоянии запредельного гравитационного сжатия, горизонтальное распорное давление, возникшее от сжимающей нагрузки, не находит реактивного противодействия со стороны склона. Вследствие ползучести грунтов раздавливаемого горизонта в сторону склона происходит проседание и прогиб вышележащего массива с формированием в зонах изгиба концентрации растягивающих напряжений, и затем развития соответствующих деформаций в виде трещин разрыва, по которым в фазу основного смещения отделяется с последующим оседанием по крутой криволинейной поверхности скольжения новый оползневой блок. В существующем в настоящее время оползневом цирке новый оползневой блок формируется в теле надоползневого уступа. Крутая криволинейная поверхность скольжения плавно переходит в практически горизонтальную унаследованную поверхность сдвига существующего оползневого тела. При захвате оползнем и подводной части склона в катастрофическую фазу в прибрежной зоне формируется вал выдавливания.
В сентябре 2009 года произошла активизация оползня в районе Москворечье, аналогичная вышеописанной на Карамышевской набережной. Трещиной отрыва была захвачена часть «плато» надоползневого уступа на величину до 13 м (см. рис. 1Б). В течение нескольких дней новый оползневой блок, протяженностью 200 м и шириной 40-45 м опустился на 10 м. Всего же в оползневое смещение был вовлечен участок склона протяженностью около 270 м. Верхняя часть нового блока не испытала существенного деформирования. На оползневой террасе в 30 метрах от бровки нового блока образовался протяженный вал выпирания с глубокой зияющей трещиной глубиной 1,5-2 м (см. рис. 2Б).
Оползневые деформации проявлялись на данном участке и ранее, но проблема на данной территории «решалась» силами владельцев автостоянки досыпкой грунта на головную часть оползня, нагружая верхнюю прибровочную часть откоса. За период с середины семидесятых годов прошлого века, при сравнении контуров береговой линии Москва-реки видно, что на данном участке смещение грунтовых масс в русло реки достигло 35-40 м (рис. 4).
Механизм рассмотренных оползней широко известен как оползни одесского типа — оползни выдавливания (раздавливания – по Е. П. Емельяновой). Поскольку формирование их происходит по схеме сжатия они могут носить название оползни сжатия или оползни сжатия-выдавливания.
При рассмотрении механизма развития оползней данного типа целесообразно отметить следующее. Во-первых, тело оползня состоит из отдельных блоков, отделившихся в разное время от коренного массива. Причем, каждый из блоков кроме поступательного перемещения по основной горизонтальной поверхности скольжения может испытывать вращательное движение с формированием перед блоком вала выпирания. В катастрофическую фазу (стадия основного смещения) вал сжатия (выдавливания), как правило, образуется в языковой части оползневого тела.
Во-вторых, в существующем оползневом цирке устойчивость надоползневого уступа (прибровочной части плато) будет сохраняться пока пригрузка от тыловой части оползневого тела будет достаточной, чтобы обеспечить необходимое боковое противодавление для предотвращения деформаций распора раздавливаемому горизонту массива надоползневого уступа. Описанное является критерием устойчивости надоползневого уступа.
Рис.4. Космоснимок участка активизации оползня в районе Москворечье (синими линиями показан контур береговой линии по топосъемке 1976 года).
Необходимым требованием формирования и развития глубокого оползня рассматриваемого типа являются одинаковые условия по воздействию факторов и состоянию склона на значительном его протяжении – условие фронтальности. Как правило, протяженность оползневого цирка, сформированного оползнями данного типа, значительно превышают его ширину. Так, на Одесском побережье протяжение оползневого цирка по фронту в отношении к длине отчленяющихся блоков изменяются от 1,8 до 13,9 м [5].
Следует отметить, что катастрофическая фаза развития оползня с формированием и оседанием нового оползневого блока – событие относительно редкое. Стадия подготовки этого события в условиях г. Москвы составляет около 100 лет и более, но может снижаться при техногенном вмешательстве.
Здание Храма в Хорошево в период рассматриваемой активизации оползневого процесса практически не пострадало. Однако образовавшаяся стенка срыва оползневого цирка находится в настоящее время в 20 м от Храма. Вместе с тем подвижка нового оползневого блока может вызвать изменение напряженно-деформированного состояния массива краевой части плато и, соответственно, грунтового основания Храма. Следствием этих процессов может быть появление неравномерной осадки Храма в сторону склона. Однако основной угрозой является возможность повторения катастрофической активизации с образованием нового оползневого блока, который захватит и само здание Храма. Такие же соображения могут быть высказаны и по отношению к железнодорожному мосту в Москворечье, вблизи которого произошла активизация 2009 года.
Опасные ситуации в отношении возможной активизации глубоких оползневых подвижек имеются на большинстве из 15 участков в Москве. Например, в Коломенском глубокие подвижки имеют место и в настоящее время по поверхности скольжения, сформировавшейся в юрских глинах на горизонте, залегающем ниже уреза реки на 12-14 м. Вследствие глубоких оползневых подвижек выведены из строя Чертановские канализационные коллекторы I-ой и II-ой очереди. Имеется угроза катастрофической активизации оползневого процесса с разрушением прибровочной части плато в виде образования и оседания новых протяженных оползневых блоков и деформированием всего оползневого склона, создавая опасность для архитектурных объектов музея-заповедника «Коломенское».
Выводы
- Активизация оползневого процесса произошла на участках, где прибровочная часть плато находилась в предельном состоянии;
- Активизация оползневых деформаций начиналась с возникновения трещин на плато, образования и оседания нового блока;
- Триггерами активизации выступали избыточное обводнение (Хорошево) и нагружение насыпным грунтом (Москворечье) прибровочной части плато (массива надоползневого уступа);
- Развитие оползневого процесса на участках активизации деформаций имеет типичные черты, характерные для блоковых оползней сжатия-выдавливания, с деформированием в фазу основного смещения всего склона на участке, с угрозой для сооружений городской инфраструктуры.
Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (грант 090500201).
Литература
1. Москва: геология и город / Гл. ред. В.И. Осипов, О.П. Медведев. М.: АО «Московские учебники и Картолитография», 1997. 400 с.
2. Чуринов М.В. Характеристика оползней правого берега р. Москвы на участке Ленинских гор и возможности строительного освоения этой территории //Тр. ВНИИ гидрогеологии и инженерной геологии, 1957. Сб.15. С.62-78.
3. Гулакян К.А., Кюнтцель В.В., Постоев Г.П. Прогнозирование оползневых процессов. М.: Недра. 1977. 135с.
4. Постоев Г.П., Шеко А.И., Кюнцель В.В. Изучение режима оползневых процессов. М.: Недра. 1982. 255с.
5. Науменко П.Н. Условия формирования и инженерно-геологическая характеристика оползней Черноморского побережья Одессы // Оползни Черноморского побережья Украины. М.: Недра, 1977, с. 57-100.
6. Постоев Г.П. Закономерности гравитационного деформирования грунтовых массивов // Геоэкология. 2009. №6. С. 534-543.
Наши услуги
Фотогалерея
Наши Партнёры
