Відсідання схилів і відсіч порід

Відсіданням називаються процеси, що відділяють частини масиву гірських порід по тріщинах, спрямованих приблизно паралельно простяганню схилу (осі долини).

 

Зсуви

Зсувом називається ковзання по схилу гірських порід, що відбувається під дією сили тяжіння, а також і самі зміщені маси. На зсувних схилах і берегах виражені специфічні форми рельєфу (мал. 1.9). На схилі між зсувними цирками можуть зберегтися ділянки незміщених порід — міжзсувні гребені.

Для виникнення і розвитку зсувів необхідні певні умови. Зсуви переважно відбуваються на крутих високих схилах, берегах морів, озер і річок. Зсуванню сприяє чергування водоносних піщаних пластів, чергування скельних тріщинуватих і водотривких глинистих порід, співпадіння нахилу схилу, покрівлі пластів і площин тріщинуватості, обводнення ділянки чи масиву (рис. 1.9, 1.10). Зсув виникає, коли сили, що чинять опір руху частини масиву по схилу (тобто зчеплення і внутрішнє тертя порід) стають менші за сили, що прагнуть перемістити блок масиву. До зсувних сил відносяться вага самого блоку порід і розташованих на ньому споруд; гідростатичний і гідродинамічний тиск, що передається на схил підземними водами; перевантаження, що викликаються сейсмічними поштовхами і вібрацією від потягів і працюючих машин. Гідростатичним називається тиск (напір) підземних вод на водотривкий пласт, що перекриває водоносний шар, він направлений вертикально вгору. Гідродинамічний тиск — сила, що долає тертя води в порах об частинки породи. Він направлений у бік схилу і досягає найбільшої величини при виході підземної води на поверхню схилу, коли рух потоку швидшає.

У водоносному масиві гідростатичний тиск віднімається з ваги його штовхаючої частини, а гідродинамічний — додається до рівнодіючої сили зміщення. Напрям рівнодіючої моментів перерахованих сил визначить стан спокою (рівнодіюча направлена проти падіння схилу) або зсування частини масиву (рівнодіюча направлена по падінню схилу вліво.

Основні причини зсувів: а) зростання напружень в масиві, обмеженому схилом; б) зниження міцності порід, що складають масив; в) ослаблення зв'язків окремих блоків порід з масивом в цілому. Процеси, що обумовлюють ці причини, називаються чинниками зсування. Вони можуть діяти окремо або спільно, обумовлюючи основну причину або комплекс причин зсування.

 

Рис. 1.9 - Форми зсувного рельєфу схилу в розрізі (а і б) і в плані (в) для зсувів видавлювання (/) і зсувів зрізання (//).

1—тріщини відриву в масиві; 2—первинне положення поверхні схилу (береги); 3—зсувний цирк (в плані); 4—брівка зриву (відриву);  5—стінка зриву; 6—вершина зсуву; 7—зсувні ступені; 8—зсувні блоки; 9—зсувні тріщини; 10—тіло зсуву; 11—зсувні горби; 12—зсувні западини; 13—вал випирання; 14— язик зсуву; 15—базис зсуву; 16—поверхня, або зона зсувного зміщення; 17—дзеркало ковзання; 18—річка

Гравітаційне поле в масиві змінюється у випадках: а) збільшення або зменшення висоти схилу чи берега при його піднятті, опусканні, паводках, при коливаннях положення базису денудації; б) зведення на схилі, березі або за його брівкою будівель і споруд, що навантажують масив в його активній

 

 

Рис. 1.10 - Типи зсувів

III—зсув зісковзування; IV—зсув суфозійного випирання; V—зсув течії; VI—зсув потік просадки; VII—зсув розрідження; VII —сплив на схилі

 

(штовхаючій) частині; в) зростання крутизни схилу чи берега при його підмиві хвилями і течіями або підрізування кригою, виїмкою під час будівництва; г) зростання або зниження гідродинамічного тиску при коливаннях рівня ґрунтових вод унаслідок змін погодних умов (тиск повітря, опади, танення снігу). Сейсмічні поштовхи, вібрація від потягів і працюючих машин викликають особливі зміни напруженого стану гірських порід, що мають переривчастий характер.

Основні чинники, що призводять до зміни геологічної будови і гідрогеологічних умов масиву, властивостей гірських порід: а) вивітрювання; б) зволоження порід підземними, дощовими, талими і господарськими водами; в) вилуговування солей і вимивання пилуватих і піщаних частинок підземними водами, що виходять на схил (суфозія); г) перетворення складу і стану порід при зсуванні; д) підпір підземних вод масами, що зсунулись; е) повзучість або мимовільний перерозподіл глинистих ґрунтів.

Окремі блоки порід відділяються від масиву при виникненні в ньому сейсмічних чи зсувних тріщин, бортової відсічі, відсіданнях схилів. Розриви суцільності частіше відбуваються при збільшенні напружень в масиві.

Отже, головні явища, що породжують зсувні явища — це атмосферні опади, поверхневі і підземні води, людина.

При поступовому накопиченні зсуваючих зусиль або зменшенні сил, що утримують масив в рівновазі, зсування може відбутися плавно у вигляді повільного ковзання блоку, що відірвався, по схилу. Землетрус, шторм, сильна злива також можуть викликати раптове переміщення. 

Свіжими називаються активні рухомі зсуви або ті з них, переміщення яких відбулися недавно і зсувні форми виразні. До давніх відносяться зсуви, у яких сліди зміщення згладжені. Стабільними вважають зсуви, переміщення яких не спостерігалися давно.

Спливами називаються зсуви завглибшки до 1м, що захоплюють невеликі (до сотні квадратних метрів) площі на поверхні схилу. До дрібних відносяться зсуви потужністю до 5м, до глибоких — до 20м. Дуже глибокі зсуви захоплюють масив на великі глибини. В табл. 1.2 охарактеризовані види зсувів.

На ділянці може бути одна або кілька поверхонь ковзання. Такі зсуви називаються одно-, дво- і багатоярусними. Круглоциліндричні поверхні ковзання формуються в товщі однієї породи. У складно побудованих масивах поверхня ковзання часто співпадає з площиною нашарування, покрівлею водотривкого пласта або з площиною тріщинуватості, нахиленими у бік схилу.

Таблиця 1.2 – Види зсувів

Назва зсуву	Геологіч-на будова масиву, обмежено-го схилом	Гідрогеологічні умови масиву	Основні причини і чинники виникненя і розвитку зсувів	Механізм зміщення	Форми поверхні зміщення
1. Видавлювання	Масив складений горизонтально заля-гаючими пластами міцних по-рід, які підстеляються гли-нами	Підземні води мо-жуть бути присутніми чи відсут-німи	Зміни на-пруг в ма-сиві при збільшенні висоти і крутизни схилу,підрізуванні йо-го основи річкою, озером, мо-рем водо-сховищем, кригою, виїмкою чи при зведен-ні на ділян-ці будівель і споруд, які наван-тажують схил, пов-зучість глин (крип)	Пластична течія і ви-давлювання повзучих глин в пі-дошві схи-лу зі ско-лом і роз-ривами на блоки пла-стів жорст-ких порід, що заляга-ють вище	Чіткої по-верхні не-має. Утво-рюється зо-на перем’я-того ґрунту на нерівній зігнутій по-крівлі гли-нистого пласта
2. Зрізу	Масив складений тільки гли-нистою породою або гори-зонтально залягаючими плас-тами різ-них міц-них порід і глин	Те ж		Зсув бло-ків порід, що відко-люються від маси-ву, по ос-лабленій (часто зво-ложеній) поверхні ковзання	Криволінійна, кругло-циліндрич-на
3. Зісковзування	Пласти рі-зних або однієї по-роди нахи-лені вниз по схилу. На конта-ктах пла-стів мо-жуть бути присутні глинисті прошарки і примазки	Підземних вод немає або вони поступа-ють в ма-сив періо-дично, не-регулярно	Зниження міцності порід, го-ловним чи-ном глини-стих, на контактах пластів і по тріщинах при зволо-женні під-земними і підтоплюючими вода-ми. Розрив суцільності масиву при появі трі-щин борто-вої відсічі	Те ж	Плоска по-хила, по тріщинах розриву су-цільності масиву, іно-ді верти-кальна
4. Суфозійного випливання	На схил виходить шар водо-носного піску се-ред плас-тів інших порід, в т.ч. глини-стих	Підземні води міс-тяться в піщаних пластах і витікають на схил	Розрив су-цільності масиву при вимиванні частинок піску на схил під-земними водами під дією гідро-динамічно-го тиску	Випливан-ня піску на схил або в його підо-шві, що су-проводжується ско-лом, осі-данням і зміщенням залягаю-чих вище товщ порід	Відсутня або співпа-дає з по-крівлею во-доносного пласту, що підстиляє водонос-ний пісок
5. Течії	Покривні глинисті породи залягають на корін-них гли-нистих або скаль-них поро-дах, пок-рівля яких нахилена по падін-ню схилу	Періодич-но на кон-такті по-кривних і підстиляю-чих порід присутні підземні води	Зниження міцності покривних порід і їх контакту з підстиляю-чими поро-дами при зволоженні і вивітрю-ванні (про-садка, на-бухання, промерзання, відтоп-лення)	Пластична течія всієї маси або нижньої частини товщі по-кривних порід зі сколюван-ням кірки залягаючи-го вище підсушеного ґрунту	Визначається рельє-фом покрів-лі порід, пістиляю-чих покрив-ні ґрунти, часто нерів-на
6. Просадочний зсув-потік	Покривні лесові по-роди заля-гають на похилій по схилу по-верхні по-крівлі ко-рінних глинистих або скаль-них порід	Ґрунтові води типу верховодкиЖильні во-ди з трі-щин борто-вого відпо-ру або тек-тонічні	Зниження міцності і просадка лесових порід при зволоженні зливовими водами, що руйнують структурні зв’язки	Пластична течія обво-дненого ґрунту в нижній ча-стині лесо-вої товщі, що супро-воджуєть-ся сколом, просідан-ням і змі-щенням вниз схи-лом блоків ґрунтів	Ломана: в головній частині вер-тикальна, в середній – визначаєть-ся рельє-фом покрів-лі підсти-ляючих по-рід, в язи-ковій нахи-лена по па-дінню схи-лу
7. Водонасичена	Покривні глинисті раніше за-солені, а потім ви-лужені глинисті ґрунти залягають на похилій по схилу поверхні покрівлі корінних глинистих порід	Ґрунти насичені водою, але знаходять-ся в стані гелю	Зниження міцності порід при вилужені з них водою солей. Перехід ґрунту з гелю в стан золю (роз-рідження) при стре-сах (земле-труси, ура-гани вібра-ція)	Швидка в’язка те-чія схилом перезволожених ґрунтів покривно-го шару зони вилу-говування	Нечітка, переважно співпадаю-ча з підош-вою зони вилуговування ґрунтів
8. Зплив	Масив, обмеже-ний схилом або відко-сом, скла-дений різ-ними по-родами, крім міц-них скаль-них, стій-ких до ви-вітрюван-ня	На ділянці періодично проявляється верхо-водка	Зниження міцності порід, заля-гаючих з поверхні схилу, від-косу, при вивітрюванні, відтоп-ленні, пере зволоженнінабуханні	Зміщення частини поверхні ґрунтів по поверхні ослаблен-ня в зоні вивітрювання	Визначається положен-ням зони ослаблення порід

 

У багатьох випадках поверхня ковзання січе горизонтально або похило шари різних за складом і станом гірських порід.

По глинистих і скельних породах можуть сповзати будь-які породи. Ґрунти сповзають по покривних відкладах, покривні - по корінних, а корінні по корінних породах, а також по тонких глинистих прошарках, що утворилися при зсуві в результаті перетирання інших порід.

Зсуви діляться на види залежно від умов, причин і чинників виникнення, розвитку, форми поверхні ковзання, механізму зміщення та інших ознак. Виділяють чотири основні види в корінних і чотири в покривних породах. Рівновага масиву, обмеженого схилом, порушується дією зсувних чинників не відразу. Порушення готується нерідко протягом довгого часу накопиченням залишкових деформацій і відбувається під час переходу кількості в якість. Тому багато схилів, що є потенційно зсувонебезпечними, стійкі протягом досить тривалого часу, коли дія чинників сповзання не інтенсивна або схил має високий запас стійкості.

Активні зсуви широко поширені в горах і на берегах морів, озер та річок. За заподіяною шкодою найбільш відомі карпатські, одеські, кримські, кавказькі, дніпровські та інші зсуви.

Будівлі, земляне полотно, штучні та інші споруди, розташовані на зсувному схилі або поблизу нього, можуть бути зсунуті, завалені або зруйновані зсувом. Тому при дослідженнях ретельно виявляють і обстежують схили із слідами переміщень. При проектуванні доріг та окремих споруд і будівель зсувні схили по можливості обходять. Якщо ж будівництво на цих схилах і поблизу них неминуче, уникають підрізування схилів. Насипи споруджують головним чином в підошві схилів, де вони виконують роль навантаження. При підйомі траси на схил земляне полотно проектують спочатку в невисокому насипі, потім на нульових відмітках, а у верхній частині схилу в неглибокій виїмці.

Застосовуючи розрахунки, прагнуть не перенавантажувати схил зведенням будівель і споруд.

У небезпечному районі зберігають дерева і чагарники, забороняють полив, скидання зливових, талих і господарських вод у бік схилу, гірські і вибухові роботи. Щоб не допустити проникнення на схил і в тіло зсуву поверхневих вод, організовують нагірне водовідведення, влаштовують мережу для дощових стоків на схилі і тілі зсуву. Крім того, застосовують спеціальні заходи, направлені на усунення причин, ослаблення і локалізацію дії на схил чинників сповзання.

 

 

Таблиця 1.3 – Типові заходи боротьби зі зсувами

 

Чинники зсувів	Заходи і споруди, рекомендовані для боротьби зі зсувами і стабілізації схилів
Підмив берега хви-лями і течіями, пош-кодження льодом зі збільшенням висоти і крутизни схилу та втратою ними опори в основі. Зволоження підошви схилу і зменшення міцності порід в ній	1. Захист підошви схилу від абразії і ерозії: будівництво набережних, хвиле відбійних стін; покриття низу схилу залізобетонними плитами і мощенням; облаштуванням шинних і габіонних укріплень, штучних пляжів, поперечних бун, повздовжніх хвилеломів, на великих ріках струме-неспрямовуючих дамб і поперечних напівзапруд, відведення водотоків і випрямлення русел. 2. Утримання масиву у рівновазі: відсипка контр банкетів з ґрунту або каменю; споруди підпірних стін, контрфорсів, спайних рядів, шпон. Цементація тріщин у скальних породах на ділянці упірного клину зсуву, стяжка скал, зміцнення ґрунтів на окремих ділянках ін’єкціями зв’язуючи матеріалів. 3. Переоблаштування схилів: випо-ложення схилу зрізанням верхньої частини, терасування, створення привантажуючих берм в нижній частині схилу.
Періодичні зміни положення рівня води в ріці, морі, озері, водосховищі, іноді різ-кі (паводки, сейші, сигизійні припливи)	4. Усунення або послаблення, лока-лізація підпору підземних вод в масиві, обмеженим схилом, облаш-тування берегових екрануючих дренажів з вільним і примусовим видаленням води
Коливання величина напору і положення рівня підземних вод	5. Зниження гідростатичного і гідро-динамічного тисків: осушення масиву; споруди головних гори-зонтального, вертикального і комбі-нованого дренажу для перехоплення підземних вод вище головної бровки зсуву
Підпір підземних вод зсувними масивами, перекриваючими ви-ходи води на схилі	6. Облаштування відкритих осушу-вальних канав і заповнених дренаж-ним матеріалом канав в зсувному тілі
Відділення блоків порід від масиву при відсіданні схилів, ут-ворення тріщин борто-вого відпору і внас-лідок землетрусів. Зволоження ґрунтів	7. Споруди підтримуючих спо-руд згідно п.2 і у випадку порушення гідрогеологічних умов масиву облаштування дренажу згідно пп.. 4, 5. Тампонаж тріщин глинистим ґрунтом
Вимивання ґрунту з водоносного шару в місцях виходів підтем-них вод на схил (су-фозія). Зволоження ґрунтів	8. Зниження градієнту напору або виключення виходів підземних вод на схил: обладнання горизонтальних або комбінованих дренажів, каптаж-них колодязів або лотків для відве-дення води
Утворення тріщин просадки при підси-ханні глинистих ґрун-тів, поява морозобій-них тріщин на поверх-ні схилу, перезволо-ження ґрунтів при зли-вах і відтаванні	9. Тампонаж тріщин глинистим ґрун-том, посів трав і створення дернового покриву, посадка дерев і чагарників, на окремих ділянках нафтування і солонцування ґрунтів, покриття з ґрунтобетону, шлаку, бітуму і водо-непроникної плівки