Институт геоэкологии им. Е.М. Сергеева РАН

Оценка оползневой опасности на строительных площадках

Казеев А.И., Постоев Г.П., Лапочкин Б.К., А. С. Никульшин // Геоэкология. 2008. № 6. С. 547-557. Читать…

!!! При КОПИРОВАНИИ материалов статей — НЕОБХОДИМО ИСПОЛЬЗОВАТЬ библиографические ССЫЛКИ на Статьи !!!

Акцентируется внимание на экологических последствиях, обуславливаемых развитием оползневых процессов вблизи важных инженерных объектов. Дается понятие оползнеопасных территорий и формулируются основные проблемы их освоения. На конкретных примерах показаны методические подходы к оценке оползневой обстановки, в т. ч. на участках глубоких подвижек. Разработана многовариантная расчетная процедура исследования опасности деформирования склоновых массивов.

ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Острая нехватка территорий для возведения различных инженерных объектов в настоящее время на территориях крупных мегаполисов обусловила необходимость строительного освоения площадей, ранее считавшихся непривлекательными из-за развития и активизации в их пределах оползневых деформаций. Опасность этих деформаций, как правило, ощутимо возрастает в связи с воздействием оползающих грунтовых массивов на близ расположенные инженерные сооружения, имеющие различную форму и размеры, повреждая их и зачастую приводя к аварийному состоянию вплоть до полного вывода из строя.

Ежегодно оползневые процессы наносят территории России огромный экономический, социальный и экологический ущербы, не сопоставимые со средствами, затрачиваемыми на защитные мероприятия.

В число подвергающихся деформациям сооружений попадают инженерные объекты, разрушение или повреждение которых неизбежно вызовут чрезвычайно опасные экологические катаклизмы с трудно переоценимыми последствиями. К таким объектам относятся:

1) газо- или нефтепроводы, разрыв (или повреждение) которых при движении оползневых масс обусловливает взрыво- и пожароопасные ситуации или интенсивное биологически опасное загрязнение территории, нанося ущербы биоте и флоре, вызывает загрязнение поверхностных акваторий и подземных вод;

2) очистные сооружения промышленных и коммунальных объектов;

3) коллекторы (глубокого заложения и поверхностные) сточных и фекальных вод;

4) тоннели метро и подземные галереи меньшего диаметра;

5) различные спортивные объекты, сооружаемые обычно на склоновых участках: трамплины для прыжков на лыжах, горно-лыжные трассы, различные подъемники и пр.;

6) объекты жилищного строительства, инфраструктура и здания промышленных предприятий.

Накопленный до настоящего времени опыт строительства и эксплуатации сооружений показывает, что для обеспечения безопасного функционирования различных народнохозяйственных объектов на оползневых склонах требуются:

— детальные знания оползневой обстановки на склоне с выявлением механизма оползневых деформаций;

— организация и ведение мониторинга оползневого процесса для предотвращения чрезвычайных ситуаций;

— проведение защитных мероприятий по стабилизации устойчивого состояния оползневого склона.

При оценке оползневой обстановки важное, первостепенное значение имеет выявление типов оползней, распространенных на исследуемой территории, определение степени их активности и опасности для проектируемых сооружений. Оползни различаются по механизму возникновения и развития деформаций грунтовых массивов, масштабам проявления, структуре оползневых тел, продолжительности оползневого цикла и периода между активизациями деформаций.

Изучение особенностей развития оползневого процесса основывается на знании теории оползневого процесса, характера развития оползневых деформаций, геологического строения грунтовых массивов в коренном залегании (плато) и в пределах оползневых склонов, выявлении гидрогеологических, гидрологических, геоморфологических и техногенных условий развития оползней различных типов.

В настоящее время для проведения любых работ на оползнеопасной территории организуется и проводится мониторинг, обусловливающий возможность наблюдения за развитием оползневых деформаций и основными факторами, оказывающими влияние на их активизацию. Мониторинг тем более необходим, когда на склонах размещаются такие экологически опасные сооружения, как, например, магистральные трубопроводы. В системе мониторинга должны быть предусмотрены наблюдения за глубинными деформациями, позволяющими выявить активизацию глубоких оползневых подвижек, локализовать опасные зоны больших подвижек для целей своевременного принятия мер по изменению режима эксплуатации сооружений, предотвращения чрезвычайных ситуаций, а также принятия управляющих решений по усилению защиты сооружений.

Стратегия защиты сооружений от оползневых воздействий и укрепления склона базируется на достоверной информации об оползневой обстановке на рассматриваемом участке, на расчётах общей и локальной устойчивости склона с учётом механизма формирования и развития оползневых смещений, а также положения в разрезе существующих поверхностей скольжения. Недооценка изменения напряженно-деформированного состояния склона, которое происходит часто в скрытой форме (без существенного изменения рельефа поверхности), может в конечном итоге привести к аварийным деформациям сооружений и возникновению чрезвычайной ситуации.

Следует отметить, что борьба с глубокими оползневыми подвижками, как об этом свидетельствует, например, опыт Российских железных дорог (Князевский и Увекский косогоры Саратовского Поволжья, Батракский косогор — близ г. Сызрань, Ульяновский косогор в г. Ульяновске) чрезвычайно трудна и требует дополнительных усилий по повышению устойчивости склона в течение длительного времени.

 

ОПОЛЗНЕОПАСНЫЕ ТЕРРИТОРИИ И ПРОБЛЕМЫ ИХ ОСВОЕНИЯ

К оползнеопасным территориям относятся участки собственно оползневого склона, где развивается в настоящее время или произошел оползень в прошлом с формированием соответствующего рельефа: бровки оползневого склона, стенки срыва, оползневых ступеней или валов, оползневых трещин, межоползневых гребней и др.

К оползневой территории относится также часть склона или плато, расположенная выше оползневого склона с описанными ранее характерными элементами рельефа, поскольку в этом массиве, прилегающем к активному оползневому очагу или цирку, также происходило и может происходить в будущем (в периоды активизации оползневого процесса) изменение напряженно-деформированного состояния грунтовой толщи с тенденцией оседания при приближении к границе с оползневой зоной.

Кроме того к оползнеопасным территориям относятся и участки склона, расположенные за пределами оползневых очагов (проявлений оползней), но по стратиграфо-литологическим особенностям весьма близкие к оползнеопасным, описанным выше.

Какие же проблемы могут возникнуть при проведении строительных работ в пределах вышеуказанных оползнеопасных территорий?

Для того, чтобы определиться с этим, на любом участке прежде всего изучаются условия проявления, механизм и динамика оползней, получивших развитие на объекте-аналоге, т. е. на участке со сходным геологическим строением, прилегающем к площадке строительства. Выявленные параметры и особенности проявления оползней учитываются при оценке устойчивости склона на искомом участке строительства, оценивается тип и механизм возможных оползневых деформаций.

Особо следует отметить, что отсутствие заметных проявлений современных деформаций на оползневом склоне не может служить существенным доводом устойчивого состояния склона.

Во-первых, в развитии оползневого процесса отмечается закономерная периодичность
оползневых циклов, сезонные и многолетние ритмы [1]. Во-вторых, нередко подготовка оползневых смещений, особенно глубоких подвижек, происходит в скрытой для визуального контроля фазе, но с характерным изменением напряженно-деформированного состояния, которое может быть выявлено по данным детального мониторинга с использованием высокоточной космогеодезии и специальных глубинных реперов [4].

Подобный комплекс наблюдений, проведенный в течение 2004 г. на участке оползневого склона в Коломенском (г. Москва в районе расположения Чертановских коллекторов), позволил установить, что кажущийся устойчивым исследуемый участок находится на этапе развития медленных оползневых деформаций, в том числе по существующей глубокозалегающей поверхности скольжения. Последняя выявлена по трем реперам, установленным на склоне на глубинах: 13.5 м (по контакту оползневого тела с надоползневым уступом), 29 м и 22.5 м — в средней и нижней частях склона. Выположенная часть поверхности скольжения находится на абсолютных отметках 101.0-102.0 м, т. е. на 14 м ниже современного уреза р. Москвы в данном месте.

В оползнеопасных зонах в грунтовых массивах могут сохраняться унаследованные площадки сдвига и поверхности скольжения, как реакция на развитие оползневого процесса в прошлом при других   характеристиках рельефа и   условиях формирования склона,   а также длительного деформирования грунтовой толщи из-за изменения напряженного состояния под влиянием динамических склоновых процессов. Указанные обстоятельства обычно учитываются в расчетах устойчивости склонов путем использования значений прочности грунта по подготовленной площадке сдвига. Для получения этих данных проводятся лабораторные испытания образцов грунта по схеме «плашка по плашке» (повторный сдвиг), а также среза по смоченной поверхности (третий сдвиг).

Считается, что при формировании глубоких блоковых оползней на территории г. Москвы основным горизонтом, в котором образуются поверхности скольжения оползней, являются юрские глины оксфордского яруса [1]. Действительно в Коломенском, на Воробьевых горах, на участках Хорошево – 1 и Хорошево — 2, Нижние Мневники и ряде других данный горизонт действительно захвачен глубокими оползневыми подвижками с формированием протяженных оползневых цирков.

По берегам р. Москвы в пределах городской территории кровля юрских глин оксфордского яруса залегает ниже ее уреза, т. е. на достаточно большой глубине, при которой давление от перекрывающей грунтовой толщи значительно превышает структурную прочность σстр юрских глин в естественном сложении, определяемую из выражения:

σстр = 2С • tg(45 + φ/2),                          ( 1 )

где С и φ — сцепление и угол внутреннего трения грунта, соответственно.

Это обстоятельство — одна из основных причин их деформирования при формировании и переработке речных берегов с образованием оползневых цирков.

Однако, как показала практика, блоковые оползни в Московском регионе могут формироваться и в глинистых грунтах другого возраста и генезиса. В частности, на участке Хорошево-1 структурная прочность суглинков ледникового происхождения (морены) составляет 88 кПа. При значении удельного веса грунтов 20 кН/м3, начиная с глубины 4.5 м и ниже, давление верхних пластов грунтовой толщи превышает структурную прочность моренных суглинков, определяя возможность их гравитационного деформирования .

Действительно, оползневые подвижки в глинистых грунтах ледникового комплекса имели место в прибровочной части плато на участке Воробьевы горы. Еще более значительны деформации с образованием оползня произошли в г. Железнодорожный на левобережном склоне р. Пехорка, высотой 11м. Здесь одной из причин активизации оползня в 1996 г. на фронте около 150 м, вызвавшего деформацию стен двух жилых домов, в том числе 16-этажного панельного, послужила подрезка склона при сооружении на нем траншеи, глубиной 2 м, для укладки канализационного коллектора.

Следует отметить, что причинами возникновения глубоких оползневых подвижек могут являться и неглубокие оползни разжижения-сдвига, развивающиеся в нижней части склона, в зоне выхода на поверхность подземных вод, вызывающие разгрузку напряжений (подсечку склона) и вовлечение в деформирование глубоких горизонтов грунтового массива.

Известны примеры подобной опасной активизации глубоких оползней в г.г. Ульяновск, Новочебоксарск, Томск, Железноводск, потребовавшие организации мониторинга оползневого процесса и выполнения противооползневых мероприятий по обеспечению безопасности людей и защите существующих городских сооружений.

Установлено, что на прибрежных территориях в Москве в долинах р. Москвы и ее крупных притоков существуют оползнеопасные зоны не только в пределах выявленных оползневых цирков, но и на склонах, имеющих сходные геологическое строение, условия формирования, а также на участках плато, прилегающих к оползневым склонам. Хозяйственное использование этих территорий и строительство сооружений на них нельзя проводить без учета особенностей деформирования грунтовых массивов в указанных зонах. Даже при отсутствии на участках строительства оползневых деформаций в текущий момент необходимо оценить возможное изменение устойчивости склона при проведении строительных работ или эксплуатации возведенных сооружений в случае возникновения условий формирования или активизации оползня блокового типа, сдвига или разжижения. Изменение исходной обстановки может быть вызвано естественным ходом событий (снижение прочности грунтов в процессе допредельного деформирования, завершение оползневого цикла, выпадение аномального количества атмосферных осадков и др.) или техногенным воздействием (утечки из водопроводящих коммуникаций, подрезка склона и др.).

Следует отметить, что проявление и развитие оползневых деформаций на участке строительства в значительной степени определяются геологическим строением и эволюцией   параметров   грунтового   массива,   характеризующих   его   общую   и   локальную устойчивость.

Учитывая сложность решаемых задач, для освоения оползневых территорий необходима организация и ведение мониторинга напряженно-деформированного состояния грунтового массива на всех этапах ведения работ, в том числе для контроля эффективности и корректировки защитных мероприятий.

ОЦЕНКА ОПОЛЗНЕВОЙ ОБСТАНОВКИ

Оценка оползневой обстановки на участке исследований начинается с анализа инженерно-геологических материалов по району работ и проведения рекогносцировки на месте. При этом выявляются оползнепроявления, оценивается степень их активности, определяется тип оползней [3].

При рекогносцировочном обследовании территории основное внимание уделяется выявлению признаков развития оползневых деформаций и морфоэлементам, характерным для развития соответствующих типов оползней.

Для уточнения геологического строения, гидрогеологических условий, возможных геофизических аномалий, связанных с концентрацией растягивающих или сжимающих напряжений, зонами избыточного обводнения, унаследованными границами и поверхностями возможных подвижек массива в прошлом, на объекте назначают необходимый объем инженерно-геологических изысканий, топо-геодезических работ и геофизических исследований. Для оценки состояния грунтового массива и проведения расчетов устойчивости склона планируются испытания образцов основных разновидностей грунтов для определения физико-механических свойств.

В результате выполнения оценочных работ должна быть получена следующая текстовая информация, а также графические и фотоматериалы:

— текстовое описание геоморфологических, геологических, инженерно-геологических и гидрогеологических условий;

— характеристики особенностей развития оползней и других опасных геологических процессов и явлений;

— карту фактического материала с нанесенными на нее противооползневыми сооружениями;

— инженерно-геологические разрезы, отражающие геологическое строение оползневого массива;

— космический снимок территории в масштабе, позволяющем дешифрировать проявления оползней различных типов, откартировать трещины в оползневом массиве, отметить водопроявления и пр.;

— фотографии характерных морфоэлементов, проявлений оползней, обнажений, трещин на поверхности оползневых очагов и инженерных сооружениях;

— фактические данные измерений (таблицы, графики, отражающие динамику оползневого процесса и режим воздействующих факторов);

— основные результаты геофизических исследований [2].

 

Пример оценки оползневой обстановки на участке пересечения газопроводом-отводом руч. Чиганары (Республика Чувашия)

 Участок находится на левом берегу ручья Чиганары, притока р. Сура. В его рельефе выделяются следующие основные морфоэлементы: плато (выположенная часть склона в верхней части), бровка и две ступени.

Высота склона долины ручья составляет 36 м, средний уклон около 13о. Крутизна ступеней 7.5…10о, крутизна уступов 24…30о.

В геологическом строении присклоновой части плато и склона на участке принимают участие отложения четвертичной и пермской систем. Пермские отложения представлены песчаниками, переслаиванием песка, глины и песчаника, четвертичные отложения в основном суглинком, местами с прослоями глины, песка и супеси.

Нитка газопровода пересекает центральную часть участка, имеющего за счет эрозионно-оползневых процессов чашевидную форму, характерную для многих склонов долины р. Сура, в том числе для берегов ручья Чиганары. Склоны ручья прорезают глубокие овраги. В бортах оврагов (в местах выхода на поверхность подземных вод) образуются очаги оползней разжижения. На дне и в бортах оврагов отмечаются протяженные трещины, характеризующие развитие оползня разжижения – сдвига (сдвижение покровных обводненных масс по кровле коренных пород).

На карте оползневых деформаций (рис. 1) на исследуемом участке выделяются два очага активного развития оползневых деформаций. Верхний очаг, располагающийся на правом фланге участка, имеет четкие границы. На поверхности оползневого очага отмечены многочисленные трещины, внизу – вал наплывания, морфоэлементы, характерные для неглубокого оползня разжижения-течения, активизация которого связана с избыточным обводнением покровных слоев грунтового массива.

Схематическая карта развития оползневых деформаций на объекте Чиганары Рис. 1. Схематическая карта развития оползневых деформаций на объекте Чиганары (Республика Чувашия): 1 – плато; 2 — бровка плато; 3 — береговой уступ; 4 — заболоченности и мочажины; 5 — места высачивания и разгрузки подземных и поверхностных вод; 6 — горизонтальные трещины растяжения; 7 — опущенные трещины растяжения; 8 — поднятия трещин сжатия; 9 – трещины сдвига; 10 — локальный очаг активного оползня растяжения-сжатия; 11 — локальный очаг формирования и потенциальной активизации оползня разжижения-течения; 12 — очаг формирования оползневых блоков по механизму сжатия-выдавливания; 13 — газопровод.

Нижний очаг активного развития оползневых деформаций значительно меньшего размера, но тоже типа разжижения-течения, находится ниже и левее от трассы газопровода.

На рис. 1 показаны также места возможных проявлений новых оползневых очагов в зонах высачивания подземных вод. Контуры этих очагов уже проявляются в рельефе. Зона формирования блоковых оползней захватывает полностью верхний очаг активного развития оползня разжижения-течения (справа) и распространяется до окончания выявленных протяженных трещин. Нижняя граница упомянутой зоны проведена как продолжение соответствующей границы активного оползневого очага с учетом данных инженерно-геологических изысканий и геофизических исследований.

В результате обследования и топогеодезических работ выявлены две протяженные оползневые трещины, берущие начало от верхнего активного оползневого очага и пересекающие трассу газопровода. Эти трещины могут свидетельствовать о начальном этапе формирования относительно глубоких блоковых оползней. На это указывает протяжённость трещин, выдержанность по амплитуде сдвижения низового плеча, слабая извилистость и т.п.

Обследование показало, что блоковое развитие оползневого процесса характерно для берегов ручья Чиганары. На расстоянии 1 км от рассматриваемого участка обнаружен обширный оползневой цирк шириной 280–300 м со стенкой срыва, достигающей 3 м, со «свежими» оползневыми блоками (рис. 2).

Верхняя часть цирка блоковых оползней

Рис. 2. Верхняя часть цирка блоковых оползней: 1 — стенка срыва; 2 — свежий блок; 3 — западина.

Таким образом, трасса газопровода на участке находится в условиях активного развития оползневого процесса с проявлением оползней двух типов: разжижения-течения и сжатия-выдавливания с образованием блоков.

Геотехнический анализ возможности развития глубоких оползневых подвижек на участке Хорошево-2 (проектируемые очистные сооружения)

 Расчетные схемы и характеристики прочности грунтов. Для расчетов устойчивости склона на плане очистных сооружений был выбран профиль скважин, пробуренных вблизи восточного фланга проектируемого очистного сооружения. В нижней части склона расположена массивная защитная железобетонная стенка набережной. На расчетном разрезе (рис. 3) стенка набережной показана в соответствии с ситуацией на участке продолжения ул. Демьяна Бедного, где кровля юрских глин в естественном (несмещенном) залегании располагается на отметках 122.6…125.6 м. На данном участке мощность юрских глин составляет 24 м, из них около 7 м — глины оксфордского яруса.

Особенности формирования и развития глубоких блоковых оползней, обусловили необходимость рассмотрения на расчетном разрезе двух вариантов положения поверхности скольжения (см. рис. 3). Наиболее вероятный вариант предусматривает положение поверхности скольжения, при котором субгоризонтальная его часть проходит по оксфордским глинам, другой вариант – по образованиям келловейского — бат-келловейского ярусов. Верхняя часть оползневого тела в обоих вариантах находится на прибровочном откосе. При этом поверхность скольжения в зоне отрыва (до глубины 2.5 м) имеет вертикальное положение. Поверхности скольжения в обоих вариантах выходят в подводную часть склона (базис оползания).

На рис. 3 показаны изыскательские скважины и местоположение проектируемого сооружения со зданием фильтровальной станции. Уровень грунтовых вод скорректирован согласно данным на колонках буровых скважин. Границы между расчетными отсеками (их восемь) также отмечены на рисунке.

Схематический инженерно-геологический разрез по створу буровых скважин Рис. 3. Схематический инженерно-геологический разрез по створу буровых скважин №№ 20404, 20411, 20415 и 20418 с расчетными отсеками: 1 — техногенные образования и четвертичные пески и супеси; 2,3 — соответственно глины и фосфориты титонского яруса верхней юры; 4 — глины оксфордского яруса верхней юры; 5 — глины келловейского и бат-келловейского ярусов верхней юры; 6 — известняки, глины и мергели каменноугольные; 7 — буровая скважина; 8 — очистное сооружение; 9 — предполагаемые линии скольжения; 10 — граница расчетного отсека и его номер; 11 — железобетонные крепления набережной.

Принимая во внимание тот факт, что существует большая вероятность наличия в склоновом массиве унаследованных поверхностей сдвига, в лабораторных условиях были проведены прочностные испытания грунтов, в том числе по методу «плашка по плашке» с измерением прочности грунта по подготовленным поверхностям сдвига. Средние нормативные значения исследуемых параметров по каждой разновидности грунта приводятся в табл. 1. Ниже приводятся основные инженерно-геологические характеристики исследуемых разновидностей грунтов и геотехнические предпосылки развития глубоких оползневых подвижек.

таб1

Глина тяжелая полутвердой консистенции (J3 tt). Глубины кровли и подошвы слоя — соответственно 8.6 и 12.2 м (по скв. № 20415, расположенной у бровки склона). Нормативные значения характеристик грунта: jср. = 20.50; Сср. = 59.3 кПа (для консолидированного сдвига); ρср. = 1.87 г/см3.

 

Соответственно давление на грунт у кровли — Р = r · h = 161 кПа, у подошвы толщи Р = 228 кПа. Структурная прочность грунта sстр. определяется из известного выражения (1). Подставляя в него значения j и С , получим: sстр.=172 кПа. Таким образом, структурная прочность глин титонского яруса достаточна для того, чтобы выдержать нагрузку от давления вышележащих пластов без возникновения оползневых деформаций с формированием и перемещением крупных блоков.

Глина тяжелая твердой консистенции (J3 ox). Давление на грунт у кровли (h =13.3 м; r = 1.7 г/см3) Р = 226 кПа , у подошвы толщи Р= 365 кПа. При средних значениях j = 17.90 и С = 66.7 кПа (для консолидированного сдвига )   sстр.=184 кПа ,  т.е. sстр<Р.

Глина тяжелая твердой консистенции (J3 k; J3bt-k). Давление на грунт у кровли и подошвы слоя соответственно 345 и 439 кПа. Структурная прочность грунта ( при j = 18.30 и С = 71 кПа) составляет 197 кПа, т. е. sстр <<Р.

Структурная прочность исследованных оксфордских и бат-келловейских глин значительно меньше соответствующего бытового давления, что предполагает возможность их деформирования при возникновении условий свободного или ограниченного раздавливания, т. е. допущения боковых деформаций грунта. Однако наиболее вероятно возникновение глубоких оползневых деформаций в глинах оксфордского яруса, так как этот горизонт находится в динамичной зоне переработки склона вследствие боковой и донной эрозии речных вод.

Расчеты устойчивости склона производились по двум исходным схемам, предполагающим деформирование юрских глин либо оксфордского яруса с поверхностью скольжения на отметках 118-119 м, либо глин бат-келловейского яруса с поверхностью скольжения на альтитудах 115-116 м.

Результаты расчетов показали, что устойчивость склона обеспечивается с учетом современного его очертания, возможности снижения сопротивления сдвигу грунтов по унаследованным поверхностям скольжения ранее смещенных оползневых блоков, а также при повышении уровня грунтовых вод до дневной поверхности склона. Повышению устойчивости склона способствует существующая массивная берегоукрепительная железобетонная стенка шлюзовых конструкций, а также сам шлюз и мостовые опоры по правой границе участка.

 

Пример оценки устойчивости склона и грунтового массива на площадке строительства очистных сооружений (Москва, ул. Винницкая, р. Раменка)

 Выбор расчётных схем. Свойства деформирующихся горизонтов. На основании анализа инженерно-геологических материалов по объекту и изучения механизма формирования оползней составлен схематический инженерно-геологический разрез (I-I), местоположение которого показано на рис. 4. На рисунке видно, что разрез ориентирован перпендикулярно склону оврага и вверху проходит вдоль южной стены очистного сооружения № 1.

Карта развития деформаций на участке проектируемых очистных сооружений (р. Раменка, ул. Винницкая, г. Москва)

Рис. 4. Карта развития деформаций на участке проектируемых очистных сооружений (р. Раменка, ул. Винницкая, г. Москва): 1 — зона развития оползней разжижения, оплывания откосов: 2 — откос насыпного грунта; 3 — зона оседания, неравномерной осадки прибровочной части грунтового массива (область повышенной активности оседания); 4 — область пониженной активности оседания; 5 — линия расчетного разреза; 6 — промоина на склоне; 7 — пойма р. Раменка; 8 — места высачивания грунтовых вод; 9 – заболоченность; 10 — трещины оплывания; 11 — трещины растяжения на сооружениях; 12 — горизонтальные трещины растяжения.

Для выполнения расчетов на разрезе (рис. 5) выделены 8 отсеков. Часть границ между отсеками совпадают с установленными зонами формирования трещин, в предположении, что в этих зонах в грунтовом массиве происходят (могут происходить) разрывные нарушения и образование поверхностей сдвига оползневых блоков. Расчётами проверялись возможности образования поверхности скольжения в двух инженерно-геологических элементах: ИГЭ 1 — насыпной грунт, мощность достигает 20 м, и ИГЭ 13 – моренные суглинки, мощность на участке до 16 м.

Схематический инженерно-геологический разрез оползневого склона

Рис. 5. Схематический инженерно-геологический разрез склона по линии I – I с расчетными отсеками: 1 — скважины; 2 — зоны формирования трещин; 3 — литологические границы; 4- проектируемое сооружение; 5 — предполагаемые поверхности скольжения; 6 — граница расчетного отсека и его номер; 7 — инженерно-геологический элемент и его номер; 8 — свайное удерживающее сооружение; 9 — инъекционные трубы-анкеры закрепления методом «Геокомпозит»; 10 – уровень грунтовых вод.

Геотехнические признаки возможных глубоких оползневых деформаций выявлялись по сопоставлению структурной прочности грунта и сжимающей нагрузки на него от покрывающих пластов грунтовой толщи.

Насыпной грунт (ИГЭ 1). Прочность данного грунта можно оценить по расчётному сопротивлению, R0 = 120 кПа. Опыт работ с аналогичными грунтами на других объектах, свидетельствует, что грунты с таким значением R0 характеризуются углом внутреннего трения j = 12о и сцеплением   С = 11 кПа . Структурная прочность грунта (sстр ), определенная по формуле ( 1 ), для указанных значений j и С равна 27.2 кПа. При мощности насыпных грунтов 10 м нагрузка в основании склона составляет 175 кПа, т.е. в несколько раз превышает sстр

Моренный суглинок (ИГЭ 13) характеризуется следующими параметрами свойств: r = 21.5 г/см3; j = 22о; С = 30 кПа. В соответствии с указанными значениями свойств, структурная прочность моренного суглинка (sстр ) равняется 89 кПа.

На разрезе мощность покрывающих пластов составляет 5…10 м. При r = 1.75 г/см3 давление на кровлю ИГЭ 13 (в соответствии с мощностью) изменяется в пределах 87.5…175 кПа. Кроме того на разрезе видно, что кровля ИГЭ 13 имеет плавный генеральный уклон в сторону оврага, что также способствует устойчивому состоянию горизонта.

Таким образом, по геотехническим признакам на линии разреза I-I потенциально деформирующимся горизонтом является ИГЭ 1. Однако, принимая во внимание тот факт, что на примыкающих к разрезу участках склона деформирующимся горизонтом может быть и ИГЭ13, в принятых расчётных схемах предусмотрен анализ устойчивости склона и с формированием поверхности скольжения в ИГЭ 13.

В табл. 2 приведены нормативные (пиковые) значения прочностных параметров для ИГЭ 13 (в таблице – gIIms), которые соответствуют ненарушенному сложению данного грунта. В процессе деформирования по формируемым в массиве площадкам сдвига прочность снижается от пиковых значений ее параметров до остаточных [5]. За последние в расчетах устойчивости использованы результаты испытаний грунта по схеме «плашка по плашке».

таб2

Cогласно данным ОАО «Метрогипротранс» (см. табл. 2) для моренных суглинков при повторном сдвиге угол внутреннего трения составляет 0.8 от пикового значения (j уменьшается с 15.3о до 12.3о), а С – 0.75. В расчётах используются установленные понижающие коэффициенты в соответствующих вариантах.

Задачи расчётов. Основная цель расчётов устойчивости – это оценка возможности нарушения устойчивости и деформирования грунтовых массивов площадки строительства и соответственно проектируемых сооружений.

В процессе расчётов использовались различные значения свойств грунтов (от пиковых до остаточных) для ИГЭ 13. Кроме того варьировались места формирования стенки срыва оползня (образования трещины «закола»), а также глубина расположения поверхности скольжения. Очертание крутой криволинейной части поверхности скольжения (ПС) принималась как для глубоких блоковых оползней. При этом у поверхности земли отвесная часть поверхности скольжения (зона разрыва) принималась до глубины 2.5 м (в ИГЭ 13) ,   и до глубины 1.5 м –   в ИГЭ 1.

Исходное положение уровня грунтовых вод (УГВ) принималось по данным бурения и натурного обследования. Максимальное положение УГВ – отметки дневной поверхности. Фактор снижения горизонтальных напряжений в зонах деформаций имитировался удалением соответствующих отсеков в нижней части склона. Всего было выполнено 19 вариантов расчёта устойчивости, отражающих возможные изменения условий и состояния исследуемого грунтового массива.

Результаты расчётов устойчивости. Вычислительные процедуры по подготовленным 19 вариантам, учитывающим расчётные схемы развития оползневого процесса, возможные деформирующиеся горизонты грунтового массива, изменения условий и напряженного состояния, выполнены по программам AKNARK.

В компьютерных программах использованы следующие методы расчёта устойчивости склона:

-отсеков К. Терцаги; -горизонтальных сил Маслова–Берера; — прислоненного откоса Г.М. Шахунянца.

В расчётах учитывали гидростатическое взвешивание и фильтрационное (гидродинамическое) давление, исходя из положения уровня грунтовых вод в отсеке.

В табл. 3 приведены основные данные выполненных расчётов по всем вариантам.

таб3

Из таблицы видно, склон устойчив при всех вариантах прохождения поверхности скольжения в слое ИГЭ.

Массив насыпных грунтов по ряду вариантов и для исходных условий (низкий УГВ, пиковые значения характеристик грунта) находится в состоянии, близком к предельному. При повышении УГВ массив становится неустойчивым, k < 1 (варианты 2.15; 2.17; 2.19).

Таким образом, повышение уровня грунтовых вод и проявление зон развития трещин – факторы, действующие в настоящее время (усиление которых возможно при строительстве и эксплуатации очистного сооружения и коммуникаций), приводят к нарушению устойчивости грунтового массива площадки и откоса, и как следствие, развитию оползневых деформаций.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Гулакян К. А., Кюнтцель В. В., Постоев Г. П. Прогнозирование оползневых процессов. М.: Недра, 1977. 135 с.

2. Изучение оползней геофизическими методами / Н. Н. Горяинов, А. Н. Боголюбов, Н. М. Варламов и др. – М.: Недра 1987.157 с.

3. Оползни и сели. Т. 1 / Под ред. В. А. Козловского. – М.: Центр международных проблем ГКНТ. 1984.

4. Постоев Г. П., Шеко А. И., Кюнтцель В. В. и др. Изучение режима оползневых процессов. М.: Недра, 1982. 255 с.

5. Туровская А. Я. Закономерности развития оползневых процессов в зависимости от прочносных и деформационных особенностей глинистых грунтов / Автореф. дисс. д-ра геол.-мин. наук. – М.: Изд-во МГУ, 1979.39 с.