Рекомендации

Производственный и научно-исследовательский институт по инженерным изысканиям в строительстве (ПНИИИС) Госстроя СССР

Рекомендации

по прогнозу

устойчивости

обвально-

оползневых

склонов

Москва Стройиздат 1986

пятый этап активизации новейших тектонических перемещений земной коры и формирования склоновых гравитационных процессов приходится на верхнечетвертичное время. Интенсивность речных врезов в этот этап оценивается категорией "весьма усиленная", а их величина достигает 150 м. Средняя крутизна склонов рек равна 75°. С пятым этапом связаны грандиозные и крупные (сотни тысяч м³) обрушения, которые на многих участках горных речных долин создали запрудные озера или обусловили смещения речных русел, а также образование в руслах рек переуглуб-лений. Современный (весьма усиленный) врез на многих участках горных рек размывает свое древнее верхнечетвертичное русло, выполненное аллювиальными, обвально-оползневыми и пролювиальными образованиями. Склоны современного вреза (шестой этап) достигают 50 м высоты при крутизне 75-В0О. Для данного этапа развития рельефа горно-складчатых областей характерно усиление формирования склоновых процессов.

1.19.    Разные по величине тектонические перемещения структурных блоков обусловили ступенеобразное их положение в современном рельефе. Поверхности выравнивания данных блоков имеют перекосы с разницей в высотах в пределах одного блока до 300 м. Роль неотектонических движений з образовании оползней, оползне-обвалов и обвалов проявляется в их приуроченности к структурно-тектоническим блокам с разной интенсивностью и величиной поднятий в отмеченные выше этапы активизации тектонических перемещений,

1.20.    Горно-складчатые области в пределах осваиваемых территорий Советского Союза относятся к 7- 10-балльной зоне с высокой сейсмической активностью Л₁₀ — 2,0 и повторяемостью сильных землетрясений. Период землетрясений 14, 15 и даже 16-го энергетических классов равен 80-200 лет. Эпицентры землетрясений, произошедших за последние 40 лет, приурочены к активно проявляющимся в новейшее и современное время тектоническим разломам, разрывам и узлам их пересечения. Установлена миграция во времени землетрясений по простиранию указанных нарушений. Участки расположения ниш и поверхностей отрыва грандиозных (сотни миллионов м³) и крупных (первые миллионы и сотни тысяч м³) обвалов, оползне-обвалов, оползней в пространстве увязываются с направлением осей растяжения, которые получены по слабым и сильным землетрясениям. При землетрясениях в горно-складчатых областях возникают резкие внезапные перераспределения напряжений, которые в ослабленных зонах массивов пород нередко превышают по величине прочность самих пород и служат поводом к возникновению крупных и грандиозных обвалов и оползней. При прохождении упругих сейсмических волн через обводненные заполнители широких трещин бортового отпора или разгрузки возможны гидравлические удары (обратный сейсм), развитие плавунных или тиксотропных процессов в глинисто-суглинистом и супесчаном заполнителе.

1®

1.21.    При формировании речной долины в горно-складчатых областях особо интенсивно проявляются процессы разгрузки естественных напряжений, выветривания, выщелачивания и суффозии в породах приповерхностных частей массивов. С данными процессами парагенетически связаны оползни, оползни-обвалы и обвалы. Они обусловливают также образование таких четырех присклоновых зон:

весьма интенсивного выветривания и разгрузки естественных напряжений. Породы здесь находятся полностью в разгруженном состоянии;

интенсивного выветривания по трещинам и разгрузки. В породах зоны развиты пониженные (по сравнению с геостатически-ми) напряжения, в том числе отрицательные касательные напряжения;

слабой разгрузки напряжений и слабого выветривания по трещинам. В породах зоны развиты пониженные напряжения;

слабого линейного выветривания по крупным тектоническим трещинам, разрывам, разломам. В породах зоны обособляются подзоны повышенных и нормально возрастающих напряжений.

1.22.    Мощность и степень экзогенного изменения пород в перечисленных зонах разная на склонах разного возраста. Развитие процессов выветривания определяется по следующим основным закономерностям:

интенсивность процесса выветривания зависит от минералогического состава, термодинамических и физико-химических условий образования горных пород, от степени их трещиноватости и обводнения, от климатических условий и воздействия организмов, от продолжительности действия агентов выветривания и условий сноса продуктов выветривания;

скорость процессов выветривания массивов горных пород одинакового минералогического состава и состояния, образованных при одинаковых термодинамических и физико-химических условиях, определяется зонально-климатическими условиями территории;

тип коры выветривания определяется климатическими, тектоническими условиями и вещественным составом пород.

Прослеживается устойчивая связь между приуроченностью оползней, оползней-обвалов, обвалов и мощностью, степенью выветривания пород, характером и величинами распределения естественных напряжений в приповерхностных зонах (см.п, 1.21). Эта связь наиболее отчетливо прявляется в пределах склонов горно-складчатых областей на участках, где склонами вскрыты породы с прочными кристаллизационными структурными связями. Выявленная связь используется для прогнозов образования отмеченных процессов.

11

ОПОЛЗНЕВЫЕ И ОБВАЛЬНЫЕ СКЛОНЫ МОРСКИХ ПОБЕРЕЖИЙ ГОРНО-СКЛАДЧАТЫХ ОБЛАСТЕЙ

1.23.    Формирование оползневых — обвальных склонов морских побережий в горно-складчатых областях также имеет свои отчетливо выраженные специфические особенности. Здесь особо резко проявляется связь между интенсивностью, режимом разнонаправленных неотектонических дифференцированных перемещений и объемами, интенсивностью оползней, оползне-об-валов и обвалов. Установлено, что активизация оползневых — обвальных смещений и обрушений пород со склонов приурочена к этапам активизации дифференцированных разнонаправленных тектонических перемещений структурных блоков в пределах прибрежных морских территорий.

1.24.    В пределах рассматриваемых областей различаются пять этапов активизации неотектонических подвижек:

первый этап приурочен к верхненеогеновому или к среднечетвертичному времени. Амплитуда поднятий приморских структурных блоков Южного берега Крыма составила в этот этап 120— 400 м. Высокие и крутые склоны в это время осложнялись крупными и выдержанными депрессиями, с которыми связаны оползни большой интенсивности развития и грандиозного объема. Суммарные мощности оползневых — обвальных накоплений в основании Черноморских склонов достигали 120 м;

второй этап активизации развития оползневых — обвальных склонов приходится на первую половину верхнечетвертичного времени, а для территорий, где первый этап начался в верхнем неогене, — на первую половину нижнечетвертичного времени. Амплитуда поднятий прибрежных структурных блоков составила около 60 м, а мощность оползней-обвалов данного возраста в основании склонов порядка 55 м;

третий этап активизации отмечен во второй половине верхнечетвертичного, реже в первой половине среднечетвертичного, времени. Амплитуда поднятий структурных блоков за этап составляла в среднем 50 м, мощность оползневых — обвальных накоплений — 30 м;

четвертый этап развития склонов начинается на большинстве приморских территорий горно-складчатых областей в первую половину голоценового времени;

пятый — повсеместно во вторую половину голоцена.

1.25.    Дифференцированные разнонаправленные перемещения прибрежных структурных блоков создали ступенчатый в плане профиль склонов: крутые части (средние уклоны порядка 30°) сменяются пологими (уклоны 3—6°). Наибольшая интенсивность оползней и обвалов приурочена к крутым участкам склонов. За счет детрузивного воздействия гравитационных смещений пород с крутых частей начинают формироваться оползни и на пологих участках склонов.

1.26.    Оползневые — обвальные склоны морских побережий горно-складчатых областей сформированы в зонах влияния глубинных разломов или разрывов, по которым происходит опускание морских структурных блоков и поднятие прибрежных блоков. Наибольшая интенсивность проявления оползне-обваль-ных процессов отмечается на участках, где морские склоны вскрывают пересекающиеся между собой разрывные нарушения, субпараллельные и субперпендикулярные по отношению к простиранию склонов.

1.27.    Для горно-складчатых областей морских побережий СССР характерна высокая сейсмическая активность. Это, как правило, зоны 7-8-балльных землетрясений. Особые грунтовые условия названных территорий (зоны разрывных нарушений, большие мощности разновозрастных и в разной степени обводненных оползне-обвальных накоплений в крупных эрозионных депрессиях) повышают их сейсмичность на отдельных участках на 1-2 балла по сравнению с фоновой. Максимальный эффект от сейсмических упругих волн наблюдается при условии совпадения по времени землетрясений силой 6 и более баллов с периодами затяжных или ливневых водообильных дождей и морских штормов более 4 баллов. Причем установлен эффект запаздывания между временем проявления обвалов, оползней и временем действия перечисленных факторов, достигающий двух лет.

128.    Значительное влияние на развитие обвально-оползневых склонов названных областей оказывает волновой режим моря. 6 историческом плане донный размыв пород незначительный на участках, где оползни смещались к более низкому уровню моря; здесь преобладает размыв оползневых накоплений в языках оползней, за счет чего образовались клифы высотой от 3—16 до 30—60 м и крутизной 50—704 Для всех обвально-оползневых склонов морских побережий горно-складчатых областей типичными являются следующие признаки: практически полное отсутствие или же наличие узких (5—15 м) пляжей, вдольбереговой перенос пляжевого материала и приглубый берег. Эти особенности природных условий создают благоприятные возможности для размыва пород берегов штормовыми волнами с балльностью 4 и более. Абразия вызывает активизацию развития склоновых процессов только в прибрежной полосе глубиной до 100 м (по нормали от поверхности склона).

129.    Величина и характер влияния климатических. условий на формирование оползней-обвалов данных областей имеет резко выраженную вертикальную зональность. В нижних частях склонов эти условия проявляются в формировании волнового режима моря. Количество осадков, приходящееся на единицу площади, с высотой изменяется (в сторону увеличения) более чем в два раза, а это создает разные условия дополнительного увлажнения пород склонов, пригрузки склонов зимой от больших скоплений снега в понижениях.

13

ОБЩИЕ ДЛЯ ВСЕЙ ТЕРРИТОРИИ СТРАНЫ ЗАКОНОМЕРНОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ ОПОЛЗНЕВЫХ -ОБВАЛЬНЫХ СКЛОНОВ

1.30.    Несмотря на рассмотренные в пп. 1,1-1.29 отличительные особенности образования оползней-обвалов на склонах равнинных, предгорных и горно-складчатых областей, имеется ряд эмпирически установленных регионально-геологических и зонально-климатических закономерностей, которые имеют всеобщий характер. Поэтому такие закономерности с полным основанием могут быть названь* законами развития и активизации оползней, обвалов, оползней-обвалов. Соответственно, они регламентируют не только условия формирования данных процессов, но и условия потери склонами устойчивости на участках, где проявляются эти процессы. Поэтому названные законы могут рассматриваться в качестве критериев прогноза устойчивости оползневых-об-вальных склонов. Основные из них сформулированы в пп. 1,31— 1.44.

1.31.    Оползни, оползни-обвалы, обвалы парагенетически связаны с определенными литолого-генетическими и петрографическими комплексами пород.

На склонах правого берега р. Днепр в пределах территории г. Киева Демчишиным М.Г. установлено следующее: к верхнечетвертичным лессовым образованиям приурочено около 37% оползней и обвалов, зафиксированных в последние 100 лет; к нижнечетвертичным бурым глинам - 22%; к нижне-, верхнегеогено-вым пестрым глинам - 13%; к среднечетвертичным моренам и пескам харьковской свиты - по 7%; к нижнечетвертичным пресноводным суглинкам — 5%; к нижненеогеновым отложениям полтавской свиты - 4%; к среднечетвертичным надморенным и подморенным пескам - по 2%; к спондиловым глинам среднего палеогена киевской свиты - около 1%. В нижнекаменноугольных и средне-, верхнедевонских известняках и доломитах, слагающих высокие (до 2000 м) и крутые (в среднем 65°) склоны долины р. Нарын (Киргизская ССР) из 600 изученных оползнеобвальных склонов на долю оползней приходится 26%, оползне-обвалов — 53%, обвалов - 7%. В глинистых метаморфизованных сланцах,, ритмично переслаивающихся с туффогенмыми конгло-мератобрекчиями и песчаниками каракольской свиты нижнего карбона, резко преобладают оползни в приповерхностной зоне выветривания и разгрузки пород; на их долю приходится около 6%. Обвалы здесь составляют около 2%. В песчаниках и конгло-мератобрекчиях келематинской свиты верхнего карбона обвалы составляют 2%; оползни-обвалы — 3%, оползни — 1%.

1.33. Интенсивность проявления и типы оползней по механизму смещения определяются вещественным и минеральным составом пород (и их примесей), слагающих склоны. Закбн имеет следствия:

при взаимодействии с водой в глинистых грунтах монтморил-лонит-гидрослюдистого состава твердой консистенции (в природных условиях), содержащих более 5% примесей пирита, хорошо разложившегося органического вещества или гипса, развиваются деформации незатухающей ползучести с образованием на склонах и откосах строительных, дорожных и иных выемок оползней скольжения и выдавливания;

глинистые грунты Na-монтмориллонитового состава при взаимодействии с водой способны вытекать со склонов и откосов с образованием оползней течения и выплывания;

при взаимодействии со щелочными или кислыми водами в глинистых грунтах любого минералогического состава, содержащих более 5% примесей гипса, пирита или хорошо разложившегося органического вещества, развиваются деформации незатухающей ползучести с образованием на склонах или откосах оползней выдавливания и скольжения;

в пределах склонов, сложенных водонасыщенными тонко-, мелкозернистыми и пылеватыми песками, содержащими 5% и более глинистых частиц монтмориллонитового состава, формируются оползни внезапного разжижения. Их активизация может быть вызвана незначительными по величине антропогенными статическими и динамическими нагрузками на породы склонов;

лессы и лессовидные образования при взаимодействии с водой легко размокают, размываются, обладают просадочными свойствами с образованием на склонах и откосах просадочных оползней и оползней течения;

интенсивность развития просыдочных оползней увеличивается на участках склонов, где лессы содержат горизонты погребенных почв;

в водонасыщенных дисперсных грунтах с защемленными газообразными соединениями образуются на склонах и откосах оползни выплывания и внезапного разжижения;

сыпучие слюдистые разнозернистые пески являются суффозион* но неустойчивыми, легко размываются поверхностными водами с образованием на склонах и откосах суффозионных оползней и оползней течения;

элювиальные глинистые грунты с низкой гидрофильной способностью и малой пластичностью способны переходить из устойчивого твердого состояния в разжиженное текучее при влажности 18—22% с образованием оползней потоков;

дисперсные грунты с карбонатными, сульфатными или желе-зеситыми соединениями в приконтактных с подземными водами зонах интенсивно выщелачиваются с образованием в приповерхностных частях склонов зон ослабления и, как следствие, оползней скольжения.

1.33. Интенсивность развития оползней, оползней-обвалов, обвалов зависит от интенсивности и знака неотектонических перемещений отдельных участков земной коры (структурных блоков) . Неотектонические движения приводят к увеличению общей

15

раздробленности массивов пород при активизации древних (сос-кладчатых) или образовании новых (постскладчатых) разрывных нарушений, к усилению (или ослаблению) процессов эрозии и абразии. В результате изменяются величины и характер распределения естественных напряжений, прочностные и фильтрационные свойства массивов пород, их обводненность. Эти напряжения в ослабленных зонах могут и часто превышают по величине прочность самих пород. Таким образом создаются условия для формирования или образования оползней, оползней-обвалов, обвалов. Установлено, что в пределах равнинных, предгорных и горно-складчатых областей около 60% рассматриваемых процессов, при прочих равных условиях, приходятся на максимально поднятые в современном рельефе (для региона) структурные блоки; только 6% этих явлений зафиксировано в пределах наименее поднятых блоков. Причем, в первом случае объемы оползней-обвалов составляют сотни тысяч и миллионы м³, а во втором - основная масса обвально-оползневых накоплений имеет объемы тысячи, десятки тысяч м³. Структурные блоки во времени и в пространстве испытывают неравномерные, импульсные, дифференцированные перемещения, а их древние платообразные поверхности выравнивания имеют перекосы ( см. пп. 1.18, 1.19). Эта особенность неотектонических перемещений отчетливо отражаете» в интенсивности развития оползней, оползне-обвалов, обвалов в пределах всех изученных регионов Советского Союза и особенно в предгорных и горно-складчатых областях ( см. пп. 1.10—1.29). Она сформулирована в двух следствиях закона (см. п, 1.33): периодам резкой активизации восходящих неотектонических перемещений структурных блоков земной коры соответствуют периоды резкой активизации развития оползневых, обвально-оползневый, обвальных процессов;

максимальное количество оползней, оползней-обвалов> обвалов приурочено к участкам склонов, развитых в пределах структурно-тектонических блоков с максимальной скоростью новейших поднятий; на границе двух смежных тектонических блоков, испытывающих либо разнонаправленные, либо однонаправленные, но с разной скоростью движения; на участках перекосов блоков.

1.34. Максимальные объемы и интенсивность гравитационных процессов на склонах, сложенных дисперсными породами и расположенных вне эпицентра землетрясений, приурочены, при прочих равных условиях, к участкам, где подземные воды залегают на глубине менее 10 м, а упругие сейсмические волны подходят к поверхности земли под углом 30—60°. Большую роль в проявлении силы сейсмического толчка играют инженерно-геологические условия территории. Обводненные грунты имеют большее приращение балльности (по сравнению с фоновой для региона); чем грунты необводненные. В пределах верхней 10-метровой толщи повышение уровня подземных вод до 4 м от поверхности склона вызывает повышение балльности на 0,5 балла в песча-

ных, супесчаных и глинистых грунтах; если воды залегают на глубине 1 м — на 1 балл. В районе эпицентра сильных землетря-сений (более 6 баллов) при подходе сейсмических волн к поверхности склонов под углом более 60° сила сейсмического воздействия на породы склонов будет так велика, что влияние инженерно-геологических условий на устойчивость склонов может уже не учитываться.

1.35.    Объемы и интенсивность обвально-оползневых процессов на склонах, сложенных породами с прочными кристаллизационными связями, при прочих равных условиях, зависят от направления растягивающих напряжений, возникающих в массивах пород при землетрясениях.

Для условий долины р, Нарын (Киргизская ССР) установлено, что во время 8-балльного землетрясения 1946 г. обвал объемом 1,8 млн. м3 произошел на участке, где направление оси растягивающих напряжений нормально к простиранию склона; здесь же образовался осов объемом в 5,2 млн. м3. Обвалы, оползни-обвалы, оползни объемами до 200 тыс. м³ произошли на участках, где указанные оси напряжений составляют со склоном угол 40—60°; на участках, где они имеют угол менее 40°, возникли многочисленные малые по объему обрушения пород со склонов.

1.36.    Интенсивность, объемы и типы поверхностей отчлене-ния и смещения оползней, оползней-обвалов, обвалов в прочных трещиноватых породах зависят от порядкаразрывных нарушений и их ориентировки по отношению к простиранию склонов. Типы поверхностей отчленения и смещения предопределяют характер распределения и величины напряжений на опорной площади обвально-оползневого блока пород, условия его развития и механизм развития начальных деформаций. Трещины (или иные зоны ослабления массивов пород), ограничивающие блоки пород, по их роли в устойчивости этих блоков разделяются на трещины отчленения и смещения. К первым относятся те из них, которые имеют угол падения более 60°, ко вторым — 60° и меньше, а устойчивость оценивается прочностью пород на срез. Поверхности ослабления, у которых угол между их простиранием и направлением склона равен 0—30°, называются тыловыми (при углах падения более 60°), или подошвенными (при углах падения 60° и меньше); при больших углах они считаются боковыми отчленяющими. Закон имеет два следствия:

объемы оползней, оползней-обвалов и обвалов, формирующихся в зонах влияния разрывных нарушений, субпараллельных склону, при прочих равных условиях, зависят от среднего расстояния между трещинами — сместителями разрывов;

объемы оползней, оползне-обвалов, обвалов, формирующихся в зонах влияния разрывных нарушений, при прочих равных условиях, зависят от углов падения трещин, отчленяющих блоки пород от основного массива.

1.37.    Подавляющее количество оползней, оползней-обвалов, обвалов формируется в приповерхностной зоне весьма интенсив-

17

кого выветривания и разгрузки пород. Следует подчеркнуть, что около 84% оползней-обвалов (из 1600 изученных в различных регионально-геологических и зонально-климатических условиях) образовались в регламентируемой законом зоне. Прослежены четкие зависимости интенсивности и объемов оползней-обвалов от возраста геоморфологических элементов склонов. Эти региональные и зонально-климатические закономерности сформулированы таким образом:

максимальное количество оползней, оползней-обвалов_>обвалов приурочено к склонам, сформировавшимся во второй половине среднечетвертичного времени;

интенсивность проявления оползней, оползней-обвалов, обвалов, сформированных в приповерхностных зонах выветривания пород и разгрузки напряжений, зависит от глубины экзогенного изменения пород (заполнителей) в трещинах отчленения и смещения блоков (и пакетов) пород;

объемы оползней,оползней-обвалов и обвалов, сформированных в приповерхностной зоне весьма интенсивного выветривания пород и разгрузки напряжений (см. п. 1.21) и имеющих одинаковый генетический тип и крутизну падения поверхностей отчленения (и смещения), зависят от высоты и крутизны частей склонов откуда происходят обрушения пород.

1.38.    Поверхности смещения оползней и оползней-обвалов водосодержащих грунтов, при прочих равных условиях, формируются на участках склонов, где подземные воды имеют повышенное, по сравнению с другими участками, содержание сульфатных соединений и свободной углекислоты; низкая минерализация поровых вод грунтов на контакте со слабоминерализованными горизонтами подземных вод является причиной интенсивного выщелачивания пород, резкого снижения их прочности и образования поверхностей смещения оползней или оползней-обвалов; поверхности смещения и отчленения оползней, оползней-обвалов, обвалов в массивах трещиноватых пород формируются по благоприятно ориентированным по отношению к склонам трещинам, сместителям разрывов и разломов, а также частично по межтрещинным целикам. В дополнение к п. 1.36 следует отметить, что так называемая "малая трещиноватость" пород (образованная тонкими литогенетическими, тектоническими, экзогенными и иными первичными трещинами) предопределяет образование на склонах небольших по объему обвалов и осыпания обломков пород.

1.39.    Прогрессирующее во времени увеличение скорости роста поверхностей ослабления в массивах пород происходит при определенном, пропорционально изменяющемся во времени, напряженном состоянии массива.

1.40.    Карбонатные, сульфатные и железистые соединения в подземных водах на участках их выхода на поверхность склонов, сложенных дисперсными породами, образуют приповерхностные зоны кольматации пород, локальные подпоры вод и

являются причиной образования внезапных катастрофических оползней прорыва.

1.41.    Интенсивность проявления и объемы приповерхностных оползней типа оплывин, сплывов, потоков, при прочих равных условиях, определяются климатическими условиями территории. Необходимо отметить, что 80% приповерхностных оползней типа сплывов, оплывин, потоков, зафиксированных за последние 100 лет в г. Киеве связаны с продолжительными водообильными дождями, такими как: з 1764, 1826, 1839, 1844, 1846, 1848, 1849, 1853, 1870, 1871, 1880, 1892, 1906, 1907, 1915, 1932, 1933, 1960, 1961, 1980 гг. Катастрофические оползни течения, образованные в 1915, 1962, 1965 гг. в г. Ульяновске, связаны с периодами оттепелей, снеготаяния и затяжных водообильных дождей, когда выпадало около трех месячных норм осадков. Установлено, что максимальное количество оползней в г. Ульяновске наблюдается на три месяца позже после периодов совпадения по времени водообильных дождей, интенсивного таяния снега и штормов в Куйбышевском водохранилище.

1.42.    На участках древних погребенных эрозионных ложбин, осложняющих склоны, могут формироваться оползни. В среднечетвертичных эрозионных ложбинах прибрежных склонов Южного берега Крыма и Кавказа, протягивающихся от древних поверхностей выравнивания до отметок — 20 м ниже современного уровня моря и имеющих глубину от 10 м вверху до 150 м внизу, образуются крупные и грандиозные по объему оползни. Существенная роль в их формировании принадлежит потоку грунтовых вод с уклоном более 0,3, который создает значительные по величине гидродинамические и гидростатические давления воды на породы.

1.43.    Оползневые, обвально-оползневые и обвальные процессы характеризуются цикличностью своего развития, инерционностью проявления, кумулятивным эффектом запаздывания во времени воздействия факторов на процессы и их проявлением, эффектом совпадения во времени экстремальных характеристик факторов и их одновременного воздействия на развитие оползней, оползней-обвалов. обвалов. Закон имеет большое методическое значение для прогнозов развития оползней, оползней-обвалов, обвалов, поскольку он устанавливает следующее:

возможность временного прогноза, которая обеспечивается установленной цикличностью развития рассматриваемых процессов. При этом вероятностно-статистический анализ результатов наблюдений за процессами предпочтительнее, чем наблюдения за факторами, вызывающими развитие этих процессов. Прогнозы в этом случаев сводятся к эстраполяции непрерывного ряда значений активности процесса в будущее. При отсутствии рядов процессов можно использовать ряды факторов после установления тесноты корреляционных связей между активностью проявления процессов и факторам и,их определяющими;

19

УДК 624.131.537

Рекомендовано к изданию решением секции Научно-технического совета инженерно-геологических исследований ПНИИИС Госстроя СССР.

Рекомендации по прогнозу устойчивости обвально-оползневых склонов /ПНИИИС. -М.:    Стройиздат,

1986, - 120 с.

Обобщены результаты многолетних исследований авторов по вопросам устойчивости оползневых-обвальных склонов и прогнозу изменения устойчивости склонов под воздействием природных и антропогенных факторов. Рассмотрены регионально-геологические и зонально-климатические закономерности (законы), предопределяющие формирование, активизацию и устойчивость оползневых — обвальных склонов, а также рассмотрены методы выполнений ориентировочных и уточненных оценок и прогнозов устойчивости склонов в зависимости от стадии инженерно-гео логических изысканий.

Для инженерно-технических работников проектных, строительных, инженерно-изыскательских организаций.

Табл. 18, ил.2.

3202000000- 475

047 (01) - 86    Инструк.    —нормат., I выл. -42-86

©Стройиздат, 1986

изменение информативности факторов и их роли в развитии процессов в пространстве и во времени, а также от стадии к стадии и внутри каждой стадии;

режимно-резонасный эффект, означающий совпадение во времени экстремальных значений характеристик факторов, определяющих развитие оползней-обвалов с кумулятивным эффектом запаздывания между временем проявления процесса и временем действия факторов (см. п. 1.42);

парагенетический эффект или эффект одновременного, не сводимого к простой сумме, воздействия всех факторов, определяющих развитие процессов.

1.44. Грунтовые и подземные воды, дренируемые склонами, оказывают существенное влияние на формирование оползней-обвалов. Роль воды, заполняющей трещины в массиве пород^прояв-ляется в гидростатическом и гидродинамическом давлении на их стенки. Оно уменьшает сопротивление трению по стенкам трещин и при крутом падении трещины стремится сместить часть массива пород. Подобные давления возникают не только в закрытых глухих трещинах, но и в сквозных, если их нижнее сечение, через которое вытекает вода, меньше верхнего сечения, воздействие воды в трещиноватом массиве в целом проявляется в изменении напряженного состояния в породах, уменьшении их прочности.

2. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ ПО ОЦЕНКЕ И ПРОГНОЗУ УСТОЙЧИВОСТИ ОПОЛЗНЕВЫХ - ОБВАЛЬНЫХ СКЛОНОВ

2.1.    Оценка устойчивости и прогноз развития оползневых—обвальных склонов относятся к числу наиболее сложных и недостаточно хорошо разработанных проблем. Для ее решения необходимо выявить, количественно оценить основные регионально-геологические и зонально-климатические закономерности и законы, предопределяющие образование названных склонов и изложенные в разд. 1. В зависимости от стадии инженерно-геологических изысканий, сложности геологического строения, типов смещений пород со склонов, вида строительства и использования склонов и присклоновых территорий оценка устойчивости и прогноз развития оползней-обвалов могут быть выполнены с разной степенью точности. Поэтому следует различать ориентировочные и уточненные оценки и прогнозы устойчивости склонов.

2.2.    Ориентировочные оценки и прогнозы устойчивости оползневых — обвальных склонов выполняются по результатам их инженерно-геологического картирования в масштабах 1:25000 -1:50000 и отдельных типичных для рассматриваемых процессов участков в масштабе 1:5000—1:2000. По продолжительности действия эти прогнозы имеют период упреждения от одного до пяти лет. Следовательноуих результатами можно пользоваться только в течение времени возведения инженерных сооружений. После этого ориентировочные прогнозы должны быть уточнены.

20

ПРЕДИСЛОВИЕ

Необходимость разработки Рекомендаций возникла в связи с тем, что оценка устойчивости и прогноз развития оползневых -обвальных склонов слобо освещены в литературе. Уже известные расчетные методы устойчивости оползневых склонов основаны на сильно упрощенных схемах, не учитывают многообразия фор* мированин оползней и обвалов, изменение во времени прочностных свойств зон ослабления массивов пород, влияние антропогенных врздействий на породы склонов.

В Рекомендациях рассмотрены теоретические основы и даны примеры оценок устойчивости прогноза изменения устойчивости оползневых — обвальных склонов различными математическими методами. Рекомендуемые методы хорошо разработаны и апробированы на примере многих построенных и строящихся объектов в нашей стране и за рубежом. Рекомендации — результат 20-летних исследований.

Рекомендации разработаны ПНИИИС Госстроя СССР (канд. геол.-минерал.наук Н.Л.Шешеня при участии доцента ОГУ Ю.Г. Баландина) .

1. РЕГИОНАЛЬНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ И

ЗОНАЛЬНО-КЛИМАТИЧЕСКИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ (ЗАКОНЫ), ПРЕДОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ ФОРМИРОВАНИЕ, АКТИВИЗАЦИЮ И УСТОЙЧИВОСТЬ ОПОЛЗНЕВЫХ И ОБВАЛЬНЫХ СКЛОНОВ

ОПОЛЗНЕВЫЕ И ОБВАЛЬНЫЕ СКЛОНЫ РЕЧНЫХ ДОЛИН РАВНИННЫХ ОБЛАСТЕЙ

1.1.    Условия формирования оползней и обвалов на речных склонах равнинных областей имеют свои отличительные особенности. Они обусловлены значительно меньшей, по сравнению с предгорными областями, интенсивностью новейших и современных тектонических движений структурных блоков данных территорий, весьма низкой их сейсмической активностью, поэтому влиянием сейсмичности на развитие оползней и обвалов на этих склонах можно пренебречь. На устойчивасть оползневых и обвальных склонов могут оказывать влияние только антропогенные динамические воздействия типа массовых взрывов, работы механизмов и движения тяжелого транспорта вдоль скоростных магистралей. Склоны рек и оврагов сложены слаболитифицирован-ными породами. Это предопределяет их способность легко размываться под воздействием поверхностных вод; песчаные и супесчаные разности пород часто являются суффозинно неустойчивыми, а глинистые — набухают под влиянием воды с развитием текучепластических деформаций в массиве, разжижения при динамических нагрузках. Характерной особенностью состава дисперсных пород является наличие в них включений известковистых конкреций, кристаллов, друз гипса, пирита, которые при взаимодействии с водой выщелачиваются, способствуя образованию в массивах указанных пород зон ослабления.

1.2.    В большинстве случаев поверхности смещения оползней на отмеченных склонах приурочены к слабым глинистым прослоям мягко-, текучепластичной консистенции, к суффозионно неустойчивым прослоям песка или лессовым образованиям, к лигнитизированным прослоям. Перечисленные поверхности смещения имеют горизонтальное или слабонаклонное (в сторону склона) залегание.

1.3.    Оползневые склоны речных долин равнинных территорий сформировались в основном в средне-, верхнечетвертичное время. Для него характерна активизация дифференцированных тектонических перемещений земной коры, формирование переуглубле-ний в долинах рек и крупные смещения блоков и пакетов пород со склонов (причем, оползни и обвалы чаще встречаются в пре-

4

делах подмываемых правобережных склонов). Несмотря на то, что за новейший и современный этап    тектонической активизации

подвижек земли отмеченные склоны на некоторых участках отступили на несколько десятков километров, они всегда были крутыми и высокими. Урезы рек тогда были на более низких отметках по сравнению с современным врезом. Поэтому на участках, где имели место оползни и обвалы, их накопления в большинстве случаев перекрыты более молодыми современными речными или оползневыми образованиями. В современную эпоху на отмеченных участках склонов резко преобладают повторные смещения пород с захватом древних оползневых накоплений, реже наблюдаются смещения в верхних частях склонов в пределах крутых стенок отрыва древних оползней.

ОПОЛЗНЕВЫЕ И ОБВАЛЬНЫЕ СКЛОНЫ МОРСКИХ ПОБЕРЕЖИЙ РАВНИННЫХ ОБЛАСТЕЙ

1.4.    Особенности формирования оползневых — обвальных склонов морских побережий равнинных областей обусловлены их структурно-тектоническими условиями. Данные области располагаются в пределах ровных платообразных приморских низменностей, которые испытывали в новейший и современный этап неравномерные во времени и в пространстве дифференцированные перемещения структурных блоков. Современные скорости опусканий, например блоков Черноморской впадины * изменяются от 1,0до 10 мм/год. Опускание приморских участков поверхности земли вызывает активизацию процессов абразии, интенсивность которых больше на участках с большей скоростью опусканий.

1.5.    Береговая и донная абразия волнами, течением и льдом (ледовая коррозия) выражается посредством размыва пород берегового склона, морского дна и гряд выдавливания. Средняя скорость донного размыва в пределах, например территории г.Одессы, изменяется от 0,2 до 4,0 см/год. Скорость размыва берега на разных участках, сложенных различными по прочности литолого-генетическими комплексами пород, колеблется от 0,5 до 6,0 м/год. На участках с постоянной интенсивной активизацией современных оползневых смещений скорость абразии больше или равна 0,8 м/год; при периодически повторяющихся подвижках пород на склонах она в среднем равна 0,65 м/год, а на участках со слабыми современными смещениями скорость абразии не превышает 0,5 м/год. Установлена отчетливая эмпирическая зависимость между скоростью смещения со склонов оползней и скоростью размыва пород в их языковой части с корреляционным отношением 0,95.

1.6.    Абразия относится к числу основных факторов, вызывающих формирование новых и активизацию ранее образовавшихся, но находящихся в состоянии временной стабилизации, оползней на морских склонах. Процессы абразии способствуют образова-

5

нию уступов в нижних частях склонов и, как следствие, к перераспределению напряжений в приповерхностных частях массивов пород, больших градиентов напряжений. Их величины, например, в породах склонов Одесского побережья Черного моря могут достигать значений 10—12 МПа. Поэтому при прочности глинистых пород на раздавливание 4—5 МПа образуются зоны разрушения пород, их пластические деформации и выдавливание.

1.7.    Значительное влияние на устойчивость оползневых — обвальных склонов оказывает донная абразия. Установлено, что при высоте волны 0,5 м смываются пески, при шторме силой 5 баллов галечники. При волнении оползневые гряды сложенные плотными глинами, исчезают в течение суток, а при штиле - в течение нескольких суток. В профиле дна моря следы гряд, образовавшихся при единовременных смещениях пород со склонов, уничтожаются за 3—4 мес.

1.8.    Лиманная абразия оказывает значительно меньшее влияние на формирование оползней-обвалов и устойчивость склонов. Она развита на участках, где урез воды сопрягается с относительно высокими (более 15 м) и крутыми (более 20°) склонами лиманов. Эти процессы активизируются при высоких уровнях воды в лиманах, вызывая усиление склоновых процессов.

1.9.    Неравномерные дифференцированные новейшие и современные тектонические перемещения земной коры в приморских равнинных областях происходят по сериям крупных глубинных разломов и разрывов. Эти перемещения создали ступенчатые в плане профили склонов и рельефа с максимальными перепадами высот между отдельными платообразными поверхностями древних пе-непленов в пределах разных структурных блоков около 40-50 м. При прочих равных условиях максимальное количество оползней и обвалов на склонах данных областей встречены на участках с высотой склонов 40 м и более. На склонах высотой 15-35 м современные оползни-обвалы развить] в меньшей степени.

ОПОЛЗНЕВЫЕ И ОБВАЛЬНЫЕ СКЛОНЫ РЕЧНЫХ ДОЛИН ПРЕДГОРНЫХ ОБЛАСТЕЙ

1.10. Территории предгорных областей включают в себя краевые части древних платформ и предгорные прогибы, вовлеченные на новейшем этапе в интенсивные тектонические глыбово-блоковые перемещения со скоростью, например, в Кодрах Молдавской ССР до 10 мм/год. Разнонаправленные движения тектонических блоков вызывают на этих территориях интенсивное развитие процессов эрозии, формирование высоких (до 300 м) и довольно крутых (в среднем 25—35°) склонов. Амплитуды максимальных поднятий этих территорий составляют 350—400 м, опусканий — 500 м. Участками наиболее сильного проявления оползневых — обвальных процессов являются структурные блоки, имеющие в новейший этап максимальные скорости поднятия. Данные процессы имеют также большое распространение на грани-

б

це смежных структурно-тектонических блоков, испытывающих либо разнонаправленные, либо однонаправленные, но разной скорости, движения.

1.11.    Отмеченные территории характеризуются высокой активностью и силой землетрясений. Так, например, для территории Кодр Молдавской ССР одно 8—9-балльное землетрясение происходит в среднем один раз в 17 лет; одно 7-балльное - в 12,5 лет, 6-балльное - в 8 лет, менее шести баллов - 1—3 раза в год. Упругие сейсмические волны действуют на породы склонов как силовой фактор. Он может вызвать плывунные или тиксотропные процессы в породах, предрасположенных к их развитию, а также вытекание отмеченных пород со склонов и откосов. Сейсмичность приводит т^кже к резкому снижению прочности структурных связей за счет увеличения трещиноватости массива пород. Супесча-но-глинистые или песчано-глинистые элювиальные образования, имеющие на территориях рассматриваемых областей большое развитие и значительные мощности (до 25-30 м), обладают малыми величинами акустической жесткости. При землетрясениях такие образования имеют большие скорости колебания частиц, достигающих 100 см/с, что может вызвать оползни в данных грунтах.

1.12.    Основными зонами смещения и отчленения в массивах пород предгорных областей являются крупные тектонические трещины, зоны рассланцевания и повышенной трещиноватости разрывов, литогенетические трещины. Оползни и обвалы приурочены к присклоновым зонам выветривания и разгрузки напряжений, суммарная мощность которых на склонах речных долин (Кодры Молдавской ССР) среднечетвертичного вреза достигает в среднем 20 м.

ОПОЛЗНЕВЫЕ И ОБВАЛЬНЫЕ СКЛОНЫ РЕЧНЫХ ДОЛИН ГОРНО-СКЛАДЧАТЫХ ОБЛАСТЕЙ

1.13. Склоновые гравитационные процессы в горно-складчатых областях представлены чаще в сложных переходных формах, что обусловлено большой крутизной и высотой речных склонов. При зарождении и проявлении отмеченных процессов практически всегда наблюдается начальное скользящее движение пород на склонах I , затем их обрушение, раскол и скатывание на различные расстояния L . В зависимости от величины соотношения длин скользащего (оползневого) и обвального L движений пород со склонов рекомендуется выделять следующие склоны:

обвального сноса, когда отношение I 100%/ (I + L ) ^ 10%; возможные обвальные накопления на пологих частях склонов представлены неотсортированным материалом. Для склонов, вскрывающих породы с прочными кристаллизационными структурными связями, эти накопления состоят из глыб различных размеров, перемешанных со щебнем;

оползне-обвального сноса при отношении 10% <*М00%/{£+£) ^ £ 90%; в оползне-обвальных накоплениях могут присутствовать

7

отдельные пакеты и блоки пород с сохранившейся исходной текстурой;

опозлневого сноса, если отношение I •100%/(£ + £) >90%. Для этих склонов характерны накопления в виде блоков и пакетов пород, более трещиноватых и раздробленных, чем в коренном залегании, с гнездами щебня, дресвы или суглинистого материала.

1.14.    Основными зонами ослабления массивов пород являются разрывные тектонические нарушения различных порядков (масштабов), серии экзогенных трещин выветривания, бортового отпора и разгрузки. Объемы склоновых гравитационных процессов во многом определяются порядком разрывных нарушений, вскрытых склонами, их ориентировкой по отношению к простиранию склонов.

1.15.    В зонах влияния глубинных разломов I—И порядков, субпараллельных склону (ограничивающих крупные структурноформационные зоны, протяженностью более 10 км, шириной зоны тектонического изменения пород более 1 км, с суммарной амплитудой неотектонических перемещений более 2 км), оползни, оползни-обвалы и обвалы могут формироваться в пределах присклоновых зон слабой разгрузки и слабого линейного выветривания с глубиной захвата до 250 м. Объемы единовременных смещений здесь достигают нескольких сотен миллионов м³. Смещения приурочены к верхним частям склонов высотой не менее 1000 м, имеющих олигоцен — нижнечетвертичныи или среднечетвертичный возраст. В смещение могут быть вовлечены и водораздельные части склонов. Поводом к их образованию служат землетрясения в 8—10 баллов, имеющие в зонах глубинных разломов большую повторяемость ( Л₁₀ = 2). Частость указанных явлений невелика и составляет около 0,5% общего числа зарегистрированных в горных районах обрушений.

1.16.    В зонах влияния разрывов III—1У порядков, субпараллельных склону (протяженностью до 10 км, шириной зоны тектонического изменения пород в первые сотни метров и суммарной амплитудой неотектонических перемещений до 2 км), обвальнооползневые процессы развиваются в зонах интенсивной разгрузки напряжений и выветривания пород. Глубина захвата ими пород данных зон достигает в среднем 60 м. Объемы их единовременных обрушений изменяются от нескольких сотен тысяч до первых миллионов м³. Они также приурочены к верхним частям склонов олигоцен — нижнечетвертичного или среднечетвертичного врезов рек. При обрушении блоки, пакеты пород иногда падают на обломочные обвально-осыпные или пролювиальные образования, расположенные на более низ ких и пологих частях склонов, вызывая осовы объемом в первые миллионы м³.

1.17.    Обвально-оползневые процессы, формирующиеся в узлах пересечения тектонических разрывов 14— 1У или глубинных разломов 1— П порядков, приурочены к зонам интенсивной разгрузки напряжений и выветривания пород. Они могут иметь глубину захвата до 60 м и объемы обрушений до первых миллионов м³.

В зонах влияния отмеченных выше нарушений, сублерпендику-лярных склону, а также в зонах влияния пересекающихся между собой разноориентированных разрывов У-У1 порядков разной крутизны (протяженностью до 1 км, шириной зоны тектонического изменения пород до нескольких десятков метров и суммарной амплитудой неотектонических перемещений до нескольких сотен метров) смещения и обрушения пород со склонов приурочены к зонам интенсивно выветрелых и полностью разгруженных пород. Мощность захвата ими пород изменяется от 1—2 до 20 м. По объему здесь преобладают обрушения в тысячи и десятки тысяч м3.

1.18. Склоны обвального, оползне-обвального и оползневого сноса горно-складчатых областей имеют длительную историю своего формирования. Активизация развития рассматриваемых процессов тесно связана с основными этапами активизации дифференцированных неотектонических перемещений земной коры:

для указанных областей Советского Союза первый этап активизации перемещений тектонических блоков начался в верхнем олигоцене. Это отразилось в интенсивном эрозионном расчленении рельефа горно-складчатых областей с образованием в межгорных впадинах мощных толщ грубообломочных накоплений вплиоцен-нижнечетвертичноевремя. Средняя величина речного вреза в пределах территорий с максимально поднятыми в современном рельефе структурно-тектоническими блоками составляла 400 М, крутизна склонов - 35—400. Склоны речных долин имели вогнутый в плане профиль с редкими обрывами. Они были относительно устойчивыми;

второй этап активизации тектонических подвижек начался во вторую половину нижнечетвертичного времени. Интенсивность врезов рек в этот этап характеризуется как "средняя", имея глубину вреза для территорий максимагьно поднятых блоков порядка 350 м. Склоны долин данного вреза имели ступенчато-вогнутый (вогнутость внизу) в плане профиль и среднюю крутизну 400. Для них характерны небольшие по объему и интенсивности оползни и обвалы;

среднечетвертичное время для горно-складчатых областей характеризуется резкой активизацией дифференцированных тектонических перемещений (с перекосом) земной коры с усиленной и весьма усиленной интенсивностью эрозионного вреза (третий и четвертый этапы активизации). Его глубина за это время достигает 700 м. Склоны речных долин имели выпуклыеи ступенчато-выпуклые в плане профили при средней крутизне 65—70°. Для данных этапов активизации типичны грандиозные (до несколько сот миллионов м3) единовременные смещения и обрушения пород со склонов при максимальной, для всего неотектони-ческого периода, их интенсивности. Подобные обрушения пород способствовали образованию многочисленных запрудных озер в пределах территорий горных областей;

9