Институт геоэкологии им. Е.М. Сергеева РАН

О критериях опасности оползневых подвижек для обоснования транспортной логистики сочинской олимпиады.

Казеев А.И., Постоев Г.П. // Сергеевские чтения. Выпуск 15. Матер. годич. сессии Научного совета РАН по проблемам геоэкологии, инженерной геологии и гидрогеологии. –М.: РУДН, 2013. –С. 175-179. Читать…

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

оползень в сочи в красной поляне. мониторинг

Оползни являются одним из самых распространенных геомеханических процессов. Существует проблема как строительства сооружений на оползнеопасной территории, так и своевременного предупреждения об опасной активизации оползней при эксплуатации сооружений в зоне их воздействия. Свой вклад в сложность указанной проблемы вносит многотипность оползней, с которой связано разнообразие, как форм проявления оползней, так и динамики развития в течение оползневого цикла, включающего период от этапа подготовки и образования оползня до его катастрофической активизации.

Трасса совмещенных автомобильной и железной дорог (САЖД) от Адлера до п. Красная Поляна и далее до станции Альпика-Сервис, проходящая по долине реки Мзымта, является одной из важнейших транспортных магистралей в инфраструктуре объектов Олимпиады Сочи 2014.

Одним из основных процессов, угрожающих функционированию дороги являются оползни, многочисленные проявления которых имеются на береговых склонах. В проекте строительства дороги и ряда Олимпийских объектов предусмотрено оборудование системы мониторинга, в том числе с автоматическим контролем за основными параметрами, характеризующими состояние оползневого участка на текущий момент.

Активному развитию оползневого процесса способствует высокая степень выветривания коренных пород склоновых массивов в условиях сильного обводнения склоновых покровных отложений, их оползания и формирования многочисленных трещин, обнажений.

На основе проведенных исследований и анализа материалов инженерно-геологических изысканий по трассе дороги было выделено девять оползнеопасных участков.

Установлено, что наиболее распространенным типом оползней в пределах исследуемого района являются оползни сдвига-течения иногда именуемые как вязкопластические. На ряде участков, особенно в начале трассы, проявились блоковые оползни сжатия-выдавливания.

В процессе исследований рассмотрен ряд подходов к определению критериев оползневой опасности.

Расчеты устойчивости склона – один из наиболее распространенных подходов к оценке его состояния. Принимается, что в предельном состоянии, когда возникает смещение массива, коэффициент устойчивости равен единице. Т.е. на момент начала деформаций расчет должен показывать, что сумма сдвигающих сил равна сумме удерживающих.

Как правило, расчеты ведутся для склона, где потенциально возможно образование оползня. Рассматриваются условия статики. На склоне, где началось движение грунтов, К3<1 и далее его состояние в динамичном режиме расчетами не может быть оценено.

Там, где имеются свежие следы оползневых смещений (оползневые очаги, трещины, характерные морфоэлементы: ступени, валы выпирания и пр.) проведение расчетов устойчивости не имеет смысла, т.к. очевидно, что К3<1.

Известны предложения по геофизическому контролю состояния грунтовых массивов. Применялись электро- и сейсмометрические методы, сейсмоакустические (геоаккустичиские) измерения, наблюдения за естественной электромагнитной эмиссией (ЕИЭМПЗ), георадиолокация (георадары) и др. [1-3]. Геофизические методы помогают детализировать геологический разрез изучаемого массива, его структуру. Делались попытки использовать геофизические методы для выявления симптомов активизации оползневого процесса, которые можно бы было использовать в качестве критериев оползневой опасности. Такие работы проводились на объектах разработки месторождений твердых подземных ископаемых, в основном для контроля устойчивости бортов карьеров [1]. Детальные исследования большого комплекса геофизических методов проведены в процессе выполнения натурного эксперимента по искусственной активизации оползней Жуковка и Ставлухар [2]. Исследования показали, что применение геофизических методов для контроля состояния активного оползня и выявления критериев наступления опасного этапа его развития – малоэффективно.

Критические деформации. Инструментальные наблюдения за процессом деформирования грунтового массива, начиная от стабильного состояния склона (откоса) и кончая его разрушительным движением (обрушением) позволили установить критические значения смещения массива. Такие исследования проводились как в лабораторных условиях, определяя для различных грунтов критические деформации при сдвиге, так и на натурных склонах (откосах).

Профессором Деминым А.М. проанализированы более 400 случаев крупных оползней в карьерах в России и других странах и обобщены данные инструментальных наблюдений [4]. Им предложены для контроля устойчивости откосов в карьерах два критерия – вертикальная h/H и горизонтальная l/L относительные деформации верхней площадки откоса , где h и l – вертикальные и горизонтальные величины смещений по трещине, а H и L – высота откоса и его заложение.

Подход к оценке оползневой опасности по критическим деформациям вполне оправдан применительно к бортам карьеров. Здесь имеется исходное устойчивое состояние массива, которое изменяется в процессе переформирования профиля откоса и подработки при добыче твердого полезного ископаемого. Измеряя смещение деформируемого откоса маркшейдерская служба может контролировать приближение критической ситуации по предложенным критериям h/H и l/L, поскольку известно нулевое (исходное) состояние.

К природным склонам, тем более с распространением оползней различных типов в течение многих лет, где наблюдения начинаются на промежуточном этапе развития оползневого процесса, оценка опасного состояния по достижении какого-то значения смещения весьма затруднительна и проблематична.

Критические скорости смещения

Режим развития оползневых деформаций во времени, критические значения подвижек и скорости смещения весьма разнообразны в зависимости от типа оползня, реальных инженерно-геологических условий, масштаба и этапа развития оползневого процесса.

Следует иметь ввиду, что в период активного развития оползневых деформаций форс-мажорные изменения обстоятельств (например, аномальное воздействие какого-либо фактора) может привести к прогрессирующему развитию оползневого процесса с переходом в течение от одного до нескольких часов к критическим величинам и скорости смещения и возникновению опасной ситуации для сооружений, находящихся в зоне воздействия оползня.

В горном деле принимаемая критическая скорость смещения должна быть в 3-4 раза выше значения скорости установившейся ползучести. Вместе с тем последние значения на конкретных объектах изменяются в достаточно широких пределах. Так на разрезе «Кумертауский» (Башкортостан) скорость установившейся ползучести составила 9мм/сут, оползневые склоны Киргизии – 15-20мм/сут, рабочего борта разреза «Ангренский» (Узбекистан) – 20мм/сут [5].

Как упоминалось выше, в 1982 году был произведен натурный эксперимент по искусственной активизации оползня Ставлухар в Крыму.

Техногенными воздействиями на оползень достигалась существенная активизация оползневых смещений. Если до натурного эксперимента, согласно данным геофизических наблюдений крымских геологов, максимальная скорость смещения (в весенний период) составляла 10-30см/мес (до 3-10мм/сут) (нижняя часть склона), то в результате искусственных воздействий (особенно вследствие подрезки) скорость возросла до 75мм/сут. Производился непрерывный контроль перемещения оползня по оборудованным экстензометрическим точкам и створам (глубинные реперы и трещинномеры).

Катастрофического смещения оползня не произошло, что возможно в первую очередь связано с тем, что активизация оползневого процесса не распространилась вверх по склону. Даже тыловая часть нижней ступени была существенно менее активной по сравнению с фронтальной ее частью у отсекающей траншеи, не говоря уж о верхней ступени оползня.

Таким образом, параметр «скорость смещения» достаточно полно характеризует состояние оползня в процессе движения. Однако анализ результатов наблюдений за перемещениями оползней как в многолетнем естественном режиме, так и при проведении натурных экспериментов по искусственной активизации оползневого процесса, показал, что возрастание скорости смещения оползня (или отдельных его частей) до весьма значительных значений (>70мм/сут.) может не привести в катастрофическое обрушение.

Известно, что в процессе деформирования грунта его прочность снижается до установленного значения. Более того, многократные подвижки существующих оползневых тел приводят к образованию по поверхности скольжения характерной гидратной пленки [5], которая стабилизирует сопротивление сдвигу на остаточном уровне, мало зависящее от первоначальной прочности грунта.

Даже в скальных грунтах по поверхности скольжения не редко вырабатывается так называемая «глинка трения», толщина которой может составлять десятки сантиметров [6]. Этот специфический глинистый прослой также обеспечивает продолжительные подвижки (установившаяся ползучесть).

В связи с изложенным, сопротивление сдвигу по поверхности скольжения – слабо изменчивый элемент оползневого склона, и поэтому увязка состояния оползня с возможными изменениями параметров прочности грунта «С» и «j» не может привести к нахождению критериев опасности.

Исследования показали, что на оползневых склонах, где смещения оползневого тела (оползневых тел) происходят в течение относительно длительного времени с периодическими колебаниями интенсивности смещения, одним из основных факторов повышения скорости смещения до опасного уровня может быть вовлечение в оползневой процесс новых грунтовых массивов, у верхних и боковых границ активного оползня, в результате увеличения размеров оползня может приобрести катастрофический (по скорости и величинам смещений) характер.

В качестве основных методов наблюдений в системе автоматизированного мониторинга на трассе совмещенной автомобильной и железной дороги приняты экстензометрические створы (Э) – автоматический контроль смещений по поверхности оползнеопасного склона, и инклинометрические измерения в скважинах (И) – контроль в режиме посещения глубины (h) развития оползневых деформаций и измерение величины смещения оползня в точке И-контроля.

Таким образом, результаты проведенных исследований показали, что наиболее информативными параметрами, определяющими состояние активного оползня и характеризующие его динамику, в том числе этап прогрессирующей опасной активизации являются: значения величин и скорости смещения грунтовых массивов, глубина развития оползневых деформаций (положение поверхности скольжения в разрезе) и распространение активных смещений по площади контролируемой склоновой территории..

Предложены, в соответствии с исследованным режимом смещения активного оползня на участке трассы железной дороги Адлер-Красная Поляна, критерии оползневой опасности для сооружений трассы на базе измерения скорости смещения и распространения (захвата новых объемов грунтовых масс) оползневых деформаций по площади и по глубине. В качестве основных методов мониторинга рекомендованы: экстензометрические створы, с измерением подвижек в автоматическом режиме, и инклинометрия (измерения по скважинам в режиме посещения).

Рекомендовано в качестве основных методов мониторинга оползневого процесса по трассе Адлер-Красная Поляна принять:

  • автоматизированные наблюдения за смещениями поверхности склона по схеме экстензометрических створов;
  • инклинометрические наблюдения в скважинах в режиме посещения.

По скорости смещения контролируемых точек рекомендованы следующие критерии:

V<4 мм/сут. – неопасное состояние (зеленый сигнал);

4<V<24 мм/сут. – опасное состояние (желтый сигнал);

V≥24 мм/сут. – весьма опасное состояние (красный сигнал);

Кроме того, предусматривается контроль развития оползня по площади участка и по глубине (мощности) оползневых массивов.

 Литература

1. Лукьянов А.Н., Иоффе А.М., Клименко А.И. Методы контроля устойчивости бортов карьера «Мурунтау» // Горный журнал. 1997. № 1. С. 30-32.

2. Постоев Г.П., Ерыш И.Ф., Саломатин В.Н. и др. Искусственная активизация оползней. М.: Недра, 1989. 134 с.

3. Монахов В.В., Овчинников В.И., Урусова А.В. Возможности и перспектива применения геофизических методов для диагностики земляного полотна железных дорог // Современные проблемы проектирования, строительства и эксплуатации земляного полотна и искусственных сооружений. Труды второй научно-техн. конф. М.: Моск. гос. ун-т путей сообщения (МИИТ), 2005. С. 76-78.

4. Демин А.М. Оценка оползневой опасности по критическим деформациям // Труды юбилейной конф., посвященной 50-летию РОМГГиФ «Российская геотехника – шаг в 21 век» Москва, 15-16 марта 2007 г.. М.: РОМГГиФ, 2007. Т. 2. С.324-328.

5. Пушкарев В.И., Колесатова О.С. Оценка и контроль деформирующихся бортов карьера «Юбилейный» // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2004. № 9. С. 278-282.

6. Гулакян К.А., Кюнтцель В.В., Постоев Г.П. Механизм и динамика оползневого процесса на примере оползня в Зеравшанской долине // Материалы научн.-практ. совещания по вопросам методики и прогноза селей, обвалов и оползней. Душанбе. 1970. С. 59-65.